JPH04300047A - セラミックシェル鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高融点活性金属、例え
ばチタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタンまたはチタン合金等の高融点活性
金属材料は、溶融状態において鋳型耐火物との反応およ
び耐火物自体の解離によって、鋳造品が汚染されやすい
。このため、従来はチタンまたはチタン合金の鋳型材料
として、高温での耐熱性があり、チタンとの反応性の低
い黒鉛、イットリア、ジルコニア、カルシア、マグネシ
ア等の耐火物材料が用いられてきた。

【０００３】チタンまたはチタン合金の鋳型は、大別し
てラドムグラファイト法とロストワックス法によるもの
とがある。前者は耐火物材料として黒鉛を主骨材とし、
炭素系もしくは樹脂系バインダーを用い、黒鉛粒を模型
上に充填し、つき固めた後模型を脱型して乾燥した後に
、焼成して鋳型とする。

【０００４】後者は、耐火物材料としてイットリア等の
酸化物系耐火物を主骨材として用い、エチルシリケート
加水分解液、水系もしくは無水系コロイダルシリカゾル
、アルミナゾル等を酸化物系バインダーとするセラミッ
クシェル鋳型が用いられている。酸化物系耐火物を用い
た鋳型は、鋳造品と相似のワックスパターンを成形し、
これを酸化物系耐火物スラリー中に浸漬（ディップ）し
て、スラリー層を形成し、該スラリー層に酸化物系耐火
物粒をふりかけて付着させ（スタッコ）、このコーティ
ング作業を数回繰り返し、シェル層の厚さ６〜１０ｍｍ
のセラミックシェル鋳型とする。次いで、オートクレー
ブもしくはショックヒーティング等で鋳型を加熱して、
該鋳型内のワックスパターンを消失させるものである。

【０００５】特に、ロストワックス法におけるセラミッ
クシェル鋳型では、鋳型厚みが６〜１０ｍｍと比較的肉
薄であるために、コーティング、脱ワックス、焼成、鋳
造の各工程においてコーティング、熱ショック、溶湯重
量等に耐え得る鋳型強度を具備する必要がある。このた
め、一般的には、エチルシリケート加水分解液、水系も
しくは無水系コロイダルシリカゾル、アルミナゾル等の
酸化物系バインダーを用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、黒鉛鋳
型では、溶湯と接触する鋳型材とが反応して、鋳造品の
鋳肌部にはチタンの炭化物の反応層ができる。また、セ
ラミックシェル鋳型では、前述のようにバインダーにシ
リカ、もしくはアルミナを含有させているので、これら
の耐火物がプライマリーコート層に存在することになり
、溶融チタンと反応すると、耐火物中の酸素が解離しチ
タンを酸化するため、鋳肌部が汚染される。

【０００７】したがってこれらの鋳型材料を用いた場合
、チタンまたはチタン合金などの溶湯との反応によって
生じた汚染層を、除去する工程が必要となり、多大な経
費と時間がかった。本発明では、チタンまたはチタン合
金の溶湯との反応を抑制するセラミックシェル鋳型を提
供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機溶媒で溶
解したポリカーボネート溶液中に、イットリア、ジルコ
ニア、カルシア、マグネシアの内１種もしくは２種以上
からなる粉末を含むスラリー中に、ワックスパターンを
浸漬した後、前記耐火物の内の１種もしくは２種以上か
らなる耐火物粒を付着させたプライマリーコート層を形
成し、その外側を精密鋳造用シェル鋳型からなるバック
アップシェル層を形成し、ワックスパターンを除去した
後、焼成することを特徴とするセラミックシェル鋳型の
製造方法である。

【０００９】バックアップシェル層は、通例のセラミッ
クシェル鋳型の製法に従い、耐火物材料として、ムライ
ト、アルミナ、ジルコン砂、溶融シリカ等を、バインダ
ーとしてはエチルシリケート加水分解液、水系もしくは
無水溶媒系コロイダルシリカゾル等をそれぞれ用いて成
形するものである。

【００１０】

【作用】有機溶媒で溶解したポリカーボネート溶液と耐
火物粉末からなるスラリーは、有機溶媒が気化するに従
って、ワックスパターン上のプライマリーコート層を強
固にすると共に、該層に付着させた耐火物粒を結合させ
る。このようにして形成されたプライマリーコート層は
、樹脂の耐水性、耐熱性および機械的強度により、鋳型
のコーティング工程や、脱ワックス工程において鋳型の
変形や割れの発生を防止する。特に、プライマリーコー
ト層に、シリカ系および、アルミナ系のバインダーを使
用しないために、チタン溶湯との反応が抑制され、低酸
素化が図れる。従って、本発明によれば、健全なチタン
またはチタン合金鋳造品を得ることが出来る。

【００１１】本発明のセラミックシェル鋳型の製造方法
において、プライマリーコーティング用スラリーのバイ
ンダーを溶解する有機溶媒には、ケトン系、芳香族系、
エステル系、エーテル系、フェノール系、及び塩素系な
どが挙げられる。とくに、塩素系ではクロロホルム、ク
ロロベンゼン、エーテル系ではテトラヒドロフラン、ジ
オキサン、フェノール系ではクレゾールが用いられるが
、溶解性及び作業環境の安全性において、テトラヒドロ
フランが好適である。

【００１２】また、バインダーには、ポリカーボネート
のほかにＡＢＳ樹脂、ポリアミド、アクリル樹脂、及び
ポリエーテルスルフォンなどが挙げられるが、これらの
樹脂材料の中には、脱ワックス工程において鋳型に熱変
形を生じるものや、有機溶媒に対するバインダーの溶解
度が劣るものがある。本発明において好ましくは、ポリ
カーボネートがバインダーとして好適である。

【００１３】以下、本発明の具体的な実施例を上げ、さ
らに詳細に説明する。

【００１４】

【実施例】スラリーの作製例を３例示す。テトラヒドロ
フラン８８８ｇに対し、６０ｇのポリカーボネート（分
子量≒５００００）を配合し、６０℃で攪拌しながら溶
解し、バインダー溶液を得た。この溶液４００ｇに純度
９２．０％、３５０メッシュ通過が６０〜８０％のカル
シア安定化ジルコニアを１２００ｇ加えることによりス
ラリーを作製した（作製例１）。

【００１５】スラリー作製例１のポリカーボネート溶液
４００ｇに、３２５メッシュ通過が６０〜８０％のイッ
トリア安定化ジルコニアを１２６０ｇ添加することによ
り、スラリーを作製した（作製例２）。スラリー作製例
１のポリカーボネート溶液４００ｇに、３００メッシュ
通過が４０〜６０％の電融カルシア粉末（純度９９．７
％）１１００ｇを加えることによりスラリーを作製した
（作製例３）。

【００１６】次に上記作製例で作製したスラリーを用い
たセラミックシェル鋳型作製例を示す。スラリー作製例
３で作製した電融カルシアスラリー中に、ワックスパタ
ーンを浸漬し、次いで溶剤が気化しないうちに、純度９
２％、粒径０．２〜０．４ｍｍのカルシア粒を付着させ
てプライマリーコート層を形成させた。次いで、通例の
セラミックシェル鋳型製作法に基づいてコーティングを
行い、バックアップコート層を形成させた。バインダー
は無水コロイダルシリカ、このときのスラリー用耐火物
として、ムライトフラワー、スタッコ用耐火物としてア
ルミナを使用した。

【００１７】このようにしてワックスパターン上に形成
された鋳型を、１０００℃の炉内にて脱ワックスを行っ
た後、焼成炉にて１４００℃で１時間焼成することによ
り、プライマリーコート層がカルシア安定化ジルコニア
からなるチタン又は高チタン合金鋳造用のセラミックシ
ェル鋳型を得た。この鋳型を用いて純チタンの鋳造を行
った。鋳造時の雰囲気はアルゴン１気圧、溶湯の温度は
約１７００℃であった。炉冷後、セラミックシェル鋳型
を鋳造品から除去した後、製品のマイクロビッカース硬
度を測定したところ、鋳肌部にあっては１９８Ｈｖ、鋳
肌から３００μｍ離れた部分は１１９Ｈｖであった。純
チタンのマイクロビッカース硬度はおよそ１００Ｈｖ程
度であることから、当該セラミックシェル鋳型を用いた
鋳造品の鋳肌は、汚染層がほとんどない良好なものであ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、有機溶媒
で溶解したポリカーボネートと、高温において化学的安
定性のある耐火物材料からなるスラリーで形成されたプ
ライマリーコート層を有するセラミックシェル鋳型は、
溶融チタンとの反応が抑制されるので、チタン又はチタ
ン合金鋳造用鋳型として提供できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機溶媒で溶解したポリカーボネート
   の溶液中にイットリア、ジルコニア、カルシア、マグネ
   シアのうち１種もしくは２種以上からなる耐火物粉末を
   配合して作製したスラリー中に、ワックスパターンを浸
   漬した後、前記耐火物材料のうち１種もしくは２種以上
   からなる耐火物粒をふりかけてプライマリーコート層を
   形成し、その外側に精密鋳造用シェル鋳型からなるバッ
   クアップシェル層を形成させ、次いでワックスパターン
   を消失させた後に、該鋳型を焼成することを特徴とする
   セラミックシェル鋳型の製造方法。