JPH0613137B2

JPH0613137B2 - 鋳型材

Info

Publication number: JPH0613137B2
Application number: JP1170801A
Authority: JP
Inventors: 進中山; 省吾石崎; 亨岩城
Original assignee: Okazaki Minerals and Refining Co Ltd
Current assignee: Okazaki Minerals and Refining Co Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: US5057155A; JPH0335839A; DE4020506C2; DE4020506A1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えば、歯科鋳造用の鋳型材に関する。

（従来の技術）歯科鋳造においては、近年、純チタンやチタン合金の鋳
造が行われており、この場合の鋳型材としては、第１
に、石英、クリストバライト、リン酸塩、およびマグネ
シアを成分とするリン酸塩系の埋没材が提案されてい
る。また、第２に、アルミナ、ジルコン、ジルコニア、
カルシア、マグネシア、など熱力学的に比較的安定な酸
化物を主成分とする埋没材が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記第１の埋没材における石英やクリス
トバライトは、チタン溶湯に濡れ易く、また反応し易い
性質を有しているため、鋳造品に鋳肌不良やガス欠陥を
生じ易い。

また、前記第２の埋没材によれば、上記したような鋳造
欠陥は比較的少ないが、チタン等の凝固収縮を補償でき
ないため、鋳造品が必要寸法より小さくなる問題があ
る。そこで、最近では、金属ジルコニウム粉末を鋳型材
に加え、加熱焼成時にジルコニウムが酸化膨張すること
を利用して、チタンの凝固収縮が補償するという優れた
方法が公表されている。しかし、上記ジルコニウムは精
練が困難なため極めて高価格であり、実用性の点で問題
がある。

また、上記の他にも、金属粉末の添加について研究がな
されているが、金属と水との反応による気泡の発生、加
熱焼成時におけるクラックの発生、鋳造後の鋳肌不良等
の問題があり、実用化には至っていない。

（発明の目的）この発明は、上記のような事情に注目してなされたもの
で、鋳肌不良やガス欠陥が低減されると共に、鋳造品の
寸法精度を確保し、しかも、実用性に優れた鋳型材の提
供を目的とする。

（発明の構成）上記目的を達成するための第１の発明は、耐火材とし
て、アルミナ、ジルコン、ジルコニア、カルシア、石
英、クリストバライトから選んだ１種以上のものを含有
し、結合材として、リン酸一アンモニウムと、マグネシ
アとの混合物を含有し、かつ、α−スポジューメン (S
podumene,理論組成Li₂O・ Al₂O₃・4SiO₂)を１〜２０重量
％含有していることである。

また、第２の発明は、耐火材として、アルミナ、ジルコ
ン、ジルコニア、カルシア、マグネシア、石英、クリス
トバライトから選んだ１種以上のものを含有し、結合材
として、アルミナセメント、マグネシアセメント、ジル
コニアセメント、シリカセメントから選んだ１種以上の
ものを含有し、かつ、α−スポジューメン (Spodumen
e,理論組成Li₂O・ Al₂O₃・4SiO₂)を１〜２０重量％含有し
ていることである。

（作用）上記構成による作用は次の如くである。

この発明の鋳型材は、例えば、歯科鋳造用に用いられる
もので、加熱焼成時の膨張材としてα−スポジューメン
（以下、これを単にスポジューメンという）が含有され
ている。

上記スポジューメン (Spodumene)はリシア輝石（リチ
タ輝石）とも呼ばれ、理論組成がLi₂O・Ａｌ_２Ｏ_３・
４ＳｉＯ_２のリチウム鉱物であるが、不純物として石英
やレピドライト（Lepidolite,リシア雲母）等を含み、
流通品の品位はLi₂Oが６〜８％程度のものである。

このスポジューメンは加熱すると、 900〜1100℃でα型
からβ型に転移し、非可逆的に膨張する。

よって、このスポジューメンを含有した鋳型材によれ
ば、鋳型に所望の膨張を得ることができ、チタン等の凝
固収縮を補償することが可能となる。

しかも、スポジューメンは酸化物であるため、粉末でも
安定であり、多くの金属粉末に認められるような水との
反応や、発火性もなく安全であり、取扱いが容易であ
る。更に、安価であることから、実用材料としての使用
ができる。

ただし、上記鋳型材におけるスポジューメンの含有量は
１〜２０重量％が適正である。即ち、１重量％未満であ
ると、上記したような鋳型の膨張に寄与できなくなるた
めである。また、２０重量％を越えると、鋳造品に鋳肌
不良を生じるためである。

なお、上記スポジューメンの粒度は 100μｍ以下が好ま
しい。

（実施例）次に、この発明の実施例を説明する。

鋳型材は、耐火材として、アルミナ、ジルコン、ジルコ
ニア、カルシア、石英、クリストバライトから選んだ１
種以上のものを含有し、結合材として、リン酸一アンモ
ニウムと、マグネシアとの混合物を含有し、かつ、α−
スポジューメン (Spodumene,理論組成Li₂O・ Al₂O₃・4Si
O₂)を１〜２０重量％含有しているしている。

もしくは、同上鋳型材は、耐火材として、アルミナ、ジ
ルコン、ジルコニア、カルシア、マグネシア、石英、ク
リストバライトから選んだ１種以上のものを含有し、結
合材として、アルミナセメント、マグネシアセメント、
ジルコニアセメント、シリカセメントから選んだ１種以
上のものを含有し、かつ、α−スポジューメン（同上の
組成）を１〜２０重量％含有している。

上記スポジューメンの化学成分の例を下記第１表に示
す。

スポジューメンを含有する鋳型材を用いて鋳造を行う場
合には、まず、鋳型材を水もしくはコロイダルシリカで
気泡の混入しないようにして練和し、これを予めワック
スパターンをセットしてあるリング内に流し込む。する
と、この鋳型材は１０〜６０分程度で硬化する。次に、
これをリングより取り出し、電気炉に中に入れ、 900℃
以上、好ましくは1100℃にまで昇温し、約３０分間保持
して、ワックスの焼却と鋳型材の焼成を行う。この際、
鋳型材はスポジューメンの配合量に応じて膨張する。

その後、これを鋳造時の所定鋳型温度、好ましくは常温
にまで冷却して、純チタンもしくはチタン合金溶湯によ
る注湯を行う。

注湯はアルゴンガス雰囲気下で、アーク鋳造機を用いて
行う。

上記注湯後には、溶湯はわずかに収縮しながら凝固、冷
却して鋳造品となる。その後、この鋳造品を鋳型から取
り出して、研磨等の処理を施せば、ワックスパターンと
同型同寸の高精度の鋳造品ができ上がる。

ただし、注湯時の鋳型寸法は、チタン溶湯の凝固収縮に
応じて膨張していることが、鋳造品の精度を確保する上
で重要である。

次に、チタンを鋳造した際の各種実験例を示す。

（実験１〜７）下記第２表は、実験１〜７を示している。ただし、表中
の「リン酸塩」はリン酸一アンモニウムであり、「練和
液」は鋳型材を練和する際に用いる液体の種類を意味し
ている。また、表中の○印は良好、△は印はやや良い、
×印は不良を意味している（以下の実験例も同じ）。

上記第２表中の実験１〜４では、鋳型材として、従来の
ものを用いている。即ち、この実験では、石英、クリス
トバライト、リン酸塩、およびマグネシアのみを成分と
するリン酸塩系鋳型材を用いている。この実験におい
て、鋳型材を 800℃程度にまで加熱焼成した際、クリス
トバライトは 200〜250℃で、石英は約 650℃で、それ
ぞれα型からβ型に移転し、可逆的に膨張する。従っ
て、実験１のように 700℃以上の鋳型温度で注湯すれ
ば、充分な膨張率により、金属の凝固収縮が補償され
る。しかし、チタンを注湯した場合、鋳肌不良やガス欠
陥を生じている。

また、実験２、３のように、鋳型を常温にまで冷却した
後、注湯すれば鋳肌不良、ガス欠陥は低減する。しか
し、シリカやクリストバライトの転移膨張は可逆的であ
るため、冷却と共に、ほぼ焼成前の寸法にまで収縮し、
常温注湯ではチタンの凝固収縮は補償し難く、得られる
鋳造品はワックスパターンより寸法が小さくなり、つま
り、寸法精度が不良となった。

一方、実験４のようにリン酸塩系鋳型材を水ではなく、
コロイダルシリカを用いて練和すると、鋳型は硬化に伴
い膨張する。この硬化膨張の機構は充分に解明されてい
ないが、一般的に用いられる手法である。そして、この
手法を用いれば、常温鋳型でも、ある程度膨張を確保で
き、寸法精度の向上はみられるが、チタンを注湯した場
合、コロイダルシリカの影響により鋳肌不良やガス欠陥
を生じた。

実験５〜７では、鋳型材にスポジューメンを配合した、
そして、この鋳型材を1100℃まで加熱焼成すると、 900
〜1100℃で非可逆的に膨張するため、常温まで冷却して
もチタンの凝固収縮の補償が可能となり、寸法精度の向
上が達成された。また、鋳肌不良やガス欠陥も比較的少
なかった。

（実験８〜１２）一般に、石英やクリストバライトはSiO₂（シリカ）であ
り、チタン溶湯に濡れ易く、また反応し易い性質を有し
ているため、鋳造品に鋳肌不良やガス欠陥を生じ易い。
これに対し、アルミナ、ジルコン、ジルコニア、カルシ
ア、マグネシアは熱力学的に比較的安全な酸化物であ
る。

そこで、上記ジルコンとアルミナを耐火材として実験８
〜１２を行った。その結果は下記第３表に示す如くであ
る。

上記第３表中の実験８、９では鋳型材として従来のもの
を用いている。

即ち、この実験では、上記したように、ジリコンやアル
ミナは熱力学的に比較的安定な酸化物であるため、これ
を耐火材として用いると、鋳肌が美しく、鋳造欠陥のな
い鋳造品が得らる。しかし、焼成後冷却して得られた鋳
型は、シリカを主材した鋳型と異なり、焼成前より著し
く収縮し、得られる鋳造品はワックスパターンより完全
に寸法が小さくなり、つまり、寸法精度は不良となっ
た。

実験１０〜１２では、鋳型材にスポジューメンを配合し
た。この結果は、スポジューメンの機能により、好結果
が得られた。

（実験１３〜１７）下記第４表は、実験１３〜１７を示しており、この実験
では結合材としてジルコニアセメントを用いた。

上記第４表中の実験１３、１４の鋳型材は従来のもので
ある。このうち、実験１３では、焼成後の冷却を常温に
まで下げているため、空気中の水分や炭酸ガスを吸収し
て鋳肌不良やガス欠陥を生じている。これに対し、実験
１４では、焼成後の冷却を 150℃以上にとどめているた
め、上記鋳肌不良などは生じていない。しかし、上記し
た実験１３，１４では、いずれの場合にも、寸法精度が
不良となった。

実験１５〜１７では、鋳型材にスポジューメンを配合し
たため、これの機能により、好結果が得られた。

なお、鋳造用金属はチタン系に限定されるものではな
く、Co−Cr合金、Ni−Cr合金、金合金、銀合金、その他
であってもよい。また、金属だけでなく、セラミックや
ガラス等の鋳造に用いてもよい。

（発明の効果）この発明による鋳型材を用いた場合には、鋳肌不良やガ
ス欠陥を低減でき、かつ鋳造品の精度を向上させること
ができ、また、価格の点からも実用性に優れている。特
に、本発明によれば、チタン等の凝固収縮を補償でき
て、精度向上が更に確実となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火材として、アルミナ、ジルコン、ジル
コニア、カルシア、石英、クリストバライトから選んだ
１種以上のものを含有し、結合材として、リン酸一アン
モニウムと、マグネシアとの混合物を含有し、かつ、α
−スポジューメン (Spodumene,理論組成Li₂O・ Al₂O₃・4
SiO₂)を１〜２０重量％含有している鋳型材。
【請求項２】耐火材として、アルミナ、ジルコン、ジル
コニア、カルシア、マグネシア、石英、クリストバライ
トから選んだ１種以上のものを含有し、結合材として、
アルミナセメント、マグネシアセメント、ジルコニアセ
メント、シリカセメントから選んだ１種以上のものを含
有し、かつ、α−スポジューメン (Spodumene,理論組
成Li₂O・ Al₂O₃・4SiO₂)を１〜２０重量％含有している鋳
型材。