JPS60215566A - 非鉄金属用鋳型材料 - 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】 本発明は非鉄金１１べ川の耐蝕血・１火断熱＋ＡｙＩシ
１に関する。

従来、たとえば、鋳物の製造に１目」る鋳型の材質は鋳
込む金１７Ｎが鉄、非鉄金属にかかわらず製品および作
業性に対してきわめて大きい影響をもたらすことから永
年にわたって１ｉｌＦ究されてきた。

しかしながら、これまで、鋳型の材質番、１鋳物砂なる
名称が一般的であるごとく、珪砂が主成分のものであり
、研究内容器：１砂自体の組成、粒度のほか硬化剤、硬
化方法などが１１１［究の主題であった。

鋳型に要求される点Ｌｊ：　ｔａ＋成型ＩＩＩと強度、
（ｔ＋ｌ耐火性、（Ｃ１通気性、（ｄ）保温性、ｔｅｌ
　７ｑ　Ｋｔｉ性、（「）型寿命であり、特に鋳型のＬ
ト産性向にからは何回も繰り返して使用が可能であるこ
とが望まれる。

この型寿命は連続鋳造、精密鋳造に加えてロボソトなど
による省力化（無人化鋳造）が進むにつれて反復使用性
の高いものの要求が強まってきている。このような型寿
命が長い鋳型は永久型または耐久型という名称で呼ばれ
るものであるが、型材としては金属もしくはセラミック
によって検討されており、使用回数２００〜３００回の
報告があるものの、型の亀裂、縁欠けなど強度に起因す
る物理的な欠陥のほか、溶着すくわれなど型材と反応し
離型しにくいなど化学的な欠陥も解消されていないのが
現状である。

本発明は−上述の点に鑑み、発明されたものであって、
前述の（ａｌ〜ｆｆｌの事項についてすべて満足した型
材料を提供するとともにアルミニウム合金、銅合金など
の非鉄金属工業における溶湯ルツボ、溶湯ボンプリング
、低圧鋳造用ストーク、溶解炉の湯道構成用のレンガに
使用しうる非鉄金属用耐蝕耐火断熱材料を提供しようと
いうものである。

以下、本発明の構成について説明する。

すなわち、本発明の構成要旨とするところは窒化珪素、
炭化珪素、アルミナなどのセラミックウィスカーもしく
はガラス質、ムライ１質、アルミナ質、チタン酸カリ・
リム質などのセラミック繊維あるいｉｌｌセラミンクウ
ールなどを細断して得られるセラミック短υに維のうち
一種もしくは二種以ヒとバインダーが配合されたごとを
特徴とする非鉄金属用耐蝕爾火断熱＋Ａ利である。

つぎに、本発明を型Ｈの場合を例とし゛（１！、体的に
説明する。

本発明による鋳型（Ａは特別の場合を除き、８１１則と
して鋳物砂をト材利としてしない、−とを特徴としてい
る。

従来、鋳型に砂を用いることは先に述べた鋳型の条件の
（＋〕）の１ｌｌｌ気性を保持・１１シめるためであり
、この通気性によって（ｄ＋の保？ｎ　（’■）　！月
−りされるわけであるが、本発明でし、１この鋳物砂が
作り出すこの二つの特１！１はセラミック短繊維を用い
ることによって満Ｊ＋シされる。ｌｏｔの可縮性し：１
セラミック短繊維の質とＭとの選定によって達成される
し、ｆａｔの成型性と強さむ、１むしろ鋳物砂使用の場
合よりもはるかに広範囲の成形バインダー選定が可能で
あり、これによって（ｂ）の耐火性と（ｆ）の型寿命も
具現することができる。

型寿命は強度と熱衝撃抵抗および湯との反応がなく、容
易に離型するかどうかの三つの要件によって左右される
ものて゛あるが、本発明において使用するセラミック短
繊維はこれら三つの要件のすべてを満足し、最適である
。

本発明において使用するセラミック短繊維の種類の選定
については適用する金属の種類によって定まるが、Ｇ　
、ＡＪａｓｉｎｓｋａｙａおよびＪ　、Ｆ、Ｃｏ１１ｎ
ｓらの報告にあるごとく、特に非鉄金属に対しては酸化
物に比べて窒化物、炭化物の方が耐蝕性に優れているも
のが多いようである。

特に、この両者の報告では窒化硅素はアルミニウム、銅
、鉛、錫、亜鉛に対して高温においても／＃食されない
ことが実証されている。しかし、窒化珪素はファインセ
ラミンクスへの分野で多くの研究者がその焼結に苦しん
でいる現状からみて窒化珪素を焼結して鋳造用の型材な
どに応用することはほとんど行われていない。

本発明は特に、窒化珪素をウィスカーとして使用するこ
とで型材をはしめ非鉄金属用の面・１火耐熱材料として
の応用に現実個を１手えたものである。

窒化珪素ウィスカーとして乙、１出願人の出願にかかる
特開昭５７−１！１６７１１　号、特開昭５７−２００
２９９号、特開昭５８−１７２２τ）８号により得られ
るウィスカーを使用することが望ましく、炭化珪素ウィ
スカーとしては同じく出１頭人の出願にががる特開昭５
８−２０７９９号、特開昭５８−２１３６９８号により
ｉｑられるウィスカーを使用するのが望ましい。

また、本発明で使用する成形バインダーとしては、本節
粘土、ヘン１−ナイトなどの粘十類、パルプ廃液（リグ
ニンスルホン酸）、油類、樹脂類などの有機質結合材、
セメント、石膏、水ガラス−炭酸ガスなども応用できる
が、アルミナセメン１−１燐酸アルミニウム、乳酸アル
ミニウムなどのアルミニウム塩が成形性ならびｔこ強さ
の点で特に好ましい。

実施例１゜ シリカ−アルミナ系のセラミックファイバー（Ａｒ１０
！１４７．３％、Ｓ　ｉ　Ｏ２５２，３％、比重２゜６
ｇ／Ｃ艷、融点１７６０℃、繊維径平均２．５μｍ）５
０重量部、窒化珪素ウィスカー（α−３ｉｓＮ＋、直径
０．５〜］−，Ｏｐｍ、長さ５０〜１００μｍ）５０重
量部を秤量し、エタノール中で超音波振動攪拌を加えて
混合し、乾燥してエタノールを揮発させた。これの９５
重量部に対し、成形バインダーとして塩基性乳酸アルミ
ニウム（Ａβ、ｏｚ３２．５％、乳酸５０％）を５重量
部加え、少量の水を加えて攪拌し、石膏型に手押しして
鋳型を成形した。そして、乾燥後、１３００℃、３時間
空気中で焼成した。

焼成後、得られた物の物性はカサ比重０．４４、圧縮強
度１２．４６　ｋｇ／ｃ艷、焼成収縮率０．３％であっ
た。この鋳型にアルミニウム溶湯の注入、硬化、離型を
１００回繰り返したところ、型はほとんどｔ８　（Ｘば
みられず、しかもアルミニウムの溶着は皆無に近かった
。

対照として、アルミナ粉末のみを原車、１として９５重
量部、成形バインダーとしてル１基性乳酸アルミニウム
５重量部を使用し、１−記と同様に鋳型を作成した。こ
れは、アルミニウノ、ｆ６小注入・離型の繰り返し回数
１４回で亀裂が入り、１５回以後亀裂中に溶湯が浸入し
て亀裂が拡大し２０回くらいで使用不可の床筋となり、
型表面にアルミニウム溶湯との反応と溶着が認められた
。

つぎに、セラミックファイバーだけを０５８１部、成形
バインダーその他−１−記と同様にして鋳型をつくった
。得られたものの物性はカナ比重０．４７、圧縮強度４
　、６　ｋｇ　／　ｃ＋ａ、曲げ強度４．２　ｋｇ／ｃ
ｍｌ、焼成収縮率４．７％であり、アルミニウム注入鋳
造テストでは４５回で溶湯との反応が認められ、使用限
界となった。

実施例２゜ 実施例１と同じ窒化珪素ウィスカー４５重量部、アルミ
ナ質ファイバー（市販商品名ザフィル、Ａ７！２ｏｉ９
５％、５ｉＯｔ５％、繊維径３ｐｍ）１０重量部、アル
ミナセメント２２．５重量部、塩基性乳酸アルミニウム
２２．５重量部を用い、実施例１に準じて鋳型を作成し
た。但し、焼成温度は１２００℃、２時間とした。この
物性はカサ比重０．５７、圧縮強度２０．６に、／ｃＪ
、曲げ強度１７．５ｋｇ／ｄ１焼成収縮率０．１％であ
った。アルミニウム溶湯鋳造試験３００回を経てもなん
らの損傷も認められす、溶着もほとんど皆無であった。

実施例３゜ 炭化珪素ウィスカー（β−３ｉＣ１直径０．５μｍ、長
さ４０〜７０μｍ）３０重量部、実施例１と同様の窒化
珪素ウィスカー３０重量部、実施例２のアルミナファイ
バー３０重量部に対し、塩化マグネシウム（ＭｇＣＩｌ
ｔ　・６Ｈ＊Ｏ）５重量部、ポリ塩化アルミニウム（Ａ
　ｌ　２　（ＯＨ）　＠Ｃｊ！・２．２　Ｈａ　Ｏ）　
５重量部により実施例１と同様にして鋳型をつくった。

但し、焼成温度は１２００℃、２時間である。カサ比重
０．７１、曲げ強度１７　、０　ｋｇ／　Ｃａで、アル
ミニウム溶湯鋳造テストでは３００回で異常が認められ
なかった。

実施例４゜ 窒化珪素ウィスカー９５重量部、ポリカルボシラン２０
％のトルエン溶液５重量部を加えて混合し、プレス成形
した後、揮発分を除去して硬化体を得た。１４００℃、
窒素ガス雰囲気下で１時間、焼成したちのはつぎのよう
な物性を示Ｕ７た。

主α−３ｉ　ｘ　Ｎ４　、カサ比重０．６６、曲げ強度
１３、０　ｋｇ　／　ｃＡ　、熱伝導率０．３２Ｋｃａ
ｌ　／ｍｔ＋’ｃ　（２０℃）、熱膨張率０．３３％（
ＬＯＯＯ℃）。

耐熱衝撃性は１０００℃から水中没入を２０回繰り返し
て亀裂などの破１０ばなく、これ以トの回数に耐えるこ
とは明らかである。

耐蝕性は濃１ｉＡｒｖＩ、硝酸、硫酸、燐酸の中に５０
０時間入れて煮沸するも何らの侵食も認められなかった
。

ルツボ形状とし、この中にアルミニウノ、の／８湯を入
れて７００℃に１０００時１１旧ｒｉ持した後、アルミ
ニウムを流し出したが、ルツボ内に異π′は認められな
かった。

このように、本発明によれば、耐蝕性、１ｌｉＪ火性な
らびに断熱１Ｐ１の良好な（４￥Ｉを１に供するもの０ であり、特に、窒化珪素ウィスカーが少量でも混在して
いる材料は窒化珪素ウィスカーが混在していないものに
比べて上記特性はもとより、特に耐熱ｆｉ撃性などの点
でも優れた特性を発揮し、型材などの他工業用材料とし
て幅広い用途がある。

１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）窒化珪素、炭化珪素、アルミナなどのセラミック
   ウィスカーもしくはガラス質、ムライ］・質、アルミナ
   質、チタン酸カリウム質などのセラミック繊組あるいは
   セラミックウールなどを細断し−ζ（ＦＩられるセラミ
   ック短ｆｕｌｌ維のうち一種もしくば二種以上が成形バ
   インダーと配合されたことを特徴とする非鉄金属用耐蝕
   耐火断熱４Ａ利。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の非鉄金属用耐蝕耐
   火断熱（（ネ１において、非鉄金属用耐蝕耐火断熱４４
   ＊１の中に必ず、窒化珪素ウィスカーが混在しているこ
   とを特徴とする非鉄金属用耐蝕耐火断熱１寧１゜ （３）特許請求の範囲第１項に記載の非鉄金１７バ用１
   １ｉ４蝕耐火断熱＋Ａ利において、成形バインダーとし
   てアルミナセメント、アルミニウム塩のいずれかまたは
   両者の混合物が用いられることを特徴とする非鉄金属用
   耐蝕面・１火１１１熱Ｈ寧１゜