JPS6045976B2 - チタン又はチタン合金鋳造用の自硬性鋳型材料 - Google Patents

チタン又はチタン合金鋳造用の自硬性鋳型材料

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JPS6045976B2
JPS6045976B2 JP9326983A JP9326983A JPS6045976B2 JP S6045976 B2 JPS6045976 B2 JP S6045976B2 JP 9326983 A JP9326983 A JP 9326983A JP 9326983 A JP9326983 A JP 9326983A JP S6045976 B2 JPS6045976 B2 JP S6045976B2
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    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00Dental prostheses; Making same
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チタン又はチタン合金鋳造用のマグネシアを
主成分とする自硬性鋳型材料に関する。
チタン又はチタン合金は、生体適合性、耐蝕性、耐摩耗
性及び耐熱性に優れ、比重も小さいことなど機械的・化
学的性質に優れているので、近年歯科鋳造用金属材料又
は各種機械部品用の材料として注目されつつある。しか
し、チタン材料は、活性度が高く、冷間鍛造時や鋳造時
に於いても急速に酸化してしまうことから、その加工が
難しく、真空雰囲気中で冷間鍛造により、細々と生産さ
れる程度にとどまつている。
そこで、本出願人は先に「純チタン又はチタンを主成分
とする合金からなるチタン鋳造品の鋳造方法」(特公昭
58−574号)に於いて、マグネシア鋳型材料製のチ
タン鋳造用鋳型によりチタン又はチタン合金を鋳造する
方法を開示し、次に、本願に先行する出願「チタン又は
チタン合金鋳造用の自硬性鋳型材料」において、マグネ
シア(MgO)を主成分とする骨材に各種硬化促進剤を
添加した鋳型材料を開示したが、本願は後者の自硬性鋳
型材料を更に発展させたものである。
上記の精密鋳造品の口ストワックス鋳型の場合、硬化時
間、圧縮強度及び熱膨張率などの物性”パラメータが実
用上重要であり、歯科鋳造用埋没材(鋳型材料)につい
てはJIST6601−1979に詳細に規格化されて
いる。即ち、石英埋没材の場合、上記規格において、そ
の試験方法に基いて凝固時間(硬化時間)が5分〜3吟
、熱膨張率が700℃加熱状態で0.5%以上、破壊抗
力(圧縮破壊強度)が10に9fld以上と定められて
いる。
本願のマグネシア系の鋳型材料についても、上記石英埋
没材に準じて、少なくとも上記の要求値を満足すべきも
のと考える。公知のマグネシア系の鋳型材料の楊合、次
の諸欠点がある。
(イ)鋳型製造時の凝固速度が遅いために、硬化時間が
6紛にもなるので、鋳型製造及び鋳造の作業を能率よく
進めることが出来ない。
(ロ)鋳型の膨張率が小さいため、チタン鋳造の収縮率
1.5%を補償できないことから、鋳造品の精度が悪く
、特に義歯などの精密鋳造品の鋳造に問題が残る。
(ハ)鋳造用鋳型の生型の圧縮強さがJIS規定値を満
足しない。
本発明は、上記の諸問題を解消するため、マグネシアセ
メントに硬化促進剤及び結合剤として、アルカリ金属の
炭酸水素塩とアルカリ金属のリン酸塩の少なくとも一つ
を添加するとともに、膨張促進剤としてアルミニウム微
粉末を添加したものである。
上記の自硬性鋳型材料では、MgO(5H20との反応
て生じたMg(0H)2に対する硬化促進剤及び結合剤
の可溶性塩類の作用で凝固速度が速くなるとともに、不
溶性塩類の生成により圧縮強度が高くなり、これと同時
にアルミニウム微粉末の添加により、の反応で生成する
水素ガスの作用で鋳型の膨張が著しく促進されるものと
考えられる。
以下、本発明の鋳型材料に関する実験及び実験結果につ
いて説明する。
以下の実験では、マグネシアセメントとして、日本化学
陶業社製のマグネシアセメントM4を用い、その成分表
を第1表に示す。
上記マグネシアセメントM4の粒度の影響を調べるため
に、未粉砕のもの(以下マグネシアセメ,ント0M4と
する)及びボールミルで4時間粉砕したもの(以下マグ
ネシアセメント4M4とする)を用いた。
上記両マグネシアセメントの粒度分布を第1図に示す。
以下、各種実験及びその実験結果について説明するが、
W/Pはマグネシアセメントに対する練和用の水の重量
比率を示す。
実験1 マグネシアセメント0M4のみで鋳型を製作すると、硬
化速度が遅く、生型の圧縮強度も十分でないので、硬化
促進剤及び結合剤として、炭酸水素ナトリウム(NaH
CO3)及び第一リン酸カリウム(KH2PO4)を添
加して、JISTl66Ol−1979の規格に基いて
行なつた実験の結果を第2図〜第9図に示す。
この実験結果から判るように、炭酸水素ナトリウムや第
一リン酸カリウムなどを添加することによつて、これら
添加物により硬化速度を大幅に速めることができる。
添加量を増すことにより硬化速度を速め、反対にW/P
を増すことにより硬化速度を遅くすることができる。尚
、斜線内はJIS要求値である(第2図・第3図)。ま
た、上記添加物を添加しても、熱膨張率に悪影響が現わ
れず、却つて若干改善されるが、JIS要求値700℃
0。
5%以上を満足する(第4図・第5図)。
更に、上記添加物を添加することにより、鋳造用鋳型の
生型の圧縮強度を大幅に強化して、JIS要求値10k
9fIcr1を満足することができる(第6図〜第9図
)。
これは、添加物による不溶性塩の生成によるものと考え
られる。実験 ■ 実験1の結果から、炭酸水素ナトリウムや第一リン酸カ
リウムなどを添加することにより、硬化速度、熱膨張率
及び生型の圧縮強度につい一ζはJIS規定値を満すこ
とが出来ることが判つたので、本実験では硬化促進剤及
び結合剤として炭酸水素ナトリウムを添加するとともに
、膨張促進剤としてアルミニウム微粉末を添加して実験
し、生型の寸法変化率、熱膨張率及び臨床パターンによ
る鋳造品の寸法精度について調べた。
(1)生型の凝縮時の寸法変化率についてトレシングペ
ーパー製の直径×高さが25=φ×30Tf$Lの円筒
体の内面に鋳型膨張用のスポンジシートを内張りして、
その内部に水て練和した鋳型材料を充填し、差動トラン
スにより該鋳型の高さ方向の寸法変化を測定し、その結
果を第10図〜第12図に示す。
第10図から判るように、炭酸水素ナトリウムの添加量
を増すと、生型の寸法変化率は改善されるけれども、0
.5%以上添加する場合、硬化速度が速すぎて作業性の
面で好ましくないので、炭酸水素ナトリウムを加えると
きのその添加量を0.3%程にするのが望ましい。第1
1図及び第12図から判るように、アルミニウム微粉末
を添加することにより、生型硬化時に大幅に膨張させる
ことが出来、無添加の場合に0.6%収縮するのを、逆
に0.7〜0.8%も膨張させることが出来る。
アルミニウム微粉末の添加によつて膨張するのは、次式
のようにアルミニウムが水と反応して発生する水素ガス
によるものと考えられる。
N+2H20−+Al(0H)2H2↑ (2)生型加熱時の熱膨張率について 生型加熱時の熱膨張率の測定用試験片は、厚肉のシリコ
ンゴム製割型の中央部に設けた、直径×高さ=5T!R
mφ×20TEftの円柱孔に練和した鋳型材料を振動
充填して、3時間後に取出して製作し、温度上昇率10
てC/Minで3000Cまで加熱しながら熱膨張分析
装置で測定した結果を第13図及び第14図に示す。
第13図及び第14図から判るように、アルミニウム微
粉末を添加することにより、熱膨張率が全体として悪影
響を受けない。
但し、第14図に示すように、マグネシアセメント4M
4に0.1%アルミニウム微粉末を添加する場合には若
干の悪影響が見られるが、その影響は微々たるものであ
る。(3)臨床パターンによる鋳造品の寸法精度エポキ
シ樹脂製の臨床用支台歯を用いてクラウンのワックスパ
ターンを製作し、このワックスパターンによりチタン鋳
造品を鋳造し、この鋳造品を上記支台歯に嵌め合せて、
浮き上り量を測定した。
この実験において、鋳造用金属としては、純度99.8
%以上の純チタン(神戸製鋼株式会社製KS−50)を
用い、鋳型としては、トレシングペーパー製円筒体の内
面にスポンジを内張りして鋳型の膨張を可能とし、そこ
にクラウンのワツクスパタ8ーンを収容して水で練和し
た鋳型材料を充填し、2ff間室温乾燥後800゜Cま
で加熱し、その後30分間保留したものを用い、鋳造機
としてはアルコンアーク融解式鋳造機(岩谷産業株式会
社製CASTMATIC)を用いた。
上記実験の鋳型材料の諸パラメータを次の第2表に、実
験結果を第3表に、支台歯に嵌合させた鋳造品のクラウ
ンの断面写真を精密にトレースしたものを第15図〜第
18図に示す。
(但し、上記1と2とは同一条件て作製した鋳造品であ
る。
)上記第3表及び第15図〜第18図から判るように、
アルミニウム微粉末を添加した場合には、クラウンのチ
タン鋳造品の支台歯からの浮き上り量を1.0?以上も
改善して略理想的な値にまて下げることができる。
(4)金型モデルによる表面粗さについてアルミニウム
微粉末混入に伴う水素ガスによる鋳造品の表面粗さを調
べる為に、臨床用支台歯の代りに第19図に示すような
金型支台mを用いてカップ状鋳造品cを鋳造し、このカ
ップ状鋳造品cの円筒内周面の表面粗さを表面粗さ形状
測定機(商品名 サーフコム300B東京精密社製)に
より測定した。
上記実験の鋳型材料の諸パラメータを次の第4表に、そ
の測定結果を第20図に示す。上記の測定結果から判る
ように、アルミニウム微粉末の添加により、鋳造品の表
面粗さに悪影響を及ぼすことは殆んどなく、却つて鋳型
材料の条件次第では改善される。
上記実験では、硬化促進剤及び結合剤として炭酸水素ナ
トリウム又は第一リン酸カリウムを添加したけれども、
その他のアルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩若しくはリ
ン酸塩も硬化促進剤及び結合剤となり得るだけでなく、
これらと類似の化学的性質を有するアルカリ土類金属の
炭酸水素塩、;炭酸塩若しくはリン酸塩なども硬化促進
剤及び結合剤となり得るものと考えられる。
また、膨張促進剤としては、アルミニウム微粉末を用い
たけれども、その他にマグネシウム、鉄又は亜鉛などの
微粉末も膨張促進剤として用い得5る可能性もある。
以下、上記の鋳型材料を用いて製作した鋳型により、チ
タン又はチタン合金を酸化させることなく鋳造する方法
について、簡単に説明する。
第21図に示すように、約1700℃以下の温度で.は
、チタンの酸化物生成エネルギーよりも、マグネシアの
酸化物生成エネルギーの方が小さいから、マグネシアを
主成分とする鋳型の温度を上記約1700′C以下に維
持しつつチタン又はチタン合金を無酸素雰囲気中で鋳込
むことにより、鋳型から溶湯への酸素原子の侵入を防ぎ
、チタン又はチタン合金の酸化されてない鋳造品をつく
ることが出来るのである。本発明に係るチタン又はチタ
ン合金鋳造用の自硬性鋳型材料は、実験結果からも判る
ように、次の効果を奏する。(1)この鋳型材料を水で
練和してなる鋳型は、硬化促進剤により、その凝固が促
進され、硬化時間が適正な値にまで短縮し、JIS規定
値を充足するものとなり、鋳型の製造及び鋳込みの作業
工程を能率よく進行させることができる。
(2)この鋳型材料を水で練和してなる鋳型は、膨張促
進剤としてのアルミニウム微粉末の作用て水素ガスを発
生させ、鋳型の収縮を抑えて、アルミニウム微粉末の添
加量にもよるが少なくとも約0.7〜0.8%程度膨張
させることが出来る。
また、鋳込時の鋳型温度約700〜800′Cに於ける
鋳型の熱膨張率が約0.5〜0.6%となるので、両者
の膨張率の合計値約1.2〜1.4%で以つて、チタン
又はチタンを主成分とする合金の鋳込時の収縮率約1.
5%を略補償することが出来る。従つて、この自硬性鋳
型材料を用いて、チタン又はチタン合金からなる義歯な
どの略完全な精密鋳造品を鋳造することができる。(3
)この鋳型材料で製作した鋳型は、硬化促進剤及び結合
剤の作用で、その圧縮強度が改善され、JIS規定値を
充足する。
【図面の簡単な説明】
第1図はマグネシアセメントM4の粉砕時間と粒度分布
の関係を示す図表、第2図はマグネシアセメント0M4
に炭酸水素ナトリウムは第1リン酸カリウムを添加した
鋳型材料でW/P=0.13として製作した鋳型につい
てそれぞれの添加量と硬化時間の関係を示す線図、第3
図はマグネシアセメント0M4に炭酸水素ナトリウム又
は第1リン酸カリウムを添加した鋳型材料でW/P=0
.17として製作した鋳型についてそれぞれの添加量と
硬化時間の関係を示す線図、第4図及ひ第5図は各々マ
グネシアセメント0M4に炭酸水素ナトリウム又は第一
リン酸カリウムを添加した鋳型材料で、W/P=0.1
3として製作した鋳型の加熱温度と熱膨張率の関係を示
す線図、第6図及び第7図は各々マグネシアセメント0
M4に炭酸水素ナトリウム又は第一リン酸カリウムを添
加した鋳型材料で、W/P=0.13として製作した鋳
型のそれぞれの添加量と圧縮強さの関係を示す棒グラフ
、第8図及び第9図は各々マグネシアセメント■4に炭
酸水素ナトリウム又は第一リン酸カリウムを添加した鋳
型材料で、W/P=0.17として製作した鋳型のそれ
ぞれの添加量と圧縮強さの関係を示す棒グラフ、第10
図はマグネシアセメント0M4に炭酸水素ナトリウムを
添加した鋳型材料で、W/P=0.14として製作した
鋳型の凝縮時間と凝縮時の寸法変化率の関係を示す線図
、第11図はマグネシアセメント0M4に0.3%の炭
酸水素ナトリウムを添加するとともに各%のアルミニウ
ム微粉末を添加した鋳型材料で、W/P=0.14とし
て製作した鋳型の凝縮時間と凝縮時の寸法変化率の関係
を示す線図、第12図はマグネシアセメント心■に0.
3%の炭酸水素ナトリウムを添加するとともに各%のア
ルミニウム微粉末を添加した鋳型材料で、W/P=0.
16として製作した鋳型の凝縮時間と凝縮時の寸法変化
率の関係を示す線図、第13図はマグネシアセメント0
M4に0.3%の炭酸水素ナトリウムを添加するととも
に各%のアルミニウム微粉末を添加した鋳型材料で、W
/P=0.14として製作した鋳型の加熱温度と加熱時
の熱膨張率の関係を示す線図、第14図はマグネシアセ
メント4M4に0.3%の炭酸水素ナトリウムを添加す
るとともに各%のアルミニウム微粉末を添加した鋳型材
料で、W/P=0.16として製作した鋳型の加熱温度
と加熱時の熱膨張率の関係を示す線図、第15図乃至第
18図は各鋳造品を支台歯に嵌めた状態の縦断正面図、
第19図は金型支台とカップ状鋳造品の縦断正面図、第
20図は各鋳造品の表面の中心線平均粗さの棒グラフ、
第21図はマグネシアやチタン酸化物などの酸化物生成
エネルギーの線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 マグネシアセメントに、硬化促進剤及び結合剤とし
    て、アルカリ金属の炭酸水素塩とアルカリ金属のリン酸
    塩のうちの少なくとも一つを添加するとともに、膨張促
    進剤としてアルミニウム微粉末を添加してなるチタン又
    はチタン合金鋳造用の自硬性鋳型材料2 特許請求の範
    囲第1項に記載しにチタン又はチタン合金鋳造用の自硬
    性鋳型材料において、硬化促進剤及び結合剤として炭酸
    水素ナトリウム(NaHCO_3)を用いたもの3 特
    許請求の範囲第1項に記載したチタン又はチタン合金鋳
    造用の自硬性鋳型材料において、硬化促進剤及び結合剤
    として第一リン酸カリウム(KH_2PO_4)を用い
    たもの4 特許請求の範囲第1項に記載したチタン又は
    チタン合金鋳造用の自硬性鋳型材料において、マグネシ
    アセメントがマグネシア(MgO)にシリカ(SiO_
    2)、酸化ナトリウム(Na_2O)、酸化第二鉄(F
    e_2O_3)及びアルミナ(Al_2O_3)を添加
    してなるもの
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BR112015015966A2 (pt) * 2013-01-04 2017-07-11 S & B Ind Minerals Gmbh método para a produção de uma areia para núcleos e/ou areia de moldar para fins de fundição
CN104028694A (zh) * 2013-03-05 2014-09-10 侯伟 叶轮铸造用发泡石膏铸型配方及混制工艺

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