<Desc/Clms Page number 1>
"MATERIAU DE MOULE POUR COULEE DE METAL"
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un matériau de moule à base de gypse (plâtre) pour la coulée de métal et, plus particulièrement, à un matériau de moule pour la coulée de métal, lequel procédé permet d'empêcher la détérioration du métal coulé. L'invention se rapporte aussi à un procédé pour le moulage d'un métal coulé en utilisant un moule à base de gypse.
Art connexe.
Dans les milieux de la décoration et dans les milieux dentaires, on utilise le procédé dit de moulage à cire perdue pour reproduire des formes complexes par moulage de métal coulé. Dans le procédé de moulage à cire perdue, on façonne au moyen de cire un modèle de la forme souhaitée. Ce modèle de cire est placé verticalement dans une bague de coulée (matrice de moulage). On malaxe ensemble le matériau de moule pour coulée de métal et de l'eau pour former une pâte, laquelle pâte est forcée dans une bague de coulée pour former un modèle de cire noyé dans celui-ci. La pâte subit alors la prise et est cuite avec la bague à une température de 700 C à 800 C. Ceci a pour effet d'éliminer par calcination la cire, ce qui forme une cavité dans le moule (de précision).
Le métal fondu est ensuite versé dans le moule par un procédé centrifuge, un procédé par dépressurisation ou un procédé par pressurisation, etc. On laisse ensuite l'assemblage résultant refroidir et on enlève ensuite le moule pour obtenir le produit moulé. L'utilisation d'un moule en gypse a le mérite d'améliorer la fluidité lors du versage de
<Desc/Clms Page number 2>
la pâte dans la matrice de coulée, de ne présenter que de petites déformations par ailleurs provoquées par les contraintes résiduelles qui suivent la cuisson, d'améliorer les performances de démoulage du produit moulé, et de ne présenter que de faibles détériorations au cours du temps.
On utilise comme composants principaux du matériau de moule pour la coulée de métal, un gypse semi hydraté, en tant que liant, un oxyde inorganique, en tant que matériau résistant à la chaleur, par exemple de l'alumine, du spinelle, de la cristobalite, du quartz, de la mullite, de l'oxyde de zirconium et/ou de l'oxyde de magnésium. En plus de ces composants principaux, on peut si nécessaire utiliser comme additifs des composants auxiliaires, tels qu'un agent d'ajustement du temps de prise, un agent d'expansion, un agent antiretrait, un agent améliorant de la perméabilité gazeuse et/ou un agent réduisant la teneur en eau.
Par exemple, on connaît un matériau de précision à usage dentaire est connu (matériau de moule pour une coulée métallique de précision) contenant un liant (agent liant) et un matériau réfractaire (matériau résistant à la chaleur), auquel on ajoute du phosphite d'aluminium (agent d'expansion) (voir publication de brevet 1).
Le métal utilisé pour la coulée est dans la majorité des cas, un métal noble. Pour cette raison, la quantité excédentaire de métal dans le produit coulé est utilisée en mélange avec du métal frais non usité (restant) pour le moulage suivant.
Publication de brevet 1 : japonais JP-A-9 227 326
On trouve aussi un certain nombre de procédé connus pour le moulage dentaire et la coulée dans les documents suivants :
JP 07-2617A
JP 2002-87918A
JP 59-181203A
USP 5 373 891 USP5718749
<Desc/Clms Page number 3>
USP 4 814 011
USP 4 909 847, et
USP 5 304 239.
Aucun de ces documents de l'art antérieur ne mentionne la possibilité de détérioration du moulage métallique.
RESUME DE LA DIVULGATION
Cependant, avec des matériaux de moule à base de gypse pour la coulée de métal, il est des cas dans lesquels des gaz sont générés pendant la cuisson ou la coulée et sont pris dans le métal fondu, ceci ayant pour résultat que le métal est détérioré et ne peut plus présenter les propriétés souhaitées.
Ceci signifie qu'avec un matériau de moule à base de gypse pour la coulée de métal, du gypse (CaS04) est quelquefois décomposé lors du chauffage. En théorie, le gypse à haute pureté est censé ne pas se décomposer jusqu'à 1000 C. Toutefois, la température de décomposition est parfois abaissée à environ 700 C, par exemple à cause de l'addition d'adjuvants, de sorte que, aux sites de moulage dans lesquels la perméabilité aux gaz est faible, il peut s'accumuler des gaz produits par la décomposition thermique du gypse. Il est aussi des cas où la décomposition du gypse se produit même dans le cas où un métal possédant un point de fusion de 1000 C ou plus est coulé dans le moule.
Lors de la décomposition du gypse, du S03 ou du S02 gazeux, ci-après désigné (s) commeSOx, sont produits par la réaction CaSO4 # CaO + SOx. Si le gaz est pris dans le métal fondu, le métal est détérioré et devient cassant. De plus, étant donné que tout éventuel excès de métal utilisé dans la coulée est mélangé et fondu avec du métal frais non usagé, au moment de la coulée suivante, l'effet du gaz SOx est cumulé avec les coulées répétées, ce qui fragilise graduellement le métal.
<Desc/Clms Page number 4>
L'invention a pour but de procurer un matériau de moule pour la coulée de métal, permettant de supprimer la détérioration du moulage métallique.
L'invention procure un matériau de moule pour coulée de métal, comprenant du gypse semi hydraté et un matériau résistant à la chaleur, le matériau de moule contenant un sel de phosphore d'un oxacide, lequel est insoluble dans l'eau. Ceci assure la suppression de la détérioration du moulage métallique.
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, le sel de phosphore d'un oxacide est de préférence solide à 1000 C ou plus, de préférence à 1200 C ou plus, plus préférentiellement à 1300 C ou plus.
Dans le matériau de moule selon l'invention, le sel de phosphore d'un oxacide est de préférence au moins un sel choisi pari des orthophosphates, des métaphosphates, des diphosphates et des phosphates, de préférence au moins un sel de Ca, Mg et/ou AI et plus préférentiellement du diphosphate de calcium.
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, le matériau résistant à la chaleur est de préférence choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, le spinelle, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, la magnésie et l'oxyde de calcium et plus préférentiellement l'alumine
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, la teneur en gypse semi hydraté n'est, de préférence, pas inférieure à 20% en poids et n'est pas supérieure à 80% en poids, et la teneur en le sel de phosphore d'un oxacide n'est pas inférieure à 5% en poids et n'est pas supérieure à 30% en poids.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un premier graphique illustrant la relation entre le nombre de coulées et les angles de courbure de spécimens de métal moulé obtenus par la coulée des matériaux de moules respectifs
<Desc/Clms Page number 5>
pour la coulée de métal contenant différents types de sels de phosphore d'un oxacide dans diverses quantités respectives.
La figure 2 est un second graphique illustrant la relation entre le nombre de coulées et les angles de courbure de spécimens de métal moulé obtenus par la coulée des matériaux de moules respectifs pour la coulée de métal contenant différents types de sels de phosphore d'un oxacide dans diverses quantités respectives.
FORMES DE REALISATIONS PREFEREES DE L'INVENTION
Le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention est explicité ci-après. Le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, contient au moins du gypse semi hydraté, un matériau résistant à la chaleur, et un sel de phosphore d'un oxacide.
Le gypse semi hydraté est un liant obtenu sous la forme d'un semi hydrate par cuisson de gypse dihydraté en tant que matériau de départ, à pression atmosphérique ou sous pression. Lorsqu'il est hydraté, le gypse semi hydraté prend en formant une structure de cristaux aciculaires de gypse dihydraté, et agit ainsi comme liant pour le moule. Il existe deux types de gypse semi hydraté, à savoir un type a et un type ss. La teneur en gypse semi hydraté est de 20 à 80 % en poids.
Lorsque la teneur en gypse semi hydraté est inférieure à 20% en poids, la résistance du moule est médiocre, de sorte que des fissures tendent à se former par défaut de résistance après le frittage. De plus, le moule a tendance à se dilater de manière excessive sous l'effet du chauffage.
Par ailleurs, lorsque la teneur en gypse semi hydraté est supérieure à 80% en poids, il existe un risque que la dilatation ne se fasse pas à un point suffisant pour compenser le retrait au moulage du métal à couler.
La teneur en gypse semi hydraté est de préférence de 20 à 60% en poids et plus préférentiellement de 20 à 40% en poids.
Le matériau résistant à la chaleur confère des propriétés de résistance aux températures élevées, telles que celles appliquées lors de
<Desc/Clms Page number 6>
la coulée du métal fondu. On peut citer comme matériaux résistants à la chaleur l'alumine, la silice (le quartz, la cristobalite, la tridymite), le spinelle, l'oxyde de zirconium, la silice de zirconium, la mullite, l'oxyde de magnésium et l'oxyde de calcium, etc. Parmi ceux-ci, on préférera l'alumine.
Le sel de phosphore d'un oxacide est un additif supprimant la détérioration du métal coulé dans le moule de coulée. On choisit un sel de phosphore d'un oxacide insoluble (peu soluble). On choisit un sel de phosphore d'un oxacide qui soit solide à une température n'étant pas inférieure à 1000 C. Le sel de phosphore d'un oxacide utilisé est de préférence solide à une température n'étant pas inférieure à 1200 C, et plus préférentiellement solide à une température n'étant pas inférieure à 1300 C. On notera que le sel de phosphore d'un oxacide n'est pas utilisé en tant que liant.
On peut citer comme sel de phosphore d'un oxacide les orthophosphates, les métaphosphates, les diphosphates et les phosphates, etc., et ils peuvent être par exemple, du métaphosphate d'aluminium, du diphosphate de magnésium, du diphosphate de calcium et/ou du phosphate de calcium (4CaO-P205). En tant que phosphate de calcium, on peut utiliser de la porcelaine tendre pulvérisée, du phosphate de calcium régénéré (sous-produit du procédé de production de colle) et des cendres d'os calcinées etc. La teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de 5 à 30% en poids. Lorsque la teneur en sel de phosphore d'un oxacide est inférieure à 5% en poids, il peut devenir impossible de supprimer la détérioration du métal à couler.
D'autre part, lorsque la teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de plus de 30% en poids, les propriétés de prise, telles que le temps de prise ou la dilatation à la prise, ont tendance à être négativement affectées. La teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de préférence de 5 à 25% en poids et plus préférentiellement de 10 à 25% en poids. La taille moyenne des particules du sel de phosphore d'un oxacide n'est pas supérieure à 100 m, de préférence pas supérieure à 70 m et plus préférentiellement pas
<Desc/Clms Page number 7>
supérieure à 50 m.
Le matériau de moule pour la coulée de métal selon la présente forme de réalisation est de préférence additionné d'un agent antiretrait, d'un agent de dilatation, un agent de réduction de la teneur en eau (c'est-à-dire un agent de réduction de la quantité d'eau) et d'un agent d'ajustement du temps, dans le but de produire un moule de coulée de haute précision et de forme souhaitée.
Le matériau de moule pour la coulée de métal selon la forme de réalisation présente est produit de la manière suivante :
Un modèle de cire, formé par une partie de modèle ayant la forme souhaitée, tel qu'un profil d'une dent (ou d'une couronne), et une partie de support portant la partie de modèle, est placé verticalement dans une matrice de moule. Un matériau de moule (généralement appelé "matériau de précision") pour la coulée de métal est versé dans la matrice du moule, de manière que la partie de modèle en cire, à l'exception d'une partie terminale de la partie de support, soit noyée (immergée) dans le matériau de moule (pâte) pour la coulée de métal.
On laisse ensuite prendre le matériau de moule pour la coulée de métal.
Enfin, le matériau de moule pour coulée de métal ainsi durci est fritté par cuisson, et le modèle en cire est gazéifié pour produire un moule comportant une cavité du profil souhaité.
La partie de support du modèle en cire est formé, par prise (relevé) d'une empreinte du profil de la dent (configuration) d'un patient, en utilisant un matériau d'empreinte (plastique), en prenant le profil de la dent par préparation d'un modèle fabriqué à partir de gypse à mouler, en opérant des fusions et solidifications répétées de la cire sur le moule de gypse, ensuite en parant et en rectifiant la forme. La partie de support procurée dans le profil de cire est configuré de manière à supporter la partie du profil dans la matrice du moule, et après le versage de la pâte de matériau de moule dans la matrice de moule, la partie de support est gazéifié par cuisson pour former une cavité de la même forme que celle
<Desc/Clms Page number 8>
du modèle souhaité (par exemple, une couronne dentaire).
Bien que le modèle de cire soit noyé dans le matériau de moule (de précision), une extrémité de la partie de support du modèle de cire est exposée hors du matériau de moule, de manière à permettre au profil de cire de déborder par la partie ainsi exposée pendant la cuisson du matériau de moule.
On ajoute au matériau de moule une quantité adéquate d'eau et on le coule dans la matrice de moulage. On laisse alors reposer le matériau de moule, suite à quoi a lieu la prise.
La température de cuisson du matériau de moule doit être une température telle qu'elle permette au modèle de cire d'être gazéifié.
Spécifiquement, la température de cuisson souhaitable est de 700 à 850 C. Lorsque la température de cuisson est inférieure à 700 C, la cire a tendance à demeurer. Par ailleurs, si la température de cuisson est supérieure à 850 C, le gypse contenu dans le matériau de moule a tendance à se décomposer.
EXEMPLES. -
Divers exemples selon l'invention sont expliqués ci-après.
On a préparé un moule, par le procédé de moulage à cire perdue, à partir d'un matériau de départ composé de 100 parties en poids de matériau de moule pour la coulée de métal, possédant les compositions illustrées au tableau 1, pas plus de 0,1 partie en poids d'un agent d'ajustement du temps de prise et 0,7 parties en poids d'un agent de réduction de la teneur en eau. En utilisant le moule produit de cette manière, on a coulé le métal et on a effectué des mesures des propriétés du matériau de moule résultant. En ce qui concerne la taille moyenne des particules du sel de phosphore d'un oxacide, celle de l'AI(P03)3 est de 6,7 m. celle du Mg2P2O7 est de 27 m, et celle du Ca2P207 est de 64 m.
Tableau I
EMI8.1
<tb>
<tb> Spécimens <SEP> Type <SEP> de <SEP> sel <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Gypse <SEP> semi <SEP> Alumine <SEP> (%
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> de <SEP> sel <SEP> de <SEP> hydraté <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids
<tb> phosphore <SEP> phosphore <SEP> en <SEP> poids)
<tb> d'un <SEP> oxacide <SEP> d'un <SEP> oxacide
<tb> ajouté <SEP> (% <SEP> en
<tb> poids)
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> AI(PO3)3 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> Mg2P2O7 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> Ca2P207 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 50
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> Ca2P207 <SEP> 5 <SEP> 30 <SEP> 65
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> Ca2P2O7 <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> 68
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> Rien <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 70
<tb> Ex.
<SEP> 6 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 8 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb>
* Ex. Comp. : Exemple comparatif
Les conditions pour la production du moule sont expliquées ci-après. Comme pour le matériau de moule par la coulée de métal, on ajoute à chaque fois 100 g de matériau de moule pour la coulée de métal (contenant un agent d'ajustement du temps de prise et un agent de réduction de la teneur en eau) comme illustré au tableau 1, à 28 g d'eau et on désintègre le mélange résultant dans un récipient agitateur jusqu'à ce que l'on obtienne une masse homogène. On agite cette masse homogène pendant une minute dans un agitateur sous vide, en utilisant un agitateur sous vide à usage dentaire, pour former une pâte.
Pour le modèle de cire, on utilise une feuille de plastique, d'une taille de 0,5 x 7 x 30 mm, à la place du modèle de cire. Le temps de prise du matériau de moule pour la coulée de métal était de l'ordre de 30 minutes. Les conditions de cuisson pour le matériau de moule pour la coulée de métal étaient de 800 C pendant 60 minutes. Le gypse semi hydraté utilisé était
<Desc/Clms Page number 10>
une poudre obtenue par pulvérisation de gypse semi hydraté de type a, AT-20 fabriqué par Toray Co. Ltd. La pureté était de 98% ou plus.
En tant que métal, on utilise un métal noble adéquat pour la cuisson de la porcelaine à usage dentaire, fabriqué par NORITAKE Co. Ltd. (marque déposée : P-60, Pd : 60%, Ag : 27%, In 8% et autres ingrédients : 5%) et on le fond à environ 1350 C grâce à une source de chaleur à résistance électrique. On a coulé le métal fondu en utilisant une machine de coulée à dépression/ pressurisation.
La méthode de mesure des caractéristiques d'un produit coulé est expliquée ci-après. Un produit coulé, obtenu par le procédé de moulage à cire perdue, est fixé à une extrémité et courbé à l'autre extrémité au moyen d'une pince. On a mesuré par contrôle visuel l'angle de courbure lorsque la partie courbée se brise. Après la mesure, on a fait fondre le produit coulé et on a produit un produit coulé par le même procédé pour effectuer des mesures similaires. On a répété quatre fois cette séquence d'étapes pour effectuer les mesures. C'est-à-dire que l'on a réalisé quatre mesures pour chaque type individuel de matériau de moule pour la coulée de métal. Les résultats mesurés sont illustrés au tableau qui suit. Pendant ce temps, on a utilisé du métal frais non usagé pour la première coulée.
Le procédé pour l'évaluation des caractéristiques du produit coulé est maintenant expliqué ci-après. On pose que plus l'angle de courbure mesuré par le procédé ci-dessus est petit, plus le produit coulé est cassant. Ceci signifie que, plus l'angle de courbure est petit, plus la détérioration est grave et l'on peut considérer que la détérioration du métal s'est produite sous l'influence du gaz SOx produit par suite de la décomposition du gypse. Les angles de courbure pour chaque coulée des matériaux de moule obtenus par le moulage des spécimens respectifs du tableau 1 (matériau de moule pour la coulée de métal) sont illustrés dans le tableau 2 qui suit.
<Desc/Clms Page number 11>
Tableau Il
EMI11.1
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> courbure <SEP> ( )
<tb> Spécimens <SEP> premier <SEP> deuxième <SEP> troisième <SEP> quatrième
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> 80 <SEP> 78 <SEP> 70 <SEP> 80 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> 70 <SEP> 75 <SEP> 65 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> 73 <SEP> 80 <SEP> 55 <SEP> 58
<tb> Ex. <SEP> 6 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex.
<SEP> 8 <SEP> 70 <SEP> 70 <SEP> 68 <SEP> 64 <SEP>
<tb>
En ce qui concerne les exemples comparatifs 1 et 2 des tableaux 1 et 2 et de la figure 1, l'angle de courbure descend à 60 ou moins pour la troisième opération de coulée et la suivante, et dès lors le matériau de coulée devient cassant, à l'exception des cas où l'on ajoute un sel de phosphore d'un oxacide au matériau de moule pour la coulée de métal. Par contre, pour l'exemple comparatif 1, l'angle de courbure est toujours de 60 pour la troisième et la quatrième coulée, ce qui signifie, dans un certain sens, que cet exemple comparatif pourrait être considéré en tant qu'un exemple selon l'invention.
Contrairement à ceci, pour les exemples 1 à 8, dans lesquels on a ajouté du sel de phosphore d'un oxacide aux spécimens, l'angle de courbure dépasse sans exception 60 , même pour la quatrième coulée, comme on peut le voir au 2 et aux figures 1 et 2, de sorte qu'il est possible d'empêcher que l'angle de courbure soit diminué. Donc, pour les exemples 1 à 8, l'addition du sel de phosphore d'un oxacide supprime la production de SOx gazeux par suite de la décomposition du gypse du matériau de moule pour la coulée de métal, et supprime de cette manière la
<Desc/Clms Page number 12>
détérioration du métal.
A la lumière des résultats ci-dessus, on comprendra qu'il pourrait exister un point critique dans la suppression de la détérioration des métaux de coulée autour d'une teneur de 2 à 5% en poids de sel de phosphore d'un oxacide dans le matériau de moule pour la coulée de métal.
Les effets bénéfiques de l'invention se résument comme suit.
Selon l'invention, il est possible de supprimer la génération de SOx gazeux par suite de la décomposition du gypse, au moment du chauffage (cuisson ou coulée) du matériau de moule pour la coulée de métal, et dès lors, de supprimer la détérioration du métal.
Il est à noter que d'autres objets, caractéristiques et aspects de la présente invention seront mis en évidence à la lumière de la divulgation complète et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir de l'esprit et de la portée de l'invention telle que divulguée ici et revendiquée en annexe.
Il est aussi bien entendu que n'importe quelle combinaison des éléments, matières et/ou articles divulgués et revendiqués, pourrait tomber sous les modifications mentionnées ci-dessus.
<Desc/Clms Page number 13>
Figures 1 et 2 Ordonnée : Angle de courbure ( ) Abscisse : Nombre de coulée(s)
Ex. Comp 1/2
<Desc / Clms Page number 1>
"MOLD MATERIAL FOR METAL CASTING"
Field of the invention
The present invention relates to a gypsum (gypsum) mold material for casting of metal and, more particularly, to a mold material for casting of metal, which method makes it possible to prevent deterioration of the cast metal. The invention also relates to a method for casting a cast metal using a gypsum mold.
Related art.
In the decoration and dental environments, the so-called lost-wax molding process is used to reproduce complex shapes by casting cast metal. In the lost wax molding process, a model of the desired shape is shaped by means of wax. This model of wax is placed vertically in a casting ring (casting die). The casting mold material and water are kneaded together to form a paste, which paste is forced into a casting ring to form a wax pattern embedded therein. The paste then undergoes setting and is fired with the ring at a temperature of 700 ° C. to 800 ° C. This has the effect of removing by calcination the wax, which forms a cavity in the mold (of precision).
The molten metal is then poured into the mold by a centrifugal process, a depressurization process or a pressurization process, etc. The resulting assembly is then allowed to cool and the mold is then removed to obtain the molded product. The use of a gypsum mold has the merit of improving fluidity when pouring
<Desc / Clms Page number 2>
the paste in the casting die, to present only small deformations also caused by the residual stresses that follow the cooking, to improve the demolding performance of the molded product, and to show only slight deterioration over time .
As the main components of the mold material for the casting of metal, a semi-hydrated gypsum, as a binder, an inorganic oxide, is used as heat-resistant material, for example alumina, spinel, cristobalite, quartz, mullite, zirconium oxide and / or magnesium oxide. In addition to these main components, auxiliary components, such as a setting time setting agent, blowing agent, anti-shrink agent, gas permeability enhancer, and / or or an agent reducing the water content.
For example, there is known a precision material for dental use is known (mold material for a precision metal casting) containing a binder (binding agent) and a refractory material (heat-resistant material), which is added phosphite d aluminum (blowing agent) (see Patent Publication 1).
The metal used for casting is in most cases a noble metal. For this reason, the excess amount of metal in the cast product is used in admixture with fresh (unexpended) fresh metal for subsequent molding.
Patent Publication 1: Japanese JP-A-9,227,326
There are also a number of known methods for dental molding and casting in the following documents:
JP 07-2617A
JP 2002-87918A
JP 59-181203A
USP 5,373,891 USP5718749
<Desc / Clms Page number 3>
USP 4,814,011
USP 4,909,847, and
USP 5,304,239.
None of these documents of the prior art mentions the possibility of deterioration of the metal molding.
SUMMARY OF DISCLOSURE
However, with gypsum mold materials for casting metal, there are cases in which gases are generated during firing or casting and are trapped in the molten metal, resulting in the metal being deteriorated. and can no longer present the desired properties.
This means that with a gypsum mold material for casting metal, gypsum (CaSO4) is sometimes broken down during heating. In theory, the high purity gypsum is not expected to decompose up to 1000 C. However, the decomposition temperature is sometimes lowered to about 700 C, for example because of the addition of adjuvants, so that, at molding sites in which gas permeability is low, gases produced by the thermal decomposition of gypsum may accumulate. There are also cases where the decomposition of gypsum occurs even in the case where a metal having a melting point of 1000 C or more is poured into the mold.
Upon decomposition of the gypsum, SO 3 or SO 2 gas, hereinafter referred to as SOx, are produced by the CaSO4 # CaO + SOx reaction. If the gas is caught in the molten metal, the metal is deteriorated and becomes brittle. In addition, since any excess metal used in the casting is mixed and melted with fresh non-spent metal, at the time of the next casting, the effect of the SOx gas is accumulated with the repeated castings, which weakens gradually. metal.
<Desc / Clms Page number 4>
The object of the invention is to provide a mold material for casting of metal, to suppress the deterioration of the metal molding.
The invention provides a metal casting mold material comprising semi-hydrated gypsum and a heat resistant material, the mold material containing a phosphorus salt of an oxacid, which is insoluble in water. This ensures the removal of the deterioration of the metal molding.
In the metal casting mold material according to the invention, the phosphorus salt of an oxacid is preferably solid at 1000 ° C or higher, preferably at 1200 ° C or higher, more preferably at 1300 ° C or higher.
In the mold material according to the invention, the phosphorus salt of an oxacid is preferably at least one salt selected from orthophosphates, metaphosphates, diphosphates and phosphates, preferably at least one salt of Ca, Mg and and / or AI and more preferably calcium diphosphate.
In the metal casting mold material according to the invention, the heat-resistant material is preferably selected from the group consisting of alumina, silica, spinel, zirconium oxide, zirconium silicate, magnesia and calcium oxide and more preferably alumina
In the metal casting mold material according to the invention, the semi-hydrated gypsum content is preferably not less than 20% by weight and not more than 80% by weight, and the the phosphorus salt of an oxacid is not less than 5% by weight and is not more than 30% by weight.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1 is a first graph illustrating the relationship between the number of castings and the angles of curvature of cast metal specimens obtained by casting the respective mold materials
<Desc / Clms Page number 5>
for casting metal containing different types of phosphorus salts of an oxacid in various respective amounts.
Fig. 2 is a second graph illustrating the relationship between the number of castings and the curvature angles of cast metal specimens obtained by casting the respective mold materials for casting metal containing different types of phosphorus salts of an oxacid in various respective quantities.
PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
The casting metal casting material according to the invention is explained below. The metal casting mold material according to the invention contains at least semi-hydrated gypsum, a heat resistant material, and a phosphorus salt of an oxacid.
Semi-hydrated gypsum is a binder obtained in the form of a semihydrate by baking gypsum dihydrate as a starting material, at atmospheric pressure or under pressure. When hydrated, the semihydrated gypsum takes on forming a structure of acicular crystals of gypsum dihydrate, and thus acts as a binder for the mold. There are two types of semi hydrated gypsum, namely a type a and a type ss. The content of semi-hydrated gypsum is 20 to 80% by weight.
When the content of semi-hydrated gypsum is less than 20% by weight, the strength of the mold is poor, so that cracks tend to form by lack of strength after sintering. In addition, the mold tends to expand excessively under the effect of heating.
On the other hand, when the content of the semihydrated gypsum is greater than 80% by weight, there is a risk that the expansion does not take place at a sufficient point to compensate for the mold shrinkage of the metal to be cast.
The content of semi-hydrated gypsum is preferably from 20 to 60% by weight and more preferably from 20 to 40% by weight.
The heat resistant material provides high temperature resistance properties, such as those applied during
<Desc / Clms Page number 6>
the casting of the molten metal. Heat resistant materials include alumina, silica (quartz, cristobalite, tridymite), spinel, zirconium oxide, zirconium silica, mullite, magnesium oxide, and the like. calcium oxide, etc. Of these, alumina will be preferred.
The phosphorus salt of an oxacid is an additive that suppresses the deterioration of the metal cast in the casting mold. A phosphorus salt of an insoluble oxacid (poorly soluble) is chosen. A phosphorus salt of an oxacid which is solid at a temperature of not less than 1000 ° C. is chosen. The phosphorus salt of an oxacid used is preferably solid at a temperature of not less than 1200 ° C. and more preferably solid at a temperature not lower than 1300 C. It will be noted that the phosphorus salt of an oxacid is not used as a binder.
Phosphorus salts of an oxacid include orthophosphates, metaphosphates, diphosphates and phosphates, etc., and may be, for example, aluminum metaphosphate, magnesium diphosphate, calcium diphosphate and / or or calcium phosphate (4CaO-P205). As calcium phosphate, pulverized soft porcelain, regenerated calcium phosphate (a by-product of the glue production process) and calcined bone ash etc. can be used. The phosphorus salt content of an oxacid is from 5 to 30% by weight. When the phosphorus salt content of an oxacid is less than 5% by weight, it may become impossible to suppress the deterioration of the metal to be cast.
On the other hand, when the phosphorus salt content of an oxacid is more than 30% by weight, setting properties, such as setting time or setting expansion, tend to be negatively affected. The phosphorus salt content of an oxacid is preferably from 5 to 25% by weight and more preferably from 10 to 25% by weight. The average particle size of the phosphorus salt of an oxacid is not greater than 100 m, preferably not more than 70 m and more preferably not
<Desc / Clms Page number 7>
greater than 50 m.
The casting material for the metal casting according to the present embodiment is preferably supplemented with a anti-shrink agent, an expanding agent, a water content reducing agent (i.e. water quantity reducing agent) and a time adjusting agent for the purpose of producing a casting mold of high precision and desired shape.
The mold material for the metal casting according to the present embodiment is produced as follows:
A wax model, formed by a model portion having the desired shape, such as a profile of a tooth (or a crown), and a support portion carrying the model portion, is placed vertically in a matrix of mold. A mold material (generally referred to as "precision material") for pouring metal is poured into the die of the mold, so that the wax pattern portion, except for an end portion of the support portion or embedded (immersed) in the mold material (paste) for casting metal.
The mold material is then allowed to settle for casting.
Finally, the hardened metal casting mold material is sintered by firing, and the wax model is gasified to produce a mold having a cavity of the desired profile.
The support part of the wax model is formed, by taking (reading) an impression of the tooth profile (configuration) of a patient, using an impression material (plastic), taking the profile of the tooth by preparing a model made from molding gypsum, by performing repeated melting and solidification of the wax on the gypsum mold, then parrying and rectifying the shape. The support portion provided in the wax profile is configured to support the portion of the profile in the die of the mold, and after the pouring of the mold material paste into the mold die, the support portion is gasified by cooking to form a cavity of the same shape as
<Desc / Clms Page number 8>
the desired model (for example, a dental crown).
Although the wax pattern is embedded in the (precision) mold material, one end of the wax pattern support portion is exposed out of the mold material, so as to allow the wax profile to overflow through the mold portion. thus exposed during firing of the mold material.
A suitable amount of water is added to the mold material and poured into the molding die. The mold material is then allowed to settle, following which setting takes place.
The firing temperature of the mold material must be such that it allows the wax model to be gasified.
Specifically, the desirable firing temperature is 700 to 850 C. When the firing temperature is below 700 C, the wax tends to remain. On the other hand, if the firing temperature is above 850 C, the gypsum contained in the mold material tends to decompose.
EXAMPLES. -
Various examples according to the invention are explained below.
A mold, by the lost-wax molding process, was prepared from a starting material composed of 100 parts by weight of mold material for casting metal, having the compositions shown in Table 1, no more than 0.1 part by weight of a setting time setting agent and 0.7 parts by weight of a water content reducing agent. Using the mold produced in this manner, the metal was cast and the properties of the resulting mold material were measured. With regard to the average particle size of the phosphorus salt of an oxacid, that of the Al (PO 3) 3 is 6.7 m. that of Mg2P2O7 is 27 m, and that of Ca2P207 is 64 m.
Table I
EMI8.1
<Tb>
<tb> Specimens <SEP> Type <SEP> of <SEP> salt <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> Gypsum <SEP> semi <SEP> Alumina <SEP> (%
<Tb>
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<Tb>
<tb> of <SEP> salt <SEP> of <SEP> hydrated <SEP> (% <SEP> in <SEP> weight
<tb> phosphorus <SEP> phosphorus <SEP> in <SEP> weight)
<tb> of a <SEP> oxacid <SEP> of a <SEP> oxacid
<tb> added <SEP> (% <SEP> in
<tb> weight)
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> AI (PO3) 3 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> Mg2P2O7 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> Ca2P207 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 50
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> Ca2P207 <SEP> 5 <SEP> 30 <SEP> 65
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> Ca2P2O7 <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> 68
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> Nothing <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 70
<tb> Ex.
<SEP> 6 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 8 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 40 <SEP> 50
<Tb>
* Ex. Comp. : Comparative example
The conditions for the production of the mold are explained below. As for the mold material by the metal casting, 100 g of casting material (containing a setting time setting agent and a water content reducing agent) is added each time. as shown in Table 1, at 28 g of water and the resulting mixture is disintegrated in a stirring vessel until a homogeneous mass is obtained. This homogenous mass is stirred for one minute in a vacuum agitator, using a vacuum stirrer for dental use, to form a paste.
For the wax model, a plastic sheet, 0.5 x 7 x 30 mm in size, is used instead of the wax model. The setting time of the mold material for the metal casting was of the order of 30 minutes. The baking conditions for the mold material for casting metal were 800 C for 60 minutes. The semi-hydrated gypsum used was
<Desc / Clms Page number 10>
an AT-20 type semi-hydrated gypsum spray powder manufactured by Toray Co. Ltd. The purity was 98% or more.
As a metal, a noble metal suitable for cooking dental porcelain manufactured by NORITAKE Co. Ltd. is used. (Registered trademark: P-60, Pd: 60%, Ag: 27%, In 8% and other ingredients: 5%) and melted at about 1350 C by an electrical resistance heat source. The molten metal was cast using a vacuum / pressurization casting machine.
The method of measuring the characteristics of a cast product is explained below. A cast product, obtained by the lost wax molding process, is attached at one end and bent at the other end by means of a clamp. The angle of curvature was measured by visual inspection when the curved portion broke. After the measurement, the cast product was melted and a product cast by the same process was produced to perform similar measurements. This sequence of steps was repeated four times to make the measurements. That is, four measurements were made for each individual type of mold material for casting metal. The measured results are illustrated in the table below. Meanwhile, unused fresh metal was used for the first casting.
The process for evaluating the characteristics of the cast product is now explained below. It is posited that the smaller the angle of curvature measured by the above method, the more the cast product is brittle. This means that the smaller the angle of curvature, the more serious the deterioration and the deterioration of the metal can be considered to have occurred under the influence of the SOx gas produced as a result of gypsum decomposition. Curvature angles for each casting of the mold materials obtained by molding the respective specimens of Table 1 (mold material for metal casting) are illustrated in Table 2 which follows.
<Desc / Clms Page number 11>
Table II
EMI11.1
<Tb>
<tb> Angle <SEP> of <SEP> Curvature <SEP> ()
<tb> Specimens <SEP> first <SEP> second <SEP> third <SEP> fourth
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> 80 <SEP> 78 <SEP> 70 <SEP> 80 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> 70 <SEP> 75 <SEP> 65 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> 73 <SEP> 80 <SEP> 55 <SEP> 58
<tb> Ex. <SEP> 6 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex.
<SEP> 8 <SEP> 70 <SEP> 70 <SEP> 68 <SEP> 64 <SEP>
<Tb>
With regard to Comparative Examples 1 and 2 of Tables 1 and 2 and Figure 1, the angle of curvature decreases to 60 or less for the third casting operation and the next, and hence the casting material becomes brittle. with the exception of the case where a phosphorus salt of an oxacid is added to the mold material for the casting of metal. On the other hand, for comparative example 1, the angle of curvature is always 60 for the third and the fourth casting, which means, in a sense, that this comparative example could be considered as an example according to the invention.
In contrast to this, for Examples 1 to 8, in which phosphorus salt of an oxacid was added to the specimens, the angle of curvature exceeded without exception 60, even for the fourth casting, as can be seen in 2 and Figures 1 and 2, so that it is possible to prevent the angle of curvature from being decreased. Thus, for Examples 1 to 8, the addition of the phosphorus salt of an oxacid suppresses the production of SOx gas as a result of the decomposition of the gypsum of the mold material for the metal casting, and thereby eliminates the
<Desc / Clms Page number 12>
deterioration of the metal.
In light of the above results, it will be understood that there could be a critical point in suppressing the deterioration of the cast metals around a content of 2 to 5% by weight of phosphorus salt of an oxacid in the mold material for the casting of metal.
The beneficial effects of the invention are summarized as follows.
According to the invention, it is possible to suppress the generation of SOx gas as a result of the decomposition of the gypsum, at the time of heating (baking or casting) of the mold material for the casting of metal, and therefore, to eliminate deterioration metal.
It should be noted that other objects, features and aspects of the present invention will be demonstrated in light of the full disclosure and that modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. as disclosed herein and claimed in the appendix.
It is also understood that any combination of the elements, materials and / or articles disclosed and claimed, could fall under the modifications mentioned above.
<Desc / Clms Page number 13>
Figures 1 and 2 ordinate: Angle of curvature () Abscissa: Number of casting (s)
Ex. Comp 1/2