KR20060052187A

KR20060052187A - 세라믹스 입자

Info

Publication number: KR20060052187A
Application number: KR1020050095649A
Authority: KR
Inventors: 미키오 사카구치; 마사유키 가토; 가즈오 오키
Original assignee: 카오카부시키가이샤
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2006-05-19
Also published as: CN100560535C; US7730933B2; DE602005001752D1; DE602005001752T2; EP1652828B1; EP1652828A1; CN1769238A; US20060090876A1; MY139687A

Abstract

MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 세라믹스 입자, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사, 이 구상 주물사의 제조 방법, 이 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형, 및 이 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형을 사용하여 주조된 주물.

Description

세라믹스 입자{CERAMICS PARTICLE}

도 1 은 실시예 1 에서 얻어진 주물사의 반사 현미경 사진 (배율: 100배) 이다.

도 2 는 비교예 1 에서 얻어진 주물사의 반사 현미경 사진 (배율: 100배) 이다.

본 발명은, 세라믹스 입자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주강, 주철, 알루미늄, 구리 및 이들 합금 등의 주조용 주형에 사용되는 구상 주물사 등으로서의 세라믹스 입자 및 그 제조 방법, 그리고 주조용 주형 및 주물에 관한 것이다.

주물사의 구형도를 향상시키고, 흡수율을 저감시켜, 주형 제조시의 유동성 및 충전성을 개선하는 기술로서, 일본 공개특허공보 2004-202577호에, Al₂O₃ 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여, 화염 용융법으로 제조되는 구상 주물사가 개시되어 있다.

본 발명은, 세라믹스 입자로서, 그 중에서도 내식성, 내소착성이 우수하고, 더불어 강도 및 표면 평활성이 우수한 주조용 주형의 제조를 가능하게 하는, 구상 주물사 및 그 제조 방법, 그리고 그 주조용 주형을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명의 요지는,

[1] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 세라믹스 입자,

[2] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사,

[3] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인, [2] 기재의 구상 주물사,

[4] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사,

[5] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인, [4] 기재의 구상 주물사,

[6] 흡수율이 1.5중량% 이하인, [2] 기재의 구상 주물사,

[7] 흡수율이 1.5중량% 이하인, [3] 기재의 구상 주물사,

[8] 흡수율이 1.5중량% 이하인, [4] 기재의 구상 주물사,

[9] 흡수율이 1.5중량% 이하인, [5] 기재의 구상 주물사,

[10] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 입자를 구상 주 물사로서 사용하는 방법,

[11] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 입자인, [10] 기재의 방법,

[12] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 입자를 구상 주물사로서 사용하는 방법,

[13] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 입자인, [12] 기재의 방법,

[14] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜ 인 분말 입자를, 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 구상 주물사의 제조 방법,

[15] 평균 입경이 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를 구상화하여, 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사를 제조하는, [14] 기재의 방법,

[16] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜ 인 분말 입자를, 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사의 제조 방법,

[17] 평균 입경이 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를 구상화하여, 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사를 제조하는, [16] 기재의 방법,

[18] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형,

[19] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인, [18] 기재의 주조용 주형,

[20] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형,

[21] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인, [20] 기재의 주조용 주형,

[22] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형을 사용하여 주조된 주물,

[23] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인, [22] 기재의 주물,

[24] MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형을 사용하여 주조된 주물, 및

[25] 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인, [24] 기재의 주물,

에 관한 것이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 세라믹스 입자는, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 바람직하게는 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 화염 용융법 등의 방법으로 제조된 것으로서, 구상 주물사, 필러, 안료 등으로서 사용된다. 용도로서는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 예로서, 세라믹스 입자가 구상 주물사인 경우에 관해서 이하 설명한다.

주조용 주형의 내식성이나 내소착성의 향상은, 주물의 품질 및 생산성을 향상시키기 위한 중요한 과제 중 하나이다. 그러나, 이러한 과제에 관해서, 주물용 주형의 재료인 주물사의 내식성, 내소착성을 향상시킨다는 관점에서의 검토는, 지금까지 실질적으로 이루어져 있지 않다.

본 발명자들은, 화염 용융법에 의해 제조되는, 높은 구형도와 낮은 흡수율을 갖고, 주형 제조시의 유동성이 우수한 구상 주물사를 제안하였는데, 나아가, 주물사의 조성과 화염 용융법의 관계에 착안하여, 특정한 조성에 있어서, 주물사의 내식성, 내소착성이 현저히 향상되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 구상 주물사는, 특정 성분 조성 및 평균 입경을 갖고, 구형도가 큰 점에 큰 특징 중 하나를 갖는 것인데, 종래의 주물사에 비하여, 본 발명의 구상 주물사는 크게 두 태양으로 이루어진다. 제 1 태양은, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 바람직하게는 0.05∼1.5㎜ 인, 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사이다. 또한, 제 2 태양은, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 바람직하게는 평균 입경이 0.05∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사이고, 그 제조 방법은 화염 용융법에 한정되지 않는다. 이러한 태양에 의해, 본 발명의 구상 주물사는 우수한 내식성, 내소착성을 갖는다. 즉, 종래의 제조 방법에 의한 MgO/SiO₂계 주물사에서 발현되는 내식성, 내소착성에 비하여, 본 발명의 MgO/SiO₂계 주물사에서 발현되는 내식성, 내소착성은 예상을 넘어 현저하다. 또한, 고강도이며 표면이 평활한 주조용 주형의 제조를 가능하게 한다. 또, 본 발명의 구상 주물사는 유동성이 양호하고, 더구나 종래에 비하여 적은 바인더량으로 주형을 제조할 수 있고, 재생이 용이하다. 이것은, 본 발명의 구상 주물사의 흡수율이 비교적 작기 때문인 것으로 생각된다.

또, 본 발명의 구상 주물사의 내식성, 내소착성이란, 철, 강, 알루미늄, 구리, 각종 합금 등의 용융물 및 광재의 침식에 대한 저항성을 말하고, 그 발현에는, 화학 조성, 모래의 치밀성, 바꿔 말하면 흡수율이 작은 것, 표면의 평활성, 주물사의 충전성 등이 기여하는 것으로 생각된다. 본 발명의 구상 주물사의 유동성의 발현에는, 주로 그 주물사의 소정 평균 입경 및 큰 구형도가 기여하는 것으로 생각된다. 또한, 그러한 평균 입경 및 구형도는 양호한 충전성의 발현에도 기여하는 것으로 생각되고, 본 발명의 구상 주물사는 일반적으로 충전성도 양호하다. 본 발명의 구상 주물사의 내식성, 내소착성 및 유동성은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 평가할 수 있다. 한편, 우수한 충전성은 주형 강도의 향상에 기여하는 것으로 생각되기 때문에, 충전성은 후술하는 시험예 1 에 있어서의 주형 강도의 우열에 따라 간접적으로 평가할 수 있다.

본 발명의 구상 주물사의 형상인 구상이란, 구형도 0.88 이상, 바람직하게는 0.90 이상인 것을 말한다. 구상인지의 여부에 관해서는, 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 주물사를 광학 현미경이나 디지털 스코프 (예를 들어, 키엔스사 제조, VH-8000형) 등으로 관찰하여 판정할 수 있다.

본 발명의 구상 주물사는 MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는데, 여기서 「주성분」 이란 MgO 및 SiO₂ 가 합계량으로 주물사 전체의 전성분 중에 60중량% 이상 함유되어 있는 것을 말한다.

본 발명의 구상 주물사의 주성분인 MgO 및 SiO₂ 의 함유량으로서는, 내화성의 향상이라는 관점에서, 그들의 합계량으로서, 구상 주물사의 전성분 중, 바람직하게는 65∼100중량%, 보다 바람직하게는 80∼100중량% 이다. MgO 및 SiO₂ 의 함유량은 공지된 분석 방법, 예를 들어, 습식 중량법 또는 형광 X선법으로 측정할 수 있다.

또한, MgO/SiO₂ 중량 비율은 0.1∼10 이다. 구상화의 용이성, 내식성, 내소착성, 내화성 및 주물사의 재생 효율의 향상 관점에서, 0.2∼9 가 바람직하고, 0.3∼5 가 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 구상 주물사에 주성분 이외의 성분으로서 함유될 수 있는 것으로는, 예를 들어, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, K₂O, Na₂O 등의 금속산화물을 들 수 있다. 이들은 그 주물사의 원료에 유래한다. Al₂O₃ 이 함유되는 경우, 구상 주물사의 내식성, 내소착성의 향상 관점에서, 그 함유량으로서는 10중량% 이하가 바람직하다. Fe₂O₃ 과 TiO₂ 가 함유되는 경우, 그들의 함유량으로서는 각각 10중량% 이하가 바람직하다. 또한, Fe₂O₃ 의 함유량은 10중량% 이하가 바람직하다. K₂O 와 Na₂O 가 함유되는 경우, 그들의 함유량으로서는 합계량으로서 3중량% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2중량% 이하이다.

본 발명의 구상 주물사의 평균 입경 (㎜) 은 0.001∼1.5㎜, 바람직하게는 0.05∼1.5㎜ 의 범위이다. 0.001㎜ 미만이 되면 주형의 제조에 많은 바인더를 필요로 하여, 주물사로서 재생하기가 어려워지기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 1.5㎜ 를 초과하면 주형의 공극률이 커져, 주형 강도의 저하로 이어지기 때문에 바람직하지 못하다. 구상 주물사의 재생 효율을 높이는 관점에서 0.075∼1.5㎜ 가 더욱 바람직하고, 한편, 주형 강도를 높이는 관점에서 0.05∼1㎜ 가 바람직하다. 재생 효율과 주형 강도의 양자를 높이는 관점에서, 0.05∼0.5㎜ 가 보다 바람직하고, 0.05∼0.35㎜ 가 더욱 바람직하다.

상기 평균 입경은 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 구상 주물사 입자의 입자 투영 단면으로부터의 구형도=1 인 경우에는 직경 (㎜) 을 측정하고, 한 편, 구형도<1 인 경우에는 랜덤하게 배향시킨 구상 주물사 입자의 장축 직경 (㎜) 과 단축 직경 (㎜) 을 측정하여 (장축 직경+단축 직경)/2 를 구하고, 임의의 100개의 구상 주물사 입자에 대해, 각각 얻어진 값을 평균하여 평균 입경 (㎜) 으로 한다. 장축 직경과 단축 직경은 이하와 같이 정의된다. 입자를 평면 상에 안정시키고, 그 입자의 평면 상에 대한 투영 이미지를 2개의 평행선 사이에 두었을 때, 그 평행선의 간격이 최소가 되는 입자의 폭을 단축 직경이라고 하고, 한편, 이 평행선에 직각인 방향의 2개의 평행선 사이에 입자를 둘 때의 거리를 장축 직경이라고 한다.

또, 구상 주물사 입자의 장축 직경과 단축 직경은, 광학 현미경 또는 디지털 스코프 (예를 들어, 키엔스사 제조, VH-8000형) 에 의해 그 입자의 이미지 (사진) 를 얻고, 얻어진 이미지를 화상 해석함으로써 구할 수 있다. 또한, 구형도는, 얻어진 이미지를 화상 해석함으로써, 그 입자의 입자 투영 단면의 면적 및 그 단면의 주위 길이를 구하고, 이어서, 〔입자 투영 단면의 면적 (㎟) 과 같은 면적의 진원의 원주 길이 (㎜)〕/〔입자 투영 단면의 주위 길이 (㎜)〕 를 계산하고, 임의의 50개의 구상 주물사 입자에 대해서, 각각 얻어진 값을 평균하여 구한다.

본 발명의 제 1 태양의 구상 주물사는 화염 용융법에 의해 얻어지는 것이다. 따라서, 구형도가 높고, 치밀하다는 구조적 특징을 갖는다. 당해 구조적 특징은 유동성, 주형 강도, 주조된 주물의 표면 평활성의 향상에 크게 기여한다.

본 발명의 제 1 태양의 구상 주물사로서는, 유동성 향상의 관점에서, 그 구형도가 0.95 이상인 것이 바람직하고, 0.98 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.99 이 상인 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 본 발명의 제 1 태양의 구상 주물사로서는, 예를 들어, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.05∼0.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 화염 용융법으로 제작된 구상 주물사가 바람직하다.

한편, 본 발명의 제 2 태양의 구상 주물사의 구형도는 0.95 이상이다. 유동성 향상의 관점에서, 0.98 이상이 바람직하고, 0.99 이상이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 구상 주물사의 흡수율 (중량%) 로서는, 주형의 제조시에 사용하는 바인더의 주물사 내부로의 흡수로 인한 바인더 사용량의 증가의 억제나, 주형 강도 향상 등의 관점에서, 1.5중량% 이하가 바람직하고, 0.9중량% 이하가 보다 바람직하다. 흡수율은 JIS A1109 세골재의 흡수율 측정 방법에 따라서 측정할 수 있다.

또, 구상 주물사의 흡수율은, 화염 용융법에 의해 그 모래를 조제한 경우, 그 방법 이외의 소성 방법에 의해 조제한 모래에 비하여, 같은 구형도이면, 일반적으로 낮아진다.

또한, 구상 주물사의 흡수율이 낮은 것은 일반적으로, 입자의 구조상, 개공이 적은 것을 의미하고 있고, 그러한 구상 주물사는 강도가 높아 내분쇄성이 우수하다. 내분쇄성은 주물사의 재생 효율의 지표의 하나이다. 또한, 용융 금속이나 광재의 침입이 거의 없고, 내식성, 내소착성도 우수하다. 본 발명의 구상 주물사는 흡수율 및 내분쇄성, 내식성, 내소착성이 우수하고, 그들의 특성은 그 주물사의 우수한 재생 효율의 발현에 기여한다. 또, 재생 효율이란, 주형의 제조에 사용된 주물사 중, 재생하여 사용할 수 있는 주물사의 비율을 말한다.

한편, 본 발명의 구상 주물사가, 규사 등의 유동성이 낮은 공지된 주물사와의 혼합물 속에 바람직하게는 50체적% 이상 함유되어 있으면, 그 혼합물로 이루어지는 주물사는 충분히 본 발명의 원하는 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같은 공지된 주물사에 본 발명의 구상 주물사를 서서히 첨가하여 가면, 첨가량에 따라 본 발명의 원하는 효과를 발휘하게 되지만, 상기 혼합물로 이루어지는 주물사 중에, 상기 소정 구형도를 갖는 본 발명의 구상 주물사가 50체적% 이상 함유되면, 그 효과는 현저해진다. 또, 당해 혼합물로 이루어지는 주물사 중의, 본 발명의 구상 주물사의 함유량으로서는, 보다 바람직하게는 60체적% 이상, 더욱 바람직하게는 80체적% 이상이다. 본 발명의 구상 주물사로서는, 그 이용성이 우수한 점에서, 구형도가 0.98 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이러한 구상 주물사를 50체적% 이상 함유하는 주물사는, 본 발명의 구상 주물사와 동등한 효과를 발휘할 수 있는 점에서, 이러한 주물사도 본 발명에 포함된다.

본 발명의 세라믹스 입자의 제조 방법은, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜, 바람직하게는 평균 입경이 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를, 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는 방법 (화염 용융법) 등이다. 그 중에서도, 본 발명의 제 1 태양의 구상 주물사는 상기 화염 용융법에 의해 제조된다. 한편, 본 발명의 제 2 태양의 구상 주물사 는, 예를 들어, 조립하여 소결하는 방법, 전융 아토마이즈법 등의 공지된 방법에 의해 제조할 수 있는데, 그 중에서도, 본 발명의 제 1 태양의 구상 주물사와 마찬가지로 화염 용융법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 그래서, 이하에 있어서는, 화염 용융법에 의한, 본 발명의 구상 주물사의 제조 방법의 일례를 설명한다. 또, 당해 제조 방법도 본 발명에 포함된다.

본 발명의 구상 주물사의 제조 방법은, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜, 바람직하게는 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를 출발 원료로 하고, 당해 분말 입자를 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는 것이다. 또, 원료인 분말 입자의 평균 입경도, 본 발명의 구상 주물사 입자의 평균 입경을 구하는 경우와 동일하게 하여 구할 수 있다.

본 발명의 구상 주물사의 제조 방법에 있어서「MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는」 이란, 본 발명의 구상 주물사 전체의 성분 중에 MgO 와 SiO₂ 가 합계량으로 60중량% 이상, 바람직하게는 65∼100중량%, 더욱 바람직하게는 80∼100중량% 함유되도록 출발 원료의 배합 조성이 조정되어 있는 것을 말한다. 따라서, 「MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는」 한, 당해 분말 입자로서는, 후술하는 바와 같은 MgO 원으로서의 원료와 SiO₂원으로서의 원료의 혼합물로 이루어지는 것이어도, (MgO+SiO₂)원으로서의 원료 단독으로 이루어지는 것이어도, 또한 MgO원으로서의 원료 및/또는 SiO₂원으로서의 원료와 (MgO+SiO₂)원으로서의 원료의 혼합물이어도 된 다.

출발 원료로서의 상기 분말 입자에 있어서는, 주성분인 MgO 및 SiO₂ 의 합계량으로서의 함유량은, 얻어지는 구상 주물사 중의 MgO 및 SiO₂ 의 합계량이 전체 성분 중 80중량% 이상이 되도록 하는 관점에서, 바람직하게는 75중량% 이상이고, 보다 바람직하게는 80중량% 이상이고, 더욱 바람직하게는 85∼100중량%, 더더욱 바람직하게는 90∼100중량% 이다. MgO/SiO₂ 중량 비율로서는, 얻어지는 구상 주물사 중의 MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10 이 되도록 하는 관점에서, 0.1∼10 이고, 바람직하게는 0.2∼9, 보다 바람직하게는 0.3∼6 이다. 평균 입경으로서는, 단분산의 구상 주물사를 얻는 관점에서 0.001㎜ 이상, 바람직하게는 0.05㎜ 이상이고, 소망의 구형도를 갖는 주물사를 얻는 관점에서 2㎜ 이하이고, 그들의 양 관점을 만족하기 위해서 0.001∼2㎜, 바람직하게는 0.05∼2㎜ 이다. 또한, 얻어지는 주물사의 구형도의 향상이라는 관점에서는, 0.05∼1.5㎜ 가 더욱 바람직하다.

본 발명의 구상 주물사를 얻기 위해서는, 출발 원료로서의 분말 입자는, 용융시의 성분 증발을 고려하여, MgO/SiO₂ 중량 비율 및 평균 입경이 상기 범위 내가 되도록 조정하여 사용한다.

출발 원료인 분말 입자를 용융할 때, 당해 입자에 수분이 함유되면, 그 수분이 증발하기 때문에, 얻어지는 주물사에는 당해 수분의 증발에 따라 다수의 개공이 형성되게 된다. 당해 개공의 형성은, 주물사의 흡수율의 증가나, 구형도의 저 하를 가져온다. 따라서, 출발 원료의 함수율 (중량%) 로서는, 얻어지는 구상 주물사의 흡수율 및 구형도를 적절한 범위로 조절하는 관점에서, 10중량% 이하가 바람직하고, 3중량% 이하가 보다 바람직하고, 1중량% 이하가 더욱 바람직하다. 함수율은 분말 입자 10g 을 800℃ 에서 1시간 가열하였을 때의 감량에 의해 구한다.

출발 원료는, 예를 들어, 내화성을 갖는 광산 원료 및 합성 원료로부터 선택할 수 있다. MgO원으로서의 원료로서, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 감람석, 휘석, 듀나이트, 사문암, 올리빈계 광물 등을 들 수 있다. 또한, SiO₂원으로서의 원료로서, 규석, 규사, 석영, 크리스토발라이트, 비정질 실리카, 장석, 파이로필라이트 등을 들 수 있다. 또한, (MgO+SiO₂)원으로서의 원료로서, 포르스테라이트, 엔스터타이트, 감람석, 휘석, 듀나이트, 사문암, 현무암, 올리빈계 광물 등을 들 수 있다. 이들 원료는 각각 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 선택된 출발 원료는, 그 함수율을 저하시키기 위해서, 또는 그 용융을 쉽게 하기 위해서 가소하여 사용하는 것이 바람직하다. 가소된 원료 분말 입자로서는, 가소 사문암, 가소 감람석, 가소 휘석, 가소 듀나이트 포르스테라이트, 가소 엔스터타이트 등이 예시된다.

출발 원료로서의 분말 입자를 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정에서는, 상기한 바와 같은 출발 원료를 산소 등의 캐리어 가스에 분산시키고, 화염 속에 투입함으로써 용융하여 구상화를 행한다 (화염 용융법). 바람직한 태양에 있어서 는, 하기 화염 속에 투입한다.

사용하는 화염은 프로판, 부탄, 메탄, 천연 액화 가스, LPG, 중유, 등유, 경유, 미분탄 등의 연료를 산소와 연소시킴으로써 발생시킨다. 연료의 대 산소비는 완전 연소의 관점에서 용량비로 1.01∼1.3 이 바람직하다. 고온의 화염을 발생시키는 관점에서, 산소 부가 공기 버너, 산소·가스 버너가 바람직하다. 그 중에서도 산소·가스 버너가 더욱 바람직하다. 특히, 버너의 구조는 한정되지 않고, 일본 공개특허공보 평7-48118호, 일본 공개특허공보 평11-132421호, 일본 공개특허공보 2000-205523호 또는 일본 공개특허공보 2000-346318호에 개시되어 있는 버너가 예시된다.

본 발명의 제조 방법에서 사용하는 0.001∼2㎜, 바람직하게는 0.05∼2㎜ 의 범위에 있는 큰 평균 입경을 갖는 상기 내화성의 원료 분말을 구상화하기 위해서는 이하의 수법이 바람직하다.

화염 속으로의 분말 입자의 투입은, 캐리어 가스 속에 분산시켜 행한다. 캐리어 가스로서는, 산소가 바람직하게 사용된다. 이 경우, 캐리어 가스의 산소는 연료 연소용으로서 소비할 수 있는 이점이 있다. 가스 속의 분체 농도는, 분말 입자의 충분한 분산성을 확보하는 관점에서, 0.1∼20kg/N㎥ 가 바람직하고, 0.2∼10kg/N㎥ 가 보다 바람직하다.

화염 속에서 신속하게 구상화함과 함께, 단분산된 구상 주물사를 얻는 관점에서, 원료 분말 입자의 형상과 조성을 선택하는 것이 바람직하다. 형상으로서는, 화염 속에서의 체류 시간 확보나 용융, 그리고 신속하게 구상화하는 관점에서, 원료 분말 입자의 장축 직경/단축 직경비가 9 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4 이하, 더욱 바람직하게는 2 이하이다.

또한, 분말 입자는, 가스 등을 전리시켜 생기는 플라즈마젯 화염 속에서도 바람직하게 용융하여 구상화할 수 있다.

또, 화염의 온도로서는, 1800∼3000℃ 정도가 적당하다.

이상의 방법에 의해, 본 발명의 소망의 구상 주물사를 얻을 수 있다. 당해 주물사는 유동성이 매우 우수한 것이다. 또한, 상기한 바와 같이, 본 발명의 구상 주물사가 소정 비율로 함유되도록, 그 주물사와 공지된 주물사를 적절히 혼합함으로써, 본 발명의 구상 주물사와 동등한 효과를 발휘할 수 있는 주물사를 얻을 수 있다. 주형의 제조에 있어서 이들 주물사를 사용하면, 사용하는 바인더의 양을 적게 할 수 있는 점에서, 그들 주물사는 주물사로서 효율적으로 재생할 수 있다.

본 발명의 구상 주물사 및 그 주물사와 공지된 주물사의 혼합물로 이루어지는 주물사 (이하, 이들 주물사를 본 발명의 주물사라고 약기한다) 는, 주강, 주철, 알루미늄, 구리 및 이들 합금 등의 주형 용도에 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 금속, 플라스틱 등에 대한 충전재로서도 사용할 수 있다.

본 발명의 주물사는, 단독으로, 또는 규사 등의 그 밖의 공지된 주물사나 내화성 골재와 조합하고, 점토, 물유리, 실리카졸 등의 무기질 바인더, 또는 푸란 수지, 페놀 수지, 푸란페놀 수지 등의 유기질 바인더와 혼합되어, 소망의 주조용 주형을 사용하여 공지의 방법에 따라 조형될 수 있다. 고강도의 주조용 주형을 얻는 관점에서, 바인더의 사용량으로서는, 주물사 100중량부에 대하여, 바인더를 0.05∼5중량부 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 얻어지는 주형은, 고강도이고, 더구나 그 표면이 평활하다. 따라서, 이 주조용 주형으로 주조하면, 표면 거칠음이 작고, 후공정인 연마 공정에 대한 부하가 작은 주물이 얻어진다.

주조용 주형의 제조에 사용하는 관점에서, 본 발명의 주물사의 입자 밀도 (g/㎤) 로서는 2.5∼3.5g/㎤ 의 범위가 바람직하다. 이 범위의 것은 중실이며 치밀하여 고강도의 주형이 얻어진다. 입자 밀도는, JIS R1620 의 입자 밀도 측정법에 따라 측정할 수 있다.

또한, 상기 주물을 더욱 적절히 가공함으로써, 표면 및 내면 결함이 적은 구조물이 얻어진다. 당해 구조물로서는, 예를 들어, 금형, 엔진 부재, 공작 기계 부재, 건축 부재 등을 들 수 있다.

이상과 같은, 우수한 성질을 갖는 주조용 주형, 주물 및 구조물은 본 발명에 포함된다.

실시예

실시예 1

MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.4, 함수율이 0중량%, 평균 입경이 0.29㎜, 장축 직경/단축 직경비가 1.5 인 시판 중인 포르스테라이트 분말을 출발 원료로 하고, 당해 분말을, 산소를 캐리어 가스로서 사용하고, LPG (프로판 가스) 를 대 산소비 (용량비) 1.1 로 연소시킨 화염 (약 2000℃) 속에 투입하고, 단분산된 구상 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.4, 평균 입경이 0.26㎜, 구형도가 0.99, 흡수율이 0.3중량% 이었다. 그 주물사의 반사 현미경 ((주) 니콘 제조) 사진 (배율: 100배) 을 도 1 에 나타낸다. 당해 도면을 통해, 어느 주물사 입자도 구상인 것을 알 수 있다.

실시예 2

출발 원료의 평균 입경을 0.5㎜, 장축 직경/단축 직경비를 1.3 으로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조작으로 단분산된 구상 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.4, 평균 입경이 0.48㎜, 구형도가 0.98, 흡수율이 0.9중량% 이었다.

실시예 3

MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.08, 평균 입경이 0.22㎜, 함수율이 0.1중량%, 장축 직경/단축 직경비가 1.3 인 시판 중인 포르스테라이트 분말을 출발 원료로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조작으로 단분산된 구상 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 98중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.08, 평균 입경이 0.21㎜, 구형도가 0.99, 흡수율이 0중량% 이었다.

실시예 4

MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 95중량% 함유하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.0, 평균 입경이 0.45㎜, 함수율이 0.2중량%, 장축 직경/단축 직경비가 1.6 인 감람석을 출발 원료로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조작으로 단분산된 구상 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 95중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.0, 평균 입경이 0.35㎜, 구형도가 0.98, 흡수율이 0중량% 이었다.

실시예 5

MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.45 가 되도록 수산화마그네슘과 실리카를 혼합한 것을 전기로 속에서 900℃ 에서 1시간 가소하여 얻은, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 96중량% 함유하는, 평균 입경이 0.2㎜, 함수율이 1.9중량%, 장축 직경/단축 직경비가 1.8 인 분말 입자를 출발 원료로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조작으로 단분산된 구상 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 95중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.45, 평균 입경이 0.19㎜, 구형도가 0.99, 흡수율이 0.2중량% 이었다.

비교예 1

Al₂O₃/SiO₂ 중량 비율이 3.0 이 되도록 수산화알루미늄과 실리카를 혼합하고, 스프레이 드라이어를 사용하여 평균 입경 0.3㎜ 의 구형으로 한 분말 입자 (A1₂O₃ 와 SiO₂ 를 합계량으로 96중량% 함유) 를 전기로 속에서 1500℃ 에서 1시간 소성함으로써 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, Al₂O₃ 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하고 있고, Al₂O₃/SiO₂ 중량 비율이 3.0, 평균 입경이 0.26㎜, 구형도가 0.83, 흡수율이 3.5중량% 이었다. 그 주물사의 반사 현미경 ((주) 니콘 제조) 사진 (배율: 100배) 을 도 2 에 나타낸다. 당해 도면을 통해, 본 주물사 입자는 구상화의 정도가 낮고, 구형도가 낮은 것을 알 수 있다.

비교예 2

MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.59 가 되도록 수산화마그네슘과 실리카를 혼합하고, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하는, 평균 입경이 0.2㎜, 함수율이 2.9중량% 인 분말 입자를 출발 원료로 한 것 이외에는, 비교예 1 과 동일한 조작으로 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, MgO 와 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하고 있고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 1.59, 평균 입경이 0.19㎜, 구형도가 0.79, 흡수율이 2.2중량% 이었다.

비교예 3

SiO₂ 함유량 99중량%, 평균 입경 0.13㎜ 의 규사 (부정형) 를 출발 원료로 하여 실시예 1 과 동일한 조작으로 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, SiO₂ 를 합계량으로 99중량% 함유하고 있고, 평균 입경이 0.28㎜, 구형도가 0.92, 흡수율이 0.6중량% 이었다.

비교예 4

Al₂O₃/SiO₂ 중량 비율이 2.5 가 되도록 수산화알루미늄과 실리카를 혼합하고, 1100℃ 에서 가소하고, 평균 입경 0.28㎜ 의 구상으로 한 분말 입자 (A1₂O₃ 과 SiO₂ 를 합계량으로 96중량% 함유) 를 출발 원료로 하여 실시예 1 과 동일한 조작으로 주물사를 얻었다. 얻어진 주물사는, Al₂O₃ 과 SiO₂ 를 합계량으로 97중량% 함유하고 있고, Al₂O₃/SiO₂ 중량 비율이 2.5, 평균 입경이 0.26㎜, 구형도가 0.83, 흡수율이 3.5중량% 이었다.

시험예 1

실시예 1∼5 와 비교예 1∼4 에서 얻어진 주물사의 유동성, 및 당해 주물사로부터 얻어진 주형의 강도 및 표면 표피의 상태를 조사하였다.

(1) 주물사의 유동성

JIS K6721 의 깔때기를 사용하여 유동 시간 (초) 을 구하였다. 유동 시간이 짧은 쪽이 유동성이 우수하다.

(2) 주형의 강도

주물사를 74∼250㎛ 로 분급한 후, 성형 바인더로서 카오 스텝 S 660 (Kao-Quaker 제조) 을 주물사 100중량부에 대하여 1.2중량부 첨가하고, 자경성 주형 조형법에 따라서 성형 (직경 50㎜×높이 50㎜) 하여 주형을 얻었다. 이어서, 24시간, 실온에서 양생한 후, 압축 시험기 (시마즈 제작소 제조) 를 사용하여, 주형 의 압축 강도 (㎫) 를 측정하였다 (25℃, 습도 55%).

(3) 주형의 표면 표피

이하의 평가 기준에 따라서 주형으로부터 탈형 후의 주물 표면을 육안으로 관찰하여 평가하고, 당해 평가 결과를 주형의 표면 표피의 평가 결과로 사용하였다. 즉, 주물 표면의 상태가 평활하면, 주형의 표면 표피도 평활하다. 또, 주물은, 주철 FC-250 을 고주파로에 의해 1400℃ 에서 용융하여, 50㎜×50㎜×400㎜ 의 직육면체의 형상의 것을 제작하였다.

〔평가 기준〕

○: 주물사 흔적이 없고, 평활한 면을 나타냄

△: 주물사 흔적이 조금 관찰되고, 약간 평활한 면을 나타냄

×: 주물사 흔적이 명확하고, 거친 면을 나타냄

이상의 각 평가 결과를 후술하는 표 1 에 나타낸다. 표 1 의 결과를 통해, 비교예의 주물사에 비교하여, 실시예의 주물사는 우수한 유동성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 얻어진 주형에 관해서도, 비교예의 것과 비교하여, 실시예의 것은 강도가 우수하고, 또한 표면 표피가 평활한 것을 알 수 있다. 실시예의 주물사로 제조된 주형으로 주조된 주물은 후공정인 연마 공정을 충분히 경감할 수 있을 정도로 표면이 평활하였다.

시험예 2

시험예 1 의 (3) 에서 사용한 것과 동일한 주형에 강, 구리 (Cu), 슬래그 (광재) 의 용탕을 따라 넣고, 주물을 탈형한 후, 그 주형의 단면에서 용탕 접촉부의 상태를 관찰하여, 이하의 평가 기준에 따라서 그 주형의 내식성, 내소착성을 평가하였다. 또, 주형은 실질적으로 주물사 자체로 형성되는 것이기 때문에, 주형의 내식성, 내소착성의 평가 결과는 주물사의 내식성, 내소착성의 평가 결과도 나타낸다고 할 수 있다.

〔평가 기준〕

◎: 표면 변질, 소착 거의 없음

○: 가벼운 표면의 변질, 소착이 관찰됨

△: 중 정도의 표면의 변질, 소착이 관찰됨

×: 심한 표면의 변질, 소착이 관찰됨

이상의 평가 결과를 후술하는 표 1 에 나타낸다. 표 1 의 결과를 통해, 실시예의 주물사에 의해 얻어진 주형은 비교예의 주물사에 의해 얻어진 주형에 비하여, 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 실시예의 주물사에 의해 얻어진 주형에서는 표면의 변질이나 소착이 실질적으로 없고, 따라서 이러한 주형은 내식성 및 내소착성이 우수하고, 당해 주형의 제조에 사용한, 화염 용융법으로 조제되고, 또한 MgO 와 SiO₂ 의 조성이 본 발명의 범위에 있는 주물사는, 특히 내식성, 내소착성이 우수한 것을 알 수 있다.

시험예 3

실시예 1 의 주물사 50체적% 와 비교예 2 의 주물사 50체적% 로 이루어지는 주물사, 및 실시예 2 의 주물사 80체적% 와 비교예 2 의 주물사 20체적% 로 이루어지는 주물사를 각각 얻고, 시험예 1 에 준하여 시험한 바, 그들 주물사는 우수한 유동성을 갖고 있고, 또한 그 주물사로부터 얻어진 주형은 강도가 우수하고, 표면 표피가 평활하였다.

산업상의 이용가능성

이상의 실시예가 나타내는 바와 같이, 본 발명의 구상 주물사는, 주물사에 요구되는 여러 가지 특성, 특히 내식성 및 내소착성이 우수하고, 또한 흡수율이 낮고, 재생도 용이하기 때문에 산업상 유용하다.

본 발명의 세라믹스 입자는, 내식성, 내소착성이 우수하고, 더불어 강도 및 표면 평활성이 우수하여, 예를 들어 구상 주물사의 경우, 이들 특성이 우수한 주조용 주형이 얻어진다.

Claims

MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 세라믹스 입자.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사.
제 2 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사.
제 4 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사.
제 2 항에 있어서,

흡수율이 1.5중량% 이하인 구상 주물사.
제 3 항에 있어서,

흡수율이 1.5중량% 이하인 구상 주물사.
제 4 항에 있어서,

흡수율이 1.5중량% 이하인 구상 주물사.
제 5 항에 있어서,

흡수율이 1.5중량% 이하인 구상 주물사.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 입자를 구상 주물사로서 사용하는 방법.
제 10 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 입자인 방법.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 입자를 구상 주물사로서 사용하는 방법.
제 12 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 입자인 방법.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜ 인 분말 입자를, 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 구상 주물사의 제조 방법.
제 14 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를 구상화하여, 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사를 제조하는 구상 주물사의 제조 방법.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼2㎜ 인 분말 입자를, 화염 속에서 용융하여 구상화하는 공정을 포함하는, MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사의 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼2㎜ 인 분말 입자를 구상화하여, 평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 인 구상 주물사를 제조하는 구상 주물사의 제조 방법.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형.
제 18 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인 주조용 주형.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형.
제 20 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인 주조용 주형.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1 ∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜ 인 화염 용융법으로 제조된 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형을 사용하여 주조된 주물.
제 22 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인 주물.
MgO 및 SiO₂ 를 주성분으로 함유하여 이루어지고, MgO/SiO₂ 중량 비율이 0.1∼10, 평균 입경이 0.001∼1.5㎜, 구형도가 0.95 이상인 구상 주물사를 포함하여 이루어지는 주조용 주형을 사용하여 주조된 주물.
제 24 항에 있어서,

평균 입경이 0.05∼1.5㎜ 의 구상 주물사인 주물.