| 研究課題/領域番号 |
12671881
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
高橋 純造 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (80029149)
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| 研究分担者 |
寺岡 文雄 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (00099805)
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| キーワード | 金属化合物 / ZrC / ZrN / 鋳造収縮の補償 / チタン用鋳型材 / 鋳造精度 / 加熱膨張率 / 表面粗さ |
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| 研究概要 |
前年度において、金属化合物粉ZrC、ZrN粉の添加により、金属の鋳造収縮を鋳型材の加熱膨張のみで補償できることを報告した。そこで、本研究では、市販チタン鋳造用鋳型材に金属化合物粉ZrC、ZrNを添加して、鋳型材の諸性質およびチタン鋳造冠の精度について検討した。母鋳型材として、鋳造床用外埋没材であるセレベストD(セレック)を選択した。セレベストDは加熱膨張率の小さいチタン用MgO系鋳型材として知られている。金属化合物粉の添加量は、鋳型材に対してZrCは3、3.5、4、5wt%、ZrNは5、5.5、6、7wt%とした。金属化合物を添加した鋳型材を、W/P=0.18にて30秒間機械練和し実験に供した。
試作鋳型材の硬化膨張率は、レーザー変位計にて高さ方向の膨張量を測定し算出した。その結果、すべての条件で硬化時収縮がみられ、その値は0.5%前後であった。加熱膨張率は、円柱状試料(φ5×20mm)を作製し、高温型熱機械分析装置(TMA-50A、島津製作所)を用い、昇温速度10℃/分、荷重1gfの条件で加熱温度は700、800、900℃で、2時間係留後室温まで冷却した。その結果、ZrC、ZrNの添加量および加熱温度が高くなると膨張量は大きくなり、室温冷却後も膨張は残留した。試作鋳型材の圧縮強度は、金属化合物の添加量および加熱温度が高くなると低下した。チタン鋳造体(室温鋳型による)の表面状態は、鋳型温度が高いほど良好であった。また、表面粗さは金属化合物粉の添加量が増すと大きくなる傾向にあった。
チタン鋳造冠の精度測定は、クラウン型の金型に溶融したインレーワックスを流し込み加圧してワックスパターンを作製した。スプルーはφ2.5mmとし、埋没は硬化膨張測定と同一の条件とし、練和開始2時間後電気炉に投入した。鋳型温度は700、800、900℃、昇温速度は2℃/分、係留は2時間とし、その後炉内放冷した。アルゴンガスアーク融解加圧鋳造機(キャストマチック、岩谷産業)を使用し、純チタン(チタン100、松風)を鋳造した。鋳造体はサンドブラスト処理後、金型に復してマージン部の間隙を読み取り顕微鏡にて計測した。ZrC5wt%添加では、鋳造冠の内面にバリが発生し寸法変化率は算出できなかった。これはZrCの添加量が多いと、鋳型の横方向の加熱膨張量が裏層材の緩衝能以上に大きくなり、支台付近が不均一膨張したためと考えられる。鋳型の加熱温度および金属化合物の添加率から鋳造冠の精度を検討した結果、加熱温度700℃、ZrC3.5wt%で0.21%、ZrN5.5wt%で0.25%の値を示し、良好な鋳造精度が得られた。また、加熱温度900℃、ZrN5wt%が0.14%と最も良好な値を示した。
以上の結果から、金属化合物粉の添加率量の変化により、鋳造冠の精度をコントロールできることがわかった。このことは、室温鋳型でも純チタンの鋳造収縮約1.8%を補償可能な、新しいチタン専用加熱膨張型鋳型材の開発が可能であることを意味している。現在、粒度配合を調節し硬化膨張を抑制したリン酸塩系鋳型材を開発検討中である。
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