ロストワックス鋳造／石膏系埋没材について（成分と物性）

ロストワックス鋳造のブロックモールド法（ソリッドモールド法）では、主に2種類の埋没材があります。

このコラムでは、結合型埋没材に分類され、一般的に石膏と呼ばれる石膏系埋没材の成分や特性を解説します。

石膏系埋没材の対応金属

750℃以下の焼成で、融点1200℃以下の金属の鋳造に使用できます。

対応金属

• 金合金（イエローゴールド系・ホワイトゴールド（Pd 6%以下）
• シルバー合金（コインシルバー・スターリングシルバー・白四分一等）
• 銅合金（真鍮・ブロンズ・アルミ青銅・洋白銀（融点1200℃以下）等）
• アルミニウム（鋳造用アルミ・ジェラルミン等）
• 亜鉛合金（ピューター・ホワイトメタル等）その他融点1250℃以下の金属

※融点が1200℃に近い金属に関しては、その形状等によりシリカ系埋没材が好ましい場合もあります。
※純銅や銅成分が多い銅合金（丹銅・赤銅等）にはシリカ系埋没材の使用を強くお勧めします。
※セラミックシェル法では、他の鋳型材が使用されています。
※歯科技工では、リン酸塩系埋没材などの他の埋没材も併用します。

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石膏（埋没材）の成分

一般的に『石膏』と称される石膏系埋没材の主成分は、クリストバライトと呼ばれるシリカです。
これに、石膏や他の物質が混ぜられています。

弊社の取り扱いの石膏系埋没材に限りますが、代表的な構成成分は、クリストバライトが約40％、石英が約35％で、残った約25％が3μ～12μ程度の粒子の石膏と微量の水溶性レジンで構成されています。
つまり、『石膏』と呼ばれていても、実は約75％がシリカ系の素材でつくられています。

石膏の物性

一般的な、いわゆる石膏は硫酸カルシウムの半水和物で半水石膏に分類され、焼石膏やバサニ石などと呼ばれています。
天然の石膏としては二水和物の結晶で産出されますが、160～170℃で加温すると半水和物に変化します。
埋没材に使われる石膏は、この半水石膏の状態で他の物質と混合されます。
石膏は、700℃で酸化硫黄と酸化カルシウムに分解し始めます。800℃以上で著しい分解が始まり三酸化硫黄を発生するので、これが、ガス鋳巣の原因となります。
鋳造用石膏系埋没材の最高焼成温度が750℃とされている根拠がここにあります。

石膏は、1200℃以上で無水物（無水石膏Ⅰ型）に変化して、準安定型の硬石膏となります。
また、180℃以下で無水石膏Ⅲ型になり、非常に脆くなります。このため、ロストワックス鋳造の鋳型の場合には、型くずれの原因となります。特に遠心鋳造では、鋳型内に溶湯が『投げ込まれる』ため、鋳型内部を破壊する可能性があるので、低温での遠心鋳造では特に注意が必要です。

石膏系埋没材の熱膨張

プラスチックや金属と比べ、埋没材の熱膨張は極めて少なくなります。
商品により若干異なりますが、800℃で0.7から1.2％の範囲です。
但し、厳密にいうと同じ埋没材でも混水比により若干異なります。混水比が例えば38％場合、800℃での熱膨張は、1.1から1.2％なのに対して、800℃で42％の場合約0.8％となります。
埋没材スラリーの水分が多すぎると鋳型強度そのものに影響するため現実的ではありませんが、例えば45％の混水比で混合した場合、熱膨張は0.7％となります。

石膏系埋没材の作業時間（凝固がはじまる時間）

石膏系埋没材のワークタイム（埋没を完了しなければならない時間）は、一般的に10分ということになっています。しかし、水温や混水比が変わるとその時間が変わります。
水温が18℃～20℃の場合で比較すると、混水比が少ない方が、凝固が始まる時間が短くなります。
水温が高くなれば、当然凝固開始の時間が早くなります。
余談ですが、水に砂糖を混ぜると遅くなり、塩を混ぜると早くなります。

埋没材の種類／用途で使い分ける場合も・・・

ロストワックス鋳造（ブロックモールド）で使用する石膏系埋没材は、そのほとんどがシリカ約75％・石膏約25％ですが、その他の微量の混合物などで特性が微妙に変わります。
粒度分布により鋳肌の状態が変わったり、生型強度が変わったりします。
また、埋没材スラリーの粘性が違うものもありますし、マシナブル系の素材、例えば、彫刻用ワックスや３Ｄプリンター樹脂（キャスタブルレジン）など、脱ロウ工程での膨張や焼成時に燃焼をともなう素材などに対して、一定の強度が保たれている埋没材などもあります。
埋没材の価格は安い方が好まれますが、失敗すれば元もこもないので、ある程度埋没材を使い分けることをお勧めします。
人によっては、二種類の埋没材をご自分で混合している場合もあります。