強化鋳型鋳造筐体：精密鋳造シリカゾル筐体における混在繊維強化の役割

鋳型鋳造は利用率の高い近浄成形技術であり、精密で複雑な薄肉部品の成形の鍵となる技術である。シリカゾルシェルは良好な高温強度と表面品質を有し、鋳型鋳造技術によく用いられる。しかし、ハウジングの強度、通気性、熱伝導性は互いに制約されており、これによりハウジングは高精度で複雑な部品分野に使用される。限界がある。繊維は補強相として筐体に添加され、通気性と熱伝導性を向上させるとともに、筐体の強度を確保することが期待される。本文は主に炭素繊維とナイロン66の混在繊維を用いてシリカゾルシェルを強化し、繊維含有量がシリカゾルスラリーとシェル性能に与える影響を研究する繊維強化シリカゾルシェルの最適な製造プロセスを探索し、高品質の精密鋳造シェルの製造に理論的指導と技術的支持を提供することを目的とする。本文の主な研究成果は以下の通りである：

異なる含有量の炭素繊維とナイロン66の混成繊維を用いてシリカゾルスラリーを製造する場合、繊維含有量は4 g/Lであり、シリカゾルスラリーの総合性能は最も優れている。繊維含有量が4 g/L未満であると、スラリー粘度とコーティング品質が同時に増加し、繊維分散性が徐々に良くなる。繊維含有量が4 g/Lを超えると、スラリー中の繊維のブラウン運動が激しくなり、繊維間のファンデルワールス力が増加し、クラスター繊維が徐々に増加し、スラリー粘度とコーティング品質が大きすぎて、スラリー分散性が悪くなる。

単一の炭素繊維を用いてシリカゾルシェルの性能を強化する場合、炭素繊維含有量は3 g/Lであり、シリカゾルシェルの総合性能は最も優れている。常温と真空焼成後の強度は最大値に達し、それぞれ3.97 MPaと4.38 MPaであり、従来のケーシングに比べて顕著に向上した。繊維含有量が3 g/L未満であると、繊維状シェルマトリックスの分散がより均一になり、スラリー粒子と繊維が密接に結合して新しい相が形成され、シェル強度が増加し続ける。

繊維含有量が3 g/Lを超えると、スラリー中の繊維の深刻な凝集により、スラリーコーティングの性能が悪くなり、殻の強度が弱まり始め、殻の高温自重変形が徐々に増加する。

炭素繊維とナイロン66の混在繊維をシリカゾルシェルの補強に用いる場合、混在繊維含有量は4 g/Lであり、シリカゾルシェルの総合性能は最も優れている。高温自重変形は最小で0.49%、常温と真空焼成後の強度は最大で、それぞれ4.19 MPaと3.58 MPaであった。繊維含有量が4 g/L未満の場合、スラリー中の繊維は明らかな凝集がなく、繊維とスラリーの交絡状態がより均一になり、シェルの全体的な性能が徐々に良くなる。繊維含有量が4 g/Lを超えると、シェルマトリックス中の繊維の分散性が悪くなり、繊維束が徐々に増加し、わずかに湾曲する。繊維束のクラック効果は補強シェルより大きく、シェル強度の低下と呼吸を開始する同時に性能と熱伝導性を高めた。