高温合金鋳物における鋳型鋳造技術の応用と発展

先進的な近浄成形技術として、溶融型精鋳は宇宙航空、先進製造と医療器械などの分野で難加工類部品と薄肉複雑部品の精密成形に広く応用され、複雑鋳物の成形が迅速で、加工工程が少なく、寸法精度が高いなど多くの利点がある。特に航空エンジンに使用される高温合金は、この合金の成形構造が複雑で加工しにくいという特徴があり、近浄成形技術にとってかけがえのない役割を果たしている。鋳型鋳造技術の絶えずの発展と進歩に伴い、新型材料の開発、先進的な鋳型技術と迅速な成形方法は、鋳型鋳造技術をより精密化、軽量化、全体化、グリーン環境保護の方向に発展させた。

市場及び将来の工業戦略発展の高性能製品に対する位置づけ目標に順応するために、耐高温、高強度、熱伝導性などの優れた性能のセラミックベースシェルに対する研究は世界各国の研究の重点方向となっている。シリカゾルは溶融型精鋳の重要な原材料として、スラリー中により良い安定性と流動性を持ち、貯蔵と製殻技術が簡単であり、一般的に高温合金の配向凝固、単結晶翼鋳造と無残量鋳造造形殻に用いられ、シリカゾルスラリーの濡れ性が悪く、硬化時間が長いため、型殻の濡れ強度が低く、残留応力が高い。しかし、シリカゾル型シェルの強度、通気性と熱伝導性には相互制約関係があり、伝統的なプロセスでは型シェル層数を増やすことで型シェル強度を高めるが、型シェル基体組織はより緻密で、内部孔数はより少なく、それにより型シェルの通気性と熱伝導能力を低下させる。ポリアクリロニトリル（PAN）系炭素繊維はシルク状の炭素材料であり、良好な耐アブレーション、耐高温、軽量、熱伝導特性を有し、宇宙飛行機の熱防護システムに不可欠なキー材料を発揮している[5]。そのため、強化材料としてシリカゾル型シェルの強度を高めることができる。ナイロン66繊維は有機繊維であり、良好な物理化学特性を持ち、樹脂系複合材料を補強する最適な繊維である[6]。ナイロン66繊維は焼成過程で焼失しやすいため、基体内部に多数の微孔が残され、これらの孔は型殻の通気性と熱伝導性に対して増強作用を果たす。繊維強化複合材料の新しい考え方に基づいて、強化体として混在繊維を添加してシリカゾル型シェルを強化し、保証型シェルが十分な強度を有する場合、型シェルの通気性と熱伝導性を改善する。

本課題は主に溶融型ダイカスト型シェルの強度が低く、通気性と熱伝導性が悪いという問題に対する。炭素繊維とナイロン66混在繊維を用いてシリカゾル型シェルを強化することにより、シリカゾル型シェルの強度を保証すると同時に、型シェルの通気性と熱伝導能力を改善することが期待される。炭素繊維と混在繊維の含有量がシリカゾルスラリーの塗布性能及び型殻性能に与える影響をテスト分析し、繊維強化シリカゾル型殻の最適な製造技術を探索し、高品質精鋳型殻の製造に理論指導を提供することを目的とする。