単結晶合金用セラミックモールドの完全性は、精密な多層材料戦略に依存します。これらのモールドを効果的に製造するには、主要コーティングにアルミナ砂粒子を組み合わせたセラミックアルミナスラリーを使用し、後続のバッキング層にはムライト砂を採用する必要があります。
成功は、モールドの機能を分離することにかかっています。内面は、反応性溶融物に対して絶対的な化学的不活性を提供する必要があり、外面は、方向性凝固の熱応力に耐えるために必要な機械的強度を提供する必要があります。
主要層：化学的安定性の優先
材料組成
溶融金属と直接接触する最初の層は非常に重要です。これは、アルミナ砂粒子で強化されたセラミックアルミナスラリーを使用します。
不活性の確保
この層にアルミナを選択する理由は、化学的安定性の必要性によるものです。
単結晶合金は極めて高温で鋳造されるため、モールド表面は溶融物と反応してはなりません。アルミナは表面汚染を防ぎ、鋳造合金の純度を保証します。
バッキング層：構造的完全性の確保
ムライトへの切り替え
主要層が確立されたら、バッキング層の材料選択が変更されます。これらの層はムライト砂を使用します。
粒子サイズの活用
主要層の細かい仕上げとは異なり、これらのバッキング層は大径粒子を採用しています。このテクスチャの変化は、シェル全体の構築に寄与します。
熱応力の管理
バッキング層にムライトを選択する主な理由は、その優れた熱衝撃安定性です。
さらに、ムライトは高温での機械的強度を提供します。これにより、鋳造プロセスに固有の極端な熱勾配下でシェルが割れるのを防ぎます。
トレードオフの理解：寸法精度
厚さの必要性
材料選択だけでは十分ではありません。材料の量も重要です。これらの層の適用により、モールド壁の厚さを約8 mmにする必要があります。
引き抜き工程への耐性
この特定の厚さは、モールドキャビティの寸法精度を維持するために必要です。
方向性凝固で使用される高温引き抜き工程中、モールドは大きな機械的および熱的負荷を受けます。薄いシェルは歪む可能性があり、単結晶部品に必要な精密な形状を損なう可能性があります。
目標に合わせた適切な選択
特定の合金用途のシェルシステムを設計する際は、これらの機能的な優先事項を念頭に置いてください。
- 表面品質と純度が主な焦点の場合：溶融物の反応を防ぐために、主要層のアルミナスラリーと砂の混合物の均一性を優先してください。
- モールドの耐久性が主な焦点の場合：ムライトバッキング層が、熱衝撃や歪みに耐えるために、大径砂を使用して十分な厚さ（約8 mm）になるように構築されていることを確認してください。
この材料階層を厳密に遵守することで、合金の結晶構造を損なうことなく、モールドが鋳造の厳しさに耐えられるようになります。
概要表：
| 層の種類 | 主要層（内側） | バッキング層（外側） |
|---|---|---|
| 材料 | アルミナスラリーとアルミナ砂 | ムライト砂 |
| 主な機能 | 化学的不活性と純度 | 機械的強度と熱安定性 |
| 粒子サイズ | 細かい（滑らかな仕上がり） | 大径（構造構築） |
| 重要な目標 | 溶融物の反応を防ぐ | 熱衝撃と歪みに耐える |
| 壁厚 | - | 約8 mm（合計） |
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参考文献
- Study of the Non-uniform Distribution of Primary Dendrite Arm Spacing (PDAS) Across the Width of a Single-Crystal Nickel-Based Superalloy Casting. DOI: 10.1007/s40962-025-01717-1
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
