精密鋳造におけるシリカ ゾルの応用と研究の進歩

       精密鋳造（インベストメント鋳造とも呼ばれる）は、高精度で複雑な構造の金属部品を製造できる高度なプロセスであり、航空宇宙、医療機器、自動車製造などの分野で広く使用されています。精密鋳造プロセスにおいて、金型シェルの準備は重要なステップであり、鋳物の表面品質、寸法精度、歩留まりに直接影響します。シリカゾルは、無機結合剤として、その優れた耐高温性、安定性、環境への優しさから、精密鋳造成形シェル製造の中核材料の一つとなっています。

   一、 シリカゾルの特徴と精密鋳造における役割 シリカゾルは、ナノスケールのシリカ粒子が水中に分散したコロイド溶液であり、次のような特徴を持っています。 

    1. 高い密着性：シリカゾル中のSiO₂粒子が脱水縮合により三次元網目構造を形成し、モールドシェルに良好な室温強度と高温強度を与えます。 

    2. 低い熱膨張係数: シリカゾル金型シェルは高温での寸法安定性に優れており、鋳物変形のリスクを軽減します。 

    3. 環境への配慮：分散媒として水を使用するため、有害な揮発性物質が発生せず、グリーン製造のトレンドに適合します。 

    4. 表面濡れ性：耐火物（ジルコン砂やコランダム粉末など）とよくなじみ、シェルの密度を高めます。 

    精密鋳造では、シリカゾルは主に次の用途に使用されます。 

• バインダー: 多層シェルの製造において従来のケイ酸エチル加水分解物の代わりに使用します。 

・コーティングキャリア：耐火物粉末と混合して表面コーティングを形成し、鋳物の表面仕上げを向上させます。 

・強化剤：シェルの耐熱衝撃性、耐クリープ性を改質により向上させます。

二、シリカゾル型シェルの調製プロセスと最適化 

1. 代表的なシェル製造プロセス シリカゾルタイプのシェルは通常、「含浸→サンディング→乾燥」というサイクルプロセスを採用します。

• 表面コーティング: シリカゾル + 微粒子ジルコン粉末 (粒子サイズ <200 メッシュ)、高精度の表面を形成します。 

• 補強層: シリカゾル + ボーキサイトまたはムライト砂 (粒子サイズ 60 ～ 100 メッシュ)、シェルの全体的な強度を高めます。 

●乾燥条件：温度25〜30℃、湿度40〜60％、乾燥時間は各層4〜8時間。 

    2. プロセス最適化研究 

・乾燥工程の改善：マイクロ波乾燥または真空乾燥技術の採用により、乾燥時間を50％以上短縮しました。 

• 層状構造設計: 表面層にはナノシリカゾル (粒子サイズ 10 ～ 20nm) を使用し、鋳物の表面欠陥を低減します。 

• 複合接着剤の開発：シリカゾルとケイ酸エチルまたはアルミニウムゾルの組み合わせにより、シェルの高温強度が向上します（>1500℃での曲げ強度は3〜5mpaに達します）。