碳化硅粉末增强熔模铸造壳体的力学-热学-物理性能研究：粉末目数与含量的影响机制

陶瓷壳体在熔模铸造中至关重要，直接影响铸件强度与精度。研究人员通过向锆英石(ZrSiO4)面层和莫来石(3Al2O3·2SiO2)背层中添加微米级(4000目)和纳米级(10000目)碳化硅(SiC)粉末(5-25wt%)，成功开发出仅需4.5层即可达到传统8.5层性能的优化壳体，显著降低孔隙率并提高热传导系数，为铸造工艺降本增效提供新方案。

　　

这项突破性研究聚焦熔模铸造(investment casting)核心材料——陶瓷壳体的性能优化。科研团队创新性地采用碳化硅(SiC)粉末作为增强相，系统探究了不同粒径(4000目与10000目)和含量(5-25wt%)对壳体性能的影响机制。实验采用锆英石(ZrSiO₄)配合Levasil FO830粘结剂构建面层，莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)搭配胶体硅溶胶构建背层，通过精确控制4.5层结构实现了传统8.5层壳体的性能指标。

研究发现纳米级SiC粉末展现出更显著的增强效果：当添加量达到25wt%时，壳体孔隙率显著降低，抗折强度(modulus of rupture)提升明显，热传导系数(heat transfer coefficient)优化达30%以上。但值得注意的是，气体渗透率(gas permeability)会随SiC含量增加而下降，这为不同铸造场景的配方选择提供了重要参考。

通过建立性能评价体系，研究证实4000目SiC在5wt%、10wt%和25wt%添加量时，可分别替代传统5.5层、6.5层和8.5层壳体。这项成果不仅为缩短铸造周期、降低材料成本提供了量化依据，更为开发新一代高性能铸造壳体材料奠定了理论基础。