采用激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术直接成形砂型砂芯,具有响应速度快、制造周期短、灵活性高、稳定性好、砂型与砂芯一体化制造及可制造出任意复杂形状等优点,对提升大型复杂铸件的快速试制和制造水平有明显的促进作用,在航空航天及汽车等领域解决一些关键铸件的生产展现出巨大潜力。目前,国内外SLS成形砂型(芯)已实际应用于铸铝、铸钢及铸铁等材质的零件生产,而熔融钛因具有很高的化学活性,铸造成形时极易与常规铸型材料发生界面反应,导致钛铸件表面产生较厚的氧化层、黏砂、表面夹杂及气孔等一系列的铸造缺陷,限制了SLS覆膜砂型(芯)在钛合金铸造中的应用。因此,研究适合于钛合金铸造的SLS用的砂型材料和制备工艺,对于推广SLS快速成形技术在钛合金铸造领域的应用有着重要作用。本文结合SLS成形和钛合金铸造的特点,选用高温稳定性、导热性好的锆砂为原砂材料,氧化钇(Y2O3)、酚醛树脂及钇溶胶分别为填充材料和粘结剂;在锆砂热、冷覆膜试验的基础上,着重进行了覆膜锆砂的激光烧结成形、后固化及钇溶胶浸渗、Y2O3喷涂及焙烧处理研究。其中,重点研究了激光功率、单层扫描面积和Y2O3添加量等对覆膜锆砂激光烧结件初强度的影响规律及其作用机制,并进一步探讨了焙烧温度对SLS锆砂砂型的拉伸强度、发气量的影响;另外,还进行了纯钛的SLS锆砂砂型浇铸实验,初步探讨了SLS锆砂砂型表面与钛铸件的界面反应机理。其主要研究结果如下:在相同酚醛树脂含量的条件下,锆砂的热法覆膜强度明显高于冷法,而且热法覆膜的覆膜锆砂中添加的Y2O3粉末分散更趋均匀;而覆膜锆砂的激光烧结成形发现,单层扫描面积对锆砂烧结件的力学性能有显著影响,随单层扫描面积的增加,锆砂激光烧结件的初强度大幅降低,严重影响了锆砂砂型的激光烧结成形。2wt%树脂含量的覆膜锆砂的合理激光烧结成形工艺参数为:扫描间距0.15mm,预热温度55℃,铺粉层厚0.2mm,激光功率35W,扫描速度2000mm/s;在单层扫描面积57cm2,其锆砂激光烧结件初强度为0.27MPa,170℃固化处理的拉伸强度达到2.14MPa,且锆砂砂型轮廓清晰,表面光滑平整。覆膜锆砂中Y2O3添加量≤0.5wt%,对锆砂的SLS成形影响小;但随着Y2O3粉添加量的持续递增,SLS覆膜锆砂的初强度迅速下降;其中,Y2O3添加量1.5wt%时,SLS覆膜锆砂的初强度为0.15MPa,经170℃固化后,其抗拉强度达到1.67MPa,分别为未添加Y2O3覆膜锆砂的55.5%、78.2%。SLS锆砂砂型的钇溶胶浸渗实验表明,钇溶胶已浸入SLS锆砂砂型内部约2-3mm,并在锆砂砂型表面形成了光滑胶凝薄膜,强化了锆砂砂型表面强度;在Y2O3涂料粉液比为0.667时,SLS锆砂砂型砂芯表面的Y2O3涂层失水胶凝后,涂层表面光滑、无开裂等现象,层厚均匀,且Y2O3涂层与锆砂砂型结合良好。焙烧温度对SLS锆砂砂型的强度影响较小,随着焙烧温度的升高,SLS锆砂砂型的抗拉强度缓慢下降;而对浸渗有钇溶胶的SLS锆砂砂型的发气量有明显的影响,随焙烧温度的提高,其发气量迅速减小;在焙烧温度250℃时,浸渗有钇溶胶的SLS锆砂砂型抗拉强度为2.01MPa,发气量5.21ml/g,SLS锆砂砂型的综合性能表现最好。采用SLS锆砂砂型(芯)浇铸的纯钛铸件轮廓清晰、表面光亮,没有发现明显的铸造缺陷,砂型中的Y2O3有效阻隔了熔融Ti与锆砂颗粒的接触,避免了锆砂中Si、Zr和O元素的扩散迁移,减小了界面反应程度;同时,SEM+EDS分析也表明,SLS锆砂砂型与钛铸件界面反应厚度仅约3μm,铸件表面氧化层产物为TinO2n-1和TiO2,O扩散富集固溶层厚度约1μm,且在扩散富集层中没有发现Y和Zr元素;相比采用Y2O3作为耐火材料的熔模铸造界面反应层厚度大幅减小。