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镍基定向高温合金中含有Hf、Cr、C等多种活性元素,高温下具有很高的化学活性,要求精密铸造陶瓷型壳具有高的化学稳定性及良好的综合力学性能,而陶瓷型壳的性能与面层涂料的配制及制壳工艺密切相关。本文针对陶瓷型壳制备工艺和铸件与型壳的界面反应情况进行了深入研究。实验采用不同粒度的Al2O3粉,不同浓度的硅溶胶、不同的矿化剂加入量,按现行工艺制壳。借助粒度分析、流变分析研究原材料粒度分布和涂料流变性能,利用三点弯曲法测定型壳的力学性能,通过XRD、SEM、EDS及DSC等分析手段研究型壳的相组成、微观形貌及陶瓷型壳与定向合金界面反应情况;实验还研究了制壳过程中干燥及烧结工艺对陶瓷型壳性能的影响,最终优化出针对某型号叶片的最佳工艺参数。实验结果表明,随着矿化剂的增加,陶瓷型壳的强度逐渐增加,高温自重变形逐渐减小;Al2O3粉粒度的变化对涂料性能影响很大,粒度分布范围较宽的粉体能够制得更高粉液比的涂料,提高了涂料的涂挂性能;Al2O3粉体中Na2O含量较高时,高温下形成的低熔点玻璃相使陶瓷型壳的高温强度及高温抗蠕变性能降低;涂料粘度及焙烧过程中莫来石相的生成量随硅溶胶浓度的增加而增加,浓度为24%的硅溶胶制得的陶瓷型壳力学性能优越,高温自重变形较小;通过研究干燥过程及焙烧工艺对陶瓷型壳性能的影响,优化了陶瓷型壳的制备工艺,采用该工艺能够制得内表面光滑、综合力学性能优越的陶瓷型壳;对界面反应的研究表明,定向高温合金基体中的Hf、Cr等活性元素与陶瓷型壳发生反应,生成氧化物的主要成分是HfO2和Cr2O3;HfO2反应层厚度随矿化剂加入量的增加而增加到5~10μm,反应还促进了定向合金液对陶瓷型壳的浸入作用;Cr2O3与Al2O3固溶在一起,形成紫红色的粘砂反应层;HfO2及Cr2O3反应层的粘结作用及定向合金液对陶瓷型壳的浸入作用是造成粘砂的主要原因;矿化剂含量为3wt%时,能够有效地避免粘砂问题。