镍基高温合金通过定向凝固制成单晶/柱状晶，是航空发动机涡轮叶片及地面燃气轮机透平叶片制造中的关键技术。除了控制凝固过程中外部加热和冷却条件外，通过优化精铸模壳的结构和性能，来改善型腔内部的温度场分布，对稳定生产单晶/定向凝固叶片，同样至关重要。　　本文主要在优化定向凝固用硅溶胶模壳制备工艺的基础上，研究了通过碳纤维增强减少模壳的层数与厚度的技术，以提高陶瓷模壳的导热效率。同时针对模壳局部厚大部位，研究了局部安装石墨热导体，优化温度分布的方法。　　制壳过程中，使用高纯度白刚玉作为陶瓷浆料中的耐火材料，320目与200目粉料质量比为2∶1时，浆料中耐火材料粒度形成合理的双峰分布，能有效地提高浆料的流动性和悬浮稳定性。浆料粉液比为3∶1，面层浆料流杯粘度为17s，过渡层浆料粘度为12s，被层浆料粘度10s时，模壳强度较高。挂砂时面层砂100目，过渡层80目，背层46目时，模壳具有致密的面层，各层之间结合强度较高。测试结果表明，模壳层数为8时，其高温弯强度为1.04MPa，定向凝固中模壳出现开裂，但金属液未泄露，故将其强度看为临界高温强度。　　选择较高性价比的CFS-Ⅱ-200型碳纤维布对不同层数模壳实施纤维增强。与增强之前相比，6层模壳高温弯强度提高了50％，为1.08MPa，超过了临界强度。减少2层模壳，还可使其热阻减少为原8层模壳的71％左右。在纤维增强后膜壳内定向凝固的铸件，具有更好的力学性能，抗拉强度与延伸率分别提高了7.4％，6.3％，一次枝间距，二次枝间距分别减小了15.3％，13.5％，且γ相析出更加弥散，细小，立方化;　　热导体技术应用于模壳制备中，虽然无法彻底消除叶片横梁端点处的高过冷度，但能有效地将横梁内角处的集热导出，使叶身的过冷区与横梁远端过冷区连为一体，则初始单晶组织能在异相形核之前推进到横梁末端，即能有效地降低横梁远端形成杂晶的概率。高温真空环境中，石墨块抗热腐蚀性较强，且导热系数与热辐射系高，比热容小，适合作为热导体材料。定向凝固试验证明本文选择的热导体工艺满足强度要求。