기계가공으로 인한 사고는 작업자에게 치명적인 경우가 많다. 이러한 사고는 완벽한 가공지그을 통해 대부분 예방이 가능하지만 제품설계초기 후가공과 양산 공정은 고려되지 않고 설계되어 기계가공 시 재해로 연결되는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 사형 주조법은 수작업으로 손쉽게 제품을 생산하는 장점을 가지는 반면 치수오차가 다른 양산공정 보다 크다는 단점을 가진다. 이런 사형 주조품을 기계 가공할 때 제품의 치수편차로 인해 불안전한 고정및 과다한 절삭, 제품이탈, 공구파손, 장비와 공구의 빠른 수명감소 등의 다양한 문제가 발생 하지만 사형주조의 특성상 개선하기 어려운 문제로 인식되고 있다. 본 연구에서는 원형의 용기형태의 제품을 사형주조 후 기계가공 하는 것을 금형으로 대체하기 위한 셸몰드법을 제시하고 셸몰드로 만든 셸주형으로 주조함으로서 표면조도 평균 Ra9.94㎛의 기계가공에 준하는 표면을 구현하였다. 외형의 정밀한 제품을 대량 생산하여 가공공정의 간소화 및 평균 두께 편차를 줄임으로서 제품파손 및 제작 시 발생할 수 있는 안전사고예방에 긍정적인 영향을 주었다. 기계가공전 제품의 치수정밀도를 높여 안전성, 생산성향상, 가공 공정단축, 환경개선 등을 이 가능함을 확인하였다.

실리카 바인더 함량이 지르콘 쉘 주형의 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 실리카 졸/지르콘 함량비 Rw는 0.18~0.43 범위에서 변화시켰으며, 주형의 소결온도는 871˚C~1400˚C 범위에서 변화시켰다. 생형의 상온강도는 실리카 졸/지르콘 함량비 Rw에 비례하여 증가하였다. 소결온도가 1300˚C 이하인 경우, Rw가 증가함에 따라 소결된 주형의 상온강도와 치밀화는 증가하였다. 그러나 Rw가 0.43이고 1400˚C에서 3시간 동안 소결시킨 경우 주형의 상온강도와 치밀화가 오히려 감소하였다. 이는 소결 중 내화물 입자와 실리카 바인더와 열팽창계수의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 정밀주조용 지르콘 쉘 주형 제작을 의한 최적의 Rw 값은 0.33인 것으로 나타났다.

알루미노실리케이트 계 졸이 지르콘 쉘 몰드의 뮬라이트 층 생성에 미치는 영향을 고찰하였다. 알루미노실리케이트 졸은 콜로이달 실리카와 수용성 질산알루미늄을 혼합하여 제조하였으며 50˚C에서 48시간 조건에서 겔화 하였다. 이러한 겔은 깁사이트 및 알루미노실리케이트 복합 겔로 구성되어 있었으며, Si 이온과 결합하는 모든 Al 이온의 배위수가 4임을 확인하였다. 뮬라이트 상은 1300˚C 이상에서 소결하였을 때 관찰되었으며 뮬라이트의 XRD 피크는 소결 온도와 질산알루미늄의 농도가 증가할수록 노실리케이트 졸 슬러리를 2차 층에 코팅하였다. 그 결과 1차 및 3차 층의 분리가 일어났으며, 이는 소결시 졸의 1차 및 3차 층으로 침윤 발생과 잔류 실리카와 뮬라이트 간의 열팽창계수 차이에 기인한 것으로 판단된다.

A1 분말의 첨가량을 변화시킨 알루미나 쉘 몰드를 제조하여 소성조건에 따른 알루미나/실리카의 뮬라이트화 거동을 관찰하였다. 알루미나/실리카의 뮬라이트화 반응은 소성온도 및 A1 함량의 증가에 따라 증대함을 알 수 있었으나 쉘 몰드의 상온강도는 감소하였다. 각 소성조건에서 측정된 쉘 강도는 2.0~2.6kg/mm2임을 알 수 있었다. Al의 첨가는 고온에서 쉘 몰드의 변형을 억제시켰다. 특히 2.5wt%%의 Al을 첨가한 후 1000˚C에서 1시간 유지한 시편에서는 변형이 일어나지 않았으며, 또한 Al을 첨가하지 않은 시편을 1500˚C에서 4시간동안 소성한 시편에서도 변형이 일어나지 않음을 알 수 있었다.