Aufbau einer Schale
Eine Schale ist ein Schichtverbund aus Binder, Feuerfestmehl und Besandungskorn. Die Frontschicht berührt das Metall und bestimmt Oberflächengüte und Metall-Form-Reaktionen. Stützschichten liefern Festigkeit und Dicke. Eine abschließende Deckschicht ohne Besandung bindet lose Körner. Typische industrielle Schalen haben etwa fünf bis zehn Schichten und eine Wanddicke von einigen Millimetern, zunehmend mit Teilegröße und metallostatischer Höhe.
Binder und Feuerfeststoffe
- Binder. Wasserbasierte kolloidale Kieselsäure (Kieselsol) ist der vorherrschende Binder; sie geliert beim Trocknen. Alkoholbasiertes Ethylsilikat trocknet und bindet schnell ab und wird für kurze Zyklen eingesetzt. Polymermodifizierte Binder erhöhen die Grünfestigkeit.
- Mehle und Besandungsstoffe. Zirkonsilikat und Quarzgut sind in Frontschichten üblich; Alumosilikate wie mullitbasierte Stoffe, Quarzgut und Tonerde in Stützschichten. Die Auswahl berücksichtigt Feuerfestigkeit, Wärmedehnung, chemische Verträglichkeit mit der Legierung und Entformbarkeit.
- Zusätze. Netzmittel helfen dem Schlicker, das Wachs zu benetzen, Entschäumer verhindern Blasen, Keimbildner in der Frontschicht können das Korn bestimmter Legierungen feinen.
Reaktive Legierungen erfordern chemisch stabilere Frontschichten; Titan benötigt eigene Schalensysteme.
Schlickeraufbereitung und -kontrolle
Die Schlickereigenschaften driften durch Verdunstung, Austrag und Alterung und werden daher in festen Intervallen überwacht. Typische Kontrollgrößen sind Viskosität (Auslaufzeit), Dichte, Binderfeststoffgehalt, pH-Wert, Temperatur und Plattengewicht (auf einer Prüfplatte verbleibende Schlickermasse). Schlicker werden ständig langsam gerührt. Ein gleichbleibender Schlicker ist die Grundlage gleichbleibender Schichtdicke und Schalenfestigkeit.
Tauchen, Besanden und Trocknen
Die Trauben werden gereinigt und leicht angeätzt, damit die erste Schicht das Wachs benetzt, dann getaucht, zu einem gleichmäßigen Film abgetropft und im Regenbesander oder Wirbelbett besandet. Roboter sorgen für reproduzierbare Lage und Abtropfzeiten. Jede Schicht wird bei kontrollierter Temperatur, Feuchte und Luftbewegung getrocknet, bevor die nächste folgt.
Trocknen ist ein Balanceakt. Verdunstendes Wasser kühlt das Wachs, das schwindet; erwärmt sich der Raum danach oder trocknet die Schale ungleichmäßig, dehnt sich das Wachs aus und kann die junge Schale reißen. Tiefe Konturen trocknen langsamer als freie Flächen; enge Schlitze und Sacklöcher bestimmen daher die Trockenzeit oder erfordern Sondermaßnahmen.
Festigkeit und Gasdurchlässigkeit
Die Schale benötigt Grünfestigkeit für Handhabung und Entwachsen, Heißfestigkeit gegen Ausbauchen unter Metalldruck und geringe Restfestigkeit, damit sie sich ohne Beschädigung des Gussteils entfernen lässt. Diese Anforderungen widersprechen sich; das Schalensystem ist ein Kompromiss für Legierung und Teilefamilie.
Die Gasdurchlässigkeit lässt Luft aus dem Hohlraum entweichen, während Metall einströmt. Sie hängt von Kornverteilung der Besandung, Schichtzahl und Bindergehalt ab. Unzureichende Durchlässigkeit trägt zu Kaltlauf und Gasfehlern in dünnen Querschnitten bei – ein Grund, weshalb dickere Schalen nicht automatisch besser sind.
Siehe auch: schalenbedingte Oberflächenfehler, Entwachsen und Brennen.