Structure d'une carapace
Une carapace est un composite stratifié de liant, de farine réfractaire et de grains de stuc. La couche de contact touche le métal et détermine l'état de surface ainsi que les réactions métal-moule. Les couches de renfort apportent résistance et épaisseur. Une dernière couche de scellement sans stuc fixe les grains libres. Les carapaces industrielles comptent typiquement de cinq à dix couches environ et une épaisseur de plusieurs millimètres, croissante avec la taille de la pièce et la hauteur de métal.
Liants et réfractaires
- Liants. La silice colloïdale en phase aqueuse est le liant dominant ; elle gélifie au séchage. Le silicate d'éthyle en phase alcoolique sèche et prend rapidement et s'emploie lorsque des cycles courts sont nécessaires. Les liants modifiés par des polymères améliorent la résistance à vert.
- Farines et stucs. Le zircon et la silice fondue sont courants en couche de contact ; les aluminosilicates tels que les matériaux à base de mullite, la silice fondue et l'alumine s'emploient dans les couches de renfort. Le choix tient compte de la réfractarité, de la dilatation thermique, de la compatibilité chimique avec l'alliage et de la facilité de décochage.
- Additifs. Les agents mouillants aident la barbotine à couvrir la cire, les antimousses évitent les bulles, et des agents de germination dans la couche de contact peuvent affiner le grain de certains alliages.
Les alliages réactifs exigent des couches de contact chimiquement plus stables ; le titane en particulier nécessite des systèmes de carapace dédiés.
Préparation et contrôle de la barbotine
Les propriétés de la barbotine dérivent avec l'évaporation, l'entraînement et le vieillissement ; elles sont donc surveillées à intervalles fixes. Les paramètres de contrôle typiques sont la viscosité (temps d'écoulement en coupe), la densité, la teneur en solides du liant, le pH, la température et le poids de plaque (masse de barbotine retenue sur une plaque d'essai). Les barbotines sont maintenues sous agitation lente et continue. Une barbotine constante est la base d'une épaisseur de couche et d'une résistance de carapace constantes.
Trempage, stucage et séchage
Les grappes sont nettoyées et légèrement décapées pour que la première couche mouille la cire, puis trempées, égouttées jusqu'à un film régulier et stuquées en pluie ou en lit fluidisé. Les robots assurent des orientations et des temps d'égouttage répétables. Chaque couche est séchée sous température, humidité et ventilation contrôlées avant l'application de la suivante.
Le séchage est un équilibre. L'eau qui s'évapore de la carapace refroidit la cire, qui se contracte ; si le local se réchauffe ensuite ou si le séchage est inégal, la cire se dilate et peut fissurer la jeune carapace. Les formes profondes sèchent plus lentement que les faces exposées : rainures étroites et trous borgnes fixent donc le temps de séchage ou exigent des mesures particulières.
Résistance et perméabilité
La carapace a besoin d'une résistance à vert pour supporter la manipulation et le décirage, d'une résistance à chaud pour ne pas se déformer sous la pression du métal, et d'une faible résistance résiduelle pour être éliminée sans endommager la pièce. Ces exigences sont contradictoires, et le système de carapace est un compromis adapté à l'alliage et à la famille de pièces.
La perméabilité laisse l'air quitter l'empreinte lorsque le métal y pénètre. Elle dépend de la granulométrie du stuc, du nombre de couches et de la teneur en liant. Une perméabilité insuffisante contribue aux mal venus et aux défauts gazeux dans les sections minces, ce qui explique en partie pourquoi une carapace plus épaisse n'est pas automatiquement meilleure.
Voir aussi : défauts de surface liés à la carapace, décirage et cuisson.