Opbouw van een schaal
Een schaal is een gelaagd composiet van bindmiddel, vuurvast meel en zandkorrels. De contactlaag raakt het metaal en bepaalt de oppervlaktegesteldheid en de reacties tussen metaal en vorm. De steunlagen leveren sterkte en dikte. Een laatste afsluitlaag zonder zand bindt losse korrels. Typische industriële schalen hebben ongeveer vijf tot tien lagen en een wanddikte van enkele millimeters, toenemend met de stukgrootte en de metaalhoogte.
Bindmiddelen en vuurvaste materialen
- Bindmiddelen. Colloïdaal silica op waterbasis is het dominante bindmiddel; het geleert bij het drogen. Ethylsilicaat op alcoholbasis droogt en bindt snel en wordt gebruikt waar korte cycli nodig zijn. Polymeergemodificeerde bindmiddelen verbeteren de groene sterkte.
- Melen en zanden. Zirkoon en gesmolten silica zijn gangbaar in contactlagen; aluminosilicaten zoals materialen op mullietbasis, gesmolten silica en aluminiumoxide worden in steunlagen gebruikt. Bij de keuze spelen vuurvastheid, thermische uitzetting, chemische verdraagzaamheid met de legering en gemak van uitbreken een rol.
- Toevoegingen. Bevochtigers helpen de slurry de was te bedekken, antischuimmiddelen voorkomen bellen, en kiemvormers in de contactlaag kunnen de korrel van bepaalde legeringen verfijnen.
Reactieve legeringen vragen chemisch stabielere contactlagen; vooral titaan vereist speciale schaalsystemen.
Slurrybereiding en -beheersing
De eigenschappen van slurry verlopen door verdamping, uitsleep en veroudering en worden daarom op vaste tijdstippen bewaakt. Typische controleparameters zijn viscositeit (uitlooptijd), dichtheid, vastestofgehalte van het bindmiddel, pH, temperatuur en plaatgewicht (de massa slurry die op een testplaat achterblijft). Slurry's worden continu langzaam geroerd. Een constante slurry is de basis van een constante laagdikte en schaalsterkte.
Dompelen, bezanden en drogen
Bomen worden gereinigd en licht geëtst zodat de eerste laag de was bevochtigt, daarna gedompeld, tot een gelijkmatige film uitgedropen en bezand in een regenbezander of wervelbed. Robots zorgen voor herhaalbare oriëntatie en uitdruiptijden. Elke laag wordt bij gecontroleerde temperatuur, luchtvochtigheid en luchtstroom gedroogd voordat de volgende wordt aangebracht.
Drogen is een evenwicht. Water dat uit de schaal verdampt, koelt de was, die krimpt; warmt de ruimte daarna op of verloopt het drogen ongelijkmatig, dan zet de was uit en kan de jonge schaal scheuren. Diepe uitsparingen drogen trager dan vrije vlakken, zodat smalle sleuven en blinde gaten de droogtijd bepalen of bijzondere maatregelen vragen.
Sterkte en doorlaatbaarheid
De schaal heeft groene sterkte nodig om hantering en ontwassen te doorstaan, warmsterkte om niet uit te bollen onder de metaaldruk, en een lage reststerkte zodat ze zonder schade aan het gietstuk kan worden verwijderd. Deze eisen zijn tegenstrijdig, en het schaalsysteem is een compromis voor de legering en de productfamilie.
Doorlaatbaarheid laat lucht uit de vormholte ontsnappen wanneer het metaal binnenstroomt. Ze hangt af van de korrelverdeling van het zand, het aantal lagen en het bindmiddelgehalte. Onvoldoende doorlaatbaarheid draagt bij aan niet-uitgelopen stukken en gasfouten in dunne secties, een van de redenen waarom dikkere schalen niet vanzelf beter zijn.
Zie ook: oppervlaktefouten door de schaal, ontwassen en branden.