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La pr~sente invention concerns des céramiques isolantes ~ purosité
contr~lée et leur mode de préparation par frittage,
On sait que de nombreuses techniques madernes relatives au traitement
ds métaux liquides ou ~ leur mise en circulation exigent de la part dss maté~
rlaux placés au contact des métaux liquides des propriétPs assez difficiles à
concilier :
le matériau doit etre passif vis-à-vis du métal liquids qui peut
être très corrosif à chaud comme c'est le cas de l'aluminium ou de
I'acier ~
le matériau doit supporter sans fissuration des chocs thermiques
- répétés très élevés résultant du passage brutal de la température
ambiante à la température du métal liquide et vice versa ;
le matérlau dait en outre avoir à chaud des propriétés bien définies
3 l'égard de l'électricité : demeurer isolant ou conducteur sulvant
l'emploi qui en est fait ;
en~in, le matériau doit dsmeurer stable en atmosphère oxydante. A/
On sait egalement que depuis fort longtemps, il est connu de mélanger
des poudres fines d'oxydes du groupe IV, de les fritter sous pression à haute
température sn vue d'obtenir un produit très dense, de concasser ces grains
puis de fritter 50US charge le produit précédsnt, On obtient ainsi un produit
tr~s compact se fissurant rapidement sl on le soumet à ces cycles de tempéra-
., .
; tur~s.
On sait également que de la poudre fine malaxée avec addition dlun
fluorure d'un élément du groupe IA a également été utilisé et a également
conduit à la fabrication d'un produit céramique cDmpact. En effet, l'ion fluor
qui se dégage probablement tend à faciliter l'adhérence des grains entre eu~.
On volt donc que ces divers procédés connus permettent d'obtenir unec~ramique compacte dont les propriétés ne peuvent pas satisfaire les exi~ences
exposées ci-dessus.
~;~ 30 Pour réallser des matcriaux satlsfaisant l'ensemble des qualités
exiQées des céramiques ~ placer au contact des métaux fondus, les inventeurs
. ~ .
ont cherché 3 réaliser des céramiques à porosité contr~lée, c'est-3-dire qu'en
cours de fabrication on peut donner à cette céramique la poroslté désirée lui
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permettant de supporter un choc thermique d'amplitude prédéterminée.
Le procédé mis au point et permettant d'obtenir par frlttage des
céramiques isolantes à por~sité contr81ée, passives vis-à-vis des métaux
liquides corrosifs tels que l'aluminium Ou l'acier comprend les opérations
suivantes :
- - mélange de poudres fines d'oxydes d'éléments choisis dans les groupes III et
IV de la classification périodique des éléments.
- frittage sous forte pression, à haute température, d'une partie dudit mélange
de poudres fi~q$ff~ xydes d~élément~ choisis dans les groupes III et IV en vue
d'obtenir un produit très dense,
- concassage du produit fritté ainsi obtenu,
- mél=nge du produit concassé avec le restant de la poudre fine obtenue au
cours de la première opération de mélange,
- malaxage du mélange du produit concassé avec la poudre fine après addition de
0,1 % 3 6 % du poids total d'un fluorure d'un élément du groupe IA de la
classification périodique des éléments,
- mise en vibration dans un moule du produit malaxé précédent pendant une
courte période,
caractérlsé en ce que le mélan~e obtenu après vibration est fritté sans charge
pendant une à plusieurs heures à une température comprise entre 850C et 1
350C en atmosphère contr81ée.
Il ast évidemment plus aisé d'utiliser le meme mélange de poudres
fines d'oxydes tant pour réaliser les grains concassés que pour constitùer la
; poudre fine à mélang~r avec les grains concassés. Cependant, une composition
chi~dqùe différente modifie très sensiblement les propriétés mécaniques du
produit obtenu. Les propriétés mécaniques sont améliorées en ayant recours aux
oxydes de bérylium, de calcium, de zirronium, d'hafnium, de lanthane ou d'yttrium.
La mise en vibration du mélange dans le moule n'améliore pas toujours le produit
obtenu et doit même etre déconseillée lorsque l'on utilise des grains concassés
de dimsnsions relativement importantes. Dans tous les cas, la misP en vibration
~olt ~tre de courte durée.
Il y a lieu de not~r que l'opération flnale de frittage est réalisée
.~
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3 température relativement basse, l'ian fluor agissant à chaud sur 12s ~rains
et les poudras d'oxydes. Il est en g~néral avantageux d'effectuer ce frittage
en atmosph~re neutre bien qu'avec certains oxydes~ il soit préférable d'opérer
sous atmosphère réductrice~ Dans certains cas, il est avantageux d'utiliser
uns atmosphère d'hydrog~ne,
Lfexem,ole ci-dessous est dDnné à titre purement illustra~if et nulle-
ment limitatif,
Il a été réalisé une poudre fine d'oxyde de zirconium télément du
grqupe IVB3 stabilisée à la chaux ou à l'oxyde d'Yttrium ou de cérium, la pro-
portion de l'élément stabilisateur étant seulement de 5 % du poids tntal.
Cette poudre passant le tamis 27 suivant les normes françaises a étéutillsée comme matiere première. 80 % de la poudre a donc été fritté sous charge
à température élevée t1 &0û C~ afin d'obtenir un produit très compact avec une
porosité quasi nulle. On a concassé le produit obtenu en grains de quelques
millimètres de diamètre. ,~
A ce produit compact concassé, on a ajouté la poudre fine restante. Ce
; mélange a été malaxé avec 1 % de fluorure de lithium puis il a été placé dans
un moule en graphits et mis sn vibration pendant quelques mlnutes. Le moule et
son contenu ont été ensuite portéq pendant deux heures 3 1350C 50US atmosphère
r~ductrice. Le produit flnal obtenu après refroidissement présente une porosité
de l'ordre de 40 % ce qul améllore consid~rablement sa résistance aux chocs
thermiques.
Le frittage sans charge sous atmosphere réductrice, en présence du
fluorure de lithium, a permis de maintenir une température plus basse de 450C
par rapport à la température de l'opération de frittage destinée à obtenir le
produit compact à concasser et l'on a pu ~viter d'appliquer une charge sur le
produit 3 fritter.
Cet abalssement de la température de frittage se vérifie dans tDUs les
cas. Oe sorte qu'une poudre d'oxydes qul se fritte normalement sous charge à
1300C peut ~tre frltt~e sans charge à ~50C,
En faisant varier les proportions de mélange de grains concassés et
da poudre fine, il est ainsi possible d'abtenir des céramiques isolantes présen-
t~nt das porosltés différentes miaux adaptées ~ l'amplitude du choc thermique
.
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qu~elles auront ~ ~ubir lors ds leur utilisation.
Dans tous les cas, il a été cependant constaté qu'il eS~it avantageux
de mélanger a la poudre un pourcentage de grains supérieur à 30 % par rapport au
poids total.
-Il a été-enfin remarqué que les céramiques obtenues par le procéd~
décrlt ci-dessus demeurent passives en présence des métaux fondus aussi corroslfs
que l'aluminlum ou l'acier et ne sont pas mouillées par les métaux liquides. Ds
sorte que lorsqu'elles sont retirées du métal liquide, il ne se produit aucune
perte ni écoulement intsmpsstif dudit métal liquids.
Uh deuxième exemple présente le cas où lss grains et la poudre fine
~ont csux d'un même et unique oxyde, mais où lss grains sont relativement pstits
; et passent ie tamis 22 des normes fransaises alors que la poudre passe le tamis
17.
Enfin, il a été constaté que l'on peut opérer en atmosphère d'air et
qu'il n'est plus besoin ds recourir à une atmosphèrs contrôlée. On réaliss
les opérations sulvantes : ,
Un mélange d'alumine formée de grains passant lss tamis 22 et de poudrs
passant 18 tamis 17 suivant les normes françaises à été malaxé avec
2 ~ de fluorure de lithium~ ;
20; Le produit obtenu a été lié grâce à l'incorporation d'un gel organique
du type de la gomme arflbique, disponible dans le commerce. Ce produit
organique est utilis~ uniquement comme liant provisoire et disparaft
lors du passage du produit au ~our,
~; Le produit li~ a été introduit dans un moule æt mis en forme par tassage,
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Ensuits le produit, une fois formé a été porté à l'air libre à 1100~C
pendant 6 heurss.
La céramique ainsi obtenue est très stable résiste tros bien aux chocs
thermiques et à l'action corrosivs ds l'aluminium fondu, du moins aussi bien qus
le;prnduits ds fabrication plus complexe obtenus par procédé complet.
- En faisant varier la dlamètre des pstlts grains et leur pourcentage, on
est arrivé à obtenir une porosité de la céramique comprise entre Z5 % et SO ~ ~
11 s~mble que la porosit~ de 40 % donne dans la plupart des cas les résultats les
plus avantageux.
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n qUe les procédés qui viennent d'être décrits~paraissent les
plus avanta~eux pour la mise en oeuvr0 de l'invention, on rnmprendra aisément~ -
que diverses ~odifications puissent leur etre apportées sans sortir du cadre
da l'invention, csrtains stades du procédé pouvant être remplacés par d'autres
opérations susceptibles d'y assurer la m~me fonction technique ou une fonction
technique équivalente, enfin certains stades du procédé pouvant m~me etre
simplement supprimés dans certains cas particuliers.
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