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La présenta i~Ye~tio~ a pou~ o~jet un procédé de
préparation de pieces en alu~i.~e ~éta-aLc~ine et plus paFti-
culierement de pièces en alumi~e bét.a sodique; et une ençein.te
utilisée pour une belle préparation.
On sait que les alumines béta alcalines et notamment
l'alumine béta sodique trouvent a l'heure actuelle d'importantes~
applications en tant qu'électrolyte solide dans des génarateurs
électrochimiques tels que les générateurs sodium-soufre.
Dans le brevet.frança.is 2,397,376 pour " Procédé de
10 préparation de pieces en alumine bétar ~~ ~~~~~
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2.
alcaline" la Demanderes~e à proposé un procédé dan3 lequel on effectue les
; étapes ~uccessives suivante~ :
A/ On réalise un mélange intime de poudre d'alumine et de carbonate alcalin
en quantités respectives telles que l'on obtienne un rapport A123 prédé-
Na2o
terminé,
B/ on chauffe en creuset ouvert ledit mélange intime,
C/ on lal~e refroidir llbrement ledit mélange,
D/ on broie la poudre ainsi obtenue,
E/ on procède à la mise en ~orme desdites pieces,
F/ on procède au frittage de ces dernières,
procédé caractérisé par le ~ait que ledit frittage est réalisé en disposant
lesdite3 pièces dans une enceinte de frittage confectionnée en une matière
réfractaire telle que de préPérence le béton, cette enceinte étant revêtue
au moins en partie, en son intérieur d'une oouche d'alumine béta-alcaline
présentant sensiblement la même composition que celle des pièces, ladite
couche étant apte à créer au cours du frittage et au voisinage immédiat deq
pièces une atmosphère riche en sodium, ledit frittaee étant en outre
réalisé en chau~fant ladite enceinte à une température compriqe entre 1600
et 1700C maintenue entre 30 minuteq et 4 heures, puis an lais~ant
refroidir librement l'enceinte jusqu'à la température ambiante.
Un tel procédé permet notamment d'obtenir de~ pièceq présentant
des propriétés trè~ reproduotibles même entre lots de ~ritta&e différents
et cela en minimi~ant les pertes en ~odium de3 pièces au cours de leur
~rittage.
La demandere3se sfest e~forcée d'améliorer un tel procédé tout
en conservant et même en amplifiant les avantages acquis précédemment.
Elle a pu mettre en évidence que le~ enceintes de frittage mises
en oeuvre dans le pro¢édé selon la présente invention permet de réduire
, _ ,
~ .
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3.
davantage leY pertes en sodium des pièce~ ju~qu'à une valeur quasi nulle.
Par ailleur~ de telles enceinte~ pré~entent une durée de vle
encore améliorée, et en outre elles se révèlent pratiquement indéfor~ables
même à l'issue de très nombreuses opérations de frittage.
De pluq, aes enceintes peuvent être réalisées ~elon un prix de
revient modique.
L'iavention a donc pour but un procédé de préparation de pièces
d'alumine béta alcaline et notamment d'alumine béta sodique dan~ lequel on
réalise le~ étapeq suoces~ive~ suivantes :
A/ on prépare un mélange intime de poudre~ d'alumine et de carbonate
alcalin en quantité~ re~pectiveq telles que l'on obtienne un rapport
A120
Na 03 prédéterminé,
B~ on chauffe en creuset ouvert ledit mélange intime,
C/ on laisse reProidir librement ledit mélange 7
D/ on broie la poudre ainsi obtenue,
; E/ on procède à la mi3e en forme desdite~ pièces,
F/ on procède au frittage de ces dernières,
ledit frittage étant réalisé en dispo~ant le~diteJ pièce~ dans une enceinte
de frittage, procédé caractéri~é par le fait que ladite enceinte e~t
¢onfeotionnée au moins en partie par une matière ré~raotaire comportant un
mélange de trois compo3ant3, à savoir une chamotte d'alumine béta obtenue
par fuqion et concas3ée en grains de 0,5 à 5 mm environ, un ciment ou
liant d'alumine béta obtenu par réaction à l'état solide et à une tempé-
rature de 1200C environ à partir d'un mélange d'alumine alpha et de
carbonate de sodium, ce ¢iment présentant une granulométrie de l'ordre de
10 micron~, et enfin un ~el de sodium, le~ proportions pondérales re~pec-
tives de ces trois compogantq étan~ telle3 que ladite enceinte e~t apte à
créer au cour~ du frittage, et au voi~inage immédiat des pièces, une
,
' "
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atmosphère rlche en sodium.
Selon La prese~.te inventlo~, il est aussi pre~u une
enceinte de frittage des pieces d'alumine beta et notamment
d'alumine beta sodique, caracterisee en ce qu'elle comprend
au moins en partie une matiere refractaire comportant un
melange de trois composants, a savolr une chamotte d'alumine
beta obtenue par fusion et concassée en grains de 0,5 mm environ,
un ciment ou liant d'alumine beta obtenu par reaction à l'etat
solide et à une temperature de 1200C environ a partir d'un --
10 melange d'alumine alpha et de carbonate de sodium, ce ciment :
présentant une granulometrie de l'ordre de 10 mic~ons, et enfin
un sel de sodium, les proportions ponderales respectives de
ces trois composants etant telles que ladite enceinte est apte
à creer au cours du frittage, et au voisinage immedi~t des
pièces, une atmosphère riche en sodium.
Selon un premler mode de real-isation, ladite enceinte
est confectionnée en totalite en ladite matière refrackaire.
Selon un autre mode de réalisatlon, ladlte enceinte
est confectionnee en beton et-revetue sur sa face interne d'une
couche de ladite matlere refractaire.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description qui suit donnee à titre d'exemple
de realisation purement illustratif mais nullement limitati~ en
réf.erence aux dessins annexes dans lesquels~
La figure 1 représente en coupe longitudi~.ale une
enceinte de frittage pour la mise en oeuYre du procede selon
l'invention, conformement à un premier mode de realisatlon
~a figure 2 xeprésente une coupe selon l'axe II~II
. de la figure 1.
La figure 3 represente en coupe longitudinale une
enceinte de frittage pour la mise en oeu~re du procede selon
l'invention co~formement a un autre mode de realisation.
B
1~17747
La figure 4 représente une coup~ selon l'axe IY-IV
de la figure 3~
Au prealable, on mélange intimemen~ des poudres
d'alumine alpha ou gamma et de carbonate de sodium en quantites
respectives telles que l'on obtienne de l'alumine béta xA1203,
Na20 avec x comprls entre 5 et 11.
Un tel melange est disposé dans un creuset ouvert
de.sorte que la réaction s'e~fe~tue en atmosphere non confinee.
Ledi'c creuset est introduit dans un four et porte a
une températur2 comprise entre 1150 et 1300 par exemple
1200~C maintenue de 1 ~ 5 heures par exemple. - ~=
h
.
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5.
A l'iq~ue du temps de chaufrage, on laisse refroidir librement le
creuset. L'alumine béta sodique est obtenue SOU9 forme pulvérulente par
broyage pendant 2 heureq environ. ~ -
On procède alors à la mise en forme des pièces, de tubes
notamment et cela par électrophorèse ou par compre~sion iso~tatique à titre
d'exemple.
Le frittage est réalisé de la raçon quivante :
En ré~érence aux figures 1 et 2, le~ tubes 1 d'alumine béta
sodique mi~ en forme comme précédemment décrit sont introduit~ dans une
enceinte de frittage. Cette enceinte comporte ~elon ce premier mode de
réalisation un corps tubulaire 2, confectionné en un matériau réfractaire
tel que décrit dan~ ce qui suit obturé à se~ extrémités par des plaques,
une plaque supérieure 3 et une plaque inférieure 4.
Le corps 2 est réalisé en plu~ieurs éléments 21J 22, 2i aisément
interchangeables et de longueur limitée pouvant être empilé~ le~ un~ sur
les autres.
Bien entendu le corp~ 2 pourralt être réalisé en une seule et
unique pièce. Con~ormément à l'invention, ces éléments 21~ 22, 2i ~ont
préparés de la façon ~uivante :
On effectue, de pré~érenoe en milieu aqueux, un mélange de 3
; compoqants à savoir :
- une chamotte d'alumine béta obtenue par ~usion et concassee en grain~ de
0,5 à 5 mm. ~
- un ciment ou liant d'alu~ine béta obtenu par réaction à l'état solide et
à une temp6rature d'environ 1200C à partir d'un mélange d'alumine alpha et
de carbonate de ~odium. Un tel ciment préqente une granulométrie de l'ordre
de 10 microns.
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6.
- un sel de sodium tel que l'oxyds ou le carbonate apte à créer une
atmosphère de ~odium à l'intérieur de 1 t enceinte et compenser ainsi les
perte3 éventuelleg en sodium des pièce~ lor3 de leur frittage.
A titre d'exemple, les proportions respectives de ces composants
sont sensiblement le~ suivantes :
Chamotte 75%
Ciment 20%
Sel de sodium ~Na2C03) 5%
Après mélange on met le3 élémentq en forme pui3 on chaufPe a 80C environ
~our a9surer la pri~e du ciment. On réalise alors une cuis30n de l'en3emble
vers 1200C en~iron.
L'enceinte ainsi préparée est introduite dans un four où le
Prittage des pièceq 1, di3posées les unes contre les autres, est réalisé.
A aet effet, on chauffe à une température de 1650C maintenue 1
heure et dem~e, de telle3 conditlons opératoire~ pouvant d'ailleurs varier
entre 30 minutes et 4 heureg en ce qui concerne le temps et entre 1600 et
1700C quant à la tempéra~ure. La vitesse de montée en température est de
l'ordre de 3 heures. Puis on lais~e refroidir le four librement.
On observe alor~ un retrait d'environ 15% 3ur le~ dimensions des
pièce~ 1.
En référence aux ~igures 3 et 4 les tubes 1 d'alumine béta
30dique mis en ~orme comme précédemment dé¢rit ont introduits dans une
enceinte de ~rittage qui comporte selon un autre mode de réali~ation un
corps tubulaire 12, con~ectionné en un béton oommercial obturé à ses ex-
trémité~ par des plaque~, une plaque supérieure 13 et une plaquein~erieure 14.
Le corps 12 e3t réaliqé en plusieurs élément~ 121, 122, 12i
aisément interohangeable~ et de longueur limitée pouvant être empilés les
.,
.. . .
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' ~
un~ 3ur le~ autres.
Une variante consiste à réalissr ledit corps 12 en un~ seule et
unique pièce.
Ces éléments (ou l'unique pièce ~ormant le corps 12) sont
d'ailleurs mis en forme par des techniques classiques telles que le
coulage, la Qompression uniaxiale et le damage, notamment pour les
enceintes de grandes dimensions.
En outre lesdits éléments ~où l'unique pièce ~ormant le
corps 1Z) ainsi que les plaques 13 et 14, sont revêtus sur leur ~ace
interne d'une couche ou revêtement 15 d'un matériau ré~ractaire présentant
une composition analogue à celle du matériau mis en oeuvre dans ledit
premisr mode de réalisation et préparé de fa,con similaire.
Un tel revêtement 15 est d'ailleurq réalisé de pré~érence par
une technique de damage en pâte humide.
Cette enceinte est alor~ introduite dans un four où le ~rittage
de~ pièces 1 est réaliqé dans les oonditions précédemment énsncée~O
On va donner ci-après un exemple concret de l'invention.
L'enceinte de ~rittage, présente une hauteur de 55 cm, un
diamètre extérieur de 25 cm.
Son volume intérieur est de 20 dm3 environ apte à recevoir 30 tubes 1
présentant une hauteur de 51 cm et un diamètre extérieur de 3,5 cm.
Le corps 12 compre=d 10 éléments con~ectionnés en un béton type
PUROTAB COARSE fourni par la so¢iété KAISER ELECTRO REFRACTAIRE.
La couche 15 e~t de l'ordre de 7 mm d'épai3seur e~ elle présente
la compo~ition indiquée dans ce qui précède.
De même, une enceinte de dimension3 équivalentes peut être
réalisée en le matériau ré~ractaire tel que dé¢rit en réPérence aux
~igures 1 et 2.
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A ce titre on notera qu'au bout d'un certain nombre de frittages,
les élément~ 21~ 22... 2i des enceinte~ peuvent être concaqsé~ en grains
auxquel3 on incorpore à nouveau un ~el de ~odium afin de compenser la perte
inévitable à l'iqsue d'un certain nombre de frittages. On récupère donc les
enceintes usées d'où coût modique de l'opération de frittage.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de
réalisation décrits et représentés, mai~ elle en couvre au contraire toutes
les variantes.
... . .
. .
