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Ciment de iointoiement à sphères creuses pour filtre à particules
L'invention concerne un ciment, notamment un ciment de jointoiement destiné à
la solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant,
prévu en particulier
pour la filtration de particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion
interne
d'un véhicule automobile, et notamment un ciment destiné à constituer un
revêtement
périphérique de la surface latérale d'un tel corps filtrant. L'invention se
rapporte
également à un corps filtrant comportant une pluralité de blocs filtrants
solidarisés au
moyen d'un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants et conformé de
manière à s'opposer
au passage desdits gaz d'échappement entre lesdits blocs filtrants, dans
lequel le joint est
obtenu à partir d'un ciment ou d'un mortier selon l'invention.
Avant d'être évacués à l'air libre, les gaz d'échappement peuvent être
purifiés au
moyen d'un filtre à particules tel que celui représenté sur les figures 1 et
2, connu de la
technique antérieure. Des références identiques ont été utilisées sur les
différentes
figures pour désigner des organes identiques ou similaires.
Un filtre à particules 1 est représenté sur la figure 1 en coupe transversale,
selon
le plan de coupe B-B représenté sur la figure 2, et, sur la figure 2, en coupe
longitudinale
selon le plan de coupe A-A représenté sur la figure 1.
Le filtre à particules 1 comporte classiquement au moins un corps filtrant 3,
d'une
longueur L, inséré dans une enveloppe métallique 5.
Le corps filtrant 3 peut être monolithique. Pour améliorer sa résistance
thermomécanique, en particulier pendant les phases de régénération, il s'est
cependant
avéré avantageux qu'il résulte de l'assemblage et de l'usinage d'une pluralité
de blocs 11,
référencés 11 a-11 i.
Pour fabriquer un bloc 11, on extrude une matière céramique (cordiérite,
carbure
de silicium,...) de manière à former une structure poreuse en nid d'abeille.
La structure
poreuse extrudée a classiquement la forme d'un parallélépipède rectangle
s'étendant
entre deux faces amont 12 et aval 13 sensiblement carrées sur lesquelles
débouchent
une pluralité de canaux 14 adjacents, rectilignes, et parallèles.
Après extrusion, les structures poreuses extrudées sont alternativement
bouchées sur la face amont 12 ou sur la face aval 13 par des bouchons amont
15s et aval
15e, respectivement, comme cela est bien connu, pour former des canaux de
types
canaux de sortie 14s et canaux d'entrée 14e, respectivement. A
l'extrémité des
canaux de sortie 14s et d'entrée 14e opposée aux bouchons amont 15s et aval
15e,
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respectivement, les canaux de sortie 14s et d'entrée 14e débouchent vers
l'extérieur par
des ouvertures de sortie 19s et d'entrée 19e, respectivement, s'étendant sur
les faces
aval 13 et amont 12, respectivement. Les canaux d'entrée 14e et de sortie 14s
définissent
ainsi des espaces intérieurs 20e et 20s, délimités par une paroi latérale 22e
et 22s, un
bouchon d'obturation 15e et 15s, et une ouverture 19s ou 19e débouchant vers
l'extérieur,
respectivement. Deux canaux d'entrée 14e et de sortie 14s adjacents sont en
communication de fluide par la partie commune de leurs parois latérales 22e et
22s.
Les blocs 11 a-11 i sont assemblés entre eux par collage au moyen de joints 27
en ciment céramique généralement constitué de silice et/ou de carbure de
silicium et/ou
de nitrure d'aluminium. L'assemblage ainsi constitué peut être ensuite usiné
pour prendre,
par exemple, une section ronde. De préférence, un revêtement périphérique 27',
encore
appelé coating , est également appliqué de manière à recouvrir sensiblement
toute la
surface latérale du corps filtrant. Il en résulte un corps filtrant 3
cylindrique d'axe
longitudinal C-C, qui peut être inséré dans l'enveloppe 5, un joint
périphérique 28,
étanche aux gaz d'échappement, étant disposé entre les blocs filtrants
extérieurs 11 a-
11 h, ou, le cas échéant, le revêtement 27', et l'enveloppe 5.
Comme l'indiquent les flèches représentées sur la figure 2, le flux F des gaz
d'échappement entre dans le corps filtrant 3 par les ouvertures 19e des canaux
d'entrée
14e, traverse les parois latérales filtrantes de ces canaux pour rejoindre les
canaux de
sortie 14s, puis s'échappe vers l'extérieur par les ouvertures 19s.
Après un certain temps d'utilisation, les particules, ou suies , accumulées
dans les canaux du corps filtrant 3 augmentent la perte de charge due au corps
filtrant 3
et altèrent ainsi les performances du moteur. Pour cette raison, le corps
filtrant doit être
régénéré régulièrement, par exemple tous les 500 kilomètres.
La régénération, ou décolmatage , consiste à oxyder les suies. Pour ce
faire, il
est nécessaire de les chauffer jusqu'à une température permettant leur
inflammation.
L'inhomogénéité des températures au sein du corps filtrant 3 et les
éventuelles
différences de nature des matériaux utilisés pour les blocs filtrants 11 a-11
i et les joints 27
et 28 peuvent alors générer de fortes contraintes thermomécaniques, pouvant
être à
l'origine de fissures dans les joints et/ou dans les blocs filtrants 11 a-11
i, diminuant la
durée de vie du filtre à particules 1.
On connaît en particulier des ciments de jointoiement comportant entre 30 et
60% en masse de carbure de silicium. Le carbure de silicium présente une
conductivité
thermique élevée permettant avantageusement d'homogénéiser les transferts
thermiques.
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Le carbure de silicium présente cependant un coefficient de dilatation
relativement élevé.
La teneur en carbure de silicium de ces ciments de jointoiement doit donc être
limitée
pour assurer une résistance thermomécanique adaptée à l'application aux
filtres à
particules.
Il est connu, par exemple de EP 0 816 065, que l'incorporation au ciment
d'assemblage des fibres céramiques permet d'augmenter l'élasticité du joint,
et donc la
résistance thermomécanique du corps filtrant assemblé. La teneur en carbure de
silicium
du ciment est comprise entre 3 et 80% en masse. La présence de fibres
céramiques
représente cependant un risque potentiel en termes d'hygiène et de sécurité et
rend plus
difficile le recyclage du corps filtrant. L'utilisation de fibres biosolubles
pourrait limiter ce
risque. L'effet de ces dernières sur les propriétés de résistance aux
contraintes
thermomécaniques, à haute température notamment, est cependant faible. De
plus,
l'incorporation de fibres, en particulier avec une présence réduite de shot
(particules
d'infibrés), est particulièrement coûteuse.
Des ciments ne contenant pas de fibres céramiques et présentant des teneurs
élevées en carbure de silicium sont connus, notamment pour le jointoiement de
corps
filtrants. Ces ciments sont typiquement à base de poudre ou de grains de
carbure de
silicium, d'un liant céramique de type aluminate de chaux pour la prise à
froid et d'une
phase liante céramique à haute température. Ces ciments présentent cependant
une
réfractarité plus faible à chaud du fait de la présence d'aluminate de chaux,
ce qui affaiblit
le joint lors de contraintes extrêmes, notamment lors d'une régénération
complète.
Des ciments présentant des teneurs élevées en carbure de silicium présentent,
du fait de la présence de fines particules de ce carbure, une certaine
sensibilité
à l'oxydation en conditions très sévères, par exemple à haute température.
L'oxydation
partielle du ciment conduit à la formation de silice cristallisée qui affecte
sa résistance
thermomécanique.
Il existe donc un besoin pour un ciment céramique apte à résister efficacement
aux contraintes thermomécaniques liées à l'application à la filtration de gaz
d'échappement de moteurs à combustion, notamment Diesel, présentant une teneur
en
carbure de silicium élevée en l'absence de fibres céramiques et une tenue
améliorée à
l'oxydation.
Le but de la présente invention est de satisfaire ce besoin.
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Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un ciment destiné notamment à
la
solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant prévu
pour la filtration de
particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule
automobile, ou à servir de revêtement périphérique pour un tel corps filtrant,
ledit ciment
comportant, en pourcentages en masse par rapport à la masse totale de la
matière
minérale (dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une résine
minérale
éventuelle,
- entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC),
- au moins 3%, de préférence au moins 5%, et, de préférence, moins de 55%, de
préférence encore moins de 30%, de sphères creuses,
au moins 80% en nombre desdites sphères creuses présentant une taille comprise
entre 5 et 150 pm.
De préférence, les sphères creuses sont inorganiques et, de préférence,
comportent en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%, entre 20
et 99%
de silice (Si02) et entre 1 et 80% d'alumine (A1203),
Outre une bonne résistance aux contraintes thermomécaniques, le joint ou le
revêtement périphérique obtenus par traitement thermique du ciment céramique
selon
l'invention présentent ainsi une résistance à la fatigue thermique
remarquable, même en
l'absence de fibres céramiques et/ou avec une teneur en carbure de silicium
élevée. En
outre, le ciment selon l'invention présente une tenue améliorée à l'oxydation.
De préférence, le ciment selon l'invention comporte encore une ou plusieurs
des
caractéristiques optionnelles suivantes :
- Le carbure de silicium est présent sous la forme de particules dont la
taille médiane est
inférieure à 200pm, de préférence inférieure à 100pm Avantageusement, le
carbure de
silicium améliore la résistance chimique, notamment vis-à-vis de
l'environnement du
filtre, la conductivité thermique et la rigidité à chaud du joint.
- Le ciment comporte, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la
matière
minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle, au moins
0,05 %,
de préférence au moins 0,1 %, de préférence encore au moins 0,2 %, et/ou moins
de
5% d'une résine thermodurcissable, avec éventuellement un agent catalyseur
adapté.
Avantageusement, la présence de résine thermodurcissable améliore la
résistance
mécanique du joint ou du revêtement périphérique, notamment à froid, ce qui
avantageusement permet également de limiter la teneur en liant hydraulique à
base de
chaux. La longévité du joint ou du revêtement périphérique dans leurs
applications aux
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blocs filtrants est donc accrue. Cette amélioration de la résistance mécanique
permet
en outre de se passer de la présence de fibres céramiques et/ou d'augmenter la
teneur
en carbure de silicium.
- La résine thermodurcissable est choisie parmi les résines époxide, silicone,
polyimide,
phénolique et polyester.
- Le ciment ne contient pas de fibres céramiques.
- Le ciment comporte entre 0,1 et 2%, de préférence moins de 0,5% en masse
d'un
dispersant, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière
minérale,
hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
- Ladite teneur en carbure de silicium est supérieure à 60%, en pourcentage en
masse
par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une
résine
minérale éventuelle.
- Le carbure de silicium, l'alumine et la silice représentent au moins 80%, de
préférence
au moins 95 % en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis
l'eau
éventuelle et une résine minérale éventuelle.
- Le ciment comporte une teneur en chaux (CaO) inférieure à 0,5 % en
pourcentage en
masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle
et une
résine minérale éventuelle. Avantageusement, cette faible teneur en chaux ne
nuit pas
aux propriétés du ciment.
- Le ciment présente une teneur en alumine, apportée de préférence calcinée,
comprise
entre 5 et 25%, de préférence entre 10 et 25%, et/ou une teneur en silice, de
préférence sous la forme de fumée de silice, comprise entre 1 et 15 %, de
préférence
comprise entre 3 et 10%, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la
matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
- La composition du ciment, hors sphères creuses, comprend une teneur en
carbure de
silicium (SiC) comprise entre 30 et 90 %, et/ou une teneur en alumine (A1203)
comprise
entre 1 et 50 %, et/ou une teneur en silice (Si02) comprise entre 1 et 50 %,
en
pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis
l'eau
éventuelle et une résine minérale éventuelle.
L'invention concerne également un ciment humidifié, ou mortier , résultant
de
l'humidification d'un ciment sec selon l'invention.
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De préférence, le mortier présente une teneur en eau de moins de 40% et/ou
d'au moins 10%, de préférence d'au moins 15%, en pourcentages en masse par
rapport à
la masse minérale, hormis l'eau et une résine minérale éventuelle.
L'invention concerne également un corps filtrant, notamment pour un filtre à
particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule
automobile, comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen
d'au moins un
joint intercalé entre lesdits blocs filtrants et conformé de manière à
s'opposer au passage
desdits gaz d'échappement entre lesdits blocs filtrants. Ce corps filtrant est
remarquable
en ce que le joint est obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment
selon
l'invention.
L'invention concerne enfin un corps filtrant, notamment pour un filtre à
particules
de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule
automobile,
monobloc ou comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen
d'au moins
un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants, comportant un revêtement
périphérique
obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'invention.
Par ciment , on entend une composition moulable humide ou formée par
un mélange particulaire sec apte à prendre en masse après activation.
Le ciment est dit activé , lorsqu'il est dans un processus de prise en
masse.
L'état activé résulte classiquement d'une humidification du ciment avec de
l'eau. On
obtient alors un ciment humide ou mortier .
La prise en masse (durcissement) du mortier peut résulter d'un séchage ou, par
exemple, du durcissement de la résine. Le mortier durci peut subir ensuite
des
élévations de température, notamment pendant le traitement thermique, qui
conduisent à
une évaporation totale de l'eau.
Par sphère , on entend une particule présentant une sphéricité, c'est-à-
dire un
rapport entre son plus petit diamètre et son plus grand diamètre, supérieur ou
égal à 0,75,
quelle que soit la façon par laquelle cette sphéricité a été obtenue. De
préférence les
sphères mises en oruvre selon l'invention présentent une sphéricité supérieure
ou égale à
0,8, de préférence supérieure ou égale à 0,9.
Une sphère est dite creuse lorsqu'elle présente une cavité centrale,
fermée
ou ouverte sur l'extérieur, dont le volume représente au moins 50% du volume
global
extérieur de la particule sphérique creuse.
On appelle taille d'une sphère ou d'une particule sa plus grande
dimension.
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Classiquement, on appelle taille médiane de particules ou de grains ou
diamètre médian de particules ou de grains d'un mélange de particules ou
d'un
ensemble de grains, la taille D50 divisant les particules de ce mélange ou les
grains de
cet ensemble en première et deuxième populations égales en nombre, ces
première et
deuxième populations ne comportant que des particules ou grains présentant une
taille
supérieure, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.
Par résine thermodurcissable , on entend un polymère transformable en un
matériau infusible et insoluble après traitement thermique (chaleur,
radiation) ou physico-
chimique (catalyse, durcisseur). Les matériaux thermodurcissables prennent
ainsi leur
forme définitive au premier refroidissement de la résine, la réversibilité
étant impossible.
Enfin, on appelle forment fibres des structures allongées, typiquement de
diamètre de 0,1 à 2 pm et de longueur allant jusqu'à 1000 pm environ.
Des pourcentages sont exprimés en masse par rapport à la masse totale de la
matière minérale (dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une
résine
minérale éventuelle. En pratique, les pourcentages sont donc exprimés en ne
tenant
compte que des matières premières minérales de base du mélange sec, sans
prendre en
considération les ajouts minéraux, en particulier les résines minérales
éventuelles et l'eau.
Ces matières premières de base sont notamment le carbure de silicium, les
fibres
minérales, la silice, l'aluminate de calcium, les sphères creuses, l'alumine,
comme indiqué
dans la partie supérieure du tableau 1 ci-dessous.
La préparation d'un ciment selon l'invention s'effectue selon les procédés
conventionnels de fabrication des ciments.
Les matières particulaires sont classiquement mélangées jusqu'à obtention d'un
mélange homogène.
Elles peuvent comprendre toutes les matières premières classiquement utilisées
pour fabriquer des ciments destinés à des joints céramiques réfractaires pour
assembler
des blocs filtrants. De préférence, le carbure de silicium, l'alumine et la
silice représentent
au moins 80%, de préférence au moins 95 % de la masse totale du ciment.
De préférence, la composition du ciment, hors les sphères creuses, comprend
entre 30 et 90 % de carbure de silicium, entre 1 et 50 % d'alumine et entre 1
et 50 % de
silice, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière
minérale, hormis
l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle et pour un total de
préférence d'environ
100 %. Ces plages en alumine et en silice facilitent la mise en oruvre du
ciment et
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augmentent la résistance mécanique après frittage. La plage en carbure de
silicium
garantit une bonne conductivité thermique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le ciment comporte, les
pourcentages étant exprimés en masse par rapport à la masse de la matière
minérale
(dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une résine minérale
éventuelle,
- entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC),
- au moins 3%, de préférence entre 5% et 30%, au maximum 55%, de sphères
creuses contenant, en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%,
entre 20 et 99% de silice (Si02) et entre 1 et 80% d'alumine (A1203), au moins
80%
en nombre desdites sphères creuses présentant une taille comprise entre 5 et
150
pm.
Les parois d'une sphère sont de préférence pleines ou faiblement poreuses,
c'est-à-dire présentent une densité supérieure à 90% de la densité théorique.
De préférence les sphères creuses sont des sphères obtenues par fusion ou
combustion de matières premières, par exemple de cendres volantes issues de
procédé
métallurgiques, suivi en général d'une étape de condensation.
Des sphères creuses sont par exemple celles commercialisées par Enviro-
spheres sous le nom e-spheres , qui présentent une composition chimique
typique
60% Si02 et 40% A1203. Elles sont classiquement utilisées pour améliorer la
rhéologie des
peintures ou des bétons de génie civil, ou pour constituer une charge minérale
afin de
réduire le coût des produits plastiques.
De préférence, le rapport R(= Dsphères/Dsic) entre la taille médiane des
sphères
Dsphères et la taille médiane des particules de carbure de silicium Ds;c est
supérieur à 0,1,
de préférence supérieur à 0,2, de préférence encore supérieur à 0,5 et/ou
inférieur à 30,
de préférence inférieur à 10, de préférence encore inférieur à 2. Un rapport R
compris
entre 0,6 et 1,9 apparaît particulièrement approprié dans les applications
visées. Un tel
rapport améliore en effet la résistance à l'oxydation tout en garantissant une
compaction
et une porosité satisfaisantes.
Sans un mode de réalisation, selon l'invention, la taille médiane des sphères
creuses est de préférence supérieure à 80 pm, de préférence supérieure à 100
pm et/ou
inférieure à 160 pm, de préférence encore inférieure à 140 pm. La taille
médiane des
sphères creuses est de préférence encore d'environ 120 pm.
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Dans un mode de réalisation préféré, les sphères creuses peuvent être
réparties
suivant les deux fractions suivantes, pour un total de 100 % en masse :
- une fraction représentant 70% en masse des sphères creuses et présentant une
taille médiane supérieure à 110 pm, de préférence supérieure à 120 pm, et/ou
inférieure à 150 pm, de préférence inférieure à 140 microns, de préférence
d'environ 130 pm, et
- une fraction représentant 30% en masse des sphères creuses et présentant une
taille médiane supérieure à 35 pm, de préférence supérieure à 40 pm, et/ou
inférieure à 55 pm, de préférence inférieure à 50 microns, de préférence
d'environ
45 pm.
De préférence encore, la taille médiane des particules de carbure de silicium
est
supérieure à 20 pm, de préférence supérieure à 45 pm, de préférence encore
supérieure
à 60 pm et/ou inférieure à 150 pm, de préférence inférieure à 120 pm, de
préférence
encore inférieure à 100 pm.
De préférence une résine thermodurcissable est incorporée sous forme d'une
poudre pendant cette étape de fabrication du ciment.
Les résines thermodurcissables mises en oruvre selon l'invention sont choisies
pour durcir dans des conditions prédéterminées et pour ne plus fondre ensuite
lors de
l'utilisation ou de la régénération du corps filtrant. Elles améliorent ainsi
la résistance du
joint aux contraintes thermomécaniques pendant toute la durée de vie du corps
filtrant.
Selon les applications, il peut être avantageux que la résine durcisse à
température ambiante, par exemple suite à l'ajout d'un catalyseur, à la
température de
séchage ou à la température du traitement thermique.
De préférence, la résine thermodurcissable présente en outre un caractère
collant avant son durcissement. Elle facilite ainsi la mise en place du ciment
et son
maintien en forme avant le traitement thermique. Elle doit présenter de
préférence une
viscosité inférieure à 50 Pa.s pour un gradient de cisaillement de 12s-'
mesuré au
viscosimètre Haake VT550. Elle doit être de préférence soluble dans l'eau à
l'ambiant.
La résine thermodurcissable peut être présente dans le ciment selon
l'invention
sous forme de poudre ou dans le mortier selon l'invention sous forme liquide,
la forme
poudreuse étant préférée.
De préférence, le ciment comporte plus de 60% de carbure de silicium, en
pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis
l'eau
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éventuelle et une résine minérale éventuelle. En effet, la résine
thermodurcissable permet
avantageusement d'augmenter la teneur en carbure de silicium à des teneurs
supérieures
à 60% tout en conservant une résistance thermomécanique satisfaisante.
L'extraction des
métaux précieux lors du recyclage du corps filtrant en est ainsi facilitée. La
réutilisation du
carbure de silicium est également simplifiée.
Pour faciliter le recyclage, il est également préférable que le ciment ne
contienne
pas de fibres céramiques.
La présence d'une résine thermodurcissable dans le ciment selon l'invention
permet avantageusement de limiter la teneur en liant céramique pour la prise à
froid. Le
ciment traité thermiquement peut ainsi présenter une teneur en CaO inférieure
à 0,5 %,
en pourcentage en masse. L'affaiblissement occasionné par CaO est ainsi
avantageusement limité. De préférence, le ciment selon l'invention ne comporte
pas de
CaO.
De préférence, le ciment comporte encore entre 0,1 et 0,5% en masse d'un
dispersant, en pourcentage en masse par rapport à la masse totale du ciment.
Le
dispersant peut être par exemple choisi parmi les polyphosphates de métaux
alcalins ou
les dérivés méthacrylates. Tous les dispersants connus sont envisageables,
ioniques
purs, (par exemple HMPNa), stérique pur, par exemple de type polyméthacrylate
de
sodium ou combiné. L'ajout d'un dispersant permet de mieux répartir les
particules fines,
de taille inférieure à 50 pm, et favorise ainsi la résistance mécanique du
joint.
De préférence, le dispersant, ou défloculant , est incorporé au ciment sous
forme de poudre.
Outre les constituants mentionnés ci-dessus, le ciment selon l'invention peut
également comporter un ou plusieurs additifs de mise en forme ou de frittage
utilisés
classiquement, dans les proportions bien connues de l'homme du métier. Comme
exemples d'additifs utilisables, on peut citer, de façon non limitative :
- des liants temporaires organiques (c'est-à-dire éliminés en tout ou en
partie lors du
traitement thermique), tels que des résines, des dérivés de la cellulose ou de
la
lignone, comme la carboxyméthylcellulose, la dextrine, des polyvinyle alcools,
etc.
- des agents de prise chimiques, tels que l'acide phosphorique, le
monophosphate
d'aluminium, etc. ;
- des promoteurs de frittage tels que le bioxyde de titane ou l'hydroxyde de
magnésium ;
- des agents de mise en forme tels que les stéarates de magnésium ou de
calcium.
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Les additifs de mise en forme ou de frittage sont incorporés dans des
proportions
variables, mais suffisamment faibles pour ne pas modifier substantiellement
les
proportions massiques des différents constituants caractérisant le ciment ou
le mortier
selon l'invention.
Le mélange obtenu constitue un ciment désactivé selon l'invention et peut être
conditionné et commercialisé. De préférence ce mélange contient au moins une
partie
des différents additifs en poudre nécessaires. Une partie de ces derniers peut
cependant
être ajoutée lors d'une étape ultérieure de préparation du mortier.
Dans cette dernière étape, de l'eau est classiquement ajoutée au mélange
particulaire. De préférence on ajoute moins de 40%, et/ou au moins 10%, de
préférence
au moins 15%, d'eau, en pourcentages en masse par rapport à la masse minérale
du
ciment, hormis l'eau et une résine minérale éventuelle. De préférence, la
résine est
dissoute dans l'eau pour diminuer sa viscosité puis ce mélange est ajouté au
mélange
particulaire.
Un agent catalyseur de la résine peut être également ajouté pendant cette
étape
afin d'accélérer la prise en masse de la résine. Les agents catalyseurs, par
exemple
l'alcool furfurylique ou l'urée, sont adaptés à chaque type de résine et bien
connus de
l'homme du métier.
Le mélange humide est ensuite malaxé jusqu'à obtention d'un mortier pâteux
sensiblement homogène. L'ajout d'eau provoque l'activation du ciment selon
l'invention,
c'est-à-dire engage son processus de prise en masse. Le mortier obtenu peut
alors être
interposé entre les blocs filtrants d'un corps filtrant ou en périphérie d'un
corps filtrant.
Classiquement, après sa mise en place entre les blocs filtrants, le mortier
est
séché à une température de préférence comprise entre 100 et 200 C, de
préférence sous
air ou atmosphère contrôlée en humidité, de préférence de manière que
l'humidité
résiduelle reste comprise entre 0 et 20%. Classiquement la durée de séchage
est
comprise entre 15 minutes et 24 heures selon le format du joint.
Le mortier séché peut être alors durci thermiquement. Le traitement thermique
conduit à la consolidation du mortier. Il consiste classiquement en une
cuisson, de
préférence sous atmosphère oxydante, de préférence à pression atmosphérique, à
une
température comprise entre 400 à 1200 C de manière à former un joint
suffisamment
résistant. L'opération de traitement thermique est bien connue de l'homme du
métier. Elle
s'accompagne généralement d'une diminution de la porosité et d'un retrait
dimensionnel.
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WO 2007/148011 12 PCT/FR2007/051459
La durée de la cuisson, généralement comprise entre 1 et 20 heures environ de
froid à
froid, est variable en fonction des matériaux mais aussi de la taille et de la
forme des
joints réfractaires à fabriquer.
Selon la résine utilisée, le durcissement de la résine éventuelle peut
s'effectuer à
température ambiante, à la température de séchage de préférence, à la
température de
traitement thermique ou nécessiter une irradiation, par exemple aux
ultraviolets, ou un
chauffage complémentaire.
Le ciment selon l'invention s'est avéré non seulement adapté à la
solidarisation
de blocs filtrants d'un corps filtrant prévus pour la filtration des gaz
d'échappement d'un
moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, mais également pour
former le
revêtement périphérique ou coating classiquement disposé sur la surface
latérale
périphérique des corps filtrants. L'invention concerne ainsi également
l'utilisation d'un
ciment selon l'invention pour constituer le revêtement périphérique latéral
d'un corps
filtrant, que celui-ci soit monobloc, c'est-à-dire non assemblé, ou au
contraire constitué
par assemblage d'une pluralité de blocs filtrants. L'invention concerne en
particulier un
corps filtrant comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au
moyen d'un joint
obtenu à partir d'un ciment selon l'invention et dont la surface périphérique
latérale est
recouverte par un revêtement obtenu à partir du même ciment.
Les exemples suivants, rassemblés dans les tableaux 1 et 2, sont fournis à
titre
illustratif et non limitatif.
La préparation des mortiers testés est effectuée en malaxeur de type
planétaire
non intensif selon une procédure classique comportant :
- un malaxage à sec, pendant 2 minutes, des poudres et grains avec, le cas
échéant, le
dispersant, puis
- un ajout d'eau, avec éventuellement du liant (polysaccharide) et, le cas
échéant du
catalyseur, puis
- un malaxage pendant 10 minutes jusqu'à obtention d'une consistance
suffisante pour
une application comme mortier de jointoiement.
Les références 1, 2 et 3( Réf. 1 , Réf 2 et Réf. 3 ) concernent des
ciments selon la technique antérieure. La référence 2 correspond à un ciment
fibreux
selon l'exemple 1 de EP 0 816 065.
Les exemples 1 à 4 sont des ciments selon l'invention.
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Les échantillons des mortiers décrits dans le bleau 'Il ont été séchés à 120 C
pendant 12h puis traités thermiquement à 800bC sous ir (paiie~ de 2 heures).
La porosité
ouverte a alors été mesurée conformément à la norme SO5017.
Les analyses chimiques ont été réalisées sur es ëchintillons de ciment séché à
120 C et réduits en poudre, laquelle a été précalcin e sous !air à 750 C
pendant 0,5h
environ selon la pratique de préparation pour analyse himjquo bien connue de
l'homme
de l'art. La teneur en SiC a été plus particulièrement m surée par LECO.
La partie supérieure du tableau 1 fournit la e mpositiQn des matières
premières
de base du mélange sec de différents ciments testés, en poUrcentages en masse.
Les
ajouts , et en particulier les teneurs de l'eau ajouté pour at:tiver ces
ciments et de la
résine, sont exprimés en pourcentages par rapport à!a massé totale desdites
matières
prernières.
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Tableau 1
Rëf.
Réf.1 2 Réf.3 Ex. 1 Ex .2 Ex. ~ Ex .4 Ex.5 Ex.6 Ex7
Matières reinières de base du ëlange4sec
Poudre de SiC non 50 non non n non? non non non non
(diamètre médian 0,3 pm)
Fibres silice-alumine
Longueur < 100 pm non 38,5 non non n non ; non non non non
<5% de shot
Siiice coliaïdaie (à 30% de non 11,5 non non n non non non non non
SiQ2
Mélange granulaire de
carbure de silicium. Tailles
comprises entre 0 à 80,0 81,0 74,0 67,0 80 81,0 67,0 67,0 67,0
0,5mm; teneur en
SIC>98%
Aiuminate de calcium
0 non non non n n 5,0 non non non non
CA270
Sphères creuses
Diamètre D50=120Nm
AL203=32% non non non 8,0 24 0 5,5 5,5 24 24
SiOz=67 !
irn uretés=1%environ
Sphères creuses
Diamètre D50=45pm
Ai203=32 /a 24
S1Q2=67 l0 }
im uretés=1%environ
Aiumine calcinée 10,0 non 13,0 12,0 3, 6,5 11,0 3 3 3
Fumée de silice 5,0 non 6,0 6,0 6,) 3,t3 2,5 6 6 6
Total masse minérale 100 100100 100 1 0 100 100 100 100 100
A'outs
Résine é x (poudre) +0,2 +0,2 +0 2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2
Polysaccharide : dérivés
de méthylcellulose en +0,5 +0,5 +0,2 +0,2 +0 4 +0,5~ +0,2 +0,4 +0,4 +0,4
poudre
Défloculant /dispersant en non non +0,3 +0,3 +0 3 non +0,3 +0,3 +0,3 +0,3
poudre
Agent catalyseur de la non non +0,8 +0,8 +1 6 non +0,8 +1,6 +1,6 +1,6
résine fi uide
Eau +30 +39 +17,5 +27 + 7 +29,5 +18,0 +38 +43 +40
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Tabteau 1 (suite) Résultats des tests et des esures
Diamètre médian du
mélange granulaire de 70 0,3 70 70 70 70 70 25 3,5 25
carbure de Silicium
Ratio R (diamètre médian
sphères creuses / dÃamètre 0 0 0 1,7 1, 1,7 1,7 4,8 35 1,8
médian poudre de SÃC
Porosité ouverte mesurée
selon IS05015 sur
échaniillon cÃrnenttratté 41 38,0 40,7 40,8 42 0 43,2 42,4 45,1 53 47
therrniquement à 800 C
/air
Résistance â l'oxydation
200 C/h -1450 C sur
cimenttraité +2,5 +4,9 +1,9 +1,6 + ,6 +2,3~ +1,7 +2,0 +4,5 +1,8
thermiquement à 800 C/air
gain de masse %
composition sur calciné 750 C/0,5 h
SiC 78,0 57,0 79 72 6 78 79 64 63 64
A12U3 12,0 15,0 12,9 13,8 11,1 12,1!i 13,2 11,0 11,1 11,0
Si02 7,5 25,0 7,1 13,0 2,8 7,41 . 6,9 23,7 24,6 23,7
CaO 1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0
Autres espèces dont 1,5 <2,0 1,0 <1,0 <1,0 1,5 < 1,0 <1,0 <1,0 <1,0
im uretés
Le tableau 1 résume également les résultats diiférerits tests de
caractérisation
de ciments prétraités selon le test d'oxydation à 14 (J C soés air sur
échantillon de
5 ciment précuit â 800 C.
Le tableau 1 montre que les propriétés de matériàux traités thermiquement
obtenus à partir de ciments ou de mortiers selon Ã'Ãn ntÃon phésentent, à
cornpositions
sensiblement identiques, une résÃstânce àÃ'oxydation a élioréé dès lors que
des sphères
creuses ont été ajoutées au mélange.
10 L'augmentation du rapport R limite cependant l'effet dé l'ajout de sphères
sur ta
résistance àÃ'oxydatÃon, comme Ãe montre l'exemple . De préférence, le rapport
R est
donc inférieurà 30.
Bien entendu, la présente invention n'est pa limitée âux modes de réalisafion
décrits, fournis à titre illustratif et non limitatif.
15 En particulier, la présence d'argile ou de fibre céramiques n'est pas
exclue. Le
ciment selon l'invention peut également contenir des fib es hydr~solubies.
