Brevet FR2040385A1 — publié le 19710122

i 2040385 La présente invention concerne le domaine des tubes de chauffage par résistance électrique et ,a plus spécialement pour objet, un procédé pour la fabrication d'un matériau destiné au garnissage de ces tubes. 5 Dans la fabrication des éléments tubulaires de chauffage é- lectrique, notamment dans l'industrie des appareils de chauffage électriques et électroménagers, on se sert de magnésie fondue et granulée comme isolant électrique entre les enroulements conducteurs et l'enveloppe tubulaire. La composition chimique de la 10 magnésie utilisée à cet effet doit être comprise sensiblement dans les limites suivantes : IflgO 94 - 98 % en poids SiOg 1,0 - 3 >5 % en poids OaO 0,5 - 2,0 % en poids 15 AlgOj 0,02 - 0,25 % en poids ïegOj 0,01 - 0,10 % en poids ÏTiO 0,01 - 0,03 % en poids De plus, des traces de SO^, 01, B2 0^, Ti 02 , Uag 0 ou EgO sont éventuellement présentes. 20 Pour ce qui concerne la répartition granulométrique, les mé langes granulés du commerce ne se distinguent les uns des autres que d'une manière insignifiante. La dimension des grains est comprise en général entre 0,01 et 0,37 mm, avec une proportion fortement prédominante de grains de plus de 0,12 mm. Par contre, la 25 résistance électrique des matériaux isolants fabriqués à partir de ces grains est très variable. Ceci se manifeste particulièrement lorsqu'on soumet un tel matériau à des températures dépassant environ 800-900°0. On ne peut en expliquer clairement la cause. Les courants de fuite que l'on mesure, et qui sont inver-30 sement proportionnels aux résistances, varient, malgré une composition chimique semblable et pour une charge de surface spécifique d'environ 10 W, par exemple entre environ 6 mA et environ 40 mA selon les conditions d'essai indiquées ci-dessous. Il est toutefois souhaitable que la conductibilité électrique soit aus-35 si faible que possible, surtout à de hautes températures ou pour de fortes charges électriques spécifiques. L'invention a pour objet un procédé pour l'obtention d'un matériau de garnissage ayant une résistance électrique accrue, destiné à la fabrication d'éléments chauffants tubulaires et à 40 base d'oxyde de magnésium fondu et granulé, procédé caractérisé 70 15565 2 2040385 en ce qu'on ajoute à l'oxyde de magnésium, avant d'en garnir les tubes, des silicates de magnésium, de l'oxyde de magnésium ou leurs mélanges ayant été frittés et dont les grains sont constitués, en quasi totalité ou en majeure partie, par des cristaux 5 individuels ayant un diamètre inférieur à 10 microns. Les grains d'oxyde de magnésium fondu peuvent être de forme anguleuse (cubique ) mais aussi, et de préférence, de forme arrondie. Le silicate de magnésium qu'il convient d'ajouter suivant l'invention est préparé par frittage d'un produit minéral, synthé-10 tique ou naturel, par exemple du talc, de la stéatite, de l'ensta-tite ou autre produit analogue, au-dessus de 1 100°C et, de préférence, à environ 1350°C et broyage subséquent de la masse frit-tée jusqu'à une grosseur de grain inférieure à 0,37 mm et, de préférence, inférieure à 0,1 mm ; la quantité qui doit être ajou-e st 15 tée/comprise entre 0,05 et 6% en poids et, de préférence, égale à 2°/o en poids. L'oxyde de magnésium 1% 0 qu'il convient d'ajouter suivant l'Invention est obtenu à partir de magnésie d'une grosseur de grain inférieure à 5 microns, également appelée Magnésia usta, 20 par frittage de celle-ci à 1500-2000°C, de préférence à environ 1700°C, et broyage subséquent de cette masse frittée jusqu'à une grosseur de grain inférieure à 0,37 mm., Les essais effectués par la demanderesse ont notamment montré que l'on peut réduire de manière très importante la conductibilité électrique dans l'élément tubulaire chauffant si l'on 30 prend soin d'incorporer au matériau isolant, par exemple à la magnésie, et conformément à l'invention, des additifs qui empêchent pratiquement toute destruction du grain au cours du traitement de tassement effectué lors de la fabrication de l'élément chauffant tubulaire. Ce résultat peut être obtenu du fait que les 55 additifs proposés conformément à l'invention agissent comme lubrifiants au moment du tassement. Parallèlement à la réduction de la désagrégation des grains lors du compactage, on obtient une meilleure conductibilité calorifique en raison d'une meilleure imbrication des grains.de la masse, qui glisse»t les uns contre les 40 autres. Or, cette amélioration de la conductibilité calorifique 70 15565 3 2040385 assure un plus faible gradient de températures entre la spirale chauffante et l'enveloppe tubulaire. Il en résulte que, pour une même température superficielle, la température moyenne dans l'élément chauffant tubulaire est moins élevée, et, la conductibili-5 té électrique étant fonction de la température^ qu'elle est de ce fait plus faible. Les additifs qu'il convient d'ajouter suivant l'invention doivent être en fins cristaux. Dans la texture cristalline de chacun de ces grains, il faut que des cristallites en nombre aussi 1G grand que possible soient réunis d'une manière relativement lâche en agrégats cristallins plus gros, de sorte que les cristallites préformés dans le grain, ou aggrégats cristallins, puissent glisser facilement les uns contre les autres. Les lubrifiants minéraux ordinaires, tels que le talc ou la 15 stéatite, ne satisfont pas à ces exigences, même s'ils sont totalement déshydratés par calcination. Le mica ne peut être utilisé en raison de sa conductibilité propre, extrêmement grande, en cas de charges électriques spécifiques élevées. Dans les exemples suivants, non limitatifs de la portée de 20 l'invention, on compare des produits de qualité commerciale courante et un produit préparé suivant l'invention, en mesurant les courants de fuite qui constituent un moyen de déterminer la qualité, en tant qu'isolant électrique, de la magnésie utilisée, la " mesure étant effectuée sur des éléments chauffants tubulaires 25 d'essai. On effectue la mesure de ces courants de fuite., qui sont inversement proportionnels aux résistances, dans des tubes en a-cier inoxydable de type semblable à ceux qu'on utilise en électrotechnique. Oes tubes ont les dimensions suivantes : 30 longueur : 500 mm diamètre : 10 mm (avant leurjfearnissage par tassement) épaisseur de paroi : 0,75 Après remplissage et fermeture, on réduit les tubes à un diamètre de 8,2 mm, par exemple au moyen de marteaux de réduc-35 tion de section. Les spires du filament chauffant présentent un diamètre de 3 mm, la' grosseur du filament lui-même étant de 0,3 mm. La tension d'essai appliquée entre la spire et le matériau du tube est de 500 Y. Selon la charge spécifique, la tension appliquée pour le chauffage est comprise entre 170 et 240 V. 70 15565 4 2040385 ' EXEMPLES 1 à 5 A chacun, de différents échantillons de magnésie de qualités diverses, couramment commercialisées pour les usages électrotecii-niques, on incorpore 2% en poids de silicate de magnésium (en-5 statite) ayant été fritté puis broyé jusqu'à une grosseur de grain inférieure à 0,10 mm. 10 Charge spécifique 7 8 9 10 W/crn a) sans additif 1,70 3,55 7,0 16,5 mA avec additif 1,07. 1,72 3,65 7,4 R b) sans additif 2,35 4,65 10,2 19,4 n avec additif 1,12 1,88 3,30 7,1 H c) sans additif 1,63 4,30 11,0 34,9 Kl avec additif 1,28 2,75 6,3 13,3 It cL) sans additif 1,16 2,40 5,3 14,6 St avec additif 0,70 1,19 2,55 5,9 . U e) sans additif 1,85 1,90 2,65 8,25 r avec additif 0,90 1,0 1,10 4,2 il 15 "EYEMPLE 6 A une magnésie pour usage électrique, on incorpore à rai-20 son de 10% en poids un oxyde de magnésium préparé suivant l'invention par frittage suivi d'un broyage jusqu'à une grosseur de grain inférieure à 0,37 mm» Cliarge spécifique 7 8 9 10 W/cm^ sans additif 3,20 5,1 8,4- 19,0 M 25 avec additif 2,94- 4-,55 6,6 13,4- * Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au-, mode de réalisation ci-dessus décrit, qui n'est donné qu'à titre d'exemple. COFY ' 70 15565 5 2040385 1 BEVEKDIOATIOirS 1. Procédé de fabrication d'un matériau ayant une résistance électrique accrue, en vue du garnissage des tubes d'éléments chauffants électriques, à base d'oxyde de magnésium fondu et 5 granulé, caractérisé en ce qu'on ajoute l'oxyde de magnésium, avant d'en garnir les tubes, des silicates de magnésium de l'oxyde de magnésium, ou leurs mélanges, ayant été frittés et dont les grains sont constitués, en quasi totalité ou en majeure partie, de cristaux individuels ayant une grosseur inférieure à 10 10 microns. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare le silicate de magnésium, prévu comme additif, par frittage, au-dessus dell00°0 et, de préférence, vers 1350°CjCl,'un produit minéral synthétique ou naturel et par broyage subséquent 15 de la masse frittée Jusqu'à une grosseur de grain inférieure à 0,37 mm et, de préférence, inférieure à 0,1 mm, et en ce qu'on utilisé cet additif à raison de 0,05 à 6% en poids, et de préférence, de 2% en poids. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'on prépare l'oxyde de magnésium, prévu comme additif, à partir d'une magnésie ayant une grosseur de grain inférieure à 5 microns, par frittage à 1500-2000°C et, de préférence, à environ 1700°C et broyage subséquent de"la masse frittée Jusqu'à une grosseur' de grain inférieure à 0,37 mm et, de préférence, inférieure 25 à 0,1 mm, et en ce qu'on utilise cet additif à raison de 3 à 20% en poids et, de préférence, de 10% en poids. 4. Matériau à base de magnésie fondue e^granulée pour le garnissage de tubes chauffants électriques, caractérisé en ce qu'elle contient des silicates de magnésium et/ou de l'oxyde de 30 magnésium qui ont été obtenus par frittage et dont les grains sont constitués en quasi totalité ou en ma'Jeure partie par des cristaux individuels mesurant moins de 10 microns. 5. Matériau suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il contient, à raison de 0,05 à 6% en poids, et de préférence, 35 à raison de 2% en poids, des silicates de magnésium ayant été frittés ou, à raison de 3 à 20% en "poids, et de préférence, à raison de 10% en poids, de l'oxyde de magnésium ayant été frit-té. , COPY