Brevet FR2388673A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne une matière composite élastique et résistant à la chaleur. Elle est particulièrement utile pour la liaison d'éléments céramiques ou réfractaires d'un autre type dans des ensembles qui subissent des cycles thermiques ou une dilatation thermique, et on décrit donc l'invention en référence à cette application. Un ensemble comprenant des éléments céramiques ou réfractaires d'un autre type liés les uns aux autres et qui doit subir un cycle thermique ou d'autres conditions thermiques en cours d'utilisation, provoquant des dilatations thermiques différentes des divers éléments associés, est souvent nécessaire. La dilatation thermique différente des éléments peut être due au fait que les éléments sont en matières dont les coefficients de dilatation diffèrent ou au fait que les éléments, bien qu'ils soient formés d'une même matière, sont soumis à des températures différentes. Cependant, quelle que soit la variation de la dilatation thermique entre les élé- ments, à moins que leur liaison soit élastique, il est possible que l'un au moins des éléments se fracture sous l'action des contraintes résultantes.En conséquence, une matière élastique résistant aux températures élevées et capable de lier des éléments dans un tel ensemble est donc nécessaire. Le caoutchouc de silicone a une résistance relativement bonne à la chaleur par rapport à celle des autres matières organiques élastiques ou caoutchouteuses, mais même le caoutchouc de silicone ne peut pas être utilisé pendant de longues périodes à des températures dépassant 2300C, sans perte d'élasticité. L'invention repose sur le fait qu'un stratifié composite formé de couches de graphite fibreux, liées par un caoutchouc de silicone, permet l'élévation de la température d'utilisation à 3150C environ au moins Ainsi, la matiere composite formée par les couches de graphite fibreux liées par le caoutchouc de silicone, peut être utilisée pendant de longues périodes à 3150C et même à une température plus élevée pendant des périodes plus courtes, l'élément composite conservant cependant son élasticité. Dans des modes de réalisation avantageux, la matière composite selon l'invention contient au moins 60 % en volume environ de graphite fibreux, les couches de graphite fibreux étant formées par un tissu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe partielle d'un ensemble comprenant la matière composite élastique et résistant à la chaleur selon l'invention ; et - la figure 2 est une coupe partielle agrandie de l'ensemble de la figure 1. La figure 1 représente un ensemble qui comprend un corps céramique cellulaire 2 lié à un organe céramique dense 3 par une matière élastique 6. L'ensemble particulier dont une partie est représentée sur la figure 1 constitue un échangeur de chaleur, les passages 8 du corps cellulaire 2 étant destinés à la circulation de gaz chaud. L'organe céramique 4 constitue une périphérie pleine et robuste ou un rebord du corps annulaire. Lors du fonctionnement de l'ensemble, la dilatation thermique de l'organe céramique 4 est différente de celle du corps céramique 2 étant donné les températures différentes auxquelles sont exposés les deux éléments et le fait que la céramique qui forme le corps 4 peut être différente de celle qui est utilisée pour le corps cellulaire 2, si bien que les coefficients de dilatation thermique peuvent être différents. Selon rinvention, la matière utilisée dans la couche 6 qui lie le corps cellulaire 2 à l'organe céramique 4 est un stratifié de couches de graphite fibreux liées par du caoutchouc de silicone, le graphite fibreux formant avantageusement 60 à 90 % en volume environ de la matière composite et étant de préférence sous forme d'une étoffe de graphite. Le graphite fibreux peut être sous forme d'un feutre ou d'une nappe, c'est-à-dire d'une étoffe dont les fibres ont une orientation aléatoire, mais il est préférable qu'elle ait une armure tissée, c'est-à-dire qu'elle soit formée de fils constitués par des faisceaux torsadés de fibres de graphite, les fils étant disposés de façon prédéterminée suivant une armure, caractéristique des étoffes tissées. Sur la figure 2, la couche 6 contient quatre couches de tissu de graphite revêtues de caoutchouc de silicone, les couches étant liées et portant les références 10, 12, 14 et 16, les revêtements de caoutchouc de silicone de ces couches portant les références 18a, 18b, 18c et 18d respectivement. Le tissu représenté est de préférence à armure toile et il est souhaitable que le tissage soit relativement peu serré. Dans la construction particulière représentée, le tissu de graphite utilisé est vendu par the Carborundum Company, Niagara Falls, New-York, Etats-Unis d'Amérique sous la désignation GSGC-2 et le caoutchouc de silicone utilisé est vendu par Dow-Corning Company, Midland, Michigan, Etats-Unis d'Amérique, sous la référence RTV-106.En outre, dans le mode de réalisation particulier, l'étoffe de graphite forme 80 % environ du volume de la matière composite stratifiée 6, le caoutchouc de silicone formant les 20 % restants en volume. Il est avantageux dans tous les cas,que les fibres de graphite, par exemple le tissu, forment 60 à 90 % en volume environ de la matière composite et le caoutchouc de silicone 10 à 40 % en volume. Cette plage est avantageuse car elle donne la résistance optimale à la chaleur qui peut être obtenue avec les deux matières, pour une élasticité suffisante cependant Le tissu utilisé dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 2 a un poids de 250 g/m2 et une épaisseur de 0,44 mm environ. On obtient les caractéristiques optimales voulues avec un tissu de graphite dont 1? épaisseur est comprise entre 0,38 et 0,5 mm environ, présent sous forme de 4 à 6 couches, pour chaque fraction de 3,2 mm d'épaisseur de la matière composite stratifiée. Les divers caoutcouchs de silicone (c'est-à-dire les polymères élastomères organiques de siloxane) disponibles sur le marché peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention, la structure moléculaire précise ou le radical organique particulier substitué sur le caoutchouc de silicone ayant peu d'importance dans la mesure ot le "caoutchouc" de silicone a bien cette propriété, c'est-à-dire est bien un élastomère. Le point important selon l'invention est que la structure stratifiée formée par les couches de graphite fibreux liées par des couches de caoutchouc de silicone prolon ge d'environ 850C vers la haut la plage de températures d'utilisation du caoutchouc de silicone, avec conservation des caractéristiques d'élasticité.En conséquence, lorsque le caoutchouc est d'un type dont le fabricant indique qu'il ne doit pas être exposé pendant de longues périodes à des températures supérieures à 2300C, l'invention permet I'utilisation dans des applications qui nécessitent l'élasticité et dont la température peut atteindre 3150C pendant de longues périodes.Bien que les raisons de ce comportement ne soient pas parfaitement comprises, on pense que, étant donné les caractéristiques particulières d'élasticité de l'étoffe de graphite, même après exposition prolongée à température élevée, cette étoffe complète le comportement du caoutchouc de silicone et celui-ci complète le comportement de l'étoffe de graphite dans la matière composite si bien que toute perte d'élasticité du caoutchouc de silicone après exposition prolongée à température élevée est compensée par les caractéristiques d'élasticité de l'étoffe de graphite. La structure de la matière composite selon l'invention apparait clairement dans la description qui suit de son procédé de fabrication. Le caoutchouc de silicone qui doit être utilisé est dissous dans une quantité suffisante de solvant pour qu'il ait la consistance d'une pâte. Des solvants qui conviennent pour les caoutchoucs de silicone sont le pentane et la méthyléthylcétone. Cette dissolution du caoutchouc est revêtue sur l'étoffe de graphite, par exemple avec une lame de râclage, afin que les deux faces portent la pâte. Il est avantageux que cette pâte ne soit pas introduite complètement dans les interstices de ltétoffe qui ne sont donc pas totalement remplis, mais qu'une partie interne au moins de la totalité de l'épaisseur conserve des cavités libres de caoutchouc. Le solvant est alors évaporé et le caoutchouc durcit à la température spécifiéeou recommandée par le fabricant pour son durcissement.La quantité de caoutchouc de silicone appliquée est de préférence telle qu'il ne reste qu'une mince couche de caoutchouc de silicone sur les faces supérieure et inférieure de l'étoffe. La feuille composite formée qui comprend l'étoffe de graphite revêtue sur ses deux faces de caoutchouc de silicone, est alors découpée en morceaux de configuration voulue. Les surfaces d'un certain nombre de morceaux sont alors revêtues d'une très mince couche de la dissolution du caoutchouc.Cette dissolution peut comprendre une quantité accrue de solvant afin que la viscosité soit réduite et que la couche formée puisse être très mince. Lorsque la plus grande partie du solvant s'est évaporée, les morceaux sont empilés les uns sur les autres jusqu'à l'obtention du nombre voulu de couches, et une pression est appliquée afin qu'elle assure la formation d'une liaison entre les couches adjacentes ; la matière composite stratifiée est alors durcie à la température prévue pour le durcissement du caoutchouc de silicone.Lorsque la matière doit assurer la liaison d'éléments céramiques ou autres sous forme d'un ensemble, les faces supérieure et inférieure de la matière composite sont revêtues d'une très mince couche de la dissolution du caoutchouc et la matière composite est alors comprimée entre les surfaces des éléments à lier, l'ensemble étant terminé après application de la température nécessaire au durcissement des minces couches de caoutchouc de silicone qui sont au contact des surfaces des éléments à lier. Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à l'utilisation de la matière composite sous forme d'une couche de liaison d'eléments céramiques ou autres d'un ensemble, il faut noter qu'elle a de nombreuses autres applications dans lesquelles une matière doit être élastique et doit cependant résister à des températures élevées. Comme indiqué précédemment, une caractéristique essentielle de l'invention est qu'elle permet l'utilisation d'un caoutchouc de silicone dans des applications qui necessitent une élasticité et lorsque la température est bien supérieure a celle à laquelle le caoutchouc de silicone peut être exposé sans qu'il perde son élasticité ou d'autres propriétés. Le caoutchouc de silicone peut alors convenir à de nombreuses applications pour lesquelles il n'était pas qualifié jusqu'd présent. En conséquence, bien qu'on ait décrit l'invention en référence à des modes de réalisation particuliers et dans une application particulière, de nombreuses modifications et de nombreux changements sont possibles, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Matière composite stratifiée élastique et résistant à la chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement plusieurs couches de graphite fibreux liées par un caoutchouc de silicone. 2. Matière composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que les couches de graphite fibreux sont formees par un tissu de graphite. 3. Matière composite selon la revendication 1, caractérisee en ce qu'elle contient 60 à 90 % en volume environ de graphite fibreux et 10 à 40 % en volume environ de caoutchouc de silicone. 4. Matière composite selon laretendication 2, caractéri- sée en ce que le tissu a une épaisseur comprise entre environ 0,38 et 0,5 mm, et la matière comprend 4 à 6 couches de tissu pour chaque fraction de 3,2 mm de l'épaisseur de la matière composite environ. 5. Ensemble, caractérisé en ce qu il comprend deux organes liés par une couche d'une matiere composite stratifiée élastique et résistant à la chaleur, contenant essentiellement plusieurs couches de graphite fibreux liées par du caoutchouc de silicone. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière composite contient 60 à 90 % en volume environ de graphite fibreux et le reste de caoutchouc de silicone. 7. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les couches de graphite fibreux forment un tissu. 8. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les organes sont en céramique.