Brevet FR2399391A1 — publié le 19790302

La pressente invention concerne un procédé de fabrication de pièces de forme en céramique biphasée, constituée par un liant et un agrégat d'alumine, de silico-alumine ou de magnésie Elle s'applique plus particulierement, à titre d'exemple, a' la fabrication de pièces en céramique alumineuse destinees à constituer des éléments actifs ou des garnissages de machines recevant de l'aluminium liquide. Les réfractaires biphasés contenant une phase dispersée servant de liant a' un agrégat sont appréciés pour leur bonne tenue aux chocs thermiques. On connaît aussi l'intérêt, comme liant, du silicate d'aluminium sous forme de mullite, qui présente en outre une bonne résistance à la corrosion dans l'plus minium liquide. Mais pour garantir ces qualités il est important que la phase dispersée de mullite enrobe les agrégats de façon régulière et continue, et ceci était jusqu'à présent pratiquement impossible à obtenir à partir d'un simple mélange des constituants agregat-mullite, même si l'on utilisait la mullite à l'état de poudre très fines La présente invention permet la réalisationWde pièces en céramique biphasée à liant de mullite à partir d'agrégats d'alumine, de silico-alumine ou de magnésie. Selon l'invention, le procéde comporte les phases successives sui vantes - préparation d'un gel alumine-silice en proportion sensiblement stoechio mètrique de la mullite, - melange du gel et de l'agrégat, - déshydratation partielle du mélange, suivie d'une désagrégation mécaniques - adjonction au granulat obtenu, d'eau et d'un liant temporaire pour former une pate, - mise en forme de la patte, - déshydratation par étuvage des pièces de forme obtenues, suivie d'une cuisson à une température supérieure à 14000C environ. L'invention sera mieux comprise par l'expose' suivant qui précise, à titre d'exemple, le processus et les donnes numériques de la préparation de pièces en céramique alumineuse, à partir de 950 g d'un agrégat d'alumine. Cet agrégat, d'alumine tabulaire vendue sous la marque commerciale ALCOA T-60, est un mélange de 475 g de grains passant au tamis 35 et refus au tamis 32, 420 g de grains passant au tamis 28 et 55 g de grains passant au tamis 17, selon la Norme Française des tamis X 11-501. On prépare alors un gel d'alumine-silice par un procédé connu, et par exemple par hydraulyse en milieu alcalin dlun melange de 80 g de chlorure dlalu- minium anhydre et de 42 g de tetraetyl silicate. On pourra trouver plus de détails sur la méthode de préparation d'un tel gel dans un article de Metcalfe et Sant publié dans la revue "Transactions of British Ceramic Societyst volume 74 n" 6 de 1975. On obtient ainsi environ 500 g d'un gel contenant 50 g d'un mélange intime d'alumine et de silice hydraté en proportion stoechiometrique de la mullite. On incorpore alors l'agrégat d'alumine dans le gel pour en faire un mélange homogène, par exemple en utilisant un mélangeur planétaire. La pâte ainsi obtenue est alors déshydratée par étuvage pendant 8 heures à 300 C. Le produit obtenu, sous forme d'aggloméré, est ramené à ltétat de poudre granuleuse par agitation pendant 1 heure dans un mélangeurs par exemple du type 'turbula". On incorpore ensuite 30 g d'un liant phosphaté à faible teneur en P205, par exemple du type KB 6013 de Zschimmer et Schwartz. Le mélange est malaxé avec 15 % d'eau pour obtenir une pâte. La patte est coulée dans un moule de forme monté sur une table vibrante, et après 24 heures de repos la pièce est démoulée, et séchée en étuve jusqu'à 3000C avec une montée en température de 50 par heure. La pièce est ensuite cuite au four à 1500"C suivant une montée de 1500 par heure. Après refroidissement, on obtient un produit présentant les caractéristiques suivantes : - Densité 2,85 - Porosité totale 20 7. Résistance à la compression 600 kglcm - Module d'Young 750.000 kg/cm - Teneur en alumine 97,6 % en poids - Teneur en silice 24,4 % en poids Des cylindres de diamètre 50 mm, hauteur 50 mm supportent au moins 5 chocs thermiques de refroidissement à lteaudepuis une température de 1500 C avant début de destruction. Le matériau obtenu est parfaitement résistant à l'action corrosive de l'aluminium et de la fonte liquide. Sa résistance à l'action des laitiers acides et basiques est au moins aussi bonne que celle des produits commerciaux de composition proche. Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui vient titre décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les realisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes dtexécution ou par ltutilisation de moyens équivalents.Selon la nature de la céramique finale désirée, on pourrait aussi utiliser à la place dtagrégats d1alu- mine, des agrégats de silico-alumine ou de magnésie, le point essentiel de ltin- vention étant la formation "in situ" d'un liant en mullite dont la régularité et la continuité de l'enrobage des agrégats est assurée par l'apport des éléments constitutifs sous forme d'un gel. On peut aussi s'écarter dans une certaine mesure de la proportion stoechiométrique alumine-silice de la mullite ; on obtiendra encore de bonnes conditions de formation de mullite par une proportion en poids de 50 à 75 7. d'alumine pour respectivement 50 à 25 % de silice. Enfin l'exemple donné prévoit, par incorporation du gel à l'agrégat, l'apport d'une masse sèche alumine-silice d'environ 5 7. de la masse d'agrégat on obtiendra encore un liant convenable pour une proportion en masse sèche de 2 à 10 %. REVENDICATIONS 1.) Procédé de préparation de pièces de forme en céramique biphasée alumineuse, silico-alumineuse ou magnésienne, à partir d'un agrégat d'alumine, de silico-alumine ou de magnésie, caractérisé par le fait qu'il comporte les phases successives suivantes : - préparation d'un gel alumine-silice dans une proportion, en poids de matières sèches, de 50 à 75 % d'alumine pour respectivement 50 à 25 % de silice, - mélange à l'agrégat d'une quantité de gel correspondant à un apport de matières sèches alumine-silice de 2 à 10 % en poids de l'agregat, - déshydratation partielle du mélange suivie d'une désagrégation mécanique, - adjonction au granulat obtenu, d'eau et d'un liant temporaire pour former une plate, - mise en forme de la pate, - déshydratation par étuvage des pièces de forme obtenues, suivie d'une cuisson à une température supérieure à t 400 0G environ. 2.) Procedé selon revendication i, caractérisé par le fait que les quantites d'alumine et de silice dans le gel sont en proportion sensiblement stoechiométrique de la mullite. 3. > Procédé selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé par le fait qu'on mélange à l'agrégat une quantite de gel conespondant à un apport de matières sèches alumine-silice de 5 % en poids de l'agrégat.