Brevet FR2473399A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un corps creux en céramique ou en céramique oxydée, sans liant, et un procédé pour sa fabrication. Les méthodes de formage les plus importantes pour la fabrication d'objets en céramique et en céramique oxydée sont le pressage à sec et l'extrusion. Dans ces procédés, la poudre céramique moulue est mélangée à un liant organique, par exemple de la dextrine et comprimée dans des moules d'acier sous pression d'environ 1000 bars ou comprimée à l'état plastique au travers de filières. D'autres procédés sont le moulage en pâte, le pressage isostatique, le pressage à chaud et le moulage par transfert. Les pièces moulées séchées et usinées, éven- tuellement préalablement frittées, sont frittées en un corps solide, la plupart du temps dans des fours tunnels ou à cuve chauffés au gaz à une température de 1650 à 18500C (cf. R8mpp, Chemie-Lexicon 1974, Tome 4, page 2469). Ce procédé ne peut pas être mis en oeuvre pour la fabri- cation de pièces moulées quelconques, en particulier pas pour des corps creux, tels que des tubes de grand diamètre et de grande longueur. Pour le traitement de céramique oxydée, on connaît également un procédé appelé projection à la flamme. On entend par là un procédé de traitement à la flamme, selon lequel la céramique oxydée sous forme pulvérulente est pulvérisée avec modification totale ou partielle de son état physique et est centrifugée sur une surface solide, o les différentes particules se déposent les unes contre les autres en une couche cohérente et se fixent au subs- trat brut grâce à des forces d'adhérence. Les corps creux en céramique oxydée réalisables selon ce procédé sont toujours solidaires d'un substrat qui a pour rôle d'assu- rer le soubassement solide et stable nécessaire au revê- tement d'oxyde. Le procédé est inapproorié pour la fabri- cation-de tubes à parois épaisses-de grand diamètre et de grande longueur, car les couches de céramique épaisses déposées-se fissurent lors du refroidissement et se détachent également du substrat. La présente invention a pour objet de fabriquer un corps creux à base de céramique uniquement, de dimensions quelconques, qui ne-présente pas-le-s inconvénients précités, résiste aux températures élevées ainsi qu'aux variations de température. Ce-problème est résolu par un corps creux en céramique ou en céramique oxydée, sans liant, qui est caractérisé par sa fabrication selon un procédé par projection à la flamme sur un noyau refroidi intérieure- ment. Un domaine d'application avantageux de l'invention est la fabrication de tubes à parois épaisses supérieures à 5 mm. Le procédé de fabrication d'un corps creux en céramique ou en céramique oxydée-selon l'invention est caractérisé par le fait que le matériau céramique ou céramique oxydée est déposé continuement sans adjonction de liant sur un noyau refroidi intérieurement au cours d'un processus de projection'à chaud, et en ce qu'ensuite le matériau céramique ou céramique oxydée est séparé du noyau sous la forme d'un corps creux. Dans les corps creux à parois épaisses, il est avantageux de déposer successivement plusieurs couches, chaque couche distincte ayant une épaisseur de 0,05 à 0,15 mm. La caractéristique de l'invention réside dans la fabrication quasi isotherme d'un corps creux homogène en céramique ou en céramique oxydée seulement. Le terme quasi isotherme signifie que durant l'apport des couches céramiques ou céramiques oxydées, le gradient de tempé- rature de la zone de projection a la flamme, à la zone de refroidissement du noyau, ne dépasse pas 1 à 20C/mm. Une structure particulièrement favorable à résistance élevée est obtenue dans le cas d'un refroidissement par fluide avec un gradient de température de 1C/mm. Le corps creux en céramique réalisable selon l'invention est homogène et résistant aux températures élevées et peut être séparé du noyau aussitôt après sa fabrication. Sa résistance mécanique est suffisante même dans le cas de tubes allongés pour l'utilisation immé- diate et le transport, en vue de l'obtention de valeurs de résistance accrues, un frittage particulier peut cependant être effectué après coup. La structure du corps creux obtenu est homogène. Dans le cas de la fabrication de corps creux à parois très épaisses supérieures à 20 mm, on opère selon un procédé en plusieurs étapes, la nouvelle couche à revêtir étant nettoyée préalablement par un jet puissant de gaz compri- mé. Celui-ci sert à enlever des particules de céramique ou de céramique oxydée adhérant de façon lâche, qui n'ont pas été complètement fondues lors du dépôt précédent. En résultat, on obtient également dans le cas de parois épaisses, un corps creux homogène, résistant à des variations de température. Le jet puissant de gaz comprimé qui vient balayer la surface d'une couche déjà déposée mais destinéeà recevoir une couche supplémentaire, remplit également une seconde fonction importante de refroidissement extérieur. Dans pareil cas, le procédé par projection à chaud selon l'invention se trouve donc mis en oeuvre avec d'une part un refroidissement intérieur du noyau et d'autre part avec un refroidissement extérieur de chacune des sous- couches successives déposées en plusieurs étapes, en vue 2473399 - de réaliser des corps creux à parois épaisses. Il est clair qu'un tel double refroidissement intérieur et extérieur, principalement pour des corps creux d'une certaine épais- seur, permet plus facilement de maintenir dans la pratique un gradient de température de la zone de projection à la zone de refroidissement du noyau ne dépassant pas 1'C/mm. Le noyau peut être en un matériau métallique ou en un autre matériau à conductibilité-thermique satisfaisante. Mais il peut également être en un carton revêtu de fibres de verre, si celui-ci est protégé des températures élevées par un refroidissement très énergique. Le retrait du noyau s'effectue soit par rétraction, soit par destruction, comme par exemple par combustion dans le cas de carton. Au lieu de carton, on peut également utiliser du bois ou de la matière plastique. Un domaine d'application préféré de la présente invention est constitué par des tubes allongés de grand diamètre. Le tube en céramique ou en céramique oxydée est fabriqué de préférence selon un procédé de projection de- poudre à la flamme. De tels procédés de projection à la flamme sont par exemple décrits dans le brevet DE-PS 16 46 667. Dans le cas de l'invention, le matériau projeté sur le noyau creux n'adhère pas à celuici, il ne se fixe pas à lui; au contraire, le tube peut-être retiré grâce au refroidissement interne du noyau, qui peut être effectué par du gaz ou de l'eau. La possibilité de retrait peut être assurée grâce au choix des coefficients de dilatation du noyau, par rapport à ceux de la couche de céramique ou de céramique oxydée, ou par la réalisation du noyau sous la forme d'un mandrin dilatable. Le noyau est toujours réutilisable pour la fabrication d'autres tubes. Il est cependant également-parfaitement possible d'envisager dans le cadre de la présente invention, d'interposer, entre la surface extérieure du noyau et la surface intérieure du corps creux, une couche additionnelle non adhérente et thermo-résistante. A titre d'exemple de telles couches intermédiaires utilisables dans le cadre de la présente invention, on mentionnera les couches de verre soluble, de polytétrafluoréthylène fluorocarboné ou encore de bandes textiles thermo-résistantes. La longueur, le diamètre et l'épaisseur de paroi des tubes fabriqués peuvent être choisis. Les matériaux céramiques ou céra- miques oxydées les plus divers susceptibles d'être traités selon un procédé de projection à la flamme peuvent être utilisés pour la fabrication. Des adjonctions de liant ne sont pas utilisées. Le tube microporeux obtenu est insen- sible aux chocs et réfractaire. Il convient en particulier comme tube de calcination, pour l'utilisation dans des récipients de rejet de matériaux radioactifs ou hautement nocifs, en tant que revêtement réfractaire, tube d'iso- lement ou tube de traitement dans des gammes de tempéra- tures élevées. L'invention est décrite ci-après en détail en regard d'un dessin représentant uniquement un mode de réalisation. La figure 1 est une vue en perspective réduite d'un tube en matériau céramique ou céramique oxydée. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de fabrication du tube représenté sur la figure 1, et La figure 3 illustre schématiquement un mode particulier du procédé et du dispositif principalement destinés à la réalisation de corps creux présentant une forte épaisseur de parois. Le tube 1 représenté sur la figure 1 se compose uniquement de matériau céramique ou céramique oxydée. Il ne contient en particulier aucun liant ni support mécanique sous la forme de tubesplacés à l'intérieur ou introduits ou de traverses. Le matériau céramique ou céramique oxydée peut être librement choisi. Il est déterminé d'une part en fonction de sa destination, d'autre part par le fait que le matériau doit pouvoir être déposé par projection à la flamme. Le tube est poreux, sa longueur, son diamètre et son épaisseur de paroi peuvent être librement choisis dans certaines limites. Le tube 1 est fabriqué sur un dispositif représenté schématiquement sur la figure 2 selon un procédé de pro- jection à la flamme. Le dispositif est réalisé à la manière d'un tour: sur un banc 2, un chariot 3 est déplaçable longitudinalement. Le chariot 3 porte sur une paroi extrême verticale un mandrin de serrage 4 rotatif, qui retient un noyau métallique creux 5.-Le noyau métallique 5 est refroidi de l'intérieur. La quantité utilisée d'agents réfrigérants, pour assurer le refroidissement interne du noyau, est commandée de telle sorte que la quantité globale de chaleur délivrée dans le noyau ou la couche céramique par l'opération de-projection, se trouve immédiatement évacuée. Sur le noyau est disposé, déplaça- ble radialement et axialement, un dispositif de projection à la flamme 6. Le dispositif peut aussi bien être réalisé de sorte que le dispositif de projection à la flamme 6 soit déplaçable non seulement radialement au noyau métallique 5, mais également axialement, de sorte que le noyau 5 doit seulement être tourné. Mais également le noyau 5 peut non seulement être rotatif, mais être dépla- çable également axialement avec le chariot 3, de sorte que le dispositif de projection 6 doit seulement être déplacé radialement. Après que le tube 1 ait été déposé entièrement sur le noyau métallique 5 par le dispositif de projection 6, il est détaché du noyau, ce qui est possible par rétraction du noyau 5 ou par sa réalisation en tant que mandrin dilatable. Le tube suivant peut alors être projeté sur le noyau métallique 5. La figure 3 représente schématiquement un disposi- tif identique à celui de la figure 2 à la différence toutefois qu'il comporte en plus une rampe de refroidis- sement 7 comportant une entrée de gaz comprimé 8 et des buses de pulvérisation de gaz comprimé 9. La longueur de la rampe de refroidissement 7 correspond sensiblement à la longueur du corps creux à réaliser. Lors de la réalisation de corps creux de forte épaisseur, à la suite de chaque opération de dépôt de sous-couches intermédiaires, on assure le balayage de la surface extérieure d'une telle sous-couche à l'aide d'un jet de gaz comprimé directement en regard de la surface à revêtir. La pression du gaz comprimé est de préférence supérieure à 1 bar. Il est clair que la pulvérisation de gaz comprimé par la rampe 7 sur la surface extérieure d'une sous-couche du corps creux animé d'un mouvement de rotation autour de son axe assure à la fois une fonction de nettoyage de cette surface extérieure ainsi qu'une fonction de refroidis- sement. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, le refroidissement interne du noyau est réalisé par circulation d'eau de refroidissement entre une entrée et une sortie 11, le refroidissement extérieur étant, lui, obligatoirement obtenu par pulvérisation de gaz comprimé. REVENDICATIONS 1/ Corps creux en céramique ou en céramique oxydée, sans liant, caractérisé par sa fabrication selon un procédé par projection à chaud sur un noyau refroidi intérieurement. 2/ Corps creux selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il présente la forme d'un tube allongé avec une épaisseur de paroi supérieure à.5 mm. 3/ Procédé de fabrication d'un corps creux en céramique ou en céramique oxydée, caractérisé en ce que le matériau céramique ou céramique oxydée est déposé continuement, sans adjonction de liant, sur un noyau refroidi intérieurement' au cours d'un processus de projection à chaud, et eh ce qu'ensuite le matériau céramique ou céramique oxydée est séparé du noyau sous la forme d'un corps creux. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'apport du matériau céramique ou céramique oxydée s'effectue en plusieurs-couches, les différentes couches ayant une épaisseur de-0,05 à-0,15 mm. 5/ Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on utilise un fluide de refroidis- sement en vue de refroidissement interne du noyau. 6/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la quantité de réfrigérant en-vue de refroidissement interne-du noyau est commandée de sorte que la quantité globale de chaleur délivrée dans le noyau ou la couche céramique par l'opération de projection est immédiatement évacuée. 7/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le gradient de température, durant l'apport, depuis la zone de projection jusqu'à la zone de refroidissement n'est pas supérieur à 1 C/mm. 8/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les différentes couches du corps creux durant l'apport sont balayées par un gaz comprimé directement devant la surface à revêtir. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pression du gaz comprimé est supérieure à 1 bar. / Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le noyau est en un matériau métalli- que qui est retiré après le revêtement par rétraction. 11/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le noyau est en un carton revêtu de fibres de verre, en bois et/ou en matière plastique. 12/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise un mandrin dilatable comme noyau. 13/ Procédé selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce qu'entre le noyau et le corps creux est utilisée une couche intermédiaire non-adhérente, résistant à la température. 14/ Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'en tant que couche intermédiaire, on utilise une couche de verre soluble, de polytétrafluoréthylène fluorocarboné ou de bandes textiles résistant à la température. / Dispositif de fabrication d'un tube en céra- mique ou en céramique oxydée, sans liant, caractérisé par un noyau métallique (5) refroidi intérieurement, disposé dans un mandrin de serrage (4) rotatif, sur lequel est disposé déplaçable radialement et axialement un dispositif (6) de projection à chaud.