Brevet FR2485554A1 — publié le 19811231

24855S4 I La présente invention concerne les matèriaux antifriction et a notamment pour objet une composition pour l'obtention d'une base ou âme de carbone (base ou - âme carbonée) utilisée dans la production de matériaux- antifriction siliciés. Les matériaux antifriction siliciés indiqués peuvent être utilisés dans les constructions me6ri ic edans d'autres branches de l'industrie pour la fabrication des paliers lisses et des joints de face dans les pompes centrifuges et les équipements pour le transport de liquides neutres, agressifs, et de liquides contenant des impuretés abrasives telles que: calamine, argile, sable, etc., à différents degrés de dispersité,- ainsi que de matériaux pulvérulents ou analogues capables d'écoulement. On connait déjà une composition pour l'obtention d'une base de carbone utilisée dans la production de matériaux antifriction siliciés. Ladite composition comprend une charge de carbone pulvérulente, à savoir, du coke de pétrole, et un liant constitué de-résine phénolique thermodurcissable, par exemple de résine phénol-formol (brevet anglais N 1394106, cl. COI B 31/36, publié le 14 Mai, 1975). Cependant, les matériaux antifriction siliciés à base de ladite composition ont une résistance mécanique (résistance à la compression non supérieure à 441 XPa) et une résilience (non supérieure à 29,43 N. cm/cm2)insuffi- samment élevées, ainsi qu'une faible résistance à l'usure au sein de liquides contenant des impuretés abrasives et au sein de matériaux pulvérulents ou analogues, (vitesse de l'usure 0,055 mm/1000 h). En outre, les matériaux antifriction indiqués possèdent une tenue à l'usure insuffisante dans les liquides agressifs tels que les solutions d'acides et d'alcalis (vitesse de l'usure 0,129 mm/1000 h). Le but de l'invention est d'éliminer les inconvé- - nients indiqués. On s'est donc proposé de créer une composition pour obtenir une base de carbone utilisée dans la production de matériaux antifriction siliciés, qui assurerait l'obtention de matériaux antifriction siliciés ayant des caractéristiques de résistance mécanique élevées et une faible vitesse d'usure dans des milieux contenant des impuretés abrasives, des milieux liquides neutres et agressifs, ou au sein de matériaux pulvérulents ou analogues. Ce problème est résolu grâce à une composition pour obtention d'une base ou âme de carbone (base ou âme carbonée) utilisée pour lafabrication de matériaux antifriction siliciés, du type comprenant une charge de carbone, une résine phénol-formol, ainsi que du "sital" (matériau vitrocéramique) de composition suivante (90%Enpcids) A1203 à 12, CaO - 12 à 14, MgO - 9 à 11, Na2O - 5 à 6, SiO2 complément à 100, les proportions des consti- tuants dans la composition étant les suivantes (% en poids): charge de carbone 65-85 résine phénol-formol 12-30 "sital n 3-5 A titre de charge de carbone on peut utiliser dans la composition une poudre de carbone à dimensions des particules de 0,01 à 0,5 mm. Il est avantageux d'employer comme charge de carbone une fibre de carbone. En outre, on peut utiliser à titre de charge de carbone dans la composition indiquée un mélange de fibres de carbone et de carbone pulvérulent.dans un rapport pondéral de 1:1 à 1:5, respectivement. Un tel rapport des constituants dans la composition proposée est un rapport optimal et assure l'obtention des meilleures propriétés des matériaux antifriction siliciés. La composition proposée permet d'obtenir des matériaux antifriction siliciés caractérisés par une tenue à l'usure élevée (vitesse de l'usure 0,010-0,031 mm/1000 h), ce qui permet d'utiliser les matériaux antrifriction indiqués dans les ensembles de frottement fonctionnant dans les milieux liquides neutres et agressifs, les milieux liquides contenant des impuretés abrasives, ainsi qu'au sein de matériaux pulvérulents ou analogues. La présence de "sital" dans la composition en question contribue à l'augmentation de la tenue à l'usure des matériaux antifriction siliciés dans les milieux- liquides agressifs. Les matériaux antifriction siliciés obtenus à base de la composition proposée possèdent des caractéristiques de résistance mécanique élevées: leur résistance à la compression est de 441 à 539 MPa " leur résilience, de 21,5 à 215 N.cm/cm2. On prépare la composition en brassant une charge de carbone, la résine phénol-formol et le "1sital"' dans le rapport désiré. Comme charge de carbone on utilise une poudre de carbone, par exemple du graphite articifiel en poudre, de la poudre de houille, de coke (de pétrole, de houille, phénolique), ainsi qu'un mélange de poudres de carbone dans un rapport approprié. En outre, on peut utiliser à titre de charge de carbone des fibres de carbone de diffé- rentes longueurs ou un mélange de fibres-de carbone et d'une poudre de carbone dans un rapport pondérai de 1:1 à 1:5, respectivement. En cas d'utilisation d'une charge de carbone pulvérulente, il est recommandé d'employer une résine phénol-formol pulvérulente. Lorsqu'on utilise comme charge de carbone des fibres de carbone ou un mélange de celles-ci avec la poudre de carbone, il est avantageux de dissoudre au préalable la résine phénol-formol dans un solvant organique, par exemple dans l'acétone, l'alcool éthylique. La charge de carbone constitue 65-85% du poids de la composition proposée. Le "sital" faisant partie de la composition est un mélange d'oxydes pulvérulents (Al203 - 10 à 12% en poids, CaO - 12 à 14% en poids, MgO - 9 à 11% en poids, Na20 - 5 à 6% en poids, SiO2 complément à 100) à dimensionsdes particules de 20 à 50 microns, et constitue 3 à 5% du poids de la composition. Ledit "sital" est un produit de cristallisation du verre. Le "sital" est obtenu par un procédé connu consis- tant à effectuer un traitement thermique par échelons à haute température (dans les limites comprises entre 1000 et 18001C). Au cours dudit traitement thermique le verre se transforme en un matériau constitué de microcristaux "sital" distribués uniformément dans tout son volume. La composition obtenue par brassage des constituants est utilisée pour obtenir une base de carbone qui, à son tour, est employée dans la production des matériaux antifriction siliciés. La base de carbone est obtenue par un processus technologique connu, notamment par compression de ladite composition dans des moules et cuisson subséquente des ébauches ou des pièces obtenues, à une température de 900 à 11000C dans une atmosphère réductrice, de gaz inertes ou sous vide. Après la cuisson on obtient les pièces par usinage des ébauches. Les matériaux antifriction siliciés sont obtenus à partir de la base de carbone par un processus technologique connu, en imprégnant ladite base de carbone (c'est-à-dire les pièces cuites ou les pièces obtenues à partir des ébauches cuites) avec du silicium fondu à une température de 1900 à 21000C dans une atmosphère de gaz inertes ou sous vide. y D'autres caractéristiques et avantages--de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs. Les données sur la résistance mécanique et la tenue à l'usure des matériaux antifriction siliciés obtenus suivant les exemples 1 à 6, d'une part, et suivant le brevet anglais NI 1394106, d'autre part, sont résumées dans le tableau qui suit les exemples. a- 2485554 Exemple 1 On brasse une poudre de carbone à raison de 65% en poids, à dimensions des particules de 0,01 à 0,5 mm, le "sital" en poudre à raison de 5% en poids (composition du "sital", % en poids: Al203 - 10, CaO - 12, MgO - 9, Na20 - 5, SiO2 complément à 100) à dimensions des particu- les de 20 à 50 microns, et la résine phénol-formol pulvéru- lente à raison de 30% en poids, pendant 15 minutes. La composition obtenue est comprimée dans des moules à la température de 170 C et sous la pression de 9,8 MPa La pièce subit une cuisson à la température de 1000 C, dans un vide de 0,1333 mbar La vitesse de l'augmentation de la température est de 50 C/h, le maintien à la tempéra- ture finale est de lh. Après cuisson, les pièces sont refroidies à 200300 C, puis elles sont imprégnées avec du silicium fondu à la température de 1950 C dans un vide de 0,1333 mbar On obtient ainsi les pièces en matériau antifriction silicié. Exemple 2 Une poudre de carbone à raison de 76% en poids, le "sital" en poudre à raison de 4% en poids (composition du "sital % en poids: A1203 - 11, Cao 13, MgO - 10, Na20 - 6, SiO2 complément à 100) sont brassés avec 20% en poids de résine phénol-formol en poudre, pour obtenir la composition désirée. Les opérations subséquentes d'obtention de la base de carbone à partir de la composition indiquée et du matériau antifriction silicié à partir de ladite base de carbone sont analogues à celles de l'exemple 1. Exemple 3 On brasse une poudre de carbone à raison de 85% en poids, le "sital" en poudre à raison de 3% en poids (la composition du "sital" est la même que celle indiquée dans l'exemple 1), 12% en poids de résine phénol-formol en poudre, pour obtenir la composition désirée. Les opérations ultérieures d'obtention de la base de carbone à partir de la composition indiquée et du matériau antifriction silicié à partir de cette base sont analogues à celles de l'exemple 1. Exemple 4 On mélange des fibres de carbone de 20 à 400 mm de longueur, à raison de 76% en poids, la poudre de "sitale à raison de 4% en poids (la composition du "sital" est la même que dans l'exemple 1) et 20% en poids de résine phénol-formol. On dissout au préalable la résine dans l'alcool éthylique dans un rapport pondérai de 1:1. Le mélange obtenu est séché dans une étuve à une température de 80 à 1000C. Les opérations subséquentes sont analogues à celles de l'exemple 1. Exemple 5 On mélange des fibres de carbone de 10 à 20 mm de longueur, dans une proportion de 40% en poids, une poudre de carbone à raison de 40% en poids, une poudre de "sital" à raison de 4% en poids) composition du "sital", % en poids: A1203 - 12, CaO - 14, MgO -11, Na2O - 6 SiO2 complément à 100) et 16% en poids de résine phénol-formol. La dissolution préalable de la résine et - toutes les opérations subséquentes se font comme dans l'exemple 4. Exemple 6 On mélange une poudre de fibres de carbone de 40 à 60 mm de longueur à raison de 12% en poids, une poudre de carbone à raison de 60% en poids, une poudre de "sital" à raison de 5% en poids (la composition du "sital" est la même que celle indiquée dans l'exemple 5) et 23% en poids de résine phénol-formol. La dissolution préalable de la résine et toutes les opérations subséquentes sont analogues à celles de l'exemple 4. Les matériaux antifriction siliciés obtenus suivant les exemples 1 à 6 et suivant le brevet anglais NO 1394106 ont été essayés pour déterminer leur tenue à l'usure, leur résistance à la compression et leur résilience. Les essais de tenue à l'usure dans de l'eau contenant du sable à particules de 20 à 40 microns (concentration 10%) ont été effectués sous uns charge de 4,9 MPa, et à une vitesse de glissement de 3 m/s. La température à laquelle a été réalisé l'essai était de 800C. La tenue à l'usure a été évaluée suivant la vitesse de l'usure Les essais sur la tenue à l'usure dans une solution aqueuse à 50% de soude caustique ont été effectués sous les mêmes régimes de charge, la vitesse de glissement et la température étant analogues à celles indiquées ci-dessus. Comme il ressort du tableau ci-dessous, l'utilisa- tion de l'invention proposée permet d'augmenter de 20% la résistance à la compression des matériaux antifriction siliciés, de 7 fois leur résilience, de réduire de 2 à fois la vitesse de l'usure dans les milieux liquides renfermant des impuretés abrasives, et de 4 à 8 fois la vitesse de l'usure dans les milieux liquides agressifs, en comparaison des caractéristiques analogues du matériau antifriction silicié obtenu par le procédé faisant l'objet du brevet anglais NO 1394106. Tableau NN des Densité Résis- Rési- Vitesse de Vitesse de exemples,3 tance lience l'usure l'usure dans g/cm à la kgf. dans l'eau une solution com- contenant aqueuse à.50% pres- 10% de de soude sion sable, caustique MPa mm/1000 h mm/1000 h I 2 3 4 5 6 I 2,35 441,0.21,56 0,010 0,015 2 2,50 470,4 39,3 0,015 0,019 3 2,62 509,6 36,26 0,020 0,028 4 2,65 539,0 215,6 0,026 0,031 5. 2,45 455,7 88,2 0,022 0,029 6 2,40 445,9 58,8 0,017 0,021 Suivant -le bre- vet an- glais N 1394106- 2,60 4500 3,0 0,055, 0,129 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATI 0 NS 1.- Composition pour l'obtention d'une base ou âme de carbone utilisée pour la fabrication de matériaux antifriction siliciés, du type comprenant une charge de carbone et une résine phénol-formol, caractérisée en ce qu'elle contient en outre du matériau vitrocéramique "sital" renfermant (% en poids): A1203 - 10 à 12, CaO - 12 à 14, MgO - 9 à 11, Na20 - 5 à 6, SiO2 - complément à 100. 2.- Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend (% en poids): charge de carbone 65 à 85 résine phénol-formol 12 à 30 "sital" 3 à 5. 3.- Composition suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, à titre de charge de carbone, une poudre de carbone à dimensions de particules de 0,01 à 0,5 mm. 4.- Composition suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle renferme comme charge de carbone des fibres de carbone. 5.- Composition suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle contient comme charge de carbone un mélange de fibres de carbone et de poudre de carbone dans un rapport pondéral de: 1:1 à 1:5, 26 respectivement.