Brevet FR2532644A1 — publié le 19840309

Corps formé et fritté en céramique poreux. La présente invention concerne un corps formé et fritté en céramique poreux @ D'après le brevet US no 3 148 996, on sait jusqu'ici préparer des matières en céramique poreuse à partir d'un mélange constitué essen- tiellement de wollastonite (silicate de calcium) d'hydro- génophosphate d'aluminium et d'eau Toutefois, il a été découvert qu'il était très difficile de sécher et de cuire ces matériaux céramique préparés selon ce système acide- base connu Ainsi, des fissures nettes dues au séchage sont généralement formées dans les produits En outre, une déformation du matériau se produit quand on essaie de le fritter Dans certains cas, les produits même se décomposent par frittage. A cause de ces difficultés, on a évité jusqu'ici de fritterces produits Ces produits qui sont seulement séchés acquièrent une résistance trop faible pour être d'un intérêt commercial En plus de cela, une grande partie des produits séchés doit être jetée à cause de ces fissures dues au séchage. Le système acide-base selon le brevet US n'a par conséquent pas entraîné la fabrication de produits indus- triellement intéressants. Il existe un besoin important de pouvoir préparer des matériaux frittés en céramique poreux;d'abord pour l'isolement thermique et acoustiqueeaux températures élevées Des matériaux frittés en céramique ont notamment un certain nombre de bonnes propriétés Par exemple, ils peuvent résister aux températures élevées et ne sont pas dégradés par les produits chimiques classiques, etc, qui en général, sont des agents de corrosion forts sur d'autres matériaux. Grâce à la présente invention, les difficultés ci-dessus dans le système acide-base connu ont été évitées et il est fourni un corps formé et fritté en céramique poreux Celui-ci est caractérisé par le fait qu'il est préparé à partir d'une composition comprenant: a) un ou plusieurs minéraux basiques tels que le silicate de calcium et/oul'aluminate de calcium, b) une solution aqueuse d'un ou de plusieurs composés ayant la formule: X (A 1203) Y (P 205) (H 20) dans laquelle 0,3 X c 3, 1 Y Y 6 et 1 a Z Zc: 10, de préférence X = 1 Y = 3 et Z = 3 c) de l'argile ou du kaolin d) du feldspath e) de la silice et/ou du phosphate d'aluminium, et éventuellement f) de l'eau, composition qui;par réaction chimique,est laissée durcir en un corps formé poreux, tandis qu'on incorpore des bulbs de gaz dans la composition avant que celle-ci ait durci;après quoi le corps formé est séché puis fritté. Les teneurs en substancesa) et b) de la composition durcissent celle-ci à la température ordinaire par réaction chimique Ceci a lieu généralement en 30 minutes une fois que les différentes substances ont été mélangées Donc, il n'est pas nécessaire de chauffer extérieurement. Selon une réalisation appropriée de la présente invention, la substance a) est constituée par de la wollastonite qui réagit avec la solution d'hydrogéno- phosphate d'aluminium b) et l'eau La solution d'hydro- génophosphate d'aluminium est préparée avantageusement en dis- solvant en quantités stoechiométriques l'hydroxyde d'aluminium Al (OH) 3 dans l'acide orthophosphoriaue à 85 %, H 3 PO 41 selon la formule suivante: Al(OH)3 + 3 H 3 P 4 A 1 (H 2 P 04)3 + 3 H 20 + chaleur 3 3 04, > 2 + L'eau est dans la plupart des cas ajoutée à la solution après la réaction afin d'éviter que la viscosité du mélange final devienne trop élevée. La wollastonite est un silicate de calcium ayant une réaction non basique Dans la réaction chimique qui se produit lorsque la composition durcit, la précipitation de Al (H 2 P 04)3 et du phosphate de calcium se produit par suite de l'infiltration des ions calcium A la place du silicate de calcium, on peut utiliser l'aluminate de calcium ou des mélanges de silicate de calcium et d'aluminate de calcium. Les constituants c), d) et e) de la composition permettent à celle-ci de sécher et de cuire sans difficulté, sensiblement comme les pâtes pour porcelaine. Selon une réalisation de la présente invention, le composant c) est constitué par de l'argile et le composant e) est constitué par du quartz(silice), qui ensemble avec le feldspath d) forment une phase vitreuse par frittage La phase vitreuse lie le matériau ballast,de préférence le quartz,en- sefble,de sorte que des liaisons très fortes sont formées entre les grains. Le feldspath est constitué de préférence par le feldspath de potassium. D'autres formes cristallines de Si O tellesque la Sio 2 amorphe peuvent être utilisées à la place du quartz. En plus de cela, la silice peuticomme mentionné ci-dessus, être remplacée complètement ou partiellement par le phosphate d'aluminium. Dans la phase vitreuse, il existe normalement formé du phosphate tricalcique Ca 3 (P 04)2 par cuisson. Le corps formé est fritté par cuisson à une tempé- rature de 800-1500 'C, de préférence 1000-13000 C. Les proportions entre les différents constituants de la composition utilisés pour préparer le corps formé en céramique selon la présente invention peuvent varier dans de larges limites Cependant, la composition contient géné- ralement a) 10 à 65, souvent 10 à 40 et de préférence 20 à 65 % en poids de silicate de calcium et/ou d'aluminate de calcium, b) 5 à 40 % en poids d'un ou plusieurs composés ayant la formule: X (A 1203) * Y(P 205) Z (H 20) dans laquelle 0,3 tous calculés sur la matière sèche de la composition. Afin d'obtenir un corps formé poreux selon la présente invention, on peut utiliser différents procédés. Ainsi, on peut 1 entre autresutiliser un procédé de fermen- tation aui,par addition d'agents de fermentation,donne la porosité désirée L'injection d'air ou l'agitation en combinaison avec des agents moussants sont d'autres procé- dés utilisés Il est également approprié d'utiliser un agent formant un gaz Des exemples de ces agents sont des carbonates tels que le carbonate de magnésium et des métaux tels aue l'aluminium et le fer. On a trouvé que la combinaison d'un additif carbonaté, par exemple du carbonate basique de magnésium avec l'addition d'agents moussants et de stabilisants de mousse 1 et d'une agitation énergique donnait un bon système cellulaire dans le corps formé On peut changer le volume des cellules et la taille des cellules en modifiant le procédé de moussage de différentes façons. Le fait d'utiliser un procédé de moussage particulier n'est pas une caractéristique de l'invention Dans tous les cas, il faut toutefois savoir que la formation des cellules désirée est terminée avant que la composition ait durci. Dans certains cas, il est préférable que la compo- sition contienne également un tensio-actif. Avant le frittage, le corps formé obtenu a une résistance à l'état vert aui est si élevée 1 que le corps peut être transporté sur des courroies/empilé dans des fours ou sur des chariots, etc sans difficulté D'autre part, la résistance n'est pas assez bonne ni mécaniquement, ni chimiquementipour que le corps puisse être utilisé sans être fritté Toutefois, après le frittage, le corps formé poreux acquiert des propriétés extrêmement bonnes En plus des excellentes propriétés mécaniques, le corps formé a une résistance aux produits chimiques et à d'autres substances produisant des dégradations,extrêmement bonne En outre,' le corps formé a des propriétés d'absorption des sons et d'isolement thermique supérieures. A cause du grand nombre de bonnes qualités, le corps formé selon la présente invention peut être utilisé pour un grand nombre d'applications Par exemple, un ou plusieurs corps formés peuvent être utilisés comme partie absorbant les sons dans les pots d'échappement des véhicules à moteur Les corps formés peuvent naturellementl être utilisés également pour d'autres applications o le son doit être absorbé Les blocs de construction;des filtres et divers produits pour isolement thermique sont des exemples d'autres domaines convenables d'utilisationo La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ciaprès qui montrent la préparation de corps formé et fritté en céramique poreux en utilisant diverses compositions. Exemple 1 800 g d'une solution d'hydrogéno-phosphate d'alu- minium préparée à partir de 156 g de Ai(OH)3, 400 ml d'acide phosphorique à 85 % et 200 g d'eau sont mélangés avec 800 g de quartz Le mélange entre le quartz et la solution est désigné par mélange A'ci-dessous 400 g de wollastonite calcinée,200 g de wollastonite non calcinée, 500 g d'argile glaciale,150 g de feldspath de potassium, g de carbonate basique de magnésium (Mg CQ 3 x Mg(OH 2 X 3 H 20), 800 g d'eau et 0,5 g d'un agent moussant et 0,5 g d'un stabilisant de mousse sont mélangés très énergi- quement Le mélange obtenu est appelé ci-dessous mélange B - Le mélange A est versé dans le mélange B tout en agitant énergiquement Apres agitation pendant 1 minute, la masse est coulée dans un moule Après 20 minutes, le corps cermet formé de cette façon est enlevé du moule et recouvertet maintenu ensuite à la température ordinaire pendant 24 heures Le corps cermet mousse est ensuite séché dans une chambre de séchage à une température de C pendant 100 heures, l'humidité relative de la chambre de séchage étant progressivement ramenée de 100 % à 10 %. Enfin, le corps est cuit à 1260 C + 15 C, on obtient un corps poreux fritté. i Exexmple 2 300 g de wollastonite calcinée, 300 g de wollastonite non calcinée,500 g d'argile, 150 g de feldspath de potassium, g de carbonate basiaue de magnésium, 850 a d'eau et 0,5 g d'un tensio-actif sont mélangés énergiquement Le mélange obtenu est désigné ci-dessous paremélange Cf 1600 g du mélange A de l'exemple 1 sont versés dans le méange C tout en-agitant énergiquement Après agitation pendant 1 minute, la masse est coulée dans un moule Apres 20 minutes, le corps cermet formé de cette façon est enlevé du moule et recouvert et est maintenu à la température ordinaire pendant 24 heures Le corps cermet mousse est ensuite séché dans une chambre de séchage à une température de e C pendant 90 heures, l'humidité relative dans la chambre de séchage étant ramenée progressivement de 100 % à 10 %. Enfin, le corps est cuit à 1240 C + 15 C et on obtient un corps poreux fritté. Exemple 3 1385 g de wollastonite calcinée,1115 g de wollastonite non calcinée, 750 g de feldspath, 2400 g d'argile, 200 g de carbonate basique de magnésium, 3750 g d'eau et 5 g d'un tensio-actif sont mélangés énergiquement Le mélange obtenu est désigné ci-dessous par mélange D 7500 g du mélange A de l'exemple 1 sont versés dans le méange D tout en agitant énergiquement Après une agitation de 1 minute, la masse est coulée dans un moule Apres 20 minutes, le corps cermet formé de cette façon est enlevé du moule et recouvertet est maintenu à la température ordinaire pendant 24 heures Le corps cermet mousse est ensuite séché dans une chambre de séchage à une température de 50 C pendant une période de heures, l'humidité relative dans la chambre de séchage étant ramenée successivement de 100 % à 10 % Enfin, le corps est cuit à 1290 C + 15 C, on obtient un corps poreux fritté. Exemple 4 800 g d'une solution d'hydrogéno-phosphate d'alu- minium préparée à partir de 156 g de Al(OH)3, 350 ml d'acide phosphorique à 85 % et 250 g d'eau sont mélangés avec 700 g de quartz Le mélange entre le quartz et la solution est désigné par mélange E ci-dessous 600 g de wollastonite, 600 g d'argile, 600 g de feldspath de potassium, 25 g de carbonate basique de magnésium, 900 g d'eau et 0,5 g d'agent moussant et 0,5 g d'un stabilisant de mousse sont mélangés complètement Le mélange obtenu est désigné ci- dessous par mélange F Le mélange E est versé dans le mélange F tout en agitant énergiquement Après une agitation de 1 minute, la masse est coulée dans un moule Après 20 minutes, le corps cermet formé de cette façon est enlevé du moule et recouverttet est maintenu à la température ordinaire pendant 24 heures Le corps cermet mousse est ensuite séché dans une chambre de séchage à une température de 75 C pendant 95 heures, l'humidité relative de la chambre de séchage étant ramenée progressivement de 100 % à 10 % Finalement, le corps est cuit à 1250 C + 15 C On obtient un corps poreux fritté. Il doit être bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que toute variante ou modification peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel que défini dans les revendi- cations ci-annexées. REVENDICATIONS 1 Corps formé et fritté en céramique poreux, caractérisé par le fait qu'il est préparé partir d'une composition comprenant: a) un ou plusieurs minéraux basiques tels que le silicate de calcium et/ou l'aluminate de calcium b) une solution aqueuse d'un ou de plusieurs composés ayant la formule: X (A 1203) Y(P 205) Z (H 20) dans laquelle O,3 X 4 3, li Y Z 6 et l Z z 10, de pré- férence X = 1 Y = 3 et Z = 3 c) de l'argile ou du kaolin d) du feldspath e) de la silice et/ou du phosphate d'aluminium, et éventuellement, f) de l'eau, composition quelpar réaction chimique on laisse durcir en un corps formé poreux par incorporation de bulles gazeuses dans la composition avant que celle-ci -ait durci, après quoi le corps formé est séché puis fritté. 2 Corps formé selon la revendication 1, caracté- risé par le fait qu'il est préparé à partir d'une compo- sition comprenant: a) du silicate de calcium b) une solution d'un ou de plusieurs composés ayant la formule: X YA 1203) Y(P 205) Z (H 20) dans laquelle 0,3 X:X 3, l LY 6 et 1 LZ 10, de préférence X= 1 Y 3 et Z= 3 c) de l'argile d) du feldspath de potassium e) de la silice f) éventuellement de l'eau g) des additifs formant un gaz telsqu'un ou plusieurs carbonates ou des métaux tels que A 1 ou Fe, composition que 1 par réaction chimique on laisse durcir en un corps formé poreux, après quoi le corps formé est séché puis fritté. 3 Corps formé selon les revendications 1 ou 2,carac- térisé par le fait qu'on laisse durcir la conosition par réaction chimique sans apport de chaleur extérieure. 4 o Corps formé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est fritté à une température de 800 à 1500 C, de préférence de 1000 à 1300 C. Corps formé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est préparé à partir d'une composition contenant également un tensio- actif. 6 Corps formé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est préparé à partir d'une composition -eontenant a) 10-65,-de préférence 20-65 % en poids de silicate de calcium et/ou d'aluminate de calcium b) 5-40 % en poids d'un ou de plusieurs composés ayant la formule: X (A 1203) Y (P 205) d Z (H 20) dans laquelle 0,3 rence X = 1 Y = 3 et Z = 3 c) 5-30 % en poids d'argile ou de kaolin d) 110 % en poids de feldspath, et e) 10 à 40 % en poids de silice et/ou de phosphaté d'aluminium Tous calculés sur la matière sèche de la-composition.