Brevet FR2564456A1 — publié le 19851122

MATERIAU COMPOSITE CERAMIQUE AYANT UNE AME EN FIBRES CERAMIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION. L'invention concerne un nouveau type de matériau composite céramique ayant une âme ou un substrat en fibres céramique; elle se rapporte également à un pro- cédé pour la fabrication d'un tel produit. Pour certaines applications de recuit ou de calci- nations,ou voire de grillage, notamment en gazetterie, on cherche à réaliser des récipients dans lesquels se- ront traités des composés chimiques et dont les surfa- ces, au moins intérieures, soient lisses, étanches et inertes chimi- quement, de manière à ne pas polluer ces composés, et dont la capa- cité calorifique soit aussi réduite que possible,afin de ne pas entraîner une consommation inutile d'énergie, notamment lors des traitements discontinus. Malheureu- sement, à ce jour, on ne sait pas réaliser économique- ment de tels récipients. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise tout d'abord un matériau composite céramique qui se caractérise en ce qu'il comprend une âme en fibres céra- mique dont au moins une des faces est revêtue d'une en- gobe de céramique dense et dure,dont le coefficient de dilatation est compatible avec celui des fibres céra- mique. Avantageusement, en pratique, l'épaisseur de l'en- gobe est comprise entre 0,1 et 1 millimètre. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication de ce matériau composite qui se caractérise en ce qu'il consiste: - de manière connue, à réaliser une pièce de forme voulue en fibres céramique; - puis à revêtir l'une au moins des faces de cette pièce formant substrat ou âme d'une engobe; - ensuite,à sécher la pièce ainsi enduite; - enfin, à cuire cette pièce enduite à une température suffisante pour provoquer la céramisation de l'engobe. Avantageusement, en pratique: - l'engobe est réalisée grâce à une barbotine,dont les propriétés chimiques et thermiques sont compatibles avec celles de l'âme en fibres céramique formant subs- trat et avec les conditions d'utilisation; - la cuisson est effectuée à une température supé- rieure à la température d'utilisation de la pièce compo- site finie. Comme on le sait: - une "barbotine" est une suspension aqueuse d'une pâte de céramique; - l'"engobage" est une opération qui consiste à re- couvrir en partie ou en totalité une pièce céramique d'une légère couche de matières terreuses; - la "céramisation" est l'opération qui consiste à provoquer l'apparition de liaisons céramiques au sein d'un matériau. Les matériaux composites selon l'invention peuvent présenter des formes les plus variées. Le choix des fibres céramique constituant la pièce de base, donc l'âme du matériau composite, varie en fonction des spé- cifications techniques recherchées, notamment en fonction du coût et de la température d'utilisation du produit fini. Ces fibres céramique peuvent être de même nature ou mélangées entre elles, du moins dans la mesure o le coefficient de dilatation de l'ensemble reste compa- tible avec la suite du processus de fabrication. La pièce de base en fibres céramique peut être élaborée par toutes'techniques connues et appropriées. On peut citer par exemple l'aspiration sur moule perforé, ou même les techniques décrites dans les demandes de brevet français déposées par la Demanderesse,respective- ment le 17 Novembre 1983 sous le n 83/18 530 intitulée -3- "Pièce isolante de forme variée, formée par un empile- ment de nappes en fibres résistant à haute température et procédé de fabrication", et le 13 Décembre 1983 sous le n 83/20 158 intitulée "Procédé pour la fabrication d'une pièce fibreuse isolante et pièce ainsi obtenue". Pour certaines applications, les fibres céramique peuvent être liées entre elles par un liant minéral usu- el. La densité et l'épaisseur de la pièce fibreuse for- mant âme ou substrat varient en fonction des résultats recherchés. Comme déjà dit, il importe que le coefficient de dilatation de ces fibres céramique soit compatible avec celui de l'engobe, c'est-à-dire soit sensiblement voisin, de manière à réaliser un bon accrochage à l'interface entre l'engobe et les fibres et à ne pas provoquer une délamination sous l'effet des contraintes de température ou de temps. Comme "engobe", on peut utiliser des barbotines connues en céramique. Ces barbotines peuvent éventuelle- ment être additionnées de minéraux appropriés. Le choix de cette barbotine tient compte essentiellement des pro- priétés finales recherchées. Le séchage est effectué de manière connue pour éli- miner l'eau de la barbotine, notamment à l'étuve élec- trique. La temperature de cuisson est déterminée par la température de céramisation de l'engobe. Habituellement, on cuit à une température supérieure à la température d'utilisation de la pièce finie, afin que cette pièce soit stable en cours d'usage. Après cuisson, la face traitée est dure. Elle épou- se parfaitement le contour de la pièce de base formant âme ou substrat. Cette surface dense et dure ne se réduit pas en poussière sous l'effet de frottements. Elle peut être lisse si l'enqobe a été vitrifiée. Elle est stable à la température d'utilisation et inerte vis-à-vis des matériaux destinés à venir en contact avec elle lors de l'utilisation. -4- La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indi- catif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation symbolique en perspective éclatée d'un produit conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation symbolique du processus de fabrication conforme à l'invention. Exemple 1: D'une manière connue, on réalise une plaque ayant des dimensions de 300 x 200 x 10 mm en fibres céramique résistant à une température de 1400oC. Cette plaque (1) présente une densité voisine de 0,3. Cela est suffisant pour lui donner une bonne rigidité et une tenue mécanique correcte pour la suite des opéra- tions. On trempe ensuite cette plaque (1) dans une barbo- tine du commerce formée par une suspension aqueuse. On laisse tremper la plaque (1) de manière à déposer une épaisseur voisine de 0,5 mm. Ensuite, on sèche soit à l'air libre soit dans une étuve électrique (4). La pièce séchée (5) est ensuite cuite au four tun- nel électrique (6) à 1350 C. La pièce finie obtenue (7) montrée à la figure 1 se compose essentiellement d'une âme (8) formant subs- trat en fibres céramique (9), revêtue sur toutes ses faces d'une fine couche (10) dure et dense de céramique, d'environ 0,4 mm d'épaisseur. Exemple 2: On répète l'exemple précédent en l'appliquant à un substrat en forme de récipient. Après cuisson, le récipient obtenu comporte sur toutes ses faces une couche dure et dense (10) et peut être utilisé avec succès pour la calcination des -5- carbonates. Exemple 3: On répète l'exemple 1 en remplaçant l'opération de trempage dans la barbotine (2) par une opération de pul- vérisation. Le dépôt pulvérisé est d'environ 0,5 mm. Après séchage (4), la plaque (7) ainsi obtenue peut servir de support de cuisson pour les objets céramique que l'on traite à une température de l'ordre de 1350 C. Exemple 4 On répète l'exemple 1 en remplaçant la plaque (1) par une pièce creuse de forme générale tronconique asso- ciée à sa pointe à un cylindre également creux. On revêt la surface intérieure de cette pièce d'une engobe d'environ 0,8 millimètre d'épaisseur que l'on céramise à 1350 C. On obtient ainsi un ouvreau de brûleur dont la face intérieure (10) destinée à venir au contact de la flam- me des gaz est dure et résiste parfaitement à des vites- ses de vent élevées. La technique selon l'invention présente de nombreux. avantages. On peut citer: - la simplicité d'élaboration - le fait que les pièces obtenues sont légères et présentent une faible capacité calorifique, ce qui se traduit par une économie substantielle de la consomma- tion d'énergie dans les procédés de fabrication discon- tinus; - le fait d'allier les avantages de la fibre céra- mique, c'est-à-dire la légèreté, la faible capacité ca- lorifique et la résistance aux chocs thermiques, ainsi que les avantages de la céramique dure et dense, à savoir la dureté, la propreté, l'étanchéité et la bonne résis- tance aux frottements et à l'abrasion, ainsi qu'une ex- cellente stabilité et inertie chimique en cours d'uti- lisation. - 6 - REVENDICATIONS 1/ Matériau composite céramique, caractérisé en ce qu'il comprend une âme (8) en fibres céramique (9) dont au moins une des faces est revêtue d'une engobe de céra- mique (10) dense et dure, dont le coefficient de dilata- tion est compatible avec celui des fibres céramique (9). 2/ Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'engobe (10) est comprise entre 0,1 et 1 millimètre. 3/ Procédé pour la fabrication d'un matériau compo- site céramique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste: - de manière connue, à réaliser une pièce (1) de forme voulue en fibres céramique (9); - puis,à revêtir l'une au moins des faces de cette pièce (1) d'une engobe (2); - ensuite,à sécher (4) la pièce (5) ainsi enduite (3); - enfin, à cuire (6) cette pièce enduite (5) à une température suffisante pour provoquer la céramisation de l'engobe (3). 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cuisson (6) est effectuée à une température supérieure à la température d'utilisation de la pièce composite finie. / Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'engobe (3) est réalisée grâce à une barbotine dont les propriétés chimiques et thermi- ques sont compatibles avec celles de l'âme (8) en fibres céramique (9) formant substrat et avec les conditions d'utilisation.