Brevet FR2610314A1 — publié le 19880805

Procédé de production de poudre d'oxyde de zirconium pour la fabrication de céramique à haute densité ". L'invention concerne la production d'une poudre d'oxyde de zirconium de grande pureté et de taille de particules très fine, cette poudre étant desti- née essentiellement à la fabrication de céramiques à haute densité. De la poudre d'oxyde de zirconium de taille de particules acceptable, mais non optimisée, pour la fabrication de céramiques à haute densité, est produite classiquement par digestion d'une boue de chlo- rure de zirconyle dans une solution d'ammoniaque pour obtenir de l'hydroxyde de zirconium qui est ensuite fil- tré, lavé et calciné pour donner le produit final. Le principal but de l'invention est de créer un procédé relativement simple permettant de soumettre la taille des particules à un degré de contrôle élevé qu'on ne pouvait obtenir jusqu'à maintenant. A cet effet, l'invention concerne un procédé de production d'une poudre de ZrO2 de taille de particules très fine, destinée à la fabrication de céra- miques à haute densité, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre un matériau source de zirconium à une chloration pour produire des solides de ZrCl4 brut; à dissoudre ces solides dans un milieu dans lequel des cristaux d'oxychlorure de zirconium se forment et préci- 2 6 1 0 3 14 pitent; à former des cristaux d'oxychlorure de zirconJum et à les faire précipiter dans ce milieu; à sécher ces cristaux; à broyer les cristaux desséchés pour obtenir une taille de particules contrôlée; et à oxyder directe- ment les particules de cristaux obtenues dans des condi- tions contrôlées pour obtenir la poudre d'oxyde de zirco- nium. D'autres améliorations selon l'in- vention sont caractérisées en ce que le milieu dans le- quel les solides de ZrCl brut sont dissous, est de l'eau, et en ce que la solution obtenue est filtrée pour en re- tirer les matières non dissoutes; la formation et la pré- cipitation de l'oxychlorure de zirconium sont effectuées dans un cristalliseur à évaporation en régime continu; le séchage des cristaux est effectué dans un sécheur sous vide; le broyage des cristaux desséchés est contrôlé de manière à produire des tailles de particules se situant dans la plage de 0,1 à 1,0 Pm; l'oxydation des particu- les de cristaux est contrôlée pour obtenir une poudre d'oxyde de zirconium dans laquelle la taille des particu- les se situe dans la plage de 0,1 à 0,5 Pm; l'oxydation des particules de cristaux est effectuée à une températu- re comprise entre 200 et 600 C; la cristallisation de l'oxychlorure de zirconium est contrôlée pour obtenir des cristaux dont les tailles se situent entre 1,0 et 50 Pm; le matériau source de zirconium est un sable de zircon. De préférence, les particules de cristaux broyées sont oxydées à une température comprise entre 200 et 600 C. Pour mieux faire comprendre l'inven- tion, on décrira maintenant, à titre d'exemple, une forme pratique de réalisation de celle-ci en se référant au des- sin de la figure unique ci-jointe représentant un organi- gramme des différentes étapes du procédé mis en oeuvre pour la production de poudre de ZrO de taille de particu- les très fine,.2 les tres fine. En se référant à l'organigramme de la figure, du sable de zircon est soumis à une chloration dans un récipient convenable quelconque 10, constitué de préférence pour une chioration à bain fluide, après broya- ge avec du coke dans un broyeur à boules. Le ZrCl4 brut obtenu est dissous dans de l'eau dans un récipient convenable quelconque 11 pour produire une solution d'oxychlorure de zirconium qu'on fait passer dans un filtre 12, puis dans un cristalliseur par évaporation en régime continu 13, dans lequel la tail- le des cristaux peut être contrôlée à volonté d'une ma- nière bien connue de la technique et dans une plage se situant de préférence entre 1 et 50 pm. Les cristaux d'oxychlorure de zirco- nium sont de préférence séchés sous vide dans un sécheur sous vide 14, puis on fait ensuite passer ces cristaux dans un broweur de réduction de taille classique 15 pour les broyer de façon contrôlée à une taille de particules se situant dans la plage de 0,1 à 1 pm. Le matériau cristallin en fines par- ticules est ensuite oxydé directement dans une chambre d'oxydation 16 fonctionnant à une température comprise dans la plage de 200 à 600 C et utilisant un combustible à combustion propre tel que du CO ou du toluène et de l'oxygène, avec un temps de séjour contrôlé compris entre une minute et 10 minutes, suivant la température, pour produire une poudre de ZrO2 de taille de particules se situant entre 0,1 à 0,5,pm, cette poudre constituant un produit final plus particulièrement destiné à la fabrica- tion de céramiques à haute densité. IDENTIFICATION DES REFERENCES UTILISEES DANS LA FIGURE LECENDE N REF FIGURE CHLORATEUR 10 1 RECIPIENT DE DISSOLUTION 11 1 FILTRE 12 1 CRISTALLISEUR D'EVAPORATION EN CONTINU 13 1 SECHEUR SOUS VIDE 14 1 BROYEUR DE REDUCTION DE TAILLE 15 1 CHAMBRE D'OXYDATION DIRECTE (200 à 600 C) 16 1 R E V E N D I C A T. I O N S 1 ) Procédé de production d'une pou- dre de ZrO de taille de particules très fine, destinée à la fabrication de céramiques à haute densité, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre un matériau source de zirconium à une chloration pour produire des solides de ZrCi4 brut; à dissoudre ces solides dans un milieu dans lequel des cristaux d'oxychlorure de zirco- nium se forment et précipitent; à former des cristaux d'oxychlorure de zirconium et à les faire précipiter dans ce milieu; à sécher ces cristaux; à broyer les cristaux desséchés pour obtenir une taille de particules contro- lée; et à oxyder directement les particules de cristaux obtenues dans des conditions contrôlées pour obtenir la poudre d'oxyde de zirconium. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu dans lequel les soli- des de ZrCl4 brut sont dissous, est de l'eau, et en ce que la solution obtenue est filtrée pour en retirer les matières non dissoutes. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la for- mation et la précipitation de l'oxychlorure de zirconium sont effectuées dans un cristalliseur à évaporation en régime continu. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sé- chage des cristaux est effectué dans un sécheur sous vide. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le broyage des cristaux desséchés est contrôlé de manière à produire des tailles de particules se situant dans la plage de 0,1 à 1,0 1pm. 6 ) Procédé selon l'une quelconque 2 6 1 0 3 1 4 des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que l'oxyda- tion des particules de cristaux est contrôlée pour obte- nir une poudre d'oxyde de zirconium dans laquelle la taille des particules se situe dans la plage de 0,1 à 0,5 /m. 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'oxydation des particules de cristaux est effectuée à une température comprise entre 2000 et 600 C. 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cris- tallisation de l'oxychlorure de zirconium est contrôlée pour obtenir des cristaux dont les tailles se situent entre 1,0 et 50 pm. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le maté- riau source de zirconium est un sable de zircon.