Brevet FR2612511A1 — publié le 19880923

La présente invention se rapporte à une plaque réfractaire utilisée pour la production par cuisson de réfractaires, céramiques fines, porcelaines et céramiques pour pièces électroniques etc... Dans la cuisson des produits ci-dessus décrits, il est populaire d'utiliser des briques mécaniques appelées base de cuisson ou plaque de socle. Ci-après, on les appellera plaque de socle. Les propriétés que ces plaques doivent avoir sont les suivantes: 1. Aucune réaction avec le produit 2. Haute résistance aux fissures après usage répété (mérite du point de vue économie de prix) 3. Pas de déformation 4. Haute efficacité thermique, etc... Il est par conséquent nécessaire de choisir un matériau de la plaque de socle compatible avec la qualité des produits cuits. En ce qui concerne les matériaux de la plaque de socle, des oxydes tels que A1203-SiO2, A1203-ZrO2 et des non oxydes tels que SiC sont les matériaux principaux actuellement, mais il n'y a pas de plaque ayant toutes les propriétés nécessaires. En effet, une plaque de socle en Al 203-SiO2 est limitée en utilisation parce qu'elle peut réagir avec un produit et peut se déformer lors de la cuisson. Dans le cas d'une plaque en A1203, une cuisson à haute température est nécessaire, elle est donc coûteuse et elle peut également réagir avec certains produits. Dans le cas d'une plaque en ZrO2, il n'y a pas de réaction avec le produit et aucune déformation ne se passe mais elle présente des inconvénients, par exemple elle est lourde à manipuler du fait de sa haute densité, elle est de prix élevé, a une faible conductivité thermique et commence à s'émietter après un usage répété du fait de la fragilité de structure provoquée par la transformation de ZrO2. Dans le cas de SiC, il résiste à la déformation mais nécessite un revêtement coûteux pour empacher un vieillissement par oxydation et une réaction avec le produit. Pour résoudre les problèmes ci-dessus décrit, dans le cas de la production d'une plaque en A1203, une plaque en trois couches avec une couche centrale en SiC ayant une excellente résistance au glissement maintenue en sandwich par deux couches de A1203 est produite. Cependant, une plaque en trois couches est coûteuse, et il est difficile d'obtenir trois couches uniformes. Par ailleurs, après un usage répété, des fissures comme un écaillement entre couches peuvent se produire, cela n'est donc pas une solution efficace aux problèmes ci-dessus décrits. Une autre méthode conventionnelle, dans la divulgation du modèle d'utilité au Japon No. 61-192300 (1986) révèle un récipient réfractaire enduit d'une feuille de céramique, o une feuille de céramique de 0,1 à 5, 0 mm d'épaisseur est enduite sur une surface plane interne ou surface plane d'appui d'un récipient réfractaire en une seule ou deux couches en pressant ou en les mettant en pâte puis en les cuisant pour obtenir uun récipient réfractaire intégré. Cependant, cette feuille de céramique est produite en utilisant une méthode de fabrication de papier et si une feuille de céramique à l'état vert est appliquée à un récipient réfractaire, elle rétrécira d'au moins 15% à proximité de la température de cuisson, et des fissures apparaîtront également dans la feuille de céramique, il sera donc difficile d'utiliser de telles feuilles pour un récipient réfractaire. 2 6 1 2511 De même, si une feuille rigide en un matériau cuit est utilisée, il est difficile de l'adapter à un récipient réfractaire à utiliser comme substrat et si on peut l'adapter avec succès dans le récipient réfractaire, des fissures ou un écaillement se produiront entre la feuille et le récipient réfractaire après un usage répété aux températures utilisées, étant donné les différences de dilatation thermique entre la feuille céramique et le récipient réfractaire. Il est par conséquent difficile que de telles feuilles résistent à un usage en tant que plaque de socle passant par des changements répétés de température. En conséquence, la présente invention offre une plaque réfractaire en deux couches, qui se compose d'une partie de surface grenue et d'un substrat. La plaque réfractaire en deux couches de la présente invention doit principalement être utilisée comme plaque de socle pour un four de cuisson exposé à des temoératures variables et afin d'empêcher les fissures et l'écaillement de surface du fait des différences de dilatation thermique entre la partie de surface et le substrat, l'un des inconvénients d'une plaque réfractaire en deux couches conventionnelle, on agence, avec succès, dans la présente invention, une partie de surface grenue sur un substrat réfractaire. En effet, l'écaillement et les fissures, etc... sont empêchés par les espaces entre les grains, qui absorbent les différences de dilatation thermique entre la partie de surface grenue et le substrat, provenant des différences de matériaux. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: la figure unique montre une coupe d'une plaque réfractaire en deux couches de la présente invention. Dans la plaque réfractaire de la présente invention, le chiffre 1 désigne le substrat et 2 est une partie de surface grenue. Les matériaux utilisés pour le substrat réfractaire de la présente invention ne sont pas limités tant qu'ils sont stables aux changements de température d'un four, qu'ils résistent aux fissures, qu'ils résistent à la déformation, qu'ils ont une haute conductivité thermique et ont un coefficient de dilatation linéaire similaire à celui de la partie de surface grenue. Des exemples de tels matériaux pour le substrat sont: l'oxyde de magnésium, le spinelle (MgO.A1203), la mullite, la zircone (comme la baddéleyite naturelle, la zircone synthétique stabilisée par MgO, CaO, Y203); le zircon; le carbure de silicium, etc... Parmi eux, on préfère des substrats réfractaires d'oxyde de magnésium-spinelle et d'oxyde de magnésium-spinelle- zircone car ils présentent une haute durabilité. Les substrats utilisés pour la plaque réfractaire en deux couches de la présente invention ne sont pas en contact direct avec les produits cuits, il n'y a donc pas à craindre une réaction entre le substrat et le produit. Par conséquent, la pureté des matériaux à utiliser pour le substrat n'est pas limitée en particulier et il est suffisant que des grains puissent être noyés dans le substrat à l'état vert. La partie de surface grenue de la plaque réfractaire en deux couches de la présente invention est la partie qui est en contact direct avec le produit 2 612511 pendant la cuisson, il est donc nécessaire d'utiliser un matériau de haute pureté en tenant compte de la réaction avec le produit. Bien que le matériau de la partie de surface grenue dépende du matériau du produit à cuire, il est possible d'utiliser des matériaux tels que la zircone (telle que la baddéleyite naturelle, la zircone synthétique stabilisée par MgO, CaO, Y203), la silice, l'alumine, l'oxyde de magnésium, le spinelle, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le carbone etc... Selon la qualité du produit à cuire, il est possible d'utiliser un ou plus d'un des matériaux décrits ci-dessus. La partie de surface grenue se compose des grains du matériau décrit ci-dessus. Les grains seront dans une étendue dimensionnelle allant de la poudre fine aux grains grossiers, de préférence de 0,1 - 2 mm, selon la température de cuissonilorsque la plaque réfractaire en deux couches est produite, selon la force d'adhérence à un substrat, la température du four, la réactivité avec le produit et la forme et la dimension du produit. Si la taille du grain est dans l'étendue ci-dessus décrite, l'épaisseur de la partie adhérente est faible, donc tout effort provoqué par la différence de dilatation thermique entre les grains et le substrat est facilement absorbé. Par suite, les réductions de la force de liaison sont faibles et aucun écaillement entre les grains et le substrat n'est observé. Comme cela est clair sur la figure 1, qui montre une coupe d'une plaque réfractaire en deux couches de la présente invention, une partie des grains 2 est noyée dans un substrat 1 et la surface grenue se compose d'une couche de grains 2 disposés en une ligne sur le substrat 1. La partie de surface grenue ayant cette structure peut être produite en utilisant diverses sortes de méthodes de production de réfractaires, comme un recouvrement uniforme d'un substrat à l'état vert de forme fixe, suffisamment mou pour y noyer les grains, par les grains ci-dessus décrits, une mise en forme ensemble, etc.... Alors, le substrat à l'état vert ayant la partie de surface grenue est cuit pour obtenir la plaque réfractaire en deux couches de la présente invention. La température de cuisson et le temps de cuisson ne sont pas limités et peuvent être changés selon le matériau du substrat et les grains, ainsi que l'étendue dimensionnelle des grains. Cependant, il est nécessaire de cuire à une température supérieure à la température d'utilisation d'un four, la température de cuisson étant usuellement comprise entre 1000 et 1600 C. La température de cuisson ne doit pas dépasser la température à laquelle tous les grains qui constituent la partie de surface grenue se fondent, et se transforment en une surface vitreuse et dense. Comme on pense que la fonction et l'effet de la plaque réfractaire en deux couches de la présente invention sont obtenus par suite des espaces entre chaque grain de la partie de surface grenue, si tous les grains se fondent pour devenir une surface vitreuse et dense, les mêmes inconvénients que ceux d'une plaque réfractaire à deux couches conventionnelle apparaîtront. Cependant, même s'il y a une certaine quantité localisée de grains se fondant ou se fusionnant et se densifiant, il est possible de prévenir un écaillement comme des fissures tant qu'il y a encore certains espaces entre le reste des grains. De manière idéale, il est préférable que chaque grain soit individuellement supporté sur le substrat. La température de fusion de chaque grain varie avec le type et la taille du matériau utilisé. La densification par fusion peut être empêchée en utilisant des grains d'une taille uniforme. En effet, si les grains qui constituent la partie de surface grenue ne sont pas d'une taille uniforme, les petits grains entrent dans les espaces entre les plus grands grains et fondent à une plus basse température, bouchant ainsi les espaces et densifiant la partie de surface grenue. La plaque réfractaire en deux couches peut avoir diverses combinaisons du matériau du substrat et du matériau de la partie de surface grenue selon l'usage attendu et pour cette raison, la présente invention offre différents mérites du point de vue prix. Par exemple, une plaque conventionnelle en alumine est cuite à environ 18000C, pour améliorer sa résistance au glissement et selon la présente invention, il est devenu possible d'abaisser la température de cuisson à environ 1600 C, en n'utilisant le matériau d'alumine que pour la partie de surface grenue et de la mullite à haute résistance au glissement pour le substrat. Ainsi, on peut produire une plaque à un faible prix. La présente invention sera illustrée ci-après dans les exemples qui suivent. ExemDles. Des échantillons selon la présente invention ont été produits en chargeant les grains ayant la qualité montrée au tableau, dans un moule en métal carré ayant pour dimensions 150 x 150 x 10mm pour obtenir une couche plane, et en introduisant subséquemment un composé en pâte pour former un substrat ayant la qualité montrée au tableau, sur ladite couche de grains, en pressant mono-axialement, en démoulant et en cuisant le corps vert à 1500 C. Tableau Exemple Comparaison 1 2 3 4 5 _ 7 Alumine Carbure lagnésie- Alumine Magnesie- Magnesie- Alumine Spinelle Zircone Alumine Subsratde 3pinelle- Mullite Spinelle- Spinelle- Substrat Silicium 7ircone Zircon Zircone une une phase phase Partie de surface Zircone Magnesie- Zircone Alumine Magnesie- pichro- oxyde de Zircone grenue Zircone Spinelle Spinelle chromite chrome (plaque) - - - -I Epaisseur de la partie de surface 0.2 0.4 0.8 1.4 2.0 0.5 1.0 5.0 _ Co (mm) Anti- réactivité bonne bonne bonne bonne bonne bonne bonne bonne bonne standard X Résistance aux fissures bonne bonne bonne bonne bonne bonne bonne mauvaise standard bonne h Efficacité w thermique bonne bonne bonne standard standard bonne bonne bonne mauvaise standard Indice de prix 50 60 60 50 60 70 70 80 100 4 - - - - -4 (1) les compositions chimiques des matériaux utilisés pour les exemples et la comparaison étaient comme suit: Zircone: ZrO2 95% (stabilisée par CaO), Magnésie: MgO 99,5% Spinel: MgO 28,9% en poids, A1203 69,9% en poids Alumine: utilisée pour le substrat...A1203 % utilisée pour plaque simple (comparaison) Al 203 90% utilisée pour la partie de surface grenue Al203 99% Mullite: A1203 72,8% en poids, SiO2 27,2% en poids, Carbure de silicium: SiC 98% Zircon: ZrO2 67% en poids, SiO2 32% en poids Picro- Chromite: MgO 81% en poids, Cr203 18,5% en poids Oxyde de chrome: Cr203 99% en poids (2) Rapports de mélange: Exemple 2: Magnésie/zircone rapport pondéral = 1/1 Exemple 3: Magnésie/spinelle/zircone rapport pondéral = 10/5/1 Exemple 4: Alumine/mullite rapport pondéral 1/1 alumine/spinelle rapport pondéral = 1/2 Exemple 5: Magnésie/spinelle/zircon rapport pondéral = 3/1/1 magnésie/spinelle rapport pondéral = 1/1. Au tableau, les exemples 1 à 5 montrent les plaques réfractaires en deux couches de la présente -invention. Parmi ces exemples, les exemples 1 à 3 présentent des caractéristiques particulièrement bonnes par l'antiréactivité, anti-fissures, et efficacité thermique et ils ont permis d'adapter des matériaux résistant aux fissures, résistant au glissement et de bonne efficacité thermique comme substrat et des matériaux anti-réactifs comme partie de surface grenue. Les exemples 4 et 5 montrent également les bons résultats ainsi que le prix modéré dû à l'utilisation de matériaux courants pour les substrats. Par ailleurs, les comparaisons 1 à 3 montrent les produits conventionnels. La comparaison 1 a été faite en combinant deux sortes de matériaux, l'un étant un spinelle résistant aux fissures comme substrat, l'un autre étant une plaque de zircone anti-réactive avec une épaisseur d'environ 5 mm. Ainsi, on a obtenu une plaque réfractaire comparativement légère. Cependant, la résistance aux fissures était mauvaise du fait de la différence de dilatation thermique des deux matériaux. La présente invention offre une plaque réfractaire en deux couches consistant en un susbtrat résistant aux fissures et une partie de surface grenue anti-réactive. En conséquence, la plaque réfractaire en deux couches de la présente invention a les caractéristiques de résistance aux fissures et anti-réactivité en même temps, ce qui ne peut être obtenu par une plaque réfractaire en une phase. La présente invention offre également un procédé perfectionné de fabrication d'une plaque réfractaire ayant une bonne efficacité thermique et une bonne ouvrabilité du fait du poids plus léger en comparaison avec une plaque réfractaire en une seule phase faite de zircone. REVENDICATIONS 1. Plaque réfractaire en deux couches caractérisée en ce qu'elle se compose d'un substrat et d'une partie de surface grenue. 2. Plaque réfractaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat est fait d'un ou plusieurs matériaux choisis dans le groupe consistant en magnésie, spinelle, mullite, zircone, zircon, alumine, carbure de silicium et nitrure de silicium. 3. Plaque réfractaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie de surface grenue est faite d'un ou plusieurs matériaux choisis dans le groupe consistant en magnésie, spinelle, zircone, alumine, silice, oxyde de chrome (Cr203), carbure de silicium, nitrure de silicium, carbone et picrochromite. 4. Plaque réfractaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la taille du grain de la partie de surface grenue est de O,1-2mm. 5. Procédé de fabrication d'une plaque réfractaire en deux couches, caractérisé en ce qu'il consiste à cuire un corps à l'état vert ayant une partie de substrat et une partie de surface grenue à une température de 1000o-1800 C.