Brevet FR2699167A1 — publié le 19940617

la présente invention est du domaines des matériaux et de leur fabrication, et elle a pour objet un composé céramique et son procédé de préparation et de mise en oeuvre. On rappelle que les céramiques les plus anciennes sont constituées par les terres cuites, c'est à dire par de l'argile cuite à environ 1200"C. On rappelle que l'on a aussi utilisé le silicate de soude pour lier chimiquement le verre à des roches du genre des laves volcaniques. La présente invention a pour but de proposer un nouveau matériau qui, par rapport aux matériaux céramiques plus anciens, présentera les avantages suivants - excellente aptitude à être mis en forme par moulage - excellente stabilité chimique comparable à celle de la lave), - faible porosité ( en comparaison de celle des terres cuites) qui lui confère la qualité de ne pas absorber l'eau et d'être ingélif, - très faible coefficient de dilatation - densité relativement faible de 2,2 à 2,6 (comparable à celles de la lave), - bonne stabilité dimensionnelle à la cuisson, afin d'obtenir des produits de dimensions précises. Ces avantages sont obtenus avec le matériau de l'invention dont le procédé d'obtention et la composition vont être décrits ci-après; on notera toutefois qu'un autre avantage de ce matériau réside dans son excellente aptitude à l'émaillage, l'apport des produits d'émaillage pouvant être effectué aussi bien sur le produit cru (état antérieur à la cuisson) que sur le produit cuit. Dans l'exposé qui suit on définit comme lave une roche du genre andésitique, c'est à dire une roche volcanique alvéolaire, et comme liant hydraulique, un ciment du genre dit "fondu", les matériaux du genre considéré ayant plus précisément les compositions pondérales données au TABLEAU.I. Dans ce tableau, on a considéré les valeurs minimales et maximales relevées sur cinq analyses d'échantillons de lave effectuées par le Département de Géologie et de Minéralogie de l'Université de Clermont Ferrand, à savoir quatre échantillons de trachyandésite dite de " la Nugère" et un échantillon de doréïte dite des "Grands moulins du Sancy". TABLEAU I LAVE Sio2% : 52,75 - 57,70 CaO% : 4,40 - 6,50 A1203% : 16,90 - 18,30 Na20% : 4,60 - 5,60 (Fe20+FeO)3% :6,70 - 8,15 K20% : 3,10 - 3,60 MgO% : 2 ,0- 3,75 TiO2% % 1,15 - 2,40 FONDU SiO2% : 4 Al2O3% : 39 CaO% : 38 (Fe2O3 + FeO)% : 16,5 Un procédé selon l'invention pour obtenir un tel matériau consiste, dans sa généralité à faire un mortier en mélangeant de la lave divisée à du ciment dit fondu et à du silicate de sodium en solution acqueuse, puis, après avoir laisser sécher ce mélange, à porter ce mortier séché à cuisson à un peu plus de 1000"C. Plus précisément le procédé de l'invention comprend les étapes consistant à - humidifier une quantité Q1 (par exemple 800g) de gravillon de lave, par une quantité d'eau Q2=K2*Q1 avec K2 sensiblement égale à 0,045, (soit dans l'exemple une quantité d'eau Q1=36g), - ajouter le liant hydraulique, du genre ciment fondu, en quantité Q3=K3*Q1, avec K3 compris entre 0,3 et 0,5, (soit pour K3=0,5, et dans l'exemple choisi, une quantité de liant Q3=400g) suivant la qualité attendue du matériau, - ajouter au mélange précédant une quantité de sable de lave Q4=K4*Q1, avec K4 sensiblement égale à 1,175 (soit dans l'exemple une quantité de sable Q4=1000g), puis - ajouter une quantité pondérale Q5=0,375*Q1, d'une solution acqueuse de silicate de soude à environ 28% de silice et 8% d'oxyde de sodium Na20, soit (soit dans l'exemple une quantité Q5=300g, de la dite solution), mélanger l'ensemble à une quantité d'eau Q6 suffisante pour donner au mélange une fluidité permettant une prise d'empreinte correcte, - soumettre à vibrations, - abandonner à évaporation de l'ex- cès d'eau, sous atmosphère humide saturée pendant une durée fonction de la quantité Q6 d'eau rajoutée, jusqu'à sensiblement poids constant, mais une durée de 48 heures au moins, - démouler, - abandonner au séchage atmosphérique (atmosphère non sèche) pendant 5 à 6 jours, - enfourner dans un four froid, - monter en température le four jusqu'à 1040"C en 6 à 10 heures, - abandonner à cuisson pendant un durée D fonction de l'épaisseur de la pièce mise à cuire, - laisser redescendre la température du four: - four fermé, jusqu'à environ 500"C, puis - four ouvert, jusqu'à la température ambiante. Suivant des données plus précises du procédé, D prendra de préférence les valeurs D1 (pour une épaisseur de lcm) = 30 minutes D2 (pour une épaisseur de lOcm) = 3 heures. De préférence aussi les granulométries de la lave divisée seront les suivantes: - pour le gravillon de lave : 3 - lOmm - pour le sable de lave : 0 - 3mm Le TABLEAU.II suivant fournit la composition du matériau obtenu en fonction de différentes proportions K3 de liant utilisées (K3=0,5 avec Q3=400g, K3=0,325 avec Q3=300g et K3=0,250 avec Q3=200g de liant, pour, dans chaque cas, une quantité initiale de gravillon sec de 400g). On notera aussi que rapportée à la quantité totale du produit fini; la quantité de liant peut être exprimée par des coefficients K'3 égaux, respectivement pour les exemples considérés, à 0,173, 0,136 et 0,95, soit encore des proportions pondérale de liant par rapport au produit fini, pouvant varier de 9% à 18% approximativement. TABLEAU II K3=O,5O0 K3=0,325 K3=0,250 Sio2% 45,3 - 48,3 43,7 -50,3 49,3 - 53,7 A1203% 19,9 - 21 19 - 20,2 18,1 - 19,4 (Fe203+FeO)% 8,2 - 9,2 7,9 - 8,9 7,2 - 8,5 Mgo% 1,5 - 3 1,6 - 3,1 1,6 - 3,2 CaO% 9,9 - 11,5 8,7 - 10,4 7,3 - 9,2 Na20% 4,6 - 5,3 4,8 - 5,5 5,0 - 5,5 K20% 2,4 - 2,8 2,5 - 3 2,6 - 3,0 Tio2% 1,2 - 2,2 1,1 - 2 1,2 - 2,2 Dans le tableau précédent on a porter en caractères gras les valeurs les plus éloignées (plages de variation) pour chacun des composés. On notera encore, qu'au lieu de la lave andésitique susvisée, on pourra aussi utiliser la scorie de volcan, dite "pouzzolane", de composition chimique très voisine, mais ayant un caractère alvéolaire plus marqué, et une coloration brun-rouge que l'on retrouvera dans le matériau céramique obtenu. Bien que l'on ait donné des exemples de formulation des procédés et de composition des matériaux obtenus, il doit être compris que la portée de l'invention n'est pas limitée à ces exemples, mais qu'elle s'étend aux formulations et compositions impliquées par les plages de variations sus-définies. REVENDICATIONS 1.-Procédé d'obtention d'un matériau céramique, caractérisé: en ce qu il consiste à faire un mortier en mélangeant de la lave divisée à du ciment dit fondu et à du silicate de sodium en solution acqueuse, puis, après avoir laisser sécher ce mélange, à porter ce mortier séché à cuisson à un peu plus de 1000"C; 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plus particulièrement les étapes consistant à:: - humidifier une quantité Q1 de gravillon de lave, par une quantité d'eau Q2=K2*Q1 avec K2 sensiblement égale à 0,045,, - ajouter du liant hydraulique du genre ciment fondu, en quantité Q3=K3*Q1, avec K3 compris entre 0,25 et 0,5, suivant la qualité attendue du matériau - ajouter au mélange précédant une quantité de sable de lave Q4=K4*Q1, avec K4 sensiblement égale à 1,175, puis - ajouter une quantité pondérale Q5=0,375*Q1, d'une solution acqueuse de silicate de soude à environ 28% de silice et 8% d'oxyde de sodium Na20, - mélanger l'ensemble à une quantité d'eau Q6 suffisante pour donner au mélange une fluidité permettant une prise d'empreinte correcte, - soumettre à vibrations, - abandonner à évaporation de l'excès d'eau, sous atmosphère humide saturée pendant une durée de 48 heures au moins, - démouler, - monter en température le four jusqu'à 1040 C en 6 heures au moins, - abandonner à cuisson pendant un durée D supérieure à 30 minutes et fonction de l'épaisseur de la pièce mise à cuire, sans excéder 3 heures, - laisser redescendre la température du four: - four fermé, jusqu'à environ 500 C, puis - four ouvert, jusqu'à la température ambiante; 3.-Matériau céramique obtenu selon un procédé conforme à la revendication 2, caractérisé: en ce que sa composition pondérale est comprise dans les plages suivantes pour chacun des composés suivants: : SiO2% 43,7 - 53,7 Al2O3% 18,1 - 21,0 tFe203+Fao) 7,2 - 9,2 MgO% 1,5 - 3,2 CaO% 7,3 - 11,5 Na2O% 4,6 - 5,5 K20% 2,4 - 3,0 Tio2% 1,1 - 2,2