Brevet FR2806719A1 — publié le 20010928

La présente invention concerne une composition et un procedé pour l'obtention d'un matériau céramique isolant. Dans le cadre des problèmes de santé provoqués par l'amiante, en tant que materiau fibreux, des restrictions d'utilisation de plus en plus draconiennes touchent également la famille des matériaux isolants à base de fibres céramiques. Les substituts fibreux actuels, tels que les fibres de verre ou d'autres fibres minérales, bien que de plus en plus utilisés, sentent néanmoins des limites d'emploi concernant la résistance en - pérature plus faibles que celles des fibres céramiques. En outre, leur inno cuité vis-à-vis la santé n'est pas démontrée. Conscient des problèmes toxicologiques liés à l'utilisation des fibres céramiques, on cherche à ce jour à remplacer ces matériaux fibreux, tout en conservant les propriétés suivantes - bonne isolation thermique - faible densité - résistance aux hautes températures. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, la-présente invention concerne une composition pour un matériau céramique isolant, remarquable, selon l'invention, en ce qu'elle comprend une charge, à base de silice/alumine, constituée d'élé ments granulés creux, et au moins un liant à base de silicate alcalin. Le matériau céramique isolant, obtenu à partir de ladite composi tion, présente les particularités et avantages explicités en détail par la suite. Avantageusement, lesdits éléments granulés creux se présentent sous la forme de billes creuses, de taille moyenne de grains comprise en tre 0,2 et 1 mm. De préférence, le silicate alcalin est du silicate de sodium. Par ailleurs, ladite composition peut comporter, comme liant auxi liaire, du silicate d'alumine et, comme additifs, au moins un des éléments suivants : argile, défloculant, liant temporaire, durcisseur. En outre, une formulation préférée de ladite composition peut être, en pourcentages pondéraux charge 32 à 38 silicate d'alumine 8 à 13 argile 2 à 7 défloculant 0 à 1 liant temporaire 1 à 3 silicate alcalin 22 à 28 durcisseur 2 à 5 eau 17 à 23 Plus particulièrement, on a la formulation suivante, de même en pourcentages pondéraux charge 35 à 36 silicate d'alumine 10 à 1 1 argile 4 à 5 défloculant 0 à 1 liant temporaire 1 à 2 silicate alcalin 25 à 26 durcisseur 3 à 4 eau 19 à 20 En outre, le procédé pour l'obtention d'un matériau céramique isolant à partir de la composition précédente comprend les étapes - mélange des composants de ladite composition ; - moulage du mélange pâteux ainsi obtenu, et - séchage de la composition moulée pour fournir le matériau céramique isolant final. De préférence, le mélange desdits composants est précédé mélanges séparés des composants en poudre et des composants liquides, respectivement. Par ailleurs, il peut être effectué un premier séchage dans moule, un deuxième séchage à température ambiante après démoulage, un séchage final entre environ 400 C et 600 C. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma synoptique du procédé d'obtention d'un matériau céramique isolant selon l'invention. La figure 2 illustre, de façon très schématique, une possibilité d'application du matériau céramique selon l'invention. La figure 3 est un diagramme de température en fonction du temps, en liaison avec l'application de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté un schéma du procédé pour l'ob tention du matériau céramique selon l'invention. Dans un premier temps, les différents constituants de la composi tion sont mélangés. Pour des raisons de commodité et d'homogénéité des parties respectives, on mélange, d'une part, en 1 les matières premières en poudre et, d'autre part, en 2 les matières premières liquides, le mé lange des parties 1 et 2 ayant lieu en 3. Comme déjà indiqué, la matière granulée principale est une charge 4, à base de silice/alumine, dans un support pondéral respectif d'environ 60 : 40, se présentant avantageusement sous forme de billes creuses (fournissant au matériau les "poches" d'air assurant au moins en partie son caractère isolant) ayant une taille de grains généralement comprise entre 0,2 et 1 mm. Par ailleurs, la matière "liquide" principale est un liant à base de si licate alcalin 5, de préférence du silicate de sodium. Le restant des matiè res "liquides" est un durcisseur 6 et de l'eau 7. Concernant les matières sèches, du silicate d'alumine 8 est utilisé comme liant auxiliaire, et d'autres additifs, facilitant notamment l'homo généisation de la poudre, sont prévus, comme de l'argile 9, un défloculant 10, tel que du carbonate de baryum, et un liant temporaire 1. Les pourcentages pondéraux de ces différents constituants ont été indiqués précédemment, avec des plages données à titre indicatif et préfé rentiel, et nous n'y reviendrons pas ici plus en détail. Le moulage du mélange pâteux ainsi obtenu à la forme souhaitée (plaques, structures complexes) est ensuite effectué en 1 A cet égard, on notera qu'un premier séchage peut être réalisé dans moule (en 13) pendant, par exemple, environ 3,5 heures, avant démoulage 14. Un deuxième séchage 15 peut être alors effectué à temperature ambiante (pendant environ 48 heures), suivi par un séchage final 1 entre 400 C et 600 C pour obtenir le matériau céramique, isolant, fini souhaité. A titre indicatif, on notera les différentes masses volumiques du mélange au cours du procédé - masse volumique du mélange avant coulage : environ 400g/1 - masse volumique après séchage à température ambiante : environ 1300g/1 - masse volumique après séchage à 400 C : environ 900g/1. Différentes applications du matériau céramique isolant selon l'in vention peuvent être envisagées, notamment dans les domaines métallur gique et domestique. Ainsi, le matériau céramique selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer des tubes isolants I, dits "isotubes", pour la protection thermique de tiges d'acier 0 (connues dans le domaine sous le nom de "quenouil les"). Ces tiges servent d'obturateur pour réguler le débit de l'acier en fu sion dans des répartiteurs métalliques R et doivent être préchauffées, par un brûleur B, pour éviter un risque de colmatage du trou coulée C (fi gure 2). II peut également servir de bloc de protection thermique de ther- mocouple dans l'enceinte d'un four. Le bloc de protection isolant permet de mesurer la température au niveau des pièces, en limitant l'influence de la température du four. Comme application domestique, on peut citer l'imitation de char bons dans des inserts de poêles ou de cheminées. Dans cas, le maté riau est coloré à l'aide de pigments. Considérant la première application citée, et en regard des figures 2 et 3, le comportement thermique du matériau selon l'invention a été comparé à celui des fibres céramiques dans le cas des isotubes I. Un demi isotube I, était réalisé à partir du matériau selon l'invention l'autre 12 en fibres céramiques. La quenouille 0 a été portée à une temperature voisine de 11 80 C au terme d'une durée de chauffe de 1 heure. Au niveau thermique, pendant les 25 premières minutes, la tempé rature sur la paroi extérieure de l'isotube est sensiblement inférieure pour l'isotube 12 en fibres céramiques. Pendant la demi-heure suivante, les tem pératures sur la paroi extérieure restent équivalentes dans deux cas. Après l'arrêt de la chauffe, la température sur la paroi extérieure de l'isotube I, est supérieure à celle de l'isotube 12 , ce qui indique que le matériau selon l'invention possède des capacités de conservation calorifi que supérieures. La tête de quenouille ayant atteint température de 1180 C, la demi isotube I, n'a subi aucune fissuration, ' déformation au contraire du demi isotube 12 qui s'est rétracté. Le comportement thermique du matériau selon l'invention est comparable à celui en fibres céramiques, tout en évitant les inconvénients d'un produit potentiellement dangereux pour la santé. II est résistant à hautes températures, offre une bonne isolation thermique en ayant une faible densité, tout en évitant le fluage en tempé rature. II se coule facilement et fournit une bonne précision de moulage. REVENDICATIONS 1. Composition pour un matériau céramique isolant, caractérisée en ce qu'elle comprend une charge (4), à base de si lice/alumine, constituée d'éléments granulés creux, et au moins un liant (5) à base de silicate alcalin. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments granulés creux se présentent sous la forme de billes creuses. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le silicate alcalin est du silicate de sodium. 4. Composition selon l'une quelconque revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte, comme liant auxiliaire (8), du silicate d'alumine. 5. Composition selon l'une quelconque revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend, comme additifs, au moins un des éléments suivants : argile, défloculant, liant temporaire, durcisseur. 6. Composition selon l'une quelconque revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, en pourcentages pondéraux charge 38 silicate d'alumine 13 argile 7 défloculant a 1 liant temporaire à 3 silicate alcalin 28 durcisseur a 5 eau 1 à 23 %. 7. Composition selon la revendication caractérisée en ce qu'elle comprend, en pourcentages pondéraux charge à 36 silicate d'alumine 1 à 1 1 argile à 5 défloculant à 1 liant temporaire à 2 silicate alcalin à 26 durcisseur à 4 eau 1 à 20 %. 8. Procédé pour l'obtention d'un matériau céramique isolant à par tir de la composition selon l'une quelconque revendications 1 à 7, caractérisé par les étapes - mélange (1,2,3) des composants de ladite composition, - moulage (12) du mélange pâteux ainsi obtenu, et - séchage (13,15,16) de la composition moulée pour fournir le matériau céramique isolant final. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange (3) desdits composants est précédé des mélanges séparés (1,2) des composants en poudre et des composants liquides, respectivement. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un premier séchage (13) est effectué dans le moule. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un deuxième séchage (15) à température ambiante est effectué après démoulage. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est effectué un séchage final (16) entre environ 4000C et 600 0 C.