Brevet FR3052993A1 — publié le 20171229

PARTICULE ABRASIVE FRITTEE A BASE D'OXYDES PRESENTS DANS LA BAUXITE. L'invention concerne le domaine des particules abrasives frittées souvent dénommées « grains abrasifs », employées pour l'élaboration d'outils abrasifs. L'invention concerne plus particulièrement des grains abrasifs frittés de composition synthétique à haute teneur en alumine additivée en oxydes présents naturellement dans la bauxite à savoir Fe2O3, Ti02, Si02, MgO et CaO. L'invention vise plus particulièrement le domaine des produits abrasifs agglomérés dans lesquels les grains abrasifs sont dispersés dans un agglomérant à base de résine, typiquement des meules. Les abrasifs appliqués sont typiquement des poudres abrasives déposées sur des supports (papier, toile, bande, etc.). Même si elle s'applique à tous les types d'abrasifs, la présente invention est plus particulièrement destinée à la fabrication d'abrasifs agglomérés, tels que ceux utilisés pour la réalisation de meules destinées au décriquage des brames en acier, à l'ébavurage de pièces brutes de coulée ou encore à la rectification des métaux. Les grains abrasifs doivent présenter de bonnes propriétés mécaniques, telles que la ténacité ou solidité et un bon pouvoir de coupe. La solidité caractérise la propension du grain à se fracturer en générant des fragments apte à "régénérer ses arêtes" sous l'effet d'une sollicitation mécanique. Le produit testé est calibré en fonction du grade à tester. Après sollicitation mécanique (rotation en jarre chargée en billes d'acier), l'échantillon est tamisé suivant une colonne de plusieurs tamis dont les mailles ont été prédéfinies. De façon connue, un coefficient spécifique est affecté à chaque fraction récupérée, ce qui 3052993 2 permet de classer la performance de la qualité en termes de solidité, exprimée comme une moyenne barycentrique des teneurs relatives à chaque fraction (exprimées en %). Plus la solidité est forte et plus la valeur obtenue doit être proche de 100. 5 La solidité se distingue de la dureté au regard des propriétés abrasives. Un grain très dur peut être fragile et sa rupture peut avoir un effet bénéfique (l'apparition de nouvelles arêtes vives par exemple) mais également des effets négatifs (baisse du pouvoir de coupe, mauvaise finition, etc.). Par contre, un grain moins dur peut être moins 10 fragile et se révéler en fin de compte plus apte à "régénérer ses arêtes". Le pouvoir de coupe est la propriété du grain de conserver les angles de coupe et aussi de se fracturer en donnant des angles de coupe nouveaux. Il peut être caractérisé par une performance à 15 l'arrachement de matière, quantifiée par exemple à l'aide du rapport G = quantité de matière arrachée / quantité d'abrasif usé (ou en anglais « Q ratio »). Pour les applications des abrasifs agglomérés, certaines conditions d'utilisation, telles que le décriquage de brames en acier allié, peuvent requérir de la part du grain abrasif qu'il confère au 20 produit aggloméré une performance de coupe de l'ordre de 200 à 2000 kg/h en subissant une très forte pression (jusqu'à 55 daN/cm2 en conditions extrêmes) couplée à une température périphérique pouvant atteindre 1000°C. Le pouvoir de coupe ou rapport G d'un produit abrasif est corrélé 25 à un test dit de compression mesurant l'énergie requise pour casser les grains jusqu'à désintégration totale tel que décrit ci-après. Dans US 9 073 177, on décrit des grains abrasifs obtenus par frittage à partir de bauxite naturelle présentant des compositions variables d'environ 80-89% de A1203, 3-9% de TiO2 et Fe2O3, 2.5-4% de Si02 et 0.1 à 1% de CaO et MgO et dont la microstructure cristalline est relativement fine avec des tailles moyennes de cristallites de 0.01 à 1.2 3052993 3 pm et un taux de porosité compris entre 0 et 15%. En fait ces particules obtenues à partir de bauxite naturelle provenant tant de la demanderesse (anciennement ALCAN) tel que cité dans US 9 073 177 (voir colonne 10 lignes 12-17) en tant qu'échantillon 51, S2 et CS2 ou 5 de la société TREIBACHER pour l'échantillon CS1 (voir colonne 9 lignes 29-31) présentent l'inconvénient de présenter des variations de composition chimique qui nécessitent des adaptations permanentes au niveau du procédé de fabrication sauf à obtenir des performances non homogènes. 10 C'est pourquoi, on recherche une matière synthétique dont la composition chimique peut être contrôlée et ainsi s'assurer d'une stabilité de performance des grains abrasifs obtenus. Toutefois, en reconstituant des particules à partir de matière synthétique de même composition chimique que la bauxite naturelle ci-dessus, on obtient des 15 microstructures plus grosses (à savoir de 1.5 à 2.5 pm) qu'avec de la bauxite naturelle (0,5 pm) mais qui ne donnent pas des performances au meulage suffisantes comme démontré ci-après. Des compositions de grains abrasifs à base composition synthétique à haute teneur en alumine additivée en oxydes sont connus 20 de l'homme de l'art. Les grains abrasifs peuvent être, selon les cas, obtenus soit par broyage d'un produit dit "en roche" constitué d'un produit massif résultant de la solidification d'un produit liquide, par exemple à partir d'un produit abrasif électrofondu comme le corindon, soit par frittage 25 d'une poudre, soit par le procédé dit "sol-gel" suivi en général d'un frittage. De façon connue ces propriétés de solidité et pouvoir de coupe sont corrélées principalement à des valeurs de densité élevées notamment une densité d'au moins 3.5 g/cm3 et à une taille des 30 microstructures des cristallites spécifique selon le type de procédé mis en oeuvre, et notamment de la température de frittage; en général une 3052993 4 taille de cristallites la plus fine possible pour autant que la densité soit suffisante. En effet, les microstructures fines sont recherchées pour que les grains se cassent plus souvent et plus régulièrement par plus petits morceaux sous réserve que la microstructure ne soit pas trop fine et ne 5 s'accompagne d'une densité insuffisante. Le procédé dit « sol-gel » suivi d'un frittage conduit à des grains abrasifs contenant une microstructure cristalline avec des particules cristallines de tailles plus réduites, typiquement inférieures à 1 micron, plus généralement inférieur à 0.5 pm et présentant de bonnes 10 propriétés de coupe. Toutefois, ce procédé est plus couteux et implique la mise en oeuvre d'une alumine monohydrate plus fine typiquement de taille inférieure à 5 pm (« boehmite »). Le procédé sol-gel suivi d'un frittage est mis en oeuvre pour les compositions décrites notamment par exemple dans les brevets 15 américains US 5 611 829, US 5 645 619 dans lesquels les grains réalisés sont constitués des seuls A1203, Fe2O3 et Si02 avec plus de 97% de A1203 et US 2013/0074418 dans lequel les grains sont constitués principalement de MgO et CaO et ne contiennent pas de Si02. US 2004/004990 décrit des grains abrasifs obtenus par un procédé 20 de fusion avec mise en oeuvre de corindon (alumine fondue) et ayant subi en outre ici un traitement thermique final additionnel pour augmenter la ténacité car ce type d'abrasif obtenu par fusion vise des abrasifs de plus grande dureté mais de ténacité ou solidité plus faible. La présence d'oxydes CaO et Fe2O3 n'y est jamais envisagée. 25 Dans US 7 169 198 on décrit des grains abrasifs obtenus par simple frittage mais avec des compositions comprenant plus de 98% d'alumine d'une qualité très fine notamment avec un D50 de 0.5 pm. Des particules abrasives sans oxyde de magnésium obtenues par frittage de poudre d'oxydes divers sont décrites dans US 8 894 730, US 30 8 882 871 et US 8 900 337. Dans ces brevets, on a cherché à améliorer la solidité/ténacité des grains abrasifs en précipitant une phase 3052993 5 cristalline particulière de FeTiAIO5 au niveau des joints de grains pour gêner la propagation des fissures dans la microstructure cristallines des grains. Mais, on voit sur la figure 2 de US 8 900 337 que la microstructure des grains présente des cristallites de taille en moyenne 5 de l'ordre d'au moins 5 microns. La taille importante des cristallites ainsi que la phase de précipité de FeTiAIO5 au niveau des joints de grains se traduisent en ce que le grain casse moins souvent ou moins facilement mais sous forme de plus gros morceaux. Le but de la présente invention était d'obtenir des grains abrasifs 10 à partir d'une nouvelle composition synthétique par le procédé impliquant un simple frittage sans fusion ou autre traitement thermique additionnel final et/ou sans création de phase cristalline particulière non présente dans les grains obtenus à partir de bauxite naturelle et avec mise en oeuvre d'alumine de qualité économique standard (avec un D50 15 typiquement compris entre 10 et 100 pm) et des oxydes présents dans la bauxite naturelle et qui présentent des propriétés de performance au meulage optimales notamment en termes de solidité et pouvoir de coupe. Pour ce faire, la présente invention fournit des particules 20 abrasives frittées dont la composition chimique en oxydes suivants comprend les fourchettes de teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: °h F e 0 T i 0 % CaO % MgO % 5 1 0 2 % A 1 2 0 3 2 3 % 2 0.5-2.5 0-2 0.5 - 2.5 0.5 - 3 0.5 - 3 93 - 96.5 Plus particulièrement, les particules abrasive frittées selon 25 l'invention présentent une densité d'au moins 3.5 g/cm3, plus particulièrement de 3.6 à 3.8 g/cm3, et une microstructure dont la taille moyenne des microparticules cristallines est inférieure à 2 pm et plus particulièrement de 0.5 à 1.5 pm. 3052993 6 Plus particulièrement encore, des particules abrasives frittées selon l'invention comprennent les fourchettes de teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: FeO 0/0 0/0 CaO 0/0 MgO % SiO % Al 0 Z3 % TiO 2 Z3 2 0.5 - 2.5 0 - 2 0.5 - 1.5 0.5 - 2.5 0.5 - 2.5 93.5 96.5 5 Les particules présentant ces compositions chimiques ci-dessus obtenues par frittage à une température de 1300°C à 1700°C et présentant les caractéristiques de densité et microstructure ci-dessus présentaient les meilleures propriétés en termes de solidité, résistance à la compression et test de meulage (rapport G), notamment meilleures 10 comparativement aux particules du commerce. Selon un premier mode de réalisation des particules abrasives frittées selon l'invention pouvant être obtenues à des températures de frittage relativement basses de 1300 à 1500°C présentent une composition chimique comprenant les fourchettes de teneurs pondérales 15 suivantes pour un total de 100%: % F e 0 3 % CaO % MgO % Si02 % T i 0 % Al2 2O 3 0.5 - 1.5 0.5 - 2 0.5 - 1.5 0.5 - 1.5 1.5 - 2.5 93.5 - 94.5 De préférence, une particule abrasive frittée selon ce premier mode de réalisation, plus particulièrement adaptée au meulage d'acier inoxydable, présente une composition chimique comprenant les teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: 0/0 FeO % TiO 0/0 CaO 0/0 MgO % SiO % Al 0 23 2 2 23 1 1 1 1 2 94 20 Selon un second mode de réalisation des particules abrasives frittées selon l'invention pouvant être obtenues à des températures de frittage relativement élevées entre 1500 et 1700°C présentent une 3052993 7 composition chimique comprenant les fourchettes de teneur pondérales suivantes pour un total de 100%: °h F e 2 0 % T i 0 % CaO % MgO % Si02 % Al O3 2 3 0.5 - 1.5 0.5 0 - 0.1 0.5 - 1.5 1.5 - 2.5 0.5 - 1.5 94.5 - 95.5 De préférence, une particule abrasive frittée selon ce second mode de réalisation, plus particulièrement adaptée au meulage d'acier 5 inoxydable aussi bien que d'acier carbone, présente une composition chimique comprenant les teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: 0/0 Fe 0 3 % TiO 2 % CaO % MgO % SiO 2 % Al O3 3 2 1 0 1 2 1 95 1 Plus particulièrement, les particules abrasives frittées selon l'invention présentent une dimension de 20 pm à 10 mm, de préférence 10 sous forme allongée de bâtonnet de 0.2 à 3 mm de diamètre en section transversale et 0.5 à 10 mm de longueur. La présente invention fournit également un procédé de fabrication de particules abrasives selon l'invention caractérisé en ce qu'on réalise les étapes successives suivantes : 15 a) Mélange homogénéisé mécaniquement, typiquement par brassage de poudres comprenant: a1) une poudre d'alumine dont les particules ont un diamètre moyen (exprimé par le D50) de préférence entre 10 pm et 100 pm, ajoutée au mélange en proportion pondérale de 93 - 96.5%, 20 a2) une poudre d'oxyde de fer Fe2O3 ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 2.5% et de préférence dont le D50 des particules est d'environ 20 pm, 3052993 8 a3) une poudre d'oxyde de calcium CaO ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 2.5% et de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm, a4) une poudre d'oxyde de magnésium MgO ajoutée au mélange 5 en proportion pondérale de 0.5% à 3% et de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm, a5) une poudre d'oxyde de silicium Si02 ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 3% et de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 2 pm, et 10 a6) une poudre d'oxyde de titane Ti02, ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0% à 2% et de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm. b) Broyage du mélange de préférence pour obtenir des particules de D50 entre 0.5 et 1.5 pm, 15 c) Agglomération sous pression de la poudre ainsi obtenue, en vue d'obtenir des corps de pâte à cru, d) Séchage des corps de pâte à cru et découpe ou cassage pour obtenir des particules de tailles voulues, e) Frittage des dites particules par cuisson à une température de 20 1300°C à 1700°C, et f) Tamisage des particules pour obtenir des particules de tailles voulues de préférence de 0.2 à 3 mm de diamètre en section transversale et 0.5 à 10 mm de longueur. Plus particulièrement, l'agglomération sous pression de l'étape c) 25 est un compactage par filage à cru, résultant en la création de fibres qui sont ensuite cassées de telle sorte que l'on puisse obtenir des corps de pâte à cru sous forme de section donnée et de longueur donnée. 3052993 9 Plus particulièrement encore, à l'étape c) on réalise les étapes de : cl) malaxage des poudres du mélange en présence de solvant contenant des additifs de rhéologie pour former une pâte, 5 de préférence de l'eau contenant un ou plusieurs agents rhéologiques pour charges minérales, et c2) extrusion sous forme d'un fil continu d'une pâte contenant de préférence de 70 à 90% en poids de poudres de mélange minéral. 10 Les agents rhéologiques utilisés en tant que charges minérales en milieux aqueux peuvent être des dispersants, des lubrifiants et/ou des liants. Parmi ces agents, on peut citer plus particulièrement la méthylcellulose, l'alcool polyvinylique, le sulfonate de lignine, le polyacrylate, la glycérine, le glycérol, le stéarate d'ammonium, l'acide 15 stéarique, le polyéthylène glycol, l'éthylène glycol, l'amidon, l'argile, le polycarbonate. Plus particulièrement encore, à l'étape d), on réalise concomitamment le séchage du fil et sa mise à longueur sous forme de bâtonnets. 20 Plus particulièrement encore, à l'étape e), le cycle complet comprenant : montée en température, palier à la température de frittage puis refroidissement, est compris entre 30 et 120 minutes, typiquement 60 minutes de froid à froid. Plus particulièrement encore, à l'étape e), on utilise un four 25 rotatif fonctionnant en continu. Dans un premier mode de réalisation, à l'étape e), la température de frittage est de 1300°C à 1500°C, notamment 1400°C, et on prépare des particules de composition chimique suivante à partir des fourchettes 3052993 10 de teneurs pondérales suivantes de poudres des différents oxydes suivants pour un total de 100%: °h FeO °h T i 0 0/0 CaO % MgO % Si02 % Al 0 Z3 Z3 0.5 - 1.5 0.5 - 2 0.5 - 1.5 0.5 - 1.5 1.5 - 2.5 93.5 - 94.5 Dans un deuxième mode de réalisation, à l'étape e), la température de frittage est entre 1500°C et 1700°C, notamment 5 1600°C, et on prépare des particules de composition chimique suivante à partir des fourchettes de teneurs pondérales suivantes de poudres des différents oxydes suivants pour un total de 100%: % F e 0 3 % CaO % MgO % Si 0 2 % T i 0 % Al2 2O 3 0.5 - 1.5 0 - 0.1 0.5 - 1.5 1.5 - 2.5 0.5 - 1.5 94.5 - 95.5 La présente invention fournit également un produit abrasif notamment un produit dit appliqué, tel qu'un papier abrasif ou une toile 10 abrasive, ou de préférence un produit aggloméré telle qu'une meule destinée notamment au décriquage de brames d'acier, caractérisé en ce qu'il comprend des particules abrasives selon l'invention. Dans les compositions ci-dessus, pour CaO et MgO, on peut partir d'une poudre de carbonate respectivement CaCO3 et MgCO3 en adaptant 15 les proportions pour obtenir les proportions voulues de CaO et MgO. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de réalisation qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 est un graphique montrant l'évolution du rapport G en fonction de l'énergie de compression E (m3) nécessaire pour désintégrer le grain pour différentes compositions n° la à 4b ; G en abscisse et E en ordonnée étant des valeurs relatives Gi=g,/gia et Ei= ejela pour la composition n°i ( i=la à 4b) ; 3052993 11 - les figures 1A à 1E illustrent des tailles de cristaux de l'échelle arbitraire de 1 à 5 explicitée ci-après ; - les figures 2A, 2B et 2C sont des graphiques illustrant l'évolution de la microstructure (« M ») en fonction de la densité (« D » en g/m3); 5 et - les deux figures 3A et 3B sont des graphiques illustrant l'évolution de la microstructure en fonction de la solidité (« S »). A) PROCEDE DE FABRICATION DES PARTICULES OU GRAINS ABRASIFS 10 Le procédé de fabrication des grains abrasifs de type bauxite frittée synthétique testées ci-après comprend les étapes suivantes: A.1) Réalisation d'un mélange comprenant une poudre d'alumine obtenue à partir de bauxite naturelle par le procédé dit procédé Bayer et des poudres des différents oxydes métalliques dont les proportions 15 pour un total de 100% sont données au tableau I et dont les références commerciales, fournisseurs et valeurs de D50 sont explicitées dans le tableau II suivant. Pour CaO et MgO, on peut partir d'une poudre de carbonate respectivement CaCO3 et MgCO3 en adaptant les proportions pour obtenir les proportions voulues de CaO et MgO. 20 Tableau I 0/0 FeO % TiO2 % CaO 0/0 MgO % 902 % Al 0 23 23 0 - 7.5 0 - 7.5 0 - 2.5 0 - 2.5 0 - 3 80 - 98.5 3052993 12 Tableau II Fe2O3 TiO2 CaO Mg0 5102 A1203 Hématite Rutile R320 CaCO3 MgCO3 Sipernat AR12 Mikhart 2 CarboMag 320DS Arcelor Sachtleben S.A. Brenntag Sobotram Alteo Mitai Chemie Provençal (FR) (FR) Gardanne (FR) GmbH (FR) (FR) (DE) 20 pm 3 pm 3 pm 3 pm 0.5 pm 45 - 70 Pm A.2) Le mélange de poudres est homogénéisé mécaniquement (broyeur à boulets acier) de manière à obtenir un mélange avec des particules de taille moyenne D50 comprise entre 0.5 et 1.5 pm et 5 préférentiellement inférieure à 1 pm et un D90 inférieur à 15 pm et préférentiellement compris entre 6 et 10 pm. D50 = diamètre pour lequel 50% des particules ont un diamètre inférieur à cette valeur. D90 = diamètre pour lequel 90% des particules ont un diamètre 10 inférieur à cette valeur. A titre illustratif, les valeurs de D50 et D90 sont donnés dans le tableau III pour les deux exemples préférés selon la présente invention : - Composition G : 1% CaO + 1% TiO2 + 1% MgO + 1% Fe2O3 + 15 2% 902 + 94% A1203. - Composition W : 1% CaO + 0% TiO2 + 2% MgO + 1% Fe2O3 + 1% 902 + 95% A1203. Tableau III Composition (n°) D50 moyen (pm) D90 moyen (pm) G 0.9 8.4 W 0.8 8.7 3052993 13 A.3) Réalisation d'une pâte qui est ensuite extrudée pour obtenir des corps crus. La poudre obtenue à l'étape précédente (mélange d'alumine et d'autres oxydes présents naturellement dans la bauxite) est introduite 5 dans un malaxeur ainsi qu'un solvant contenant des additifs rhéologiques à raison de 25 à 40% en poids par rapport au poids de poudre de mélange afin de former une pâte. Le solvant préférentiellement utilisé est de l'eau. Plusieurs types d'additifs rhéologiques sont utilisés : 10 - agent dispersant pour charge minérale, le sulfonate de lignine ou d'autres composés tels que du polyéthylène glycol, de l'éthylène glycol, de l'huile de poisson, du polycarbonate, du polyacrylate; - un agent liant pour charge minérale, la méthycellulose ou d'autres composés tels que de l'alcool polyvinylique, de l'argile, de 15 l'amidon, de l'acrylate émulsifié ; - un agent lubrifiant, la glycérine ou d'autres composés tels que du glycérol, de l'acide stéarique, du stéarate d'ammonium. A.4) La pâte obtenue est ensuite compactée puis filée afin d'obtenir des corps crus. La pression au cours du filage est mesurée et 20 contrôlée afin d'obtenir des corps crus de bonne qualité. Les pressions de filage dans l'extrudeuse sont comprises entre 50 et 150 bars et préférentiellement entre 80 et 120 bars afin d'obtenir une pâte contenant 70 à 90% en poids de poudres de mélange minéral. Les corps crus sont de longs filaments de section circulaire de 25 diamètres variant en fonction du grade désiré entre 0.5 et 4 mm. A.5) Séchage et mise à longueur des corps de pâte à cru afin : - d'obtenir des grains crus à la longueur souhaitée, et 3052993 14 - d'éliminer avant le frittage l'eau résiduelle qui pourrait causer des défauts au niveau des grains et affecter les propriétés abrasives après frittage. A.6) Frittage des grains crus. 5 Les grains crus sont ensuite frittés dans un four rotatif fonctionnant en continu. La température de frittage est comprise entre 1300°C et 1700°C et préférentiellement entre 1400°C et 1600°C. Le cycle complet (montée en température - palier à la température de frittage - refroidissement) est compris entre 30 et 120 minutes, 10 typiquement 60 minutes de froid à froid. A.7) Tamisage des grains frittés pour obtenir les grains aux dimensions souhaitées. L'échantillon est calibré aux dimensions voulues par sélection des grains dont la plus petite dimension (le diamètre) est comprise dans une 15 fourchette donnée par tamisage entre deux tamis avec respectivement les deux limites de tailles de grains correspondant aux dimensions des ouvertures de mailles des deux tamis. En pratique on sélectionne des grains de 0.2 à 3 mm de diamètre selon les applications envisagés. 20 Le grain abrasif obtenu est caractérisé par sa densité, sa solidité, sa microstructure et sa résistance à la compression selon les protocoles explicités ci-après. B) PROTOCOLES DES MESURES DE CARACTERISATIONS DES GRAINS. 25 B.1) Solidité (exemple pour un grain de grade 12) L'échantillon est calibré par sélection des compris entre 1.7 et 2 mm par tamisage entre deux tamis (1.7 et 2 mm d'ouverture de maille). 3052993 15 L'échantillon est broyé par sollicitation mécanique, typiquement une rotation en jarre remplie de billes d'acier. La colonne de tamis utilisée comprend les tamis suivants, définis par leur ouverture de maille : 1 mm ; 0.5 mm ; 0.25 mm et 0.125 mm. 5 On récupère les fractions de poudre relatives à chacune des classes dimensionnelles suivantes en fonction du diamètre du grain : cl : D > 1 mm c2 : 1 mm > D > 0.5 mm c3 : 0.5 mm > D > 0.25 mm 10 c4 : 0.25 mm > D > 0.125 mm c5 : 0.125 mm > D Si on exprime par Ti le poids relatif de la fraction de poudre récupérée dans la classe dimensionnelle i (c'est-à-dire le rapport (masse fraction i) / (masse initiale de l'échantillon avant le test)), la solidité est 15 exprimée par la relation : Solidité = 4 x T1 + 2 x T2 + 1 x T3 + 0.5 x T4 + 0.25 x T5 De façon à ce que la poudre initiale corresponde à un indice 100, on divise la valeur précédente par la somme des coefficients de pondération. On peut constater avec cette formule que plus le passant 20 du dernier tamis (D 2.5 pm. B.3) Densité La densité pycnomètre est assimilable à la densité ossature des 5 grains ; celle-ci permet d'évaluer la densité du squelette des grains. Elle ne tient compte que de la porosité dite «ouverte», une porosité accessible matérialisée par les fissures et les porosités de surface. Cette densité ne permet pas de mesurer la porosité dite «fermée», qui est matérialisée par les porosités non accessibles, inter ou intra granulaires. 10 La méthode de mesure de la densité pycnomètre consiste à introduire 25 g de grains dans une fiole préalablement pesée remplie d'eau, et à mesurer la différence de masse : Masse (eau + grains) Masse (eau). Cette masse ramenée au volume donne la densité pycnomètre du 15 grain. La densité pycnomètre s'exprime en g/cm3. B.4) Résistance à la compression Avec une presse mécanique Instrom équipée d'un module de compression, un essai de compression est réalisé sur un grain positionné verticalement entre le support inférieur et la traverse mobile. 20 La traverse exerce progressivement une charge sur le grain avec une vitesse de descente de 0.03 mm/min. La charge et le déplacement de la traverse sont mesurés durant l'essai et permettent de calculer, à partir des dimensions du grain, la contrainte appliquée sur l'échantillon ainsi que sa déformation. L'essai de compression est réalisé sur 30 grains. 25 La courbe charge - déplacement commence toujours par une augmentation progressive de la charge (déformation élastique du matériau) jusqu'à ce que le grain commence à se casser. Ceci se traduit alors par une baisse de la charge. Si l'échantillon est complétement cassé, la charge décroit alors jusqu'à zéro. La charge maximale 3052993 18 supportée par l'échantillon correspond alors à la contrainte maximale de résistance à la compression de l'échantillon. Or, l'échantillon peut se casser que partiellement (il s'effrite) et conserver une intégrité suffisante et poursuivre le test. Dans ce cas, la 5 première baisse de charge est ensuite suivie par une réaugmentation de celle-ci. Ce mécanisme d'effritement peut se répéter plusieurs fois jusqu'à la désintégration totale du grain qui se traduit par une charge nulle. L'aire sous la courbe charge - déplacement permet de calculer l'énergie nécessaire pour casser intégralement le grain. 10 Ce phénomène d'effritement est représentatif de ce que subit le grain dans une meule. L'énergie de résistance à la compression est un bon indicateur de la performance du grain dans un article abrasif. B.5) Rapport G Des meules à résine organique sont fabriquées pour les 15 échantillons de compositions testées. Avant le test de meulage, la meule est pesée ainsi qu'une brame d'acier inoxydable. Un essai de meulage est réalisé pendant une durée prédéfinie et fixe. Après le test, la meule et la brame d'acier sont à nouveau pesées. Le rapport G correspond au rapport entre la masse d'acier arraché et l'usure de la meule. Plus la 20 quantité d'acier arrachée est élevée et l'usure de la meule restreinte, plus le rapport G est élevé. C) EXEMPLES DE COMPOSITIONS CHIMIQUES TESTEES. C.1) Comparaison bauxite naturelle et bauxite synthétique La composition chimique de la bauxite naturelle utilisée pour 25 fabriquer des grains frittée de bauxite est typiquement : 1% CaO, 4% Ti02, 0.2% MgO, 3.5% Fe2O3, 3% Si02 et 88.3% A1203. Cette composition chimique a été reproduite de manière synthétique. Des grains avec ces deux matières premières (bauxite naturelle et bauxite synthétique) ont été réalisés et frittés à 3 températures de frittage : 3052993 19 1300, 1400 et 1500°C. Les caractéristiques des grains sont présentées dans le tableau A ci-dessous dans lequel les microstructures sont qualifiées selon l'échelle arbitraire de 1 à 5 ci-dessus explicitée. 5 Tableau A Température de Caractéristiques Matière première frittage grains B synthétique Bauxite naturelle Bauxite 1300°C Densité (g/cm3) 3.71 3.74 Microstructure 1 3 Solidité 62 49 1400°C Densité (g/cm3) 3.64 3.85 Microstructure 3 4 Solidité 84 59 1500°C Densité (g/cm3) Pas réalisé 3.86 Microstructure 5 Solidité 60 C.2) Lien compression - rapport G (ou « Qratio ») Le graphique de la figure 1 représente pour différentes 10 compositions chimiques de grains abrasifs frittés l'évolution du rapport G en fonction de l'énergie nécessaire pour désintégrer intégralement ce type de grains abrasifs à partir d'un essai de compression (pour rappel l'énergie indiquée sur la graphique correspond à une moyenne sur 30 grains). Les valeurs d'énergie sont exprimées en relatif par rapport à 15 l'échantillon de composition n°1a qui sert de référence. Des meules à résine organique ont été fabriquées pour les 8 échantillons détaillées dans le tableau B.1 ci-après. 20 3052993 20 Tableau B.1 N° % % % % % % Temp. composition CaO TiO2 Mg0 Fe2O3 Si02 A1203 frittage la 1 4 0.2 3.5 3 88.3 T1 lb 1 4 0.2 3.5 3 88.3 T2 2a 0.5 0.5 0.2 0 0.4 98.4 Tl. 2b 0.5 0.5 0.2 0 2.0 98.4 T'2 3a 1 1 1 1 2 94 T1' 3b 1 1 1 1 2 94 T2' 4a 1 0 2 1 1 95 Tl" 4b 1 0 2 1 1 95 T2" Pour les différentes compositions chimiques testées, le fait de minimiser l'énergie mesurée en compression permet d'augmenter significativement le rapport G. 5 Le tableau B.2 ci-dessous indique pour chaque type de grains abrasifs la matière première utilisée pour fabriquer le grain abrasif ainsi que les caractéristiques du grain : densité, microstructure (« micro » en abrégé) et solidité. Tableau B.2 N° composition Matière première Micro (g/cm3) Densité Solidité la Bauxite naturelle 1 3.65 71 lb Bauxite synthétique de 4 3.72 55 même composition que la bauxite naturelle 2a composition synthétique 3 3.70 50 (A1203 = 98%) 2b 3 3.62 57 3a composition synthétique 1 3.71 53 (A1203 = 94%) 3b 4 3.78 70 4a composition synthétique 3 3.68 69 (A1203 = 95%) 4b 2 3.71 53 10 L'échantillon de composition n°1a correspond à des grains abrasifs fabriqués à partir de bauxite naturelle. La composition chimique typique de cette bauxite est 1% CaO, 4% Ti02, 0.2% MgO, 3.5% Fe2O3, 3% Si02 et 88.3% A1203. Cette composition chimique a été reproduite de manière synthétique et correspond à l'échantillon de composition n°1b. 3052993 21 Le fait de reproduire synthétiquement la composition chimique de la bauxite naturelle ne permet pas d'obtenir le même rapport G ni la même énergie. Ceci ne semble pas surprenant puisque ces deux types de grains ne possèdent pas les mêmes caractéristiques : densité, 5 microstructure et solidité. Pour mieux comprendre cette différence sur les caractéristiques des grains en fonction de la matière première utilisée, des grains avec ces deux matières premières (bauxite naturelle et synthétique avec la même composition chimique) ont été réalisés et frittés à 3 températures 10 de frittage : 1300, 1400 et 1500°C. Les caractéristiques des grains sont présentées dans le tableau A ci-dessus. Avec la bauxite naturelle, le compromis densité - microstructure - solidité de l'échantillon de composition n°1a est atteint pour une température de frittage d'environ 1300°C. A 1400°C, la solidité a fortement augmenté mais la 15 microstructure commence à être trop grosse. La comparaison des caractéristiques des grains réalisés avec les deux matières premières montre qu'une bauxite synthétique reproduisant la composition chimique de la bauxite naturelle ne permet pas dans la gamme de température étudiée d'atteindre le même compromis densité - microstructure - 20 solidité. En effet, la composition synthétique entraine des microstructures beaucoup plus grosses avec des solidités bien inférieures. Pour essayer d'obtenir à partir d'une matière première synthétique des caractéristiques de grains abrasifs se rapprochant de ceux fabriqués 25 avec de la bauxite naturelle et surtout permettant de diminuer l'énergie de compression, des grains avec 3 compositions chimiques différentes (alumine additivée avec les différents oxydes présents naturellement dans la bauxite) mais avec des teneurs en alumine plus élevées (entre 94 et 98%) ont été fabriqués. Ces grains ont été frittés à deux 30 températures différentes entre 1400°C et 1600°C à chaque fois (T1/T2, T1'/T2' etc..) qui correspondent aux échantillons 2a-2b, 3a-3b et 4a-4b sur le graphique de la figure 1 et les tableaux B.1 et B.2. 3052993 22 Pour la première composition synthétique (échantillons de compositions n°2a et 2b), la microstructure est plus fine que l'échantillon de composition n°1b mais la solidité est du même ordre de grandeur. L'échantillon avec cette composition chimique ayant l'énergie 5 la plus faible (échantillon de composition n°2a) permet d'obtenir un rapport G 3 fois plus élevé que l'échantillon synthétique reproduisant la composition de la bauxite naturelle (échantillon de composition n°1b) et 1,7 fois plus élevé que l'échantillon réalisé avec de la bauxite naturelle (échantillon de composition n°1a). Comme c'est déjà le cas pour les 10 grains fabriqués avec de la bauxite naturelle, le fait de diminuer la microstructure influence directement la performance du grain en application de manière positive. Pour l'échantillon de la deuxième composition chimique avec le minimum d'énergie de compression (échantillon de composition n°3a), la 15 microstructure est bien plus fine que l'échantillon de composition n°1b (et équivalente à l'échantillon de composition n°1a) mais avec le même niveau de solidité que l'échantillon de composition n°1b. Cet échantillon permet d'obtenir un rapport G 3.5 fois plus élevé que l'échantillon de composition n° lb et 2 fois plus élevé que l'échantillon de composition 20 n°1a. Ces résultats confirment que l'influence de la microstructure sur le rapport G et l'énergie de compression est donc de premier ordre. Pour l'échantillon de composition n°4a avec le minimum d'énergie de compression, la microstructure est moins fine que l'échantillon de composition n°3a mais plus fine que l'échantillon de composition n°1b. 25 Par contre le niveau de solidité est plus élevé que ces deux échantillons et comparable à l'échantillon de composition n°1a. Cet échantillon de composition n°4a permet d'obtenir un rapport G 3 fois plus élevé que l'échantillon de composition n°1b et 1,7 fois plus élevé que l'échantillon de composition n°1a. On obtient avec cet échantillon de composition 30 n°4a le même niveau de performance qu'avec l'échantillon de composition n°2a alors que l'énergie de compression est plus élevée. Ceci fait escompter le gain potentiel de cette de composition n°4a si on 3052993 23 arrive à réduire encore l'énergie de compression en réduisant notamment la taille de la microstructure. Ces exemples mettent en évidence le lien direct entre les énergies de compression et le rapport G. En fonction des compositions chimiques, 5 la corrélation entre l'énergie de compression et le rapport G possède quasiment la même pente mais a tendance à se décaler vers la droite pour les compositions chimiques synthétiques avec des teneurs élevées en alumine (figure 1). Il ressort de manière claire que la minimisation de l'énergie de compression entraine une augmentation du rapport G. 10 Les caractéristiques des grains impactent directement l'énergie de compression. L'objectif de cette invention est donc de déterminer la ou les compositions chimiques (et températures de frittage) permettant d'obtenir une énergie de compression la plus faible possible. Pour cela, 15 on cherche à optimiser le compromis densité - microstructure - solidité. Le cadre a du graphique de la figure 1 illustre la zone d'intérêt (minimums d'énergie correspondant aux meilleurs rapports G). L'analyse des caractéristiques des grains dans ce cadre (échantillons de composition n°2a et 3a) permet de sélectionner les cibles à viser sur la 20 densité, la microstructure et la solidité : Critère 1 : Microstructure la plus fine possible et n'excédant pas une taille de 3 selon l'échelle arbitraire et de préférence comprise entre 1 et 2. Critère 2 : Densité suffisante c'est-à-dire supérieure à 3.5 g/cm3 25 et de préférence entre 3.7 et 3.8 g/cm3. Critère 3 : Solidité suffisante c'est-à-dire supérieure à 45 et de préférence supérieure à 55. Ces critères sont corrélés entre eux. En effet, un grain fritté à haute température va généralement avoir une densité et une solidité 30 élevées mais en contrepartie une microstructure également très grosse. 3052993 24 A l'inverse, un grain fritté à faible température va avoir une microstructure fine mais peut également ne pas avoir une tenue mécanique suffisante c'est-à-dire une densité et/ou une solidité trop faible. L'objectif est donc de trouver la ou les compositions chimiques 5 couplées à une température de frittage permettant d'atteindre le meilleur compromis sur l'ensemble de ces caractéristiques. Pour ce faire, on a travaillé dans un premier temps sur le compromis densité - microstructure afin de dégager les plages de concentration préférentielles de chaque oxyde. Les compositions 10 chimiques permettant d'obtenir une densité suffisante et une microstructure fine ont ensuite été caractérisées en solidité pour affiner le choix de(s) compositions chimiques de bauxite synthétique permettant d'obtenir des grains abrasifs les plus performants en application. 15 On recherche donc un grain avec une solidité la plus élevée possible au moins égal à celui de la bauxite naturelle, afin d'obtenir un bon pouvoir de coupe en application. C.3) Compromis densité - microstructure On a testé un grand nombre de compositions dans les fourchettes 20 de compositions du tableau I ci-dessus. A titre illustratif les compositions du tableau C.1 suivant ont été testées entre autres. 25 3052993 25 Tableau C.1 0/0 CaO % TiO2 % MgO % Fe203 % 5102 % A1203 0 7,5 0 7,5 0 85 1,25 3,75 1,25 3,75 0 90 2,5 7,5 0 0 0 90 2,5 7,5 2,5 7,5 0 80 0 0 0 7,5 0 92,5 1,25 0 0 7,5 0 91,25 2,5 7,5 0 7,5 0 82,5 0 7,5 2,5 0 0 90 2,5 0 0 0 0 97,5 1,25 0 2,5 7,5 0 88,75 2,5 0 2,5 7,5 0 87,5 1,25 7,5 0 7,5 0 83,75 0 7,5 2,5 7,5 0 82,5 1,25 7,5 2,5 0 0 88,75 1,25 0 2,5 0 0 96,25 0 0 0 0 0 100 2,5 0 0 7,5 0 90 0 7,5 0 0 0 92,5 1,25 7,5 2,5 7,5 0 81,25 0 0 2,5 7,5 0 90 0 0 2,5 0 0 97,5 2,5 0 2,5 0 0 95 2,5 7,5 2,5 0 0 87,5 1,25 0 0 0 0 98,75 1,25 7,5 0 0 0 91,25 0 1 0,5 0 0 98,5 0 2 1 0 0 97 0 0 0,5 1 0 98,5 0 0 1 2 0 97 0 1 0,5 0 2 96,5 0 2 1 0 2 95 0 2 2 0 2 94 1 1 1 1 1 95 1 1 1 1 2 94 0 2 2 2 0 94 2 2 0 2 0 94 1 1 1 2 1 94 2 0 2 0 2 94 0 2 0 2 2 94 0 2 2 0 2 94 3052993 26 0 0 0 2 0 98 1 1 0 1 1 96 1 2 1 1 1 94 0 1 1 1 1 96 2 2 2 2 2 90 2 0 0 2 2 94 2 0 0 0 0 98 1 1 2 1 1 94 0 2 0 0 0 98 1 1 1 1 0 96 0 0 0 0 2 98 1 1 1 0 1 96 2 2 2 0 0 94 1 0 1 1 1 96 0 0 2 0 0 98 2 0 2 2 0 94 0 0 2 2 2 94 2 1 1 1 1 94 2 2 0 0 2 94 0 1 2 0 2 95 0 0 2 1 2 95 Comme explicité ci-après, les meilleurs résultats étaient fournis pour différentes compositions chimiques de bauxite synthétique pour lesquelles chaque oxyde (Fe2O3, Si02, Ti02, CaO et MgO) varie comme indiqué dans le tableau C.2 ci-après et avec les données de densité et 5 de microstructure correspondant à des frittages réalisés à 1400et 1600°C du tableau C.4 pour des compositions préférées. Tableau C.2 Oxyde 902 Fe2O3 TiO2 Mg0 CaO A1203 (%) 0.5 - 2.5 0.5 - 2.5 0 - 2 0.5 - 2.5 0.5 - 1.5 93.5 - 96,5 Une composition de référence (« Composition Ref ») avec 100% A1203, c'est à dire une composition chimique avec uniquement de 10 l'alumine (exempt de Si02, Ti02, Fe2O3, MgO et CaO) a été testée laquelle ne permet pas d'obtenir un grain avec le compromis densité microstructure souhaitée. En effet, la densité n'est pas suffisante avec un frittage à 1400°C et à 1600°C la microstructure est trop grossière 3052993 27 (tableau C.3). Il est donc nécessaire d'ajouter d'autres oxydes à l'alumine pour pouvoir répondre à l'objectif. On a ajouté séparément les différents oxydes. Ainsi, à titre illustratif, pour les compositions A, B, C, D et E du tableau C.3 ci-5 après : tous les oxydes sont égaux à 0% sauf 1 oxyde à 2% (A1203 constant à 98%). A 1400°C, aucune de ces compositions chimiques ne permet d'atteindre une densité suffisante à part la composition E avec 2% de TiO2 mais elle possède une microstructure trop élevée. A 1600°C, la microstructure est trop élevée pour toutes ces compositions. Si on 10 compare ces compositions avec la composition Ref à 1400°C, on remarque que : - l'ajout de TiO2 permet d'augmenter significativement la densité (+0.7 g/cm3) mais la microstructure augmente également fortement (on passe de 2 à 4 sur l'échelle arbitraire : +2) ; 15 - l'ajout de Si02 augmente la densité (+0.2 g/cm3) et diminue la microstructure (-1) ; - l'ajout de MgO et CaO diminue légèrement la densité (-0.1 g/cm3) et augmente légèrement la microstructure (+1) ; - l'ajout de Fe2O3 augmente légèrement la densité (+0.1 g/cm3) et 20 également la microstructure (+1). Avec la composition F : tous les oxydes sont égaux à 1% (A1203 95%). La combinaison, à hauteur de 1%, de tous les oxydes présents naturellement dans la bauxite, permet à 1400°C d'obtenir le compromis densité - microstructure recherché. Il est donc intéressant de combiner 25 plusieurs oxydes et de faire varier simultanément leur concentration dans le mélange pour voir l'impact de chacun sur les propriétés des grains afin de dégager les plages de concentration optimales de chaque oxyde pour répondre à l'objectif recherché. 3052993 28 Tableau C.3 N° % % % % % % 1400°C 1600°C composition CaO TiO2 Mg0 Fe203 Si02 A1203 Densité Micro Densité Micro , (g/cm3 ) (g/cm-) Réf 0 0 0 0 0 100 2.78 2 3.64 4 A 0 0 0 2 0 98 2.82 3 3.87 4 B 2 0 0 0 0 98 2.69 3 3.31 4 C 0 0 2 0 0 98 2.70 3 3.72 4 D 0 0 0 0 2 98 2.98 1 3.91 4 E 0 2 0 0 0 98 3.47 4 3.84 5 F 1 1 1 1 1 95 3.53 2 3.91 5 Le tableau C.4 ci-dessous illustre différentes compositions chimiques de bauxite synthétique pour lesquelles chaque oxyde (Fe203, Si02, Ti02, CaO et Mg0) varie entre 0 et 2% avec les données de 5 densité et de microstructure correspondant à deux frittages réalisés à 1400 et 1600°C. Les trois graphiques des figures 2A, 2B et 2C illustrent pour chacune des 18 compositions chimiques l'évolution de la microstructure en fonction de la densité (correspondant à deux frittages réalisés à 10 1400°C et 1600°C). Le cadre b représente la cible à viser à savoir une densité > 3.5 g/cm3 et une microstructure n'excédant pas 3 selon l'échelle arbitraire. 5 compositions chimiques : H, I, Q, S et U ont un compromis densité - microstructure qui ne se situe pas dans le cadre b figure 2A. 15 Ces compositions chimiques sont exclues car elles ne pourront pas permettre d'obtenir la densité et la microstructure visées quelle que soit la température de frittage. Leur point commun est l'absence de Si02. De ce fait, le critère de premier ordre est la présence de Si02 dans la composition de bauxite synthétique recherchée. 20 L'évolution de la microstructure en fonction de la densité des compositions chimiques P et R passe dans la cadre b uniquement pour une gamme de température très restreinte comme montré figure 2B. Ces compositions chimiques P et R sont peu favorables puisqu'elles nécessitent un contrôle très précis de la température de frittage dans 3052993 29 une petite zone de température. Ces compositions P et R ne possèdent pas de Fe2O3. Il semblerait donc que l'absence de Fe2O3, comme l'absence de 902, soit néfaste à l'obtention du compromis densité microstructure recherché. De plus, si on regarde les compositions 5 restantes F, G, J, K, L, M, N, O, T, V et W, qui répondent à l'objectif, elles possèdent toutes entre 1 et 2% de Fe2O3. A ce stade, les deux critères de composition chimique qui ressortent sont la présence de 902 et Fe2O3. Toutes les compositions chimiques avec 1 à 2% de chacun de ces deux oxydes permettent 10 d'obtenir un grain avec une densité suffisante et une microstructure fine. La plage de variation de ces deux oxydes (902 et Fe2O3) est donc fixée entre 0.5 et 2.5%. En ce qui concerne les 3 autres oxydes, on note qu'une variation entre 0 et 2% de chacun d'entre eux permet d'obtenir un bon 15 compromis densité - microstructure. Cependant, certaines zones préférentielles peuvent être mises en évidence en examinant plus en détails les compositions chimiques F, G, J, K, L, M, N, O, T, V et W. La figure 2C montre les compositions chimiques permettant d'obtenir la microstructure la plus fine. Sur la figure 2C, 6 compositions 20 chimiques permettent d'obtenir une microstructure fine de 1 ou 2 selon l'échelle arbitraire : F, G, J, M, T et W. Ces compositions possèdent toutes 1% de CaO et 1% de MgO (à part la composition W : 2% MgO). L'association de ces deux oxydes, connus pour impacter fortement la croissance granulaire, avec une quantité maitrisée de Fe2O3 (1%), 902 25 (1 à 2%) et TiO2 (0 à 2%) permet d'obtenir des grains avec une densité suffisante (> 3.5 g/cm3) et une microstructure fine (comparable à celle obtenue avec de la bauxite naturelle). Les autres compositions : K, L, N, O et V, qui possèdent des microstructures de 3 possèdent soit CaO, soit MgO mais pas les deux en même temps. 30 Seules les compositions T et W possèdent à 1400°C une microstructure de taille 1. Leurs compositions chimiques possèdent 3052993 30 plusieurs points communs qui sont : 0% Ti02, 1% CaO, 1% Fe2O3, 1% Si02. La composition W qui possède une densité plus élevée que la composition T possède 2% de MgO contre 1% pour la composition T. Les deux compositions chimiques G et M permettent d'obtenir une 5 densité élevée (et une microstructure 3.5 g/cm3) possèdent toutes 1% de CaO. Pour que l'effet de cet oxyde soit optimal, il faut le combiner à MgO entre 1 et 2%. Tous les exemples dans le tableau C.4 possèdent une teneur en A1203 comprise entre 94 et 96. La plage de variation en pratique peut 5 être donc fixée entre 93.5 et 96.5%. Tableau C.4 N° qio qio qio qio qio qio 1400°C 1600°C composition CaO TiO2 Mg0 Fe203 902 A1203 Densité Micro Densité (g/cm3) Micro (g/cm3) F 1 1 1 1 1 95 3.53 2 3.91 5 G 1 1 1 1 2 94 3.78 2 3.88 5 H 0 2 2 2 0 94 2.95 3 3.79 5 I 2 2 0 2 0 94 3.59 4 3.88 5 J 1 1 1 2 1 94 3.62 2 3.93 5 K 0 2 0 2 2 94 3.76 3 3.93 5 L 1 1 0 1 1 96 3.87 3 3.93 5 M 1 2 1 1 1 94 3.80 2 3.93 4 N 0 1 1 1 1 96 3.88 3 3.92 5 0 2 0 0 2 2 94 3.84 3 3.92 5 P 1 1 2 0 1 94 3.27 2 3.92 4 Q 1 1 1 1 0 96 2.29 3 3.63 4 R 1 1 1 0 1 96 3.34 2 3.92 4 S 2 2 2 0 0 94 2.11 1 3.23 4 T 1 0 1 1 1 96 3.47 1 3.90 4 U 2 0 2 2 0 94 2.51 1 3.27 4 V 0 0 2 2 2 94 3.67 3 3.94 4 W 1 0 2 1 1 95 3.69 1 3.68 3 C.4) Compromis densité - microstructure - solidité Le tableau D ci-dessous illustre différentes compositions chimiques de bauxite synthétique pour lesquelles chaque oxyde (Fe2O3, 10 Si02, Ti02, CaO et MgO) varie entre 0 et 2% avec les données de densité, microstructure et solidité correspondant à deux frittages réalisés à 1400 et 1600°C. Les deux graphiques des figures 3A et 3B illustrent pour chacune des 18 compositions chimiques l'évolution de la microstructure en 3052993 32 fonction de la solidité (correspondant à deux frittages réalisés à 1400°C et 1600°C). Le cadre c représente la cible à viser à savoir une microstructure n'excédant pas 3 selon l'échelle arbitraire et une solidité >45. 5 Tableau D N° % % % % % % 1400°C 1600°C composition CaO TiO2 MgO Fe203 Si02 A1203 Densité Micro. Solidité Densité Micro. Solidité (g/cm3) (g/cm-,) F 1 1 1 1 1 95 3.53 2 45 3.91 5 57 G 1 1 1 1 2 94 3.78 2 56 3.88 5 62 H 0 2 2 2 0 94 2.95 3 25 3.79 5 43 I 2 2 0 2 0 94 3.59 4 33 3.88 5 45 J 1 1 1 2 1 94 3.62 2 46 3.93 5 52 K 0 2 0 2 2 94 3.76 3 48 3.93 5 59 L 1 1 0 1 1 96 3.87 3 50 3.93 5 56 M 1 2 1 1 1 94 3.80 2 49 3.93 34 64 N 0 1 1 1 1 96 3.88 3 40 3.92 5 49 0 2 0 0 2 2 94 3.84 3 53 3.92 5 59 P 1 1 2 0 1 94 3.27 2 43 3.92 4 52 Q 1 1 1 1 0 96 2.29 3 30 3.63 4 49 R 1 1 1 0 1 96 3.34 2 44 3.92 4 55 S 2 2 2 0 0 94 2.11 1 38 3.23 4 46 T 1 0 1 1 1 96 3.47 1 43 3.90 4 60 U 2 0 2 2 0 94 2.51 1 35 3.27 4 43 V 0 0 2 2 2 94 3.67 3 45 3.94 4 51 W 1 0 2 1 1 95 3.69 1 45 3.78 3 65 1) Analyse des solidités à 1400°C. Les compositions chimiques H, I, Q, S et U ne possédant pas de Si02 ne permettent pas d'avoir des solidités convenables ( 45. Lorsqu'ils possèdent également du CaO, comme les compositions G et O, la solidité est encore plus élevée > 50. Cet oxyde, lorsqu'il est couplé à Si02, augmente significativement 5 la solidité. A l'inverse, on remarque que la composition N qui possède 1% de Si02, Ti02, MgO, Fe2O3 mais pas de CaO possède la solidité la plus faible (si on ne considère pas les compositions sans Si02 qui ont des solidités 45) et répondent à l'objectif. Ceci 5 est vraisemblablement lié aux densités très élevées obtenus pour cette température de frittage. Les grains sont frittés à une température élevée ce qui leur confèrent une tenue mécanique importante. Par contre, à l'exception de la composition W, les compositions possèdent également une microstructure trop grosse. L'absence de TiO2 10 couplée à une quantité importante de MgO dans la composition chimique W (avec 1% de chacun des autres oxydes) semble être la meilleure composition lorsque le frittage s'effectue à plus haute température. Les meilleures compositions chimiques (dans le cadre c) sont G, M, T et W. Elles possèdent 1% CaO, 1% Fe2O3, 0 à 2% Ti02, 1 à 2% 15 MgO, 1 à 2% 902 et 94 à 96% de A1203. 20 REVENDICATIONS1. Particule abrasive frittée dont la composition chimique en oxydes suivants comprend les fourchettes de teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: 0/0 Fe 2 0 % TiO2 % CaO % MgO % Si02 % Al O3 2 3 0.5 - 2.5 % 0 - 2 % 0.5 - 2.5 % 0.5 - 3 % 0.5 - 3 % 93 - 96.5 % 0.5-2.5% 2. Particule abrasive frittée selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa densité est d'au moins 3.5 g/cm3 et elle présente une microstructure dont la taille moyenne des microparticules cristallines est inférieure à 2 pm et de préférence de 0.5 à 1.5 pm. 3. Particule abrasive frittée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que sa composition chimique comprend les fourchettes de teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: 0/0 Fe 0 % TiO % CaO % MgO % SiO % Al O3 3 2 2 2 3 0.5 - 1.5 °/0 0.5 - 2 °/0 0.5 - 1.5 °/0 0.5 - 1.5 °/0 1.5 - 2.5 °/0 93.5 - 94.5 °/0 0.5-1.5% 4. Particule abrasive frittée selon la revendication 3, caractérisée en ce que sa composition chimique comprend les teneurs pondérales suivantes pour un total de 100%: 0/0 Fe 0 % TiO % CaO % MgO % 902 20 3 3 2 % A1203 1% 1 °À) 1% 1% 2% 94% 1 °À) 5. Particule abrasive frittée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que sa composition chimique comprend les fourchettes de teneur pondérales suivantes pour un total de 100%: 20 3052993 36 0/0 Fe 0 % TiO % CaO % MgO % SiO 2 % Al 03 3 2 2 3 0.5 - 1.5 °/0 0 - 0.1 °/0 0.5 - 1.5 °/0 1.5 - 2.5 °/0 0.5 - 1.5 °/0 94.5 - 95.5 °/0 0.5-1.5% 6. Particule abrasive frittée selon la revendication 5, caractérisée en ce que sa composition chimique comprend les teneurs pondérales 5 suivantes pour un total de 100%: 0/0 Fe 2 0 % TiO2 % CaO % MgO % Si02 % Al O3 2 3 1 °À) 0 % 1% 2% 1% 95% 1% 7. Particule abrasive frittée selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente une dimension de 20 pm à 10 mm, 10 de préférence sous forme allongée de bâtonnet de 0.2 à 3 mm de diamètre et 0.5 à 10 mm de longueur. 8. Procédé de fabrication de particules abrasives selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes successives suivantes : 15 a) Mélange homogénéisé mécaniquement, typiquement par brassage de poudres comprenant: a1) une poudre d'alumine, de préférence dont les particules ont un diamètre moyen (exprimé par le D50) entre 10 pm et 100 pm, ajoutée au mélange en proportion pondérale de 93 - 96,5%, a2) une poudre d'oxyde de fer Fe2O3 ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 2.5% et, de préférence dont le D50 des particules est d'environ 20 pm, a3) une poudre d'oxyde de calcium CaO ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 2.5% et, de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm, 3052993 37 a4) une poudre d'oxyde de magnésium MgO ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0.5% à 3% et, de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm, a5) une poudre d'oxyde de silicium Si02 ajoutée au mélange en 5 proportion pondérale de 0.5% à 3% et de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 2 pm, et a6) une poudre d'oxyde de titane Ti02, ajoutée au mélange en proportion pondérale de 0% à 2% et, de préférence dont le D50 des particules est inférieur à 5 pm. 10 b) Broyage du mélange de préférence pour obtenir des particules de D50 de 0.5 à 1.5 pm ; c) Agglomération sous pression de la poudre ainsi obtenue, en vue d'obtenir des corps de pâte à cru ; d) Séchage des corps de pâte à cru et découpe ou cassage pour obtenir 15 des particules de tailles voulues ; e) Frittage des dites particules par cuisson à une température de 1300°C à 1700°C, et f) Tamisage des particules pour obtenir des particules de tailles voulues. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'agglomération 20 sous pression de l'étape c) est un compactage par filage à cru, résultant en la création de fibres qui sont ensuite cassées de telle sorte que l'on puisse obtenir des corps de pâte à cru sous forme de section donnée et de longueur donnée. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel à l'étape c) 25 on réalise les étapes de : cl) malaxage des poudres du mélange en présence de solvant contenant des additifs de rhéologie pour former une pâte, de préférence 3052993 38 de l'eau contenant un ou plusieurs agents rhéologiques pour charges minérales, et c2) extrusion sous forme d'un fil continu d'une pâte contenant de préférence de 70 à 90% en poids de poudres de mélange minéral. 5 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10 dans lequel à l'étape d) on réalise concomitamment le séchage du fil et sa mise à longueur sous forme de bâtonnets. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11 dans lequel à l'étape e), la température de frittage est de 1300°C à 1500°C et on 10 prépare des particules de composition chimique suivante à partir des fourchettes de teneurs pondérales suivantes de poudres des différents oxydes suivants pour un total de 100%: 0/0 Fe 0 % TiO % CaO % MgO % SiO % Al O3 3 2 2 2 3 0.5-1.5% 0.5 - 2 % 0.5 - 1.5 % 0.5 - 1.5 % 1.5 - 2.5 % 93.5 - 94.5 % 0.5 - 1.5 % 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 15 dans lequel à l'étape e), la température de frittage est entre 1500°C et 1700°C et on prépare des particules de composition suivante à partir des fourchettes de teneurs pondérales suivantes de poudres des différents oxydes suivants pour un total de 100%: 0/0 Fe 0 % TiO % CaO % MgO % SiO 2 % AI O3 3 2 2 3 0.5-1.5% 0 - 0 . 1 % 0.5 - 1.5 % 1.5 - 2.5 % 0.5 - 1.5 % 94.5 - 95.5 % 0.5 - 1.5 % 14. Produit abrasif, de préférence produit abrasif aggloméré de 20 type meule caractérisé en ce qu'il comprend des particules abrasives selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.