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Procédé pour fabriquer des produits céramiques, notamment des isolateurs de bougie d'allumage.
L'invention concerne un procédé pour fabriquer des produits céramiques, notamment des isolateurs de bougie d'allumage, par moulage et cuisson de matières comprenant principalement des ingrédients non plastiques trèsréfractaires.
Dans le traitement de ces matières, le mode de façonnage a une grande importance économique et technologique et peut avoir une influence décisive sur la qualité du produit cuit achevé. Il est connu de transformer en produits se prê- tant à la coulée, par un traitement au moyen d'acides, des oxydes purs finement broyés, par exemple la poudre de corindon.
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@ On peut aussi façonner par coulée des matières qui ont été additionnées d'argile plastique ou de kaolin.
En outre, il a déjà été proposé de comprimer à la presse en pièces moulées des matières principalement constituées d'ingrédients non plastiques. Pour rendre les matières autant que possible plastiques, on les mélangeait à des substances inor- ganiques plastifiantes ou on leur ajoutait des liants organi- ques, comme la dextrine.
Toutefois les procédés mentionnés s'avèrent souvent insuffisants, notamment quand la proportion de substances plastiques est faible et qu'on veut fabriquer des pièces de forme compliquée ou des pièces massives ou à parois épaisses.
Par exemple, il est difficile d'empêcher la production de soufflures et de criques dans les pièces quand celles-ci sont moulées par coulée et cuites subséquemment. D'autre part, le procédé de moulage à la presse donne généralement une compres- sion inégale de la matière, si bien que par exemple une pièce pressée de forme cylindrique est très comprimée aux extrémités et peu comprimée au milieu. Ces faits ont une influence nuisi- ble pendant que les pièces se contractent au cours du séchage, car il se crée à l'intérieur du produit des tensions qui en compromettent la résistance aux changements de température.
Etant donné que, par ailleurs, le procédé de moulage à la pres- se ne permet de façonner que des objets de forme simple, il faut généralement exécuter un façonnage ultérieur au moyen d'outils, qui peut entrafner des frais considérables.
L'invention a pour but d'obvier aux inconvénients cités. Suivant cette invention, on fabrique les pièces mou- lées crues à cuire, faites des matières en question, en ren- dant la matière céramique propre à être injectée, par une ad- dition de substances organiques appropriées, et en la travail- lant par le procédé de moulage par injection connu dans son
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application aux résines artificielles.
Le procédé de moulage par injection connu dans son application aux résines artificielles consiste à chauffer une matière contenant une résine thermoplastique et à l'injecter à cet état, par une tuyère étroite, dans des moules refroidis où' la matière .reçoit la forme voulue.
La matière rendue propre à être injectée, dite ci- après matière injectable, et destinée à être travaillée con- formément à l'invention comprend deux groupes d'ingrédients.
Le premier groupe, qui constitue la partie prin- cipale de la matière injectable, se compose de la ou des ma- tières premières céramiques broyées à un degré de finesse suffisant et éventuellement intimement mélangées les unes aux autres. Ces ingrédients doivent être choisis selon les prin- cipes fondamentaux connus de la céramique en tenant compte des propriétés qu'on veut conférer au produit achevé. Ce groupe peut être représenté par un seul ingrédient très ré- fractaire, par exemple le corindon, ou par plusieurs ingré- dients non plastiques, par exemple le corindon, les oxydes alcalino-terreux et l'oxyde de titane.
Il peut y avoir ce- pendant aussi des ingrédients inorganiques plastiques, par exemple de l'argile. Toutefois, il a été constaté que l'argile ne doit de préférence figurer qu'à raison d'au plus 10 %* de la quantité de matière, car une aussi faible proportion d'in- grédients inorganiques plastiques permet seule de désaérer la matière pendant l'injection. Pour une teneur en argile plus élevée, l'argile enduit la surface du jet injecté et ne lais- se pas sortir les occlusions d'air.
Le second groupe d'ingrédients dont se compose la matière injectable comprend les ingrédients organiques qui déterminent en substance l'aptitude à l'injection de la ma- tière. La teneur en ces ingrédients de la matière injectable
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doit être aussi faible que possible afin que dans la pièce moulée par injection les constituants céramiques soient si- tués le plus près possible les uns des autres. En règle géné- rale, il faut employer un mélange d'ingrédients qui se ramollit à des températures de l'ordre de 100 C, qui durcit aux besses températures, par exemple à 0 C. et qui développe une force de liaison suffisante. Les ingrédients organiques doivent se volatiliser au cours de la cuisson céramique.
Leur fonction n'est pas de réagir avec les ingrédients céramiques du pre- mier groupe, ils servent uniquement à lier les ingrédients céramiques sous forme d'une matière injectable, et de manière que les pièces moulées par injection soient suffisamment soli- des pour qu'on puisse au besoin les soumettre à une fatigue mécanique et les transporter au four. Les substances organi- ques qui se volatilisent pendant la cuisson laissent des pores dans la pièce en matière céramique cuite. Une certaine porosité est généralement très avantageuse, notamment quand il s'agit de pièces soumises en service à une grande fatigue thermique.
On peut produire à volonté, dans de larges limites, un degré de porosité déterminé, en choisissant selon le cas envisagé la nature et la quantité des ingrédients organiques, en donnant aux ingrédients du premier groupe une gamme de gros- seurs de grain correspondante et en réglant correctement la température de cuisson pendant la cuisson des pièces moulées.
Pour produire la volatilisation des ingrédients organiques du second groupe pendant la cuisson il existe deux possibilités: Les ingrédients peuvent brûler en formant des produits d'oxydation, ou ils peuvent passer à l'état ga- zeux sans fournir de produits de combustion. Il a été constaté que la génération de produits de combustion peut amener des détériorations; la combustion des ingrédients organiques pro- duit des quantités de gaz comparativement très grandes qui
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peuvent faire sauter la pièce moulée, étant donné que ces gaz sont engendrés au sein de la pièce.
Aussi est-il utile d'employer comme constituants du second groupe des substan- ces organiques qui s'évaporent en majeure partie, sans exiger une oxydation, aux températures de la cuisson céramique, notam- ment aux températures de chauffage initiales allant jusque 400 C. De cette façon on assure que les ingrédients organi- ques partent entièrement pendant la cuisson en laissant des pores d'une extrême finesse et que l'agglutination des in- grédients céramiques de la matière puisse se produire pendant la cuisson sans entrave et dans la mesure voulue.
Les ingrédients organiques du second groupe doi- vent être intimement mélangés aux ingrédients céramiques inor- ganiques du premier groupe. On produit avantageusement ce mélange dans des mélangeurs qui déplacent la matière en la frottant et en l'écrasant, par exemple dans un broyeur à dis- ques rotatifs.
Comme déjà mentionné, il importe de désaérer la matière pendant l'injection afin d'obtenir une pièce moulée par injection qui soit exempte d'occlusions d'air. A cet effet, on peut diviser en plusieurs jets le jet de matière produit par pression et réunir ces jets,entre eux avant de re- fouler la matière par la tuyère d'injection. Naturellement, le moule qui donne à la matière injectée la forme de la pièce qu'on veut mouler par injection, est conformé de manière que l'air entraîné puisse quitter le moule. Par exemple, on atteint ce but en divisant le moule d'injection en un endroit appro- prié de manière que l'air puisse s'échapper par les joints.
Une division du moule d'injection est déjà nécessaire, en rège générale, rien qu'en raison de la forme de la pièce moulée, afin d'en faciliter le démoulage ou l'éjection.
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On montrera 'ci-après, en prenant pour exemple une matière se composant principalement de corindon, comment la matière doit être constituée pour qu'on puisse exécuter l'in- vention. Une pareille.masse est injectable et fournit des isolateurs électriques de haute qualité quand elle a la com- position suivante :
70 à 90 % de corindon finement broyé, y compris des additions de jusque 20 % de composés alcalino-terreux,
0 à 10 % d'argile ou de kaolin, jusque 10 % de gomme-laque artificielle, jusque 10 % d'huile de goudron de bois, jusque 5 % d'asphalte mou.
De préférence, on mélange intimement la gomme-la- que artificielle aux ingrédients céramiques en les broyant ensemble à sec. A la place de la gomme-laque artificielle ou comme succédané partiel, on peut aussi employer d'autres substances artificielles thermoplastiques,, par exemple des com- posés vinyliques polymérisés, comme les produits connus dans le commerce sous la dénomination "Mipolam" ou "Igélite".
A la place de l'huile de goudron de bois on peut aussi employer avec succès une émulsion aqueuse de l'huile de goudron produite par distillation d'huile de goudron de bois et contenant toutes les fractions de 100 à 350 C.
Comme asphalte mou on emploie avantageusement un asphalte dont le point de ramollissement d'après Kraemer- Sarnow (cf. la publication périodique "Die Chemische Industrie", 1903, n? 26, page 55) ne dépasse pas environ 90 .
On peut dissoudre cet asphalte mou dans l'huile de goudron de bois précitée, avant de l'ajouter à la matière, ou on peut l'ajouter à la matière sous forme de suspension aqueuse comme une émulsion de bitume. L'asphalte mou ne doit pas con-
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tenir d'alcali lorsqu'on veut 'fabriquer des pièces très ré- fractaires ou des isolateurs électriques.
Quand la matière injectable, contenant du corindon, contient de l'eau, il faut veiller à ce que la'teneur en eau de la matière, avant son injection, ne dépasse pas 5 %.
On travaille avantageusement les matières à teneur en corindon, indiquées à titre d'exemple spécifique, en chauffant la matière à 80-120 C. et en l'injectant sous pres- sion par une tuyère dans des moules dont la température est de -10 à +40 C.
La pression requise pour l'injection dépend de la nature éventuelle de la matière à injecter. A la fin de l'in- jection, quand il se produit une compression de la pièce moulée., il faut employer les pressions maxima; celles-ci sont généralement comprises entre les limites de 100 à 500 kgs/cm2.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé pour fabriquer des produits céramiques, notamment des isolateurs de bougie d'allumage, par moulage et cuisson de matières additionnées d'ingrédients organiques et comprenant-principalement des ingrédients non plastiques très réfractaires,caractérisé en ce qu'on fabrique les piè- ces moulées crues à cuire en rendant la matière céramique. propre à être injectée par une addition de substances organi- ques appropriées et en la travaillant par le procédé de mou- lage par injection conna dans son application aux résines artificielles.
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A process for manufacturing ceramic products, including spark plug insulators.
The invention relates to a process for making ceramic products, especially spark plug insulators, by molding and firing materials mainly comprising highly refractory non-plastic ingredients.
In the processing of these materials, the method of shaping has great economic and technological importance and can have a decisive influence on the quality of the finished fired product. It is known practice to transform finely ground pure oxides, for example corundum powder, into products suitable for casting, by treatment with acids.
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@ It is also possible to shape by casting materials which have been added with plastic clay or kaolin.
In addition, it has already been proposed to compress with a press into molded parts materials mainly consisting of non-plastic ingredients. To make the materials as plastic as possible, they were mixed with inorganic plasticizing substances or added to them with organic binders, such as dextrin.
However, the methods mentioned often prove to be insufficient, in particular when the proportion of plastic substances is low and when it is desired to manufacture parts of complicated shape or parts that are massive or have thick walls.
For example, it is difficult to prevent the production of blowholes and cracks in parts when they are cast-molded and subsequently fired. On the other hand, the press molding process generally results in uneven compression of the material, so that for example a cylindrically shaped pressed part is very compressed at the ends and little compressed in the middle. These facts have a detrimental influence as the parts contract during drying, because tensions are created inside the product which compromise its resistance to temperature changes.
Since, on the other hand, the press-molding process allows only objects of simple shape to be shaped, it is generally necessary to carry out subsequent shaping by means of tools, which can entail considerable expense.
The object of the invention is to obviate the cited drawbacks. According to this invention, the molded pieces to be fired are produced, made from the materials in question, by making the ceramic material suitable for injection, by the addition of suitable organic substances, and by working it by the injection molding process known in its
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application to artificial resins.
The injection molding process known in its application to artificial resins consists in heating a material containing a thermoplastic resin and injecting it in this state, through a narrow nozzle, into cooled molds where the material receives the desired shape.
The material made suitable for injection, hereinafter referred to as an injectable material, and intended to be processed in accordance with the invention, comprises two groups of ingredients.
The first group, which constitutes the main part of the injectable material, consists of the ceramic raw material (s) ground to a sufficient degree of fineness and possibly intimately mixed with each other. These ingredients must be chosen according to the fundamental principles known from ceramics, taking into account the properties which one wishes to confer on the finished product. This group can be represented by a single highly refractory ingredient, for example corundum, or by several non-plastic ingredients, for example corundum, alkaline earth oxides and titanium oxide.
However, there may also be inorganic plastic ingredients, for example clay. However, it has been observed that the clay should preferably only appear at a rate of at most 10% * of the quantity of material, since such a small proportion of inorganic plastic ingredients alone makes it possible to deaerate the material. during the injection. For a higher clay content, the clay coats the surface of the injected jet and does not allow air occlusions to escape.
The second group of ingredients of which the injectable material is composed includes the organic ingredients which substantially determine the injectability of the material. The content of these ingredients in the injectable material
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should be as small as possible so that in the injection-molded part the ceramic components are placed as close to each other as possible. As a general rule, a mixture of ingredients should be used which softens at temperatures of the order of 100 ° C., which hardens at low temperatures, for example at 0 ° C., and which develops sufficient bonding strength. Organic ingredients must volatilize during ceramic firing.
Their function is not to react with the ceramic ingredients of the first group, they serve only to bind the ceramic ingredients in the form of an injectable material, and so that the injection molded parts are strong enough so that they can be subjected to mechanical fatigue if necessary and transported to the oven. Organic substances which volatilize during firing leave pores in the fired ceramic part. A certain porosity is generally very advantageous, in particular when it is a question of parts subjected in service to a great thermal fatigue.
A determined degree of porosity can be produced at will, within wide limits, by choosing the nature and quantity of the organic ingredients as the case may be, by giving the ingredients of the first group a corresponding range of grain sizes and by setting the cooking temperature correctly while the molded parts are being cooked.
To produce the volatilization of the organic ingredients of the second group during cooking there are two possibilities: The ingredients can burn to form oxidation products, or they can pass to the gaseous state without providing combustion products. It has been observed that the generation of combustion products can lead to deterioration; the combustion of organic ingredients produces comparatively very large amounts of gas which
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may cause the molded part to jump, since these gases are generated within the part.
It is therefore useful to employ as constituents of the second group organic substances which evaporate for the most part, without requiring oxidation, at the temperatures of the ceramic firing, in particular at the initial heating temperatures of up to 400 ° C. In this way it is ensured that the organic ingredients are completely removed during the cooking, leaving extremely fine pores and that the clumping of the ceramic ingredients of the material can occur during cooking without hindrance and in the cooking. desired measure.
The organic ingredients of the second group must be intimately mixed with the inorganic ceramic ingredients of the first group. This mixture is advantageously produced in mixers which move the material by rubbing and crushing it, for example in a rotary disc mill.
As already mentioned, it is important to deaerate the material during injection in order to obtain an injection molded part which is free from air occlusions. To this end, it is possible to divide the jet of material produced by pressure into several jets and to unite these jets with one another before returning the material through the injection nozzle. Naturally, the mold which gives the injected material the shape of the part which is to be injection molded, is shaped so that the entrained air can leave the mold. For example, this is achieved by dividing the injection mold at a suitable location so that air can escape through the joints.
A division of the injection mold is already necessary, in general, just because of the shape of the molded part, in order to facilitate demolding or ejection.
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It will be shown hereinafter, taking as an example a material consisting mainly of corundum, how the material must be constituted in order to be able to carry out the invention. Such a mass is injectable and provides high quality electrical insulators when it has the following composition:
70 to 90% finely ground corundum, including additions of up to 20% alkaline earth compounds,
0 to 10% clay or kaolin, up to 10% artificial shellac, up to 10% wood tar oil, up to 5% soft asphalt.
Preferably, the artificial shellac is thoroughly mixed with the ceramic ingredients by grinding them together in a dry manner. Instead of artificial shellac or as a partial substitute, it is also possible to use other artificial thermoplastic substances, for example polymerized vinyl compounds, such as the products known commercially under the name "Mipolam" or " Igelite ".
Instead of wood tar oil, it is also possible to successfully use an aqueous emulsion of tar oil produced by distillation of wood tar oil and containing all fractions from 100 to 350 C.
As the soft asphalt, an asphalt is advantageously used, the softening point of which according to Kraemer-Sarnow (cf. the periodical publication "Die Chemische Industrie", 1903, No. 26, page 55) does not exceed approximately 90.
This soft asphalt can be dissolved in the aforementioned wood tar oil, before adding it to the material, or it can be added to the material as an aqueous suspension such as a bitumen emulsion. Soft asphalt must not
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keep alkali when it comes to making very refractory parts or electrical insulators.
When the injectable material, containing corundum, contains water, care should be taken that the water content of the material, before injection, does not exceed 5%.
The materials containing corundum, given by way of specific example, are advantageously worked by heating the material to 80-120 C. and by injecting it under pressure through a nozzle into molds having a temperature of -10. at +40 C.
The pressure required for the injection depends on the possible nature of the material to be injected. At the end of the injection, when compression of the molded part occurs, the maximum pressures must be used; these are generally between the limits of 100 to 500 kgs / cm2.
CLAIMS ---------------------------
1.- A process for manufacturing ceramic products, in particular spark plug insulators, by molding and firing materials with added organic ingredients and comprising mainly highly refractory non-plastic ingredients, characterized in that the pieces are produced. - these raw feeds to cook by making the ceramic material. suitable for injection by addition of suitable organic substances and working by the injection molding process known in its application to artificial resins.