CH251836A - Procédé de fabrication d'articles en matière réfractaire. - Google Patents

Description

  a  Procédé de fabrication     d'articles    en matière réfractaire.    La présente invention, due à M.     Le-cuir,     est relative à un procédé pour la fabrication  d'articles en     matière    réfractaire, (par exem  ple en céramique) par agglomération sous  pression dans un moule de poudre de ma  tières     réfractaires    mélangée à un     liant,    et       cuisson    ultérieure.

       Elle        vise    à obtenir des  pièces présentant un     retrait    après,     cuisson,     dont le     degré    est     choisi    à volonté en  fonction des     propriétés        qu'on    désire obtenir  pour ces pièces; par exemple, retrait cor  respondant à de bonnes propriétés d'étan  chéité aux gaz ou à     @de    bonnes propriétés       diélectriques,    etc.  



  Il est     connu    pour le réglage du retrait  dans la fabrication d'un     article    en matière  réfractaire de partir d'une composition de  base     contenant    une certaine     proportion    d'une  poudre de     matière    réfractaire     désignée        sous          le    nom de "chamotte", résultant déjà     elle-          même    d'une agglomération sous pression d'un  mélange de poudres réfractaires et de liant  suivie de -calcination     complète,    puis de broyage  du produit obtenu.

   De la     sorte,        dans    la ma  tière     soumise    à la     cuisson    définitive après  agglomération sous pression ,de ladite compo  sition de base, deux parties sont en présence:

    l'une qui n'a     pas.    été     .calcinée    et est suscep  tible .de retrait, l'autre qui a subi     une    calci  nation complète et qui ne donne lieu à     aucun     retrait; -on     obtient    la     valeur    de retrait voulue  en réglant le rapport     des    masses des deux       parties..    Dans     cette        technique        usuelle,    le ma-         laxage    de la poudre et du liant porte sur des       produits        humides.     



  D'autre     part,        dansslebrevetsuisseno    239716,  il a été décrit un procédé pour former     avec     des poudres     réfractaires        unie    masse     agglomé-          rable    par     prsss.ion    par .mélange     intime    à la       poudre    réfractaire par voie sèche, d'une ma  tière solide fusible à     moine    de 300 ,     chauffage     du mélange     ainsi        constitué    jusqu'à fusion de  ladite     matière    solide,

   de manière à     éliminer     les gaz     adsorbés,        par    la poudre réfractaire et  refroidissement de     cette        dernière    avant agglo  mération. La masse à agglomérer se présente  sous la forme de :grains de poudre réfractaire  enrobés     chacun    dans un grain de liant, et  comme le liant choisi doit présenter une plas  ticité suffisante pour être     agglomérable    à  lui-même par pression,     ladite    masse     est    elle  aussi     agglomérable.     



  On peut considérer le procédé de l'in  vention comme s'apparentant à     chacun    des  deux procédés     précédents.     



       Conformément    à l'invention, on effectue  la     pulvérisation    d'une masse     constituée    au  moins en majeure     partie    d'une matière ré  fractaire, le     mélange        intime    et homogène  réalisé mécaniquement cet par voie sèche, de la  poudre obtenue avec un liant pulvérulent, fu  sible à     température        relativement    basse et  susceptible     @de.    s'éliminer à température plus  élevée, la fusion     complète    dans     ce    mélange du  liant par chauffage,

   l'agglomération sous       pression    élevée dans un moule de la     masse              résultante    préalablement refroidie, et la cuis  son de l'aggloméré,     conduite    avec un chauf  fage     lent    et progressif,     jusqu'à    élimination  du liant, puis calcination de la matière ré  fractaire     agglomérée,    ce cycle d'opérations  étant répété à     partir    -de la masse obtenue par  broyage     ,d-es    pièces.     résultant    de ladite     calci-          nation.     



  L'avantage particulier résultant de     l'appln-          cation    du procédé de l'invention     consiste    en  .ce que les     températures    de cuisson y     agissent     .d'une façon très sensible sur le retrait     obtenu,     de sorte qu'on arrive à régler     ce        -dernier    de  façon     continue,    ou autrement dit, à obtenir       le    degré     @de    retrait correspondant à la pro  priété définie cherchée,

   par le simple fait       d'un    choix convenable et précis de ces tem  pératures et notamment de la     température     finale de     première        cuisson    (température de  première     calcination)    qui se trouve ainsi liée  très étroitement à .la     température    finale de  deuxième cuisson (température de deuxième  calcination).  



  Le liant,     ide-    préférence de l'urée, s'élimine  au cours de la cuisson. En utilisant alors pour  la cuisson     ledit,chauffage    lent, progressif (par  exemple donnant lieu à une augmentation de  température de 100' C par     heure),    on peut  obtenir     ;des    pièces présentant la compacité       voulue:

      Au     début,de        ceçtte        cuisson,    l'urée fond  et il se constitue     entre    les grains -de la masse       réfractaire    des     tubes        capillaires    remplis de  liquide.

       Ensuite,        ledit        liquide    s'élimine     petit     à petit par     vaporisation    aux     extrémités    libres  des tubes     capillaires    et les surfaces des grains  se rapprochent jusqu'à venir à -des distances  les unes des     autres    de l'ordre de .grandeur des  distances     d'attraction    moléculaire, de manière  qu'il     finisse    par s'établir entre eux des con  tacts directs en     plusieurs    points.

   Aux tempé  ratures plus élevées, les surfaces des grains  se soudent en     ces        points    de contact par dif  fusion entre     les        grains.        Il    reste des espaces  vides qui se     reproduisent    ;

  dans     -des.        conditions     identiques quand on répète les mêmes opéra  bons pour     différents    échantillons de masse  réfractaire.     Dans-        ces        conditions,    la compacité    -     icorrespondant    par     exemple    à l'étanchéité   de la structure cristalline obtenue,     structure     qui varie avec la température de cuisson, ré  sulte de l'enchevêtrement     ides    fins     cristaux     de la matière réfractaire utilisée.

   Ainsi,       l'étanchéité    peut être obtenue à une tempé  rature     relativement    basse, avec des corps  en matière réfractaire purs:,     puisqu'elle    est  due à leur     cristallisation    et ne dépend pas  de la température de ramollissement de la  matière. Au contraire, dans la technique  usuelle, l'étanchéité résulte de la formation  d'une phase     vitreuse,    par     ramollissement    de  ladite matière, portée à une     température    de  cuisson très élevée,     éventuellement    après addi  tion de fondant.  



  A titre     id'exemple,    on indique ci-dessous  un mode de préparation de pièces à base  d'oxyde de titane présentant le degré de com  pacité     désirable,    par exemple pour obtenir un       coefficient        diélectrique    élevé et un     fac-          teur    de pertes     diélectriques    faible, ce qui  n'a pu jusqu'ici être obtenu en partant  d'oxyde de     titane    pur par voie sèche.  



  La suite des opérations est la suivante:  L'oxyde ide titane utilisé est un oxyde de  titane qui titre plus de 99 % en oxyde de       titane    après     calcination.    Ce produit. est addi  tionné de 20% d'urée, mélangé, broyé pen  dant .deux heures au broyeur à     boulets,    traité  à une température ide 188' C pendant 30       minutes    dans un mélangeur cubique, refroidi  et aggloméré sous forme de rondelles     sous     une     pression    ide 1000     kg/cm2.     



  Ces rondelles sont     cuites    à une tempéra  ture bien déterminée, variable avec les dimen  sions des rondelles -et le volume du four. Dans  certaines     expériences,    le four avait. 160 mm  de     diamètre    et les rondelles avaient une  forme cylindrique de 5 cm de diamètre sur  1 cm     d'épaisseur.    Elles étaient     .cuites    à,  1260' C pendant 20     minutes,        cette        tempéra-          ture    étant     elle-.même    atteinte progressivement  .en 12     heures.     



  Après     refroidissement,    les rondelles sont       iconcassées    et le     proiduit        concassé,    broyé au  broyeur à boulets pendant 18 heures.. La      poudre obtenue est alors passée au     tamis    800,  mélangée à 20% d'urée et broyée de nou  veau pendant 2 heures, ce chiffre 800 indi  quant le nombre de fils du tamis par pouce  linéaire français., ancienne unité de mesure  valant 27,27 mm.  



  La poudre     est    passée au mélangeur cu  bique à la température amenant la fusion  de l'urée pendant 80     minutes.    Elle est ensuite  refroidie, tamisée au tamis 100, agglomérée  sous une pression de 2500     kg/cm@    et cuite  pendant 8 heures à 1400  C après un chauf  fage lent et progressif; les     pièces    obtenues       ainsi    sont étanches..  



  Au lieu d'utiliser     comme    poudre de base  un oxyde pur, on peut     recourir    à un mélange       -d'oxydes        réfractaires,.     



  Par     exemple,    on peut utiliser comme  poudre de base un mélange d'oxydes de titane  et de     magnésium    formant la     composition    cris  talline bien définie     TiO2,    2     MgO.    Le     mode,    de  préparation de pièces étanches présentant  cette     composition    est     rigoureusement    iden  tique à celui     utilisé    pour l'oxyde de     titane.     Seule diffère la température de la première  cuisson éconduisant à la,     structure    voulue du  mélange.

   Celle-ci est alors     @de    1220  C pendant  20 minutes au lieu de 1260  C:  Le procédé selon     l'invention    peut     encore     être mis en     oeuvre    -de manière à     ôbtenir    des  pièces présentant un retrait déterminé et  constant, au     besoin    sensiblement nul, ce qui       permet    d'obtenir     part    moulage des pièces de  cotes rigoureusement     prédéterminées,    et des  séries de pièces     rigoureusement    interchan  geables.  



  Dans     ce        cas,    on emploie, -de     préférence,     une matière     première    à base de magnésie et  l'on s'arrange pour obtenir, après l'exécution  du premier cycle     id'op6erations@,    une     matière     parfaitement stable dont le poids spécifique  ne varie plus par calcination.  



  Cette condition n'est réalisée, en général,  dans les procédés connus, qu'en portant la  matière première à une température excep  tionnellement     élevée,        température    d'autant  plus élevée que le produit     utilisé    est     lui-          même    plus pur.    En revanche, on a pu obtenir, -en mainte  nant     pendant    trois     heures,    une température  de cuisson de 1400  C seulement, lors de  l'exécution dudit     premier    cycle, une magné  sie     répondant    aux     conditions,    demandées.  



  On a     recherché,    d'autre part, à     augmenter     la compacité de la masse traitée par l'addi  tion en     quantité    très     faible    -de certains pro  duits. Les     additifs    qui ont donné     .les.    résultats  les plus:

       intéressants    sont l'oxyde de titane,  l'oxyde de     béryllium,    l'oxyde de     zinc    et l'an  hydride phosphorique, ce dernier introduit  sous forme libre ou     combinée.        Mais    l'étude  de la grosseur     des    grains     cristallins    obtenus  dans les mêmes     conditions,    étude effectuée au  moyen des rayons X, a     permis    de constater  que     ,

  ces    additifs modifiaient la     structure        cris-          talline        @de    la masse suivant un     mécanisme          différent        de,    l'un à l'autre. Les     additifs,     comme par exemple     TiO2    et     P05,    susceptibles  de .donner lieu dans les     conditions    :de l'expé  rience à la formation d'un composé défini,  favorisent considérablement le     grossissement     des     grains    par soudure entre les particules  voisines.

   Par contre, les     additifs    comme     Zn0     et     BeO,    qui ne se combinent pas à la magné  sie dans les     conditions    de     l'expérience,    consti  tuent un obstacle physique à     l'accroissement     des grains, dont     résulte    la formation de  ,grains très fins.  



  Une     structure    à :grains.     cristallins    très  fins est     avantageuse        lorsqu'on    recherche une  meilleure     résistance    aux     variations    ,de     tempé-          rature    et une     moindre    porosité, résultant  d'un feutrage     @de,    fins cristaux; on l'obtient  par addition d'une faible quantité d'un ma  tériau     inerte        constituant    un     obstacle    phy  sique à l'accroissement -des grains cristallins.  



  Par exemple, en     constituant    une     masse    ini  tiale répondant en poids à la     composition    sui  vante:     MgO    = 99,     Zn0    = 0,5,     Be0    = 0,5,  en opérant le mélange     intime    avec le liant,  la fusion complète de     celui-ci,    puis l'agglo  mération, après refroidissement, sous une  pression de     l'ordre    de 2000     kg/cm@    et la     cuir,,-          son    pendant     trois    heures à 1400  C après  chauffage lent et progressif,

   on obtient     une     masse     exceptionnellement    réfractaire, présen-      tant la même     translucidité    que la     porcelaine     et, en outre, dénuée de porosité, ce     qui    ne, peut  être obtenu par     l'emploi,d'un    de ces     additifs     employé isolément.  



       Cette    masse de matière     réfractaire        excep-          tionnellement        stable        permet    de réaliser,     après     broyage et mélange avec de l'urée comme  agglomérant,     puis    fusion ide     celui,ci,        refroi-          dissement    et ensuite .

   agglomération     sous    des  pressions     de    l'ordre de 1000     kg/,cm@,    des  pièces dont les dimensions après chauffage  lent et progressif et     cuisssion    à 1260  C sont  restées constantes, définies à     0,25%    près.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS: I. Procédé pour la fabrication d'articles en matière réfractaire, caractérisé en ce qu'on effectue la pulvérisation d'une masse consti tuée -au moins en majeure partie d'une ma tière réfractaire, le mélange intime et homo gène réalisé mécaniquement et par voie sèche, de la poudre obtenue avec un liant pulvéru lent,

   fusible à température relativement basse et susceptible de s'éliminer à tempé- rature plus élevée, la fusion .complète dans ce mélange du liant par chauffage, l'agglomé ration sous pression élevée dans un moule de la masse résultante préalablement refroidie, et la cuisson ide l'aggloméré, conduite avec un chauffage lent et progressif, jusqu'à. élimination du liant,

   puis calcination de la matière réfractaire a@ggloméréie, ce cycle d'opérations étant répété à partir de la masse obtenue par broyage -des pièces résultant de laiditecalcination. II. Article en matière réfractaire obtenu par le procédé selon la revendication I. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le liant utilisé est l'urée. 2.

   Procédé suivant la revendication I, caractérisé en te que la matière réfractaire utilisée,est constituée par un oxyde pur, non additionné de fondant. 6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé -en ce que la matière réfractaire est constituée par un mélange d'oxyde de ti tane et d'oxyde de magnésium dans les pro portions strictement nécessaires pour l'obten tion de la composition cristalline bien définie correspondant à la formule: TiO2, 2 MgO. 4.

   Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la matière réfractaire est constituée par un mélange de 99 % d'oxyde de magnésium,<B>0,5%</B> d'oxyde de zinc, 0,5 d'oxyde de béryllium.