CH358634A

CH358634A - Matériau composite isolant thermique

Info

Publication number: CH358634A
Authority: CH
Inventors: Alfille Lucien
Original assignee: Commissariat Energie Atomique
Priority date: 1958-08-30
Filing date: 1959-08-15
Publication date: 1961-11-30

Description

Matériau composite isolant thermique Les calorifuges usuels sont constitués par des matériaux peu conducteurs à l'état divisé, au sein desquels on s'efforce d'emprisonner des couches d'air. Ces matériaux comprennent entre autres des argiles et des terres réfractaires, l'amiante, le kie- selguhr, le feutre, la sciure de bois, le liège, la fibre de verre.

Les coefficients de conductibilité thermique exprimés en cal/cm/s/oC ont les ordres de grandeur suivants
EMI0001.0015

- <SEP> liège <SEP> ... <SEP> .. <SEP> 40 <SEP> -10-4
<tb> sciure <SEP> .. <SEP> . <SEP> . <SEP> ... <SEP> 14 <SEP> - <SEP> 10-4
<tb> - <SEP> feutre <SEP> . <SEP> .... <SEP> 8,5- <SEP> 10-4 Beaucoup de ces matériaux ne peuvent cependant pas être utilisés à des températures élevées, supérieu res à 500C par exemple, et il est alors fait appel à des oxydes réfractaires peu conducteurs.

On rappelle ci-dessous l'ordre de grandeur des coefficients de conductibilité thermique des princi paux oxydes réfractaires, exprimés en cal/cm/s/OC
EMI0001.0021

Be0 <SEP> 450. <SEP> 10-4
<tb> A103 <SEP> 300-10-1
<tb> MgO <SEP> . <SEP> .... <SEP> .. <SEP> . <SEP> 180. <SEP> 10 SiOo <SEP> 160. <SEP> 10-4
<tb> ZrO;

, <SEP> .. <SEP> . <SEP> . <SEP> 43 <SEP> . <SEP> 10-4 Le problème s'est posé de posséder un matériau qui aurait un pouvoir isolant au moins égal à celui du liège et qui pourrait supporter des températures élevées en gardant un pouvoir isolant élevé.

D'autre part, ce matériau devait pouvoir être mis en forme commodément.

La présente invention a pour objet un matériau composite isolant thermique à très faible conductibi- lité thermique même à des températures élevées, et possédant une bonne aptitude à la déformation.

Ce matériau est caractérisé par au moins une couche se présentant sous forme d'une feuille ou d'un ruban, chaque couche dont l'épaisseur est au plus de 0,2 mm étant formée d'un film métallique et, sur une face ou sur les deux faces de celui-ci, d'un film d'oxyde dur ou mou, continu et adhérent au métal sous-jacent. Dans une forme d'exécution de l'invention,

le matériau isolant est formé par un empilement de feuilles d'aluminium oxydées anodi- quement suivant des techniques bien connues.

Dans une autre forme d'exécution de l'invention, le matériau isolant est constitué par un empilement de feuilles de nickel oxydées anodiquement.

Le film continu peut être non, poreux ou poreux. L'aptitude du matériau à la déformation est due à la plasticité des films métalliques; l'épaisseur de ceux-ci est comprise entre quelques centièmes de millimètre et un à deux dixièmes de millimètre. Cha que film métallique est constitué par des feuilles de métaux, ou d'alliages, ou de métaux élaborés à par tir de poudres frittées.

Le film d'oxyde est également très mince; son épaisseur peut être plus faible ou plus forte que celle du film métallique. Le métal de l'oxyde peut être d'une nature différente de celle du métal sur lequel adhère le film d'oxyde.

On a intérêt à réaliser, pour une épaisseur totale donnée de matériau composite, un nombre élevé de couches métal-oxyde et, à cet effet, à utiliser des feuilles métalliques très minces.

Pour certains métaux, la fabrication de feuilles très fines est assez délicate; par exemple, avec. le magnésium, on em ploie des feuilles dont l'épaisseur est de 2/10o à 3/10o de millimètre que l'on obtient à la manière de copeaux à l'aide de fraises appropriées (l'obtention de feuilles de magnésium aussi fines étant impossible par les techniques de laminage).

Le film d'oxyde est compact; un filin. d'oxyde pulvérulent ne convient pas, à moins qu'il ne soit possible de le transformer en une couche continue. Il peut être dur ou mou.

Les faces du film d'oxyde peuvent être lisses ou non lisses, ces qualités étant considérées à l'échelle de l'épaisseur du film; le film d'oxyde adhère au métal; ceci est particulièrement facile à réaliser lors que le film d'.oxyde a été obtenu par oxydation du métal sous-jacent;

il peut même y avoir dans ce cas continuité de structure entre le métal et l'oxyde (c'est le cas pour l'aluminium).

Dans le cas où chaque couche n'est constituée que d'un film métallique et d'un film d'oxyde, l'adhé rence entre les différentes couches se fait par le con tact de la surface du film d'oxyde d'une couche et de la surface du film métallique de la couche sui vante;

l'adhérence est moins bonne que celle qui résulte de la juxtaposition d'un film métallique et du film d'oxyde obtenu par oxydation de ce film, mais elle est suffisante pour obtenir la cohésion des diffé rentes couches du matériau et pour assurer son pou voir isolant élevé.

Quand les couches isolantes sont constituées par un film métallique entouré sur chacune de ses faces par un film d'oxyde, on a alors deux films d'oxyde en regard entre deux films métalliques consécutifs du matériau; le pouvoir isolant du matériau dépend en partie de la nature du contact entre les surfaces en regard de ces deux films d'oxyde ; si ces surfaces sont lisses, le pouvoir isolant .est relativement moins élevé ;

si celles-ci ne sont pas lisses, on aura sur ces surfaces à l'échelle microscopique des dents, lesquel les permettront l'adhérence des deux films et la rétention de bulles gazeuses (généralement de l'air) entre ces dents, cc qui aura pour effet d'augmenter le pouvoir isolant au niveau de ce contact.

Le matériau composite permet des isolements thermiques à des températures relativement élevées, supérieures à 5000C (cas de feuilles d'aluminium oxydées) et dans certains cas supérieures à 1000(,C (cas de feuilles de nickel oxydées) ; les isolements à ces températures restent supérieurs à ceux qu'on obtient à la température ambiante et aux basses tem pératures avec du liège expansé pur.

Le matériau composite comprend un certain nombre de couches oxyde-métal: avec un empile ment de cinq couches, on a déjà un isolement très intéressant. Le matériau peut revêtir l'aspect de feuilles, rubans ou bandes, chaque feuille, ruban ou bande étant composé d'un nombre variable de cou ches oxyde-métal empilées.

Les feuilles pourront être utilisées pour isoler des panneaux. On pourra utiliser plusieurs fois l'épais seur du matériau en juxtaposant plusieurs feuilles pour former une plaque.

Les bandes ou rubans peuvent être utilisés, par exemple, pour isoler des tubes par enroulement héli coïdal avec ou sans chevauchement d'un ou plusieurs bandes ou rubans.

L'empilement des différentes couches métal- oxyde peut être réalisé seulement lorsque l'on entoure l'objet à isoler;

on met alors en oeuvre soit une feuille ou bande ou ruban élémentaire unique métal-oxyde de façon à former plusieurs couches, par exemple par pliage ou par enroulement de la couche précédente à chaque tour, soit successivement plusieurs feuilles ou bandes, ou rubans élémentaires de façon à former également plusieurs couches, par exemple par enroulement.

L'aptitude à la déformation du matériau permet une mise en forme commode des feuilles, bandes ou rubans.

Dans une réalisation particulière de l'invention, le matériau composite est formé par empilement de feuilles d'aluminium, d'alliages d'aluminium ou de frittés d'aluminium oxydés anodiquement sur leurs deux faces. Sous forte pression, de l'ordre de 25 atmosphères, et à une température de l'ordre de 500C,

le matériau présente encore un très bon iso lement caractérisé pair un coefficient de conductibi- lité thermique de 4 - 10-4 cal/cm/s/oC.

Ce grand pouvoir d'isolement thermique joint à une faible section efficace d'absorption des neutrons rend ce matériau particulièrement intéressant dans les réacteurs nucléaires.

Dans une autre forme d'exécution, le matériau composite est constitué de feuilles de nickel oxy dées : ce matériau garde un très bon: pouvoir isolant ainsi qu'une bonne tenue mécanique à des tempéra tures élevées de l'ordre de 1000 C.

En se référant aux figures schématiques 1 à 3 ci-jointes, on va décrire ci-après divers exemples donnés, à titre non limitatif, de mise en oeuvre du matériau composite isolant thermique à très faible conductibilité thermique, même à des températures élevées, et possédant une bonne aptitude à la défor mation.

Les exemples I et Il sont relatifs à des matériaux composites formés par l'empilement de feuilles d'alu minium oxydées sur leurs deux faces ; le coefficient de conductibilité thermique à une température d'en viron 500C, a une valeur de l'ordre de 4 .10-4 cal/ cm/s/oC.

Le matériau composite du premier exemple est formé de cinq feuilles ; celui du second exemple de dix feuilles.

La fig. 1 représente les courbes donnant, en fonc tion de la pression, la chute totale de température à travers chacun de ces matériaux pour un flux de chaleur de 10 W/cm2. Exemple 1: 5 feuilles d'aluminium fritté SAP d'épaisseur ini tiale égale à 120-130 #t ont été oxydées anodiquement sur leurs deux faces : l'épaisseur des films d'oxyde est de 50 R,.

Le pouvoir d'isolement thermique du matériau obtenu par l'empilement de ces cinq feuilles est très bon, bien que l'épaisseur du matériau soit faible (en viron 0,7 mm) : on voit sur la fig. 1 que la chute de température est de l'ordre de 300C pour une pres- Sion de 1 kg/cm;' et de 2001)C pour une pression de 25 kg/cm'.

Exemple II: 10 feuilles d'aluminium oxydées obtenues de la même façon que dans l'exemple 1 sont empilées ; le matériau composite obtenu a une épaisseur d'environ 1,5 mm et l'on voit, en se référant à la fig. 1, qu'il permet un isolement correspondant à une chute de température de l'ordre de 500 C pour une pression de 1 kg/cm2 et de 3500C pour une pression de 25 kg/cm .

La fig. 2 représente une plaque isolante 1 formée par l'empilement d'une vingtaine de feuilles élémen taires oxyde-métal.

La fig. 3 représente un tube 2 que l'on isole au moyen d'un ruban 3 que l'on enroule avec chevau chement des différentes spires (recouvrement à cha que tour égal à 1/5 de la largeur du ruban), ce ruban étant lui-même constitué par une ou plusieurs feuilles métal-oxyde de façon à réaliser un empilement de 5, 10, ou 15, etc., couches métal-oxyde.

Claims

REVENDICATION Matériau composite isolant thermique à très fai ble conductibilité thermique même à des températu res élevées et possédant une bonne aptitude à la déformation, caractérisé par au moins une couche se présentant sous forme d'une feuille ou d'un ruban, chaque couche dont l'épaisseur est au plus de 0,2 mm étant formée d'un film, métallique et sur au moins une face de celui-ci, d'un film. d'oxyde dur ou mou, continu et adhérant au métal sous-jacent.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Matériau selon la revendication, caractérisé en ce que le métal de l'oxyde est identique à celui cons tituant le film métallique. 2. Matériau selon la revendication, caractérisé en ce que le métal de l'oxyde est différent de celui du film métallique. 3.

Matériau selon la revendication, caractérisé en ce que chaque couche est formée par l'oxydation, sur au moins une de ses faces d'une feuille mince de métal d'alliage ou de métaux élaborés à partir de poudres frittées. 4. Matériau selon la revendication, caractérisé en ce que les films d'oxyde et de métal sont obtenus par oxydation anodique sur au moins une de ses faces d'une feuille mince d'aluminium. 5.

Matériau selon la revendication, caractérisé en ce que les fihns dioxyde et de métal sont obtenus par oxydation d'une feuille mince de- nickel sur au moins une de ses faces. 6. Matériau selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs couches appliquées suc cessivement sur l'objet à isoler.