Revêtement en céramique
La présente invention se rapporte à un revêtement en céramique d'un élément de support résistant à l'usure, destiné notamment à supporter le tamis métal.
lique d'une machine à fabriquer le papier.
Dans beaucoup de procédés industriels, on fait un emploi étendu de structures porteuses. Tel est le cas dans l'industrie du papier qui utilise en général le procédé Fourdrinier pour la production du papier. Dans ce procédé, de la pulpe à papier est distribuée à un tamis métallique tournant de façon continue, par lequel l'eau s'égoutte de la pulpe pour permettre la formation d'une toile de fibres s'entremêlant. La pulpe est d'abord déposée par une boîte supérieure sur le dessus du tamis mobile horizontalement à proximité d'une planche de formage immobile disposée pour porter contre le dessous du tamis. Cette planche empêche un écoulement trop considérable d'eau à travers le tamis pour contrôler l'orientation initiale des fibres de pulpe sur le tamis.
Audelà de la planche de formage, également sur le dessous du tamis, se trouvent diverses feuilles qui sont utilisées pour évider les gouttelettes d'eau qui s'écoulent à travers le tamis et s'amassent sur le dessous de celui-ci. Une évacuation d'eau supplémentaire s'effectue par des caisses aspirantes qui coopèrent avec le dessous du tamis.
La planche de formage, les feuilles et les caisses aspirantes sont toutes des éléments porteurs qui supportent le tamis qui tend à ployer entre ces supports écartés l'un de l'autre par suite du poids de la pulpe sur le dessus du tamis. Ils sont ainsi sujets à une certaine usure.
Cette usure provient du contact à frottement entre le tamis et les éléments porteurs et par suite de particules abrasives dans la pulpe qui est déposée sur le tamis.
Ces particules sont crées au moment où la bûche est broyée par des roues abrasives pour former la pulpe.
A mesure que la pulpe est transportée par le tamis, certaines des particules abrasives traversent le tamis et entrent en contact avec les surfaces porteuses et engendrent une usure considérable,
Afin de réduire l'usure qui accompagne nécessairement les procédés de fabrication de papier, il a été proposé dans les brevets français No 1277830, américain
No 3067816 et britannique No 894103 de prévoir un couvercle de caisse aspirante avec une matière céramique dense. Ce revêtement pourrait être appliqué par pulvérisation mais la technique préférée consistait à serrer contre le couvercle une partie en céramique formée séparément.
Il a également été proposé de prévoir d'autres éléments porteurs avec des surfaces en céramique (brevet britannique No 1051714 publié le 21 décembre 1966 et brevet belge No 633650). Egalement, une surface porteuse peut être revêtue en appliquant par projection à la flamme une couche de céramique, en particulier un oxyde réfractaire (brevet belge No 633650 et brevet britannique NO 1051713).
Les surfaces en céramique ainsi formées sont généralement liées mécaniquement à la substructure de base, par exemple par le liant résultant d'un enduisage par pulvérisation, quoique l'emploi d'agents liants tels que les résines époxy soit proposé dans le brevet américain No 3067816 où on utilise une partie en céramique formée séparément. Toutefois, on a trouvé qu'une séparation érosive peut avoir lieu entre la substructure des éléments porteurs et la partie en céramique par suite de l'eau s'égouttant du tamis.
Dans le cas de matières en céramique, en particulier les oxydes réfractaires appliqués par pulvérisation par flamme, le revêtement est avantageux du point de vue de la résistance à l'usure. Toutefois, en général la surface produite est assez rugueuse, nécessitant ainsi un polissage, et la pulvérisation doit être contrôlée avec soin pour éviter les ondulations.
La présente invention permet de pallier ces inconvénients. Le revêtement faisant l'objet de cette invention est caractérisé en ce qu'il est constitué par un matériau en céramique stratifié.
Le procédé de fabrication de ce revêtement est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on pulvérise à la flamme une matière réfractaire sur la surface intérieure lisse d'un moule, cette surface intérieure correspondant à la surface porteuse du revêtement en céramique, et on forme, par cette pulvérisation à la flamme, un revêtement constitué par un matériau céramique stratifié composé de couches transversalement déposées de la matière réfractaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'invention.
La fig. I est une vue en perspective d'une machine de fabrication de papier.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une structure porteuse pour la machine de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective d'un moule pour préformer le revêtement de la structure de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en perspective de la structure composite de la fig. 2 dans le moule de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue en perspective d'un moule montrant la formation d'un revêtement qui ne convient pas pour être employé avec une structure porteuse.
La fig. 6 est une vue en perspective d'un moule pour une feuille pour une machine à fabriquer le papier.
Le revêtement de la présente invention est de préférence préformé et est ensuite lié à une structure de support aménagé sur le côté arrière de la surface porteuse. La matière liante peut également servir à remplir tous vides entre le revêtement préformé et la substructure afin d'éliminer l'effet indésirable d'ondulations de surface qui existent particulièrement sur une surface pulvérisée par flamme.
On a remarqué en particuler que le revêtement formé en pulvérisant par flamme une matière en céramique, spécialement un oxyde réfractaire, peut être considérablement perfectionné en l'amassant sur une surface unie de sorte que la première partie pulvérisée sera la surface porteuse finale. Ceci est un développement surprenant puisque l'un des avantages antérieurs de la technique de pulvérisation par flamme était considéré comme étant l'application directe à l'élément porteur pour former le revêtement sur celui-ci.
La céramique telle qu'employée dans cette technique s'applique aux matières denses ayant généralement une densité de 80 % ou plus de densité théorique et une dureté considérable, par exemple une dureté de 7 ou plus selon l'échelle de Mohs. Le terme oxyde réfractaire est employé pour plus de commodité pour définir la classe d'oxydes étant donné qu'on a trouvé qu'un oxyde réfractaire avec un point de fusion dépassant 10000 C possède les propriétés désirables de résistance à l'usure.
Les propriétés de ces matières en céramique sont bien connues aux gens du métier et s'il y existait une matière quelconque qui répondrait aux définitions ci-dessus mais ne serait pas suffisamment résistante à l'usure pour le but de la présente invention, alors une telle matière ne fait pas partie de la présente invention.
Dans certaines circonstances la surface du revêtement dans le voisinage du surplomb est disposée à un angle par rapport à la surface porteuse principale, pré- férablement de moins de 90 . Ceci est le cas dans la fabrication du papier, par exemple, pour faciliter la pose de structures porteuses par rapport à des rouleaux et pour permettre une évacuation efficace de l'eau traversant un tamis Fourdrinier.
Le revêtement en oxyde de céramique lié à une substructure est un composé formé avantageusement par une succession de particules fondues entremêlées qui ont été refroidies in situ pour devenir des lames qui commencent au coin du surplomb. Chaque lame est posée de façon à s'étendre en général transversalement par rapport au sens de mouvement de l'élément, tel qu'un tamis Fourdrinier. qui portera contre la surface du composé.
Pour préformer le revêtement, on utilise un moule durable qui peut être fini pour avoir une surface relativement unie, par exemple un moule fabriqué en acier.
La surface intérieure du moule, qui est proportionnée suivant la surface extérieure complète de la structure porteuse formée par le revêtement, est suffisamment sablée pour que le revêtement puisse adhérer à celle-ci.
Le revêtement est appliqué par pulvérisation par flamme d'une tige réfractaire ou en céramique qui est placée dans un support, ou canon, et fondue par une flamme oxyacétylène. Un jet d'air cisaille le bout fondu de la tige, formant un courant d'étincelles dont les particules individuelles sont refroidies in situ sur la surface du moule. Chaque coin intérieur du moule est pulvérisé d'abord sur sa longueur transversale entière pour former une couche de particules refroidies pour produire les lames décrites. D'autres lames sont formées en se dépla çant vers l'extérieur depuis le coin et en faisant une succession de passes transversales avec le canon sur la surface intérieure du moule. Le résultat est un revêtement composé consistant en d'innombrables lames entremêlées transversalement.
Après la pulvérisation une matière liante est appliquée au revêtement et la substructure y est fixée. La structure composite ainsi formée, y compris le revêtement en céramique, est libérée du moule en tapant légèrement pour produire un effort de cisaillement entre la surface pulvérisée et le moule.
Pour s'assurer que la structure composite puisse être libérée facilement du moule, il est usuellement avantageux d'appliquer une mince pellicule de barrage, par exemple le Teflon, à la surface intérieure du moule avant de pulvériser le revêtement en oxyde de céramique. La pellicule de barrage est suffisamment mince pour ne pas gêner l'adhésion initiale du revêtement en céramique à la surface intérieure du moule. La pellicule est toutefois assez épaisse pour empêcher la matière liante, par laquelle le revêtement est fixé à la substructure, de provoquer une adhésion au moule.
Se référant au dessin, la machine 10 pour la fabrication de papier représentée sur la fig. 1 illustre l'inver.- tion. Une boîte supérieure 11, contenant de la pulpe à papier, est employée pour appliquer la pulpe à un tamis
Fourdrinier 12, qui tourne de façon continue sous l'impulsion d'un rouleau 13. A proximité de la boîte supérieure le tamis est enroulé autour d'un tambour 14 tournant librement. A côté du tambour 14, sur le dessous du tamis 12, se trouve une planche de formage 20, qui constitue une structure porteuse. Au-delà de la planche de formage 20 se trouvent des feuilles 40. On se rendra compte que les diverses planches de formage 20 et feuilles 40 peuvent être comprises dans un ou plusieurs éléments, et que, lorsqu'on le désire, les surfaces des feuilles peuvent être combinées avec une ou plusieurs des planches de formage.
On se rendra également compte qu'une installation Fourdrinier complète pour la fabrication de papier comprend des éléments composés supplémentaires, par exemple des rouleaux de support et des caisses aspirantes qui ne sont pas représentés sur la fig. 1.
Lorsque la pulpe à papier est déposée sur le tamis 12 à partir de la boîte supérieure 11 dans le voisinage de la planche de formage 20, le tamis ploie en passant d'un support à l'autre. En outre, au-delà de la première planche de formage 20, à proximité des feuilles 40 il y a un affaissement supplémentaire par suite du poids de la pulpe sur le tamis. Cet affaissement amène le tamis à être tiré par-dessus les bords avant des divers éléments 20 et 40. Par conséquent, ces éléments subissent une usure rapide qui peut être réduite par des revêtements de surface en oxyde de céramique.
Chaque structure revêtue a avantageusement un surplomb qui s'étend partiellement par-dessus le côté avant de la substructure associée, en partie, pour compenser l'affaissement du tamis 12 et, en partie, pour réduire la possibilité que l'eau s'écoulant à travers le tamis 12 ne pénètre jusque sous le revêtement et affaiblisse le joint entre la substructure et le revêtement.
D'une manière analogue au brevet belge No 633650 (brevet anglais No 1051713) un revêtement en céramique dure, qui est relativement imperméable à l'usure occasionnée par le tamis mobile 12, peut être pulvérisé par flamme sur la surface supérieure de chaque substructure en employant la technique divulguée dans le brevet américain NO 2707691. La surface qui en résulte convient par excellence du point de vue d'usure mais, à moins d'être contrôlée avec soin, peut nécessiter beaucoup de meulage et/ou polissage pour produire un fini approprié et relativement exempt de traction.
Toutefois, un revêtement approprié, comprenant un surplomb et nécessitant seulement un polissage limité, peut être produit en utilisant un moule auxiliaire pour former ce qui devient finalement la surface exposée ou porteuse du revêtement au lieu de la pulvériser sur la substructure.
Un produit typique est la planche de formage 20, représentée sous forme agrandie sur la fig. 2. La planche 20 comprend une substructure de base 21 qui peut être de toute matière appropriée, par exemple de l'acier ou du Micarta qui est le nom de fabrique d'un produit assez rigide et inerte en tissu laminé lié par une résine phénolique. Sur la surface supérieure et une partie du côté de la substructure 21 se trouve une couche 22 de matière liante telle que la résine époxy. Sur la matière liante se trouve un élément constituant intégrant sous forme d'un revêtement en oxyde de céramique 23.
Le revêtement d'oxyde est montré en détail pour représenter la façon dont ses couches laminaires sont entrefoliées. La première feuille 23-1 se trouve au coin de la planche de formage 20. Chaque couche successive est formée de feuilles qui s'étendent sur la longueur et la largeur de la surface porteuse qui sert comme planche de formage. On se rendra compte que les couches laminaires de la fig. 2 sont liées étroitement et en général de manière homogène de sorte que, pour des buts pratiques, le revêtement 23 est une couche unitaire mais légèrement poreuse.
Les couches laminaires de la couche en oxyde réfractaire de la fig. 2 sont formées par pulvérisation par flamme de la matière sous forme fondue dans un moule du type représenté sur la fig. 3. Le moule de la fig. 3 est un bloc métallique 50 dont les surfaces intérieures 51 et 52 ont le profil de la surface extérieure du revêtement 23 sur la planche de formage 20 de la fig. 2. Une couche d'un revêtement en oxyde métallique réfractaire peut être appliquée au moule 50 en pulvérisant par flamme l'intérieur du moule avec un canon 60 allumé par oxyacétylène. Le profil du canon 60 et des matières appropriées en oxyde métallique réfractaire pour le revêtement sont divulgués dans le brevet américain No 2707691.
Toutefois, à moins que l'oxyde métallique réfractaire ne soit appliqué convenablement, le revêtement préformé qui en résulte peut avoir des propriétés laissant à désirer au coin 53. Le canon 60 utilise un jet de gaz à vélocité élevée, lequel, s'il n'est pas utilisé de manière appropriée, tend à briser la couche désirée du revêtement 23 dans le voisinage du coin intérieur 53.
Pour produire un revêtement préformé 23 avec des coins appropriés, le revêtement est appliqué sous forme de jet de particules fondues, indiqué par la flèche en traits interrompus, en une couche transversale. La couche commence au coin 53 et s'étend dans le sens indiqué par la flèche en traits mixtes. En outre, la longueur du surplomb ou surface intérieure 52 du moule est proportionnée pour tenir compte de l'angle entre la surface 52 du surplomb et la surface supérieure 51. A mesure que l'angle devient inférieur à 90O, la longueur du surplomb 52 décroît afin de permettre aux gaz qui se précipitent, comme indiqué par les flèches en traits continus, par le canon de pulvérisation par flamme de s'échapper sans créer une turbulence excessive. Une telle turbulence gêne la formation d'une couche de coin unie s'étendant sur la longueur transversale du moule.
Selon un exemple donnant satisfaction, I'angle compris entre le surplomb 52 et la base 51 était de 75O et la longueur du surplomb était de 6 mu.
La technique complète pour appliquer le revêtement 23 dans le moule consiste à commencer par poser les particules fondues dans le coin 53 et à faire des passes transversales, posant lors de chaque passe une couche laminaire de particules fondues refroidies in situ d'une épaisseur appréciable comme indiqué par 23-1 sur la fig. 2. Cette couche laminaire est réalisée du fait que la tige en céramique du canon 60 est fondue par une flamme d'oxyacétylène et qu'un jet d'air cisaille le bout fondu de la tige, formant un courant d'étincelles de matière fondue qui est éteint ou refroidi in situ sur la surface en cours de pulvérisation.
Avant le dépôt du revêtement 23 dans le moule 50, il est désirable de préparer la surface intérieure 51 et 52 par une phase de léger soufflage. Ceci assure que les couches adhéreront au moule 50. Le sablage produit une rugosité qui suffit tout juste pour faire adhérer le revêtement en oxyde de céramique afin de réduire le polissage nécessaire après que le revêtement a été retiré du moule. Dans l'exemple décrit, on a trouvé qu'une alumine 120 pour sabler le moule a produit une rugosité satisfaisante.
De plus, le revêtement composé en céramique 23 est poreux jusqu'à environ 1 5S ou plus dépendant de la matière et de la manière de pulvériser avec le résultat que la matière liante, appliquée ultérieurement, peut filtrer à travers les pores du revêtement et former un liant supplémentaire entre le moule et la surface du revêtement pulvérisé. Pour éviter que ceci ait lieu, un agent de décharge est avantageusement appliqué à l'intérieur du moule après le sablage. Une matière de sagement appropriée est l'hydrocarbure floriné, tel que le poly tétrafluoroéthylène et les matières associées, une de celles-ci étant vendue sous la marque Teflon . La pellicule de décharge est avantageusement suffisamment mince pour qu'elle n'empêche pas l'adhérence du revêtement aux surfaces intérieures sablées du moule.
En outre, la pellicule de décharge a une telle composition que la petite quantité de matière liante 22 qui s'infiltre à travers le revêtement poreux, ne liera pas de manière adhésive le revêtement à la surface intérieure du moule.
Une mince pellicule d'un agent de décharge, qui puisse être appliquée au moyen d'un jet d'aérosol, a donné satisfaction.
Grâce aux surfaces intérieures relativement unies du moule 50, une épaisseur réduite du revêtement 23 peut être appliquée pour atteindre le même résultat que celui atteint en pulvérisant le revêtement directement sur une substructure, puisque moins de meulage et polissage est nécessaire par suite de la surface sensiblement plane produite sur la surface ultime qui devient la surface porteuse exposée. On a trouvé qu'une épaisseur de 40 mils a donné satisfaction dans l'exemple décrit çi-dessus de la forme d'exécution préférée.
Dès que l'épaisseur désirée du revêtement 23 est formée sur le moule 50 comme le montre la fig. 4, la substructure 21 est fixée au revêtement 23 pendant qu'il est retenu dans le moule, en appliquant une matière liante appropriée 22 à la surface du revêtement 23. Une résine époxy, telle que celle mise sur le marché et vendue sous la marque de fabrique Bond Master 777 > , a donné satisfaction. La substructure 21 est pressée contre la matière liante 22 jusqu'à ce que le revêtement en oxyde 23 épouse étroitement cette dernière. Le moule 50 est ensuite tapé légèrement dans un sens longitudinal pour libérer la structure composite 20.
On a souligné ci-dessus que les couches laminaires de la matière en oxyde réfractaire commencent au coin 53 du moule 50 de la fig. 3, et à moins que la couche laminaire ne soit contrôlée, le revêtement préformé peut posséder des caractéristiques peu satisfaisantes. La fig. 5 montre une couche formée de façon peu satisfaisante, où un revêtement en céramique 23' a été posé sur le moule en commençant au-dessus du coin 53. Il en résulte que les feuilles sont disposées orthogonalement dans le voisinage du coin 53 et que le revêtement a une tendance à se briser lors de son retrait du moule. De plus, le revêtement 23' tend à être moins durable et moins capable de résister à l'usure et à la charge appliquée sur le coin de la structure porteuse.
Une variante est représentée sur la fig. 6 dans laquelle un moule 70 est prévu pour former l'élément à plusieurs feuilles 40 pour l'installation de fabrication de papier de la fig. 1. Le moule 70 a trois coins intérieurs 71, 72 et 73, suivant le profil de la feuille 40 de la fig. 1. Toutefois, la profondeur de chacun de ces coins 71, 72 et 73 est proportionnée pour permettre la formation d'un revêtement laminaire durable respectif 41, 42 et 43 produit par le procédé préféré de pulvérin sation par flamme, tout en permettant aux gaz qui se précipitent d'un jet à flamme de s'échapper sans difficulté. Comme déjà decrit, la pulvérisation commcnce dans les coins 71, 72 et 73 et s'étend en couches transversales sur la surface du moule jusqu'à l'achèvement des revêtements successifs 41, 42 et 43.
Par la suite, une matière liante 44 est appliquée et la substructure 45 introduite dans le moule 70. Après séchage de la matière liante 44, l'élément composite 40 est dégagé du moule 70 en tapant sur le moule de la façon déjà décrite.
Quoique la présente description soit relative à la fabrication d'une planche de formage et de feuilles pour des machines Fourdrinier, il est évident que le revêtement décrit peut être utilement exploité dans tous les cas où un support plat ou à profil peut être nécessaire.
Ce revêtement peut être employé pour préparer la surface d'un couvercle pour une caisse aspirante telle que représentée dans le brevet belge No 633650 précité (brevet britannique No 1051713).