BE1006012A5 - Methode de moulage d'un revetement en ceramique pour orifice d'echappement. - Google Patents
Methode de moulage d'un revetement en ceramique pour orifice d'echappement. Download PDFInfo
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Abstract
Cette méthode consiste à mouler un revêtement en céramique pour orifice d'échappement à partir d'un matériau en céramique par coulage par écoulement. La suspension du matériau céramique est soumise à une pression de 5 kgf/cm2 ou plus dans un moule. La méthode consiste étalement à effectuer le moulage en transformant le moule par réduction d'un certain volume de l'ordre de 0,3 à 1,0 % dans la direction de constriction appliquée. Cette méthode permet d'obtenir un revêtement en céramique pour orifice d'échappement ne présentant ni déformation ni irrégularité d'épaisseur.
Description
<Desc/Clms Page number 1> DESCRIPTION Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement La présente invention concerne une méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement destiné à garnir un orifice d'échappement tel qu'une conduite et un collecteur d'échappement dans un moteur essence ou diesel. Au cours de ces dernières années, la pollution de l'environnement par les gaz d'échappement des automobiles est devenu un grave problème social. Bien que des mesures soient généralement prises en vue d'éliminer par un catalyseur les matières toxiques contenues dans les gaz, il est souhaitable, du point de vue des ressources naturelles et des coûts, de réduire l'utilisation de métaux précieux tel que le Pt et le Rh utilisés comme catalyseur. En outre, les moteurs à 4 soupapes de plus en plus utilisés au cours des dernières années, souffrent d'une détérioration de la propriété purificatrice d'un catalyseur par suite de la chute de la température des gaz d'échappement. Pour résoudre ces problèmes, il est proposé d'élever la température des gaz d'échappement en exploitant la fonction adiabatique d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement dont est garni l'orifice d'échappement du moteur. Le revêtement en céramique pour orifice d'échappement dans la présente invention est produit par coulage par écoulement, généralement avec un moule en gypse ou autre. Les figures <Desc/Clms Page number 2> 1 et 2 présentent un revêtement pour orifice d'échappement en forme de fourche comprenant 2 orifices, l'orifice 3a et l'orifice 3b et une sortie d'échappement 4 et contenant deux passages 2. Ce type de revêtement en céramique pour orifice d'échappement a tendance à s'amincir à hauteur du point de bifurcation 5, qui est particulièrement susceptible de subir des dommages. Le coulage sous pression est traditionnellement connu sous le nom de"coulage en barbotine"et est généralement adopté sous forme d'un coulage en barbotine solide. Toutefois il a rarement été appliqué au coulage par écoulement, surtout pour former un revêtement en céramique pour orifice d'échappement en forme de fourche. Par conséquent, des facteurs tels que la pression adéquate lors du moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement ont rarement été étudiés. RESUME DE L'INVENTION Un objet de la présente invention consiste à fournir un revêtement en céramique pour orifice d'échappement sans risque de dommage pendant le coulage ou en cours d'utilisation en appliquant le coulage en barbotine sous pression au coulage par écoulement et en réglant adéquatement la pression. La présente invention consiste à fournir une méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement à partir d'un matériau céramique par coulage par écoulement, caractérisée par la mise sous pression de la suspension comprenant la céramique à 5 kgf/cm2 ou plus dans le moule. Dans la présente invention, il est recommandé que le <Desc/Clms Page number 3> diamètre des pores du moule soit 5 à 75 fois supérieur au diamètre moyen des poudres céramiques à mouler afin d'éviter que la suspension ne traverse le moule. La présente invention fournit également une méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement à partir d'un matériau céramique par coulage par écoulement, caractérisée en ce que le moulage est accompli en transformant le moule par réduction d'un certain volume de l'ordre de 0,3 à 1, 0% dans la direction de constriction appliquée. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre une vue en perspective représentant un exemple de revêtement en céramique pour orifice d'échappement. La figure 2 illustre une vue d'en haut représentant un exemple de revêtement en céramique pour orifice d'échappement. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement dans la présente invention consiste à spécifier la pression pendant le déroulement du moulage par écoulement. Concrètement, le coulage par écoulement est adopté pour la présente invention et la suspension à mouler est soumise à une pression de 5 kgf/cm2 ou plus, de préférence EMI3.1 2 10 kgfjcm2. Si la pression est inférieure à 5 kgf/cm2, un corps moulé est déformé et présente une mince bifurcation où une fissure est susceptible de se produire lors de la <Desc/Clms Page number 4> combinaison du corps moulé à l'intérieur du métal à garnir par insertion métal-céramique. Dans la présente invention, il est également recommandé d'effectuer le moulage de sorte que le moule soit transformé par réduction d'un certain volume de l'ordre de 0, 3% à 1, 0%. Lorsque le degré du volume à réduire est inférieur à 0, 3%, la continuité du moule se détériore dans la portion où les parties du moule sont reliées, ce qui entraîne des fissures lorsque le revêtement pour orifice d'échappement obtenu est combiné à l'intérieur d'un métal (insertion métal-céramique). Lorsque le degré du volume à réduire est supérieur à 1,0%, l'ensemble du moule subit une transformation excessive qui entraîne parfois des dommages. L'extérieur du moule est de préférence réalisé sous vide et l'arête formant les lignes de joint du moule n'est de préférence pas émoussée. Il est également recommandé dans la présente invention que la suspension à adopter présente une teneur en eau de 13 à 30% en poids et une viscosité de 0,5 à 10 poises. Pour le moule, une résine poreuse ou une céramique poreuse sont idéales. Un moule d'un diamètre moyen des pores pratiquement aussi grand que le diamètre moyen des poudres céramiques à couler a été adopté car le moule a pour fonction de filtrer seulement le milieu dans la suspension composée d'un mélange de poudre céramique et d'eau. Toutefois, il a été découvert qu'un problème réside dans le fait qu'un tel moule dont seule la faculté de filtrage est prise en considération entraîne l'irrégularité de l'épaisseur du corps moulé si la perméabilité à l'eau du <Desc/Clms Page number 5> moule est partiellement inégale. La présente invention a résolu ce problème en spécifiant que le diamètre moyen des pores à la surface du moulage du moule devait être 5 à 75 fois, de préférence 10 à 50 fois supérieur au diamètre moyen des particules de poudre céramique. En d'autres termes, il a été découvert que si le diamètre moyen des pores à la surface du moulage du moule était fixé à 5 à 75 fois, de préférence 10 à 50 fois le diamètre moyen des particules de poudre céramique, les pores du moule sont bouchés de poudre céramique dans les premiers stades du moulage pour rendre le diamètre des pores essentiellement petit. En outre comme ils sont bouchés seulement à l'extrême surface de moulage du moule, la perméabilité élevée à l'eau avant le bouchage est maintenue après cette opération. Par ailleurs l'étape au cours de laquelle un milieu tel que l'eau traverse la couche d'une précipitation de céramique détermine la vitesse, ce qui n'entraîne pas d'irrégularité de lité- paisseur même si le moule présente une perméabilité à l'eau irrégulière. Si le diamètre moyen des pores à la surface de moulage du moule est inférieur à 5 fois le diamètre moyen des particules de poudre céramique, le problème susmentionné n'est pas résolu de manière satisfaisante. Si le diamètre moyen des pores à la surface de moulage du moule est supérieur à 75 fois le diamètre moyen des particules de poudre céramique, la suspension est susceptible de traverser le moule lorsqu'il est pressurisé parce que les pores ne sont pas bouchés. Afin de boucher les pores du moule dans les premiers <Desc/Clms Page number 6> stades du moulage, il est préférable que la pression sur la suspension soit contrôlée pour atteindre 2 kgf/cm2 ou moins jusqu'à ce que la précipitation de la poudre céramique soit terminée. Le diamètre moyen des pores de ce type de moule peut être réglé plus efficacement en appliquant un bouche-pores seulement sur la surface de moulage du moule. Un bouchepores qui se compose d'un pigment (poudre solide) et d'une matière d'extension de la couleur (substance filmogène) comme la peinture ou l'un ou l'autre peut être adopté. La poudre solide a été choisie parmi les fibres synthétiques, le carbone, la céramique, les métaux, etc. L'agent filmogène a été choisi par exemple parmi les fibres synthétiques, les polymères contenant un oxyde métallique, etc. Ces deux sélections s'opèrent en fonction du moule et de la matière à mouler. La matière à mouler peut être un matériau céramique contenant du titanate d'aluminium, de la mullite ou autre, comme principal ingrédient bien qu'un matériau céramique contenant du titanate d'aluminium soit recommandé. Il est particulièrement recommandé que le matériau contienne du titanate d'aluminium dans des proportions de 65% ou plus en poids comme phase cristalline, le diamètre moyen des particules du cristal étant de 10 micromètres ou plus, le EMI6.1 module de Young allant de 50 à 2000 kgf/mm2, la résistance à la flexion de 0, 5 à 5, 0 kgf/mm2, et la porosité de 5 à 35%. EXEMPLE La présente invention est décrite plus en détail en renvoyant à un exemple. Toutefois, elle n'est nullement limitée audit exemple. <Desc/Clms Page number 7> Exemple 1 Un agent peptisant d'oxyde de polycarbonate dans une proportion de 0, 5% en poids et de l'eau dans une proportion de 14% en poids sont ajoutés à un matériau de titanate d'aluminium ayant une composition de 49,0 % d'Alz03'45, 5% de TiOp, 1,5% de Fe203, 4, 0% de SiO en poids et un diamètre moyen des particules variant comme le montre le tableau 1. Ensuite, un liant d'une résine d'acide acrylique est ajouté dans une proportion de 4, 5% en poids pour obtenir une suspension d'une viscosité de 3 poises. La suspension a été injectée dans le moule d'une résine poreuse par une pression illustrée au tableau 1 et drainée après avoir été précipitée pendant un certain temps. Les différents types de pièces de test en forme de fourche obtenus par ce 'coulage par écoulement'ont été séchés et ensuite frittés pour obtenir des pièces de test en forme de revêtement en céramique pour orifice d'échappement (numéros 1-8). En ce qui concerne le test n 1, le temps de coulage était 12% supérieur à celui du test n 2. Les pièces de test présentaient une résistance à la flexion de 3,5 kgf/mrn, un module de Young de 2000 kgf/mm et une porosité de 15%. Les pièces de test ont été évaluées en considérant le degré d'impossibilité pour les particules de traverser le moule, le degré de déformation causé par la minceur à hauteur du point de bifurcation et l'irrégularité de l'épaisseur. Le diamètre moyen des poudres utilisées comme matériau a été mesuré par une méthode de diffraction au laser (CILAS 850 de CILAS ALCATAL SA) et le diamètre moyen des pores du moule a été mesuré par une méthode de chargement du mercure <Desc/Clms Page number 8> par pression (porosimètre modèle 2000 de Carloerba Company). Dans l'étude de la pénétration de la suspension dans une conduite de drainage de l'eau filtrée, l'évaluation a été attribuée comme suit : 0 pour une teneur en matières solides inférieure à 1% dans l'eau filtrée, résultat excellent, '#' pour une teneur de 1%-3%, résultat satisfaisant pour un usage pratique et'X'pour 3% ou plus, résultat insuffisant. L'irrégularité de l'épaisseur a été évaluée en fonction de la différence d'épaisseur au point de bifurcation et à la portion la plus épaisse, 10 1 pour une différence de - 015 mm, résultat excellent,, A'pour une différence de 0,5 mm-1 mm, résultat satisfaisant pour résister à un usage pratique et'X'pour une différence de 1 mm, résultat insuffisant. <Desc/Clms Page number 9> Tableau 1 EMI9.1 <tb> <tb> Test <SEP> n <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <tb> Diamètre <SEP> moyen <SEP> des <SEP> poudres <SEP> céramiques <tb> ( m) <SEP> : <SEP> A <SEP> 0.40 <SEP> 0:40 <SEP> 0.40 <SEP> 0.73 <SEP> 0.40 <SEP> 0.40 <tb> Diamètre <SEP> moyen <SEP> des <SEP> poudres <SEP> céramiques <tb> ( m) <SEP> : <SEP> B <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP> 7 <SEP> 30 <SEP> 40 <tb> B/A <SEP> 2.5 <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> 75 <SEP> 100 <tb> Pression <SEP> (kgf/cm2) <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 15 <tb> Amincissement <SEP> du <tb> point <SEP> de <SEP> bifurcation <SEP> # <SEP> # <SEP> X <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> Inegalite <SEP> de <SEP> l'épaisseur <SEP> X <SEP> # <SEP> - <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> Evaluation <tb> Degré <SEP> de <SEP> déformation <SEP> X <SEP> # <SEP> X <SEP> X <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> poundre <tb> dans <SEP> le <SEP> liquide <SEP> filtré <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> X <tb> <Desc/Clms Page number 10> Comme le montrent les résultats du tableau 1, les pièces qui présentent peu de déformations ou d'irrégularités de l'épaisseur sont obtenues à partir de la suspension soumise à une pression de 5 kgf/cm2 tandis que la pièce obtenue à partir de la suspension soumise à une pression de 3 kgf/cm2 n'a pas été suffisamment moulée pour être évaluée. Les particules ont à peine traversé le moule lorsque le diamètre moyen des pores (B) du moule était 5 à 75 fois supérieur au diamètre moyen (A) des poudres céramiques, tandis que le corps obtenu était irrégulier et s'amincissait particulièrement à hauteur du point de bifurcation lorsque le rapport B/A était de 2,5. Lorsque le rapport B/A était de 100, le corps moulé n'était pas suffisamment moulé pour être évalué puisque les particules traversaient le moule. Exemple 2 Un agent peptisant d'oxyde de polycarbonate dans une proportion de 0,5% en poids et de l'eau dans une proportion de 14% en poids ont été ajoutés à un matériau de titanate d'aluminium ayant une composition de 49,0% d'aide 45,5% de TiO2, de 1,5% de Fende 4,0% de Si02. Ensuite, un liant d'une résine d'acide acrylique a été ajouté dans une proportion de 4,5% en poids pour obtenir une suspension d'une viscosité de 3 poises. La suspension a été injectée dans le moule de résine poreuse par pression et drainée après avoir été précipitée pendant un certain temps. Les différents types de pièces de test en forme de fourche qui varient en épaisseur en fonction du degré de réduction de volume du moule et du temps de moulage comme le montre le tableau 2 ont été séchés et ensuite frittés pour obtenir des pièces de test comme revêtement céramique pour orifice d'échappement (numéros 1-7). La pression appliquée à la EMI10.1 2 suspension était de 20 kgf/cm2. <Desc/Clms Page number 11> Les pièces de test présentaient une résistance à la flexion de 3,5 kgf/mm2, un module de Young de 2000 kgf/mm2 et une porosité de 15%. Les pièces de test ont été combinées à l'intérieur d'un alliage d'aluminium d'une épaisseur de 7 mm (insertion métal-céramique), leurs propriétés en tant qu'insert et leurs propriétés adiabatiques ont été évaluées. La propriété adiabatique a été évaluée en mesurant la température de la surface interne de l'aluminium à hauteur du point de bifurcation lorsque du gaz propane d'échappement à une température de 700 C a été envoyé par les galeries dans les pièces de test. L'évaluation se présentait comme suit :'0'pour une température mesurée de 350 C au moins à X pour une température supérieure à 350 C. Les résultats figurent dans le tableau 2. <Desc/Clms Page number 12> Tableau 2 EMI12.1 <tb> <tb> Pièce <SEP> de <SEP> test <SEP> n <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <tb> Volume <SEP> réduit <SEP> par <SEP> constriction <SEP> (%) <SEP> 0.4 <SEP> 0.1 <SEP> 0.3 <SEP> 0.8 <SEP> 1.0 <SEP> 1.2 <SEP> 0.5 <tb> Temps <SEP> de <SEP> moulage <SEP> (secondes) <SEP> 57 <SEP> 65 <SEP> 65 <SEP> 65 <SEP> 65 <SEP> 65 <SEP> 147 <tb> Epaisseur <SEP> maximale <SEP> (mm) <SEP> 2.8 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4.5 <tb> Epaisseur <SEP> minimale <SEP> (mm) <SEP> 2.0 <SEP> 1.5 <SEP> 2.0 <SEP> 2.5 <SEP> 2.7 <SEP> 2.7 <SEP> 3.5 <tb> Epaisseur <SEP> maximale/epaisseur <SEP> minimale <SEP> 1.4 <SEP> 2 <SEP> 1.5 <SEP> 1.2 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1 <SEP> 1.3 <tb> Formation <SEP> de <SEP> fissures <SEP> pendant <tb> l'insertion <SEP> métal-céramique <SEP> absente <SEP> présente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <tb> Transformation <SEP> excessive <SEP> (dommage) <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <SEP> absente <tb> Effet <SEP> adiabatique <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <tb> Evaluation <SEP> totale <SEP> # <SEP> X <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> X <SEP> # <tb> <Desc/Clms Page number 13> Comme le montrent les résultats illustrés dans le tableau 2, lorsque le volume du moule réduit par constriction est inférieur à 0, 3%, la partie la plus mince du revêtement en céramique pour orifice d'échappement obtenu est plus mince que l'épaisseur donnée et le rapport de l'épaisseur maximale à l'épaisseur minimale (épaisseur maximale/épaisseur minimale) de chaque revêtement pour orifice d'échappement est supérieur à la valeur indiquée en 1.5. Par contre, lorsque la réduction de volume du moule par constriction dépasse 1,0%, le moule subit une déformation. Lorsque la partie la plus mince du revêtement en céramique pour orifice d'échappement obtenu est inférieure à 2 mm, la formation de fissures est observée par suite de l'insertion métal-céramique et la propriété adiabatique fait défaut. Par contre, la partie la plus épaisse du revêtement en céramique pour orifice d'échappement obtenu est supérieure à 4,5 mm, le temps consacré au moulage est trop long, ce qui entraîne une augmentation des coûts. Il s'est donc avéré préférable que le rapport de l'épaisseur maximale à l'épaisseur minimale (épaisseur maximale/épaisseur minimale) de chaque revêtement pour orifice d'échappement soit de 1,5 ou moins. Exemple 3 Une pièce de test pour revêtement en céramique pour orifice d'échappement de 3 mm d'épaisseur a été obtenue de la même façon que dans l'exemple 2 excepté le fait que la mullite a été utilisée comme matériau céramique. A partir de la mesure de sa propriété adiabatique de la même manière que dans l'exemple 2, cette pièce s'est avérée présenter le même effet adiabatique que le revêtement en céramique pour l'orifice d'échappement obtenu dans l'exemple 2. <Desc/Clms Page number 14> EMI14.1 La pièce de test présentait une résistance à la flexion de 8 kgf/mm, un module de Young de 9500 kgf/mm2 et une porosité de 10%.
Claims (5)
- REVENDICATIONS 1. Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement comprenant : la préparation d'une suspension de matériau céramique ; la préparation d'un moule dont les pores présentent un diamètre moyen 5 à 75 fois supérieur au diamètre moyen des poudres céramiques à mouler ; l'introduction de ladite suspension dans ledit moule sous une pression de 2 kgf/cm2 ou moins au cours des premiers stades du moulage jusqu'à ce que la précipitation de la poudre céramique soit terminée ; et la pressurisation de ladite suspension à une pression de 5 kgf/cm2 ou plus lorsque la précipitation de la poudre céramique est terminée pour mouler ladite suspension en une forme ou une configuration souhaitée tout en laissant le reste de ladite suspension s'écouler dudit moule.
- 2. Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement selon la revendication 1 dans laquelle ladite suspension est soumise à une pression de 10 kgf/cm2 ou plus lorsque la précipitation de la poudre céramique est terminée.
- 3. Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle le diamètre moyen des pores dudit moule est 10 à 50 fois supérieur au diamètre moyen des poudres céramiques à mouler.
- 4. Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement comprenant : la préparation d'une suspension de matériau céramique ; l'introduction de ladite suspension dans un moule, le <Desc/Clms Page number 16> moule étant transformé par réduction de son volume de 0,3 à 1,0 % dans la direction de constriction appliquée pour mouler ladite suspension en une forme ou une configuration désirée, tout en laissant le reste de ladite suspension s'écouler dudit moule.
- 5. Méthode de moulage d'un revêtement en céramique pour orifice d'échappement selon la revendication 1 ou la revendication 4 dans laquelle ledit matériau céramique est le titanate d'aluminium.
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