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. La présente invention est realtive a des baguet- tes d'oxyde de zirconium pour revêtir des articles,par projection à la flamme.
Un objet de l'invention est d'obtenir des revê- tements uniforme;sur des articles par le procédé de pro- jection à la flamme décrit dans le brevet U.S.A. n 2.707.691 accordé le 3 mai 1955 à W.M.Wheildon,Jr.
L'invention a encore pour objet des baguettes d'oxyde de zirconium de qualité supérieure destinées à être utilisées dans le procédé du brevet Wheildon. Un autre objet de l'invention est la production de baguettes ne donnant pas lieu à des éclaboussures.
L'invention a encore pour objets des baguettes pour ledit procédé de protection à la'flamme présentant une résistance accrue aux chocs thermiques et des baguet- tes fondant aisément sans effritement. L'invention a aussi pour objet l'élimination du bris de telles baguettes pendant la projection à la flamme, les tiges connues s'é- tant parfois complètement brisées, à tel point que des longueurs considérables de baguettes chaudes blanches étaient éjectées du pistolet de projection. Ces éjec- tions ont produit des brûlures de personnes.
D'autres objets de l'invention ressortiront de la description suivante ou y seront signalées.
L'invention concerne une baguette d'oxyde de zirconium fritté du type utilisé pour revêtir des arti- cles ou objets par projection à la flamme, dans laquelle baguettela majorité des cristaux d'oxyde de zirconium sont des cristaux cubiques ou tétragonaux, la baguette ayant une porosité de 8% à 4% de pores ouverts et reliés entre eux et un module de rupture supérieur à 2000 livres
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anglaises par pouce carré, l'oxyde de zirconium contenant, à part dés teneurs mineures en oxyde d'hafnium et en un oxyde stabilisateur, au moins 96 % d'oxyde de zirconium pur.
On a constaté qu'une baguette à grains grossiers se projette uniformément dans le pistolet et est supérieu- bien re à une baguette dense à grains fins,/que la résistance d'une baguette dense à grains fins soit plus grande. Ain- si, lorsqu'une baguette d'oxyde de zirconium est faite d'un mélange de zircone stabilisée fondue d'un calibre de 325 mailles ou moins, extrudée et cuite en un cône 35, on obtient une baguette très solide, dense et finement cristallisée. Une telle baguette peut être utilisée pour la projection à la flemme, mais des morceaux de la baguet- te, qui n'ont pas fondu, se brisent souvent et sont proje- tée par le jet d'air comprimé sur la surface à revêtir.
Les morceaux peuvent venir adhérer à ia surface et causer des défauts dans le revêtement, ou bien ils peuvent rebon- dir, auquel cas ils deviennent dangereux pour les person- nes et les objets environnants. La vitesse d'alimentation de la baguette et, par conséquent, la,vitesse de projectior doivent être maintenues faibles, lorsqu'on utilise ces ba- guettes denses. Même dans cette éventualité', une sépara- tion de morceaux de baguette (parfois appelée "effrite- ment", se produit.
On a constaté que l'emploi de baguettes à grains grossiers produites à partir de matières de départ à grains grossiers éliminent dans une forte mesure les ris- ques et produit de meilleurs revêtements. Des baguettes faites de zircone stabilisée d'un calibre de 90 mailles et moins ne s'effritent pas et se projettent de manière uniforme.
Une formule préférée pour les baguettes de zir-
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cone suivant l'invention est donnée dans le tableau sui- vant :
TABLEAU I
EMI3.1
<tb> Matières <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Zircone <SEP> stabilisée <SEP> fondue <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> calibre <SEP> de <SEP> grille <SEP> 90 <SEP> F. <SEP> Ce
<tb>
<tb>
<tb> calibre <SEP> correspond <SEP> à <SEP> 216 <SEP> mi-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> crons. <SEP> Il <SEP> s'agit <SEP> de <SEP> Zro,qui
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> a <SEP> été <SEP> fondu <SEP> au <SEP> four <SEP> électrique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> contient <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 6 <SEP> % <SEP> de <SEP> chaux
<tb>
<tb>
<tb> (CaO), <SEP> selon <SEP> le <SEP> brevet <SEP> U.S.A.
<tb>
<tb>
<tb> n 2.535.526.
<SEP> La <SEP> variété <SEP> pré-
<tb>
<tb>
<tb> férée <SEP> contient <SEP> 5 <SEP> % <SEP> de <SEP> chaux..75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Même <SEP> zircone <SEP> stabilisée <SEP> fondue,
<tb>
<tb>
<tb> dont <SEP> 90 <SEP> % <SEP> ont <SEP> un <SEP> calibre <SEP> de <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 50 <SEP> microns.
<SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Zircone <SEP> non <SEP> stabilisée <SEP> fondue
<tb>
<tb>
<tb> exempte <SEP> de <SEP> chaux <SEP> ajoutée <SEP> et <SEP> dont
<tb>
<tb>
<tb> 90% <SEP> ont <SEP> un <SEP> calibre <SEP> de <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb> microns <SEP> 10
<tb>
Le symbole F figurant après un, nombre, qui in- dique la dimension d'un tamis en mailles par pouce linéai- re, signifie que l'on n'a pas utilisé'un'tamis plus fin - et que 75 % de la matière est plus fine que le calibre indiqué (jusqu'à des matières fines impalpables).
EXEMPLE 1
100 parties en poids de la matière du tableau 1 sont mélangées à 17 parties en poids d'eau, à 1 partie en poids de dextrine et à 2 parties en poids. d'amidon de mais. Après malaxage intime, le mélange résultant est extrudé, de manière à former des baguettes. Après cuis- son, pour laquelle une tolérance de 3% du diamètre est admise pour la contraction, on obtient des baguettes ayant un diamètre de 1/8è de pouce ou de 3/16è de pouce. Les baguettes sont alors séchées et après séchage elles sont cuites à une température de cône 35, c'est-à-dire dans un four à cône 35, de façon à leur conférer le traitement thermique de cône 35. La cuisson a lieu de préférence à une température comprise entre celles correspondant aux
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c8nes 20 à 42.
Les baguettes sont alors prêtes à être utilisées dans le procédé du brevet Wheildon.
Une autre formule qui peut être utilisée pour les baguettes suivant l'invention est donnée dans le ta- bleau suivant :
TABLEAU II
EMI4.1
<tb> Matière <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Zircone <SEP> stabilisée <SEP> fondue
<tb> d'une <SEP> dimension <SEP> moyenne
<tb> de <SEP> 200 <SEP> microns <SEP> 54
<tb>
<tb> Zircone <SEP> stabilisée <SEP> d'une
<tb> dimension <SEP> de <SEP> 50 <SEP> microns
<tb> et <SEP> moins <SEP> 46
<tb>
EXEMPLE II
100 parties en poids de la matière de l'exemple II sont mélangées à 18 parties en poids d'eau, à 1 partie en poids de dextrine et à 2 parties en poids d'amidon de mais. La suite du traitement est la même que dans ltexem- ple I.
Une autre méthode utilisée pour produire une structure présentant la porosité désirée consiste à inelu- re dans le mélange une matière qui s'échappera lors de la cuisson et laissera des pores dans la baguette aux endroits où cette matière s'est dégagée. Parmi ces matières, on peut citer la sciure de bois, les coquilles de noix, le café ou les résines organiques. Des pores peuvent égale- ment être produits par l'introduction de matières qui se subliment, comme le para-dichlorbenzène.
Avec les pores produits artificiellement de cette manière, le calibre de la zircone en poudre utilisée peut être similaire à celui de la composition préférée ou bien il peut s'agir d'une poudre très fine'., Une formule pour produire une baguette poreuse à base de poudre fine de zircone stabilisée est donnée dans le tableau suivant :
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TABLEAU III
EMI5.1
<tb> Matières <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Zircone <SEP> stabilisée <SEP> d'un
<tb> calibre <SEP> de <SEP> 25 <SEP> microns <SEP> et <SEP> moins <SEP> 90
<tb>
<tb> Coquilles <SEP> de <SEP> noix, <SEP> 175 <SEP> à <SEP> 225
<tb> microns <SEP> 10
<tb>
EXEMPLE III
100 parties en poids de la matière du tableau III sont mélangées à 20 parties en poids d'eau, à 1 par- tie en poids de dextrine et à 3 parties en poids d'amidon de mais.
Après malaxage intime, le mélange est extrudé, de manière à former des baguettes. Une tolérance de 17% du diamètre est admise pour la contraction à la cuisson, lorsqu'on opère la cuisson aune température de cône 35.
Etant donné que les fines particules se frittent plus fa- cilement, des baguettes satisfaisantes de ce mélange peu- vent être obtenues en opérant une cuisson à une tempéra- ture de cône 14 seulement, mais on préfère opérer la cuis- son à une température de cône 35, de façon que les baguet- tes soient plus solides et, par conséquent, plus faciles à manipuler.
Outre qu'elles doivent être'en zircone frittée, les baguettes suivant l'invention doivent présenter des cristaux, dont la majeure partie est cubique ou tétragona- le. Lorsque les cristaux de zircone sont cubiques ou tétra' gonaux, ils opposent une forte résistance aux chocs ther- miques et on a constaté que des baguettes destinées à être utilisées pour la projection à la flamme doivent avoir cette propriété. JJe plus, le revêtement doit, de préfé- rence, pouvoir résister aux chocs thermiques, ce qui est une autre raison pour que la majorité de cristaux soient cubiques ou tétragonaux. La cuisson des baguettes a pour effet de fritter ou d'agglomérer les particules et les
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baguettes sont, pour cela, qualifiées de "baguettes frit- tées".
Ka zircone formée de cristaux qui sont tous cu- biques à la température ambiante est entièrement stabili- sée, ce qui est également le cas de la zircone dont tous les cristaux sont tétragonaux, mais dans le cadre de la présente invention, pour maints usages pratiques, une zir- cone partiellement stabilisée comptant jusqu'à 50 % de cristaux monocliniques (à température ambmante) peut être tolérée. Un mode de stabilisation de la zircone consiste, à la faire fondre avec de la chaux selon le mode opératoi- re décrit dans le brevet U.S.A. cité dans le tableau I du présent mémoire.
Il existe d'autres modes de stabili- sation de la zircone, notamment celui consistant à la fon- dre avec de la magnésie ou avec de l'oxyde de cérium ou avec du monoxyde de titane, en diverses proportions, de sorte que l'invention est le mieux définie en indiquant la forme des cristaux. Lorsque des cristaux monocliniques sont chauffés à une certaine température, il se produit un net changement de volume, qui produit des fractures lors du refroidissement subséquent, mais ce phénomène est absent ou n'est pas aussi prononcé, lorsque la majeure partie des cristaux sont originellement du type cubique ou tétragonal.
Toute la zircone utilisée jusqu'ici dans le com- merce, à l'exception de certains types destinés à des usa- ges spéciaux, contient une proportion mineure d'oxyde d'hafnium, HfO2, Toutefois, l'oxyde d'hafnium réagit chimiquement ou manque de réagir avec la plupart des au- tres matières comme la zircone. De plus, la teneur en oxyde d'hafnium de la zircone est indiquée en zircone, sauf pour certains usages spéciaux. C'est pourquoi, les
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baguettes suivant la présente invention sont des baguet- tes de zircone et elles contiennent ou contiendront habi- tuellement une proportion mineure d'oxyde d'hafnium. Tou- tefois, le seul inconvénient de l'utilisation' de zircone sans oxyde d'hafnium est qu'elle est plus onéreuse.
Les baguettes suivant l'invention résistent à l'effritement et sont supérieures aux baguettes antérieu- res, si elles ont une porosité comprise entre 8 % et 40 % avec des pores ouvertes en communication l'un avec l'au- tre. Ces pores réduisent la conductibilité thermique, qui peut conduire à des fractures et à un effritement.
Les baguettes suivant la présente invention ne sont pas aussi solides que celles existant jusqu'à présent, mais - et ceci est surprenant - elles sont très supérieures aux baguettes connues pour la protection à la flamme. Les baguettes doivent avoir une résistance-mécanique minimum et elles sont satisfaisantes si elles ont un module de rupture (résistance à la flexion transversale) de plus de 2. 000 livres anglaises par pouce carré. Les baguettes doivent contenir, outre la teneur en oxyde d'hafnium et. la teneur en oxydes stabilisants (puisque les agents sta- bilisants susmentionnés sont tous des. oxydes), au moins 96% de zircone pure.
La matière nécessaire pour fabriquer des baguet- tes selon les modes opératoires des exemples I et II, doit être constituée par des particules de zircone, dont 30 % en poids ont plus de 100 microns, et dont sensiblement la totalité ont moins de 500 microns. Comme indiqué plus haut, la cuisson peut se faire dans des conditions de tem- pérature du cône 20 au cône 42, mais on préfère effectuer - la cuisson des baguettes aux environs de la température du cône 35. En général, des températures de cuisson plus
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élevées produisent des baguettes plus solides, mais en réduisant la porosité, tandis que l'obtention de températu- res de cuisson plus élevées est coûteuse.
. En indiquant que l'oxyde de zirconium, en plus de sa teneur en hafnium et de sa teneur en oxydes stabi- lisants, contient au moins 96 % de zircone pure, on en- tend qu'une proportion mineure d'oxyde de fer, soit 1 %, une faible proportion de silice, soit 2 % et une propor- tion mineure d'oxyde de titane, soit 1%, ne sont pas nuisibles au point de fournir une baguette de qualité in- férieure pour les besoins de la projection à la flamme.
Il pourrait y avoir d'autres agents contaminants dans la zircone, à condition que leur total ne dépasse pas 4 %.
L'oxyde d'hafnium et l'oxyde stabilisant ne sont évidem- ment pas des agents contaminants, l'oxyde d'hafnium étant entièrement compatible avec la zircone et l'oxyde stabili- sant l'améliorant fortement. On préfère, dans'la plupart des cas, que la quantité d'agent contaminant soit aussi faible que possible, mais une certaine contamination ne peut pas être évitée, comme dans le cas de la plupart des composés.
Lorsqu'on l'utilise dans un équipement de pro- jection à la flamme, une baguette est portée à la tempé- rature de fusion à son extrémité se trouvant dans la flam- me et une différence de température très élevée est établie entre l'extrémité fondue et la partie froide de la baguet- te. Cette différence de température produit une dilata- tion différentielle et par conséquent de fortes/sollicita- tions au voisinage de la pointe fondue de la baguette.
Les haguettes denses, homogènes, solides et à grains fins se brisent sous l'effet de ces fortes sollicitations/ther- moques. De--petits morceaux se scindent de la baguette
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avant qu'ils soient fondus et sont projetés sous forme de particules solides, plutôt que sous forme de gouttes fondues.' Ces particules solides produisent des défauts dans le revêtement.
Lorsque la baguette est à graihs grossiers, elle est plus poreuse et a une faible résistance mécani- que. Les baguettes en zircone dense et cuites ont une résistance à la flexion transversale de 16.000 livres par pouce carré, tandis que les baguettes cuites de la composition préférée indiquée dans le tableau I ont une résistance à la flexion transversale de 8.000 livres par pouce carré. Ces valeurs du module de rupture ont été mesurées sur des baguettes ayant un diamètre de 1/8è de pouce, qui ont été supportés entre des supports écartés de 5 pouces et chargées en flexion transversale à mi-distan- ce des supports. La densité de la baguette dense est de 5,2 g par cm3, tandis que la densité de.la baguette pré- férée selon le tableau I est de 4,2 g par cm3.
La densité théorique de l'oxyde de zirconium, ZrO2, est de 5,7 g par cm3. Les baguettes suivant l'invention contiennent des pores dont plus de 50% en volume ont un diamètre supé- rieur à 20 microns.
Il ressort de ce qui précède que l'invention a trait à des baguettes en zircone pour revêtir des articles par projection à la flamme dans lesquelles les divers ob- jets indiqués plus haut, de même que de nombreux avantages pratiques, sont pleinement réalisés.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.