EP2029501A2 - Ciment de jointoiement a spheres creuses pour filtre a particules - Google Patents

Ciment de jointoiement a spheres creuses pour filtre a particules

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Publication number
EP2029501A2
EP2029501A2 EP07803887A EP07803887A EP2029501A2 EP 2029501 A2 EP2029501 A2 EP 2029501A2 EP 07803887 A EP07803887 A EP 07803887A EP 07803887 A EP07803887 A EP 07803887A EP 2029501 A2 EP2029501 A2 EP 2029501A2
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EP
European Patent Office
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cement according
cement
hollow spheres
silicon carbide
mineral
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07803887A
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German (de)
English (en)
Inventor
Anthony Briot
Christophe Carrie
Gaëtan CHAMPAGNE
Vincent Gleize
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
    • C04B2237/083—Carbide interlayers, e.g. silicon carbide interlayers

Definitions

  • the invention relates to a cement, in particular a grouting cement for joining a plurality of filtering blocks of a filtering body, provided in particular for the filtration of exhaust gas particles of an internal combustion engine. a motor vehicle, and in particular a cement intended to form a peripheral coating of the lateral surface of such a filter body.
  • the invention also relates to a filter body comprising a plurality of filter blocks secured by means of a seal interposed between said filter blocks and shaped so as to oppose the passage of said exhaust gases between said filter blocks, in which the seal is obtained from a cement or a mortar according to the invention.
  • a particle filter 1 is shown in FIG. 1 in cross-section along the section plane B-B shown in FIG. 2, and in FIG. 2 in longitudinal section along the sectional plane A-A shown in FIG.
  • the particulate filter 1 conventionally comprises at least one filter body 3, of length L, inserted into a metal casing 5.
  • the filter body 3 may be monolithic. To improve its thermomechanical resistance, in particular during the regeneration phases, however, it has proved advantageous that it results from the assembly and machining of a plurality of blocks 1 1, referenced 1 1 a-1 1 i.
  • a ceramic material cordierite, silicon carbide, etc.
  • the extruded porous structure conventionally has the shape of a rectangular parallelepiped extending between two upstream faces 12 and downstream 13 substantially square on which open a plurality of channels 14 adjacent, rectilinear, and parallel.
  • the extruded porous structures are alternately plugged on the upstream face 12 or on the downstream face 13 by upstream and downstream 15s plugs
  • the inlet 14e and exit 14s channels thus define interior spaces 20e and 20s delimited by a side wall 22e and 22s, a closure cap 15e and 15s, and an opening 19s or 19e opening outwards, respectively .
  • Two input channels 14e and 14s adjacent output are in fluid communication by the common part of their side walls 22e and 22s.
  • the blocks 11a-1 1i are assembled together by bonding by means of seals 27 ceramic cement generally made of silica and / or silicon carbide and / or aluminum nitride.
  • the assembly thus formed can then be machined to take, for example, a round section.
  • a peripheral coating 27 ' also called “coating” is also applied so as to cover substantially the entire lateral surface of the filter body. This results in a cylindrical filter body 3 of longitudinal axis CC, which can be inserted into the casing 5, an exhaust gas-tight peripheral seal 28 being arranged between the outer filter blocks 11a-11h, or, where appropriate, the coating 27 ', and the casing 5.
  • the flow F of the exhaust gases enters the filter body 3 through the openings 19e of the inlet channels 14e, passes through the filtering side walls of these channels to join the channels exit 14s, then escapes to the outside through the openings 19s.
  • the particles, or "soot”, accumulated in the channels of the filter body 3 increase the pressure drop due to the filter body 3 and thus impair the performance of the engine. For this reason, the filter body must be regenerated regularly, for example every 500 kilometers. Regeneration, or "declogging”, consists of oxidizing the soot. To do this, it is necessary to heat them to a temperature that allows them to ignite.
  • thermomechanical stresses which may be origin of cracks in the joints and / or in the filter blocks 11 a-1 1 i, decreasing the service life of the particulate filter 1.
  • jointing cements comprising between 30 and 60% by weight of silicon carbide are known.
  • Silicon carbide has a high thermal conductivity advantageously to homogenize the heat transfer. Silicon carbide, however, has a relatively high coefficient of expansion.
  • the silicon carbide content of these grouting cements must therefore be limited to ensure thermomechanical resistance suitable for application to particulate filters. It is known, for example from EP 0 816 065, that the incorporation of ceramic fibers into the assembly cement makes it possible to increase the elasticity of the seal, and therefore the thermomechanical resistance of the assembled filter body.
  • the silicon carbide content of the cement is between 3 and 80% by weight. The presence of ceramic fibers, however, represents a potential risk in terms of hygiene and safety and makes it more difficult to recycle the filter body.
  • biosoluble fibers may limit this risk.
  • the effect of the latter on the properties of resistance to thermomechanical stresses, particularly at high temperature, is however low.
  • the incorporation of fibers, in particular with a reduced presence of shot (particles of weakened), is particularly expensive.
  • Cements not containing ceramic fibers and having high levels of silicon carbide are known, especially for grouting filter bodies. These cements are typically based on powder or grains of silicon carbide, a ceramic lime aluminate binder for cold setting and a ceramic binder phase at high temperature. These cements, however, have a refractor lower hot due to the presence of aluminate lime, which weakens the seal during extreme stress, especially during a complete regeneration.
  • the object of the present invention is to satisfy this need. According to the invention, this object is achieved by means of a cement intended in particular for joining a plurality of filter blocks of a filter body intended for the filtration of exhaust gas particles of an internal combustion engine. of a motor vehicle, or to serve as a peripheral coating for such a filter body, said cement comprising, in percentages by weight relative to the total mass of the mineral material (including silicon carbide), excluding any water and an optional mineral resin,
  • SiC silicon carbide
  • hollow spheres at least 3%, preferably at least 5%, and preferably less than 55%, more preferably less than 30%, hollow spheres, at least 80% by number of said hollow spheres having a size between and 150 ⁇ m.
  • the hollow spheres are inorganic and, preferably, comprise in percentages by weight and for a total of at least 99%, between 20 and 99% of silica (SiO 2 ) and between 1 and 80% of alumina (AI 2 O 3 ),
  • the seal or the peripheral coating obtained by heat treatment of the ceramic cement according to the invention thus has a remarkable thermal fatigue resistance, even in the absence of ceramic fibers and / or with a high silicon carbide.
  • the cement according to the invention has an improved resistance to oxidation.
  • the cement according to the invention also comprises one or more of the following optional characteristics:
  • the silicon carbide is present in the form of particles whose median size is less than 200 ⁇ m, preferably less than 100 ⁇ m.
  • the silicon carbide improves the chemical resistance, especially with respect to the environment of the filter, the thermal conductivity and the hot stiffness of the joint.
  • the cement comprises, in percentages by weight relative to the mass of the mineral material, excluding any water and an optional mineral resin, at least 0.05%, preferably at least 0.1%, more preferably at least minus 0.2%, and / or less than 5% of a thermosetting resin, optionally with a suitable catalyst.
  • thermosetting resin improves the mechanical strength of the seal or the peripheral coating, especially cold, which advantageously also allows to limit the content of hydraulic binder based on lime.
  • the longevity of the seal or the peripheral coating in their applications to Filter blocks is therefore increased.
  • This improvement in mechanical strength also makes it possible to dispense with the presence of ceramic fibers and / or to increase the silicon carbide content.
  • thermosetting resin is chosen from epoxy, silicone, polyimide, phenolic and polyester resins.
  • the cement does not contain ceramic fibers.
  • the cement comprises between 0.1 and 2%, preferably less than 0.5% by weight of a dispersant, in percentages by weight relative to the mass of the mineral material, excluding any water and a mineral resin possible.
  • Said silicon carbide content is greater than 60%, in percentage by weight relative to the mass of the mineral material, except for possible water and an optional mineral resin.
  • Silicon carbide, alumina and silica represent at least 80%, preferably at least 95% by weight relative to the weight of the mineral material, with the exception of possible water and an optional mineral resin.
  • the cement has a lime content (CaO) of less than 0.5% in weight percentage relative to the mass of the mineral material, except for any water and an optional mineral resin.
  • this low lime content does not affect the properties of the cement.
  • the cement has an alumina content, preferably calcined, of between 5 and 25%, preferably between 10 and 25%, and / or a silica content, preferably in the form of silica fume, between 1 and and 15%, preferably between 3 and 10%, in percentages by weight relative to the mass of the mineral material, except for possible water and an optional mineral resin.
  • the composition of the cement excluding hollow spheres, comprises a content of silicon carbide (SiC) of between 30 and 90%, and / or an alumina content (Al 2 O 3 ) of between 1 and 50%, and / or a silica (SiO 2 ) content of between 1 and 50%, in percentages by weight relative to the mass of the mineral material, excluding any water and an optional mineral resin.
  • the invention also relates to a moistened cement, or "mortar", resulting from the moistening of a dry cement according to the invention.
  • the mortar has a water content of less than 40% and / or at least 10%, preferably at least 15%, in percentages by weight relative to the mineral mass, with the exception of water and an optional mineral resin.
  • the invention also relates to a filter body, in particular for an exhaust gas particle filter of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a plurality of filter blocks secured by means of at least one seal interposed between said filter blocks and shaped so as to oppose the passage of said exhaust gases between said filter blocks.
  • This filter body is remarkable in that the seal is obtained by heat treatment from a cement according to the invention.
  • the invention finally relates to a filter body, in particular for an exhaust gas particle filter of an internal combustion engine of a motor vehicle, in one piece or having a plurality of filter blocks secured by means of at least one seal interposed between said filter blocks, comprising a peripheral coating obtained by heat treatment from a cement according to the invention.
  • cement is meant a composition “moldable” wet or formed by a dry particulate mixture capable of caking after activation.
  • Cement is said to be “activated” when it is in a process of caking.
  • the activated state conventionally results from humidification of the cement with water.
  • a “wet cement” or “mortar” is then obtained.
  • Caking (curing) of the mortar may result from drying or, for example, curing of the resin.
  • the "hardened mortar” can then undergo temperature rises, especially during heat treatment, which lead to complete evaporation of the water.
  • Sphere means a particle having a sphericity, that is to say a ratio between its smallest diameter and its largest diameter, greater than or equal to 0.75, regardless of the manner in which this sphericity was obtained.
  • the spheres used according to the invention preferably have a sphericity greater than or equal to 0.8, preferably greater than or equal to 0.9.
  • a sphere is called “hollow” when it has a central cavity, closed or open on the outside, the volume of which represents at least 50% of the overall external volume of the hollow spherical particle.
  • the size of a sphere or particle is called its largest dimension.
  • thermosetting resin is meant a polymer convertible into an infusible and insoluble material after heat treatment (heat, radiation) or physicochemical (catalysis, hardener).
  • heat treatment heat, radiation
  • physicochemical catalysis, hardener
  • fiber forms elongated structures, typically of diameter from 0.1 to 2 ⁇ m and length up to about 1000 ⁇ m.
  • Percentages are expressed by weight relative to the total mass of the mineral material (including silicon carbide), except for any water and an optional mineral resin. In practice, the percentages are thus expressed taking into account only the basic mineral raw materials of the dry mixture, without taking into account the mineral additions, in particular the possible mineral resins and water. These basic raw materials are in particular silicon carbide, mineral fibers, silica, calcium aluminate, hollow spheres, alumina, as indicated in the upper part of Table 1 below.
  • the preparation of a cement according to the invention is carried out according to the conventional methods of manufacturing the cements.
  • the particulates are conventionally mixed until a homogeneous mixture is obtained. They can include all the raw materials conventionally used to manufacture cements for refractory ceramic joints to assemble filter blocks.
  • the silicon carbide, the alumina and the silica represent at least 80%, preferably at least 95% of the total mass of the cement.
  • the composition of the cement excluding the hollow spheres, comprises between 30 and 90% of silicon carbide, between 1 and 50% of alumina and between 1 and 50% of silica, in percentages by weight relative to the mass. of the mineral matter, except for any water and an optional mineral resin and for a total of preferably about
  • the cement comprises, the percentages being expressed by weight relative to the mass of the mineral material (including silicon carbide), apart from the possible water and a possible mineral resin,
  • SiC silicon carbide
  • hollow spheres containing, in percentages by weight and for a total of at least 99%, between 20 and 99% of silica (SiO 2 ) and between 1 and 80% alumina (Al 2 O 3 ), at least 80% by number of said hollow spheres having a size between 5 and 150 microns.
  • the walls of a sphere are preferably solid or weakly porous, that is to say have a density greater than 90% of the theoretical density.
  • the hollow spheres are spheres obtained by melting or combustion of raw materials, for example fly ash from metallurgical processes, generally followed by a condensation step.
  • Hollow spheres are, for example, those marketed by Envirospheres under the name "e-spheres", which have a typical chemical composition of 60% SiO 2 and 40% Al 2 O 3 . They are conventionally used to improve the rheology of paints or concretes of civil engineering, or to constitute a mineral charge in order to reduce the cost of plastic products.
  • a ratio R of between 0.6 and 1.9 appears particularly appropriate in targeted applications. Such a ratio indeed improves the oxidation resistance while ensuring satisfactory compaction and porosity.
  • the median size of the hollow spheres is preferably greater than 80 ⁇ m, preferably greater than 100 ⁇ m and / or less than 160 ⁇ m, more preferably less than 140 ⁇ m.
  • the median size of the hollow spheres is more preferably about 120 ⁇ m.
  • the hollow spheres may be divided into the following two fractions, for a total of 100% by weight:
  • a fraction representing 70% by mass of the hollow spheres having a median size greater than 1 10 ⁇ m, preferably greater than 120 ⁇ m, and / or less than 150 ⁇ m, preferably less than 140 ⁇ m, preferably about 130 ⁇ m; ⁇ m, and
  • a fraction representing 30% by mass of the hollow spheres having a median size greater than 35 ⁇ m, preferably greater than 40 ⁇ m, and / or less than 55 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, preferably of approximately 45 ⁇ m .
  • the median size of the silicon carbide particles is greater than 20 ⁇ m, preferably greater than 45 ⁇ m, more preferably greater than 60 ⁇ m and / or less than 150 ⁇ m, preferably less than 120 ⁇ m, preferably still less than 100 ⁇ m.
  • a thermosetting resin is incorporated as a powder during this cement manufacturing step.
  • thermosetting resins used according to the invention are chosen to harden under predetermined conditions and then not to melt during the use or regeneration of the filter body. They thus improve the resistance of the seal to thermomechanical stresses throughout the life of the filter body.
  • the resin may be advantageous for the resin to cure at room temperature, for example following the addition of a catalyst, at the drying temperature or at the temperature of the heat treatment.
  • the thermosetting resin also has a sticky character before curing. It thus facilitates the setting up of the cement and its maintenance in shape before the heat treatment. It should preferably have a viscosity of less than 50 Pa.s for a shear rate of 12s- 1 measured at the Haake VT550 viscometer, and should preferably be water soluble in the ambient.
  • thermosetting resin may be present in the cement according to the invention in powder form or in the mortar according to the invention in liquid form, the powdery form being preferred.
  • the cement comprises more than 60% of silicon carbide, in percentage by weight relative to the mass of the mineral material, except for water possible and an optional mineral resin.
  • the thermosetting resin advantageously makes it possible to increase the content of silicon carbide to levels greater than 60% while maintaining a satisfactory thermomechanical resistance. The extraction of precious metals during the recycling of the filter body is thus facilitated. The reuse of silicon carbide is also simplified.
  • the cement does not contain ceramic fibers.
  • thermosetting resin in the cement according to the invention advantageously makes it possible to limit the content of ceramic binder for cold setting.
  • the heat-treated cement may thus have a CaO content of less than 0.5% by weight percentage. The loss caused by CaO is thus advantageously limited.
  • the cement according to the invention does not comprise CaO.
  • the cement also comprises between 0.1 and 0.5% by weight of a dispersant, in percentage by weight relative to the total mass of the cement.
  • the dispersant may for example be chosen from alkali metal polyphosphates or methacrylate derivatives. All known dispersants are conceivable, pure ionic (for example HMPNa), pure steric, for example of the sodium polymethacrylate or combined type. The addition of a dispersant makes it possible to better distribute the fine particles, of size less than 50 ⁇ m, and thus promotes the mechanical strength of the seal.
  • the dispersant or "deflocculant”
  • the cement is incorporated into the cement in powder form.
  • the cement according to the invention may also comprise one or more shaping or sintering additives conventionally used, in proportions well known to those skilled in the art.
  • shaping or sintering additives conventionally used, in proportions well known to those skilled in the art.
  • usable additives mention may be made, without limitation:
  • organic temporary binders such as resins, derivatives of cellulose or lignin, such as carboxymethylcellulose, dextrin, polyvinyl alcohols etc. chemical setting agents, such as phosphoric acid, aluminum monophosphate, etc. ;
  • sintering promoters such as titanium dioxide or magnesium hydroxide
  • the shaping or sintering additives are incorporated in variable proportions, but small enough not to substantially modify the mass proportions of the various constituents characterizing the cement or the mortar according to the invention.
  • the mixture obtained constitutes a deactivated cement according to the invention and can be packaged and marketed. Preferably this mixture contains at least a portion of the various powder additives required. A portion of these may, however, be added at a later stage of preparation of the mortar.
  • water is conventionally added to the particulate mixture.
  • the resin is dissolved in water to decrease its viscosity and then this mixture is added to the particulate mixture.
  • a resin catalyst may also be added during this step to accelerate caking of the resin.
  • Catalysing agents for example furfuryl alcohol or urea, are suitable for each type of resin and are well known to those skilled in the art.
  • the wet mixture is then kneaded until a substantially homogeneous pasty mortar is obtained.
  • the addition of water causes the activation of the cement according to the invention, that is to say, begins its caking process.
  • the mortar obtained can then be interposed between the filter blocks of a filter body or at the periphery of a filter body.
  • the mortar is dried at a temperature of preferably between 100 and 200 ° C., preferably under air or humidity-controlled atmosphere, preferably so that the residual moisture remains between 0 and 20%.
  • the drying time is between 15 minutes and 24 hours depending on the size of the joint.
  • the dried mortar can then be thermally hardened.
  • the heat treatment leads to the consolidation of the mortar. It consists conventionally in baking, preferably in an oxidizing atmosphere, preferably at atmospheric pressure, at a temperature of between 400 and 1200 ° C. so as to form a sufficiently strong seal.
  • the heat treatment operation is well known to those skilled in the art. It is usually accompanied by a decrease in porosity and dimensional shrinkage.
  • the duration of the cooking generally between 1 and 20 hours of cold cold, varies depending on the materials but also the size and shape of the refractory joints to be manufactured.
  • the curing of the optional resin may be carried out at ambient temperature, preferably at the drying temperature, at the heat treatment temperature or may require irradiation, for example with ultraviolet radiation, or additional heating.
  • the cement according to the invention has proved not only suitable for the joining of filtering units of a filtering body intended for filtering the exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle, but also for forming the peripheral coating or "coating" conventionally arranged on the peripheral lateral surface of the filter bodies.
  • the invention thus also relates to the use of a cement according to the invention for constituting the lateral peripheral coating of a filter body, whether it is one-piece, that is to say unassembled, or on the contrary constituted by assembling a plurality of filter blocks.
  • the invention particularly relates to a filter body comprising a plurality of filter blocks secured by means of a seal obtained from a cement according to the invention and whose lateral peripheral surface is covered by a coating obtained from the same cement .
  • the preparation of the mortars tested is carried out in a non-intensive planetary type mixer according to a conventional procedure comprising:
  • References 1, 2 and 3 relate to cements according to the prior art.
  • Reference 2 corresponds to a fibrous cement according to Example 1 of EP 0 816 065.
  • Examples 1 to 4 are cements according to the invention.
  • the samples of the mortars described in Table 1 were dried at 120 ° C. for 12 hours and then heat-treated at 800 ° C. under air (2-hour pay). The open porosity was then measured according to SO5017L
  • the chemical analyzes were carried out on samples of cement dried at 120 ° C. and reduced to powder, which was precalcified under air at 75 ° C. for about 0.5 hour, according to the well-known chemical preparation practice known to man. art.
  • the SiC content was more particularly measured by LECO.
  • the upper part of Table 1 provides the composition of the basic raw materials of the dry mixture of different cements tested, in percentages by mass. The "additions”, and in particular the contents of the water added to inactivate these cements and resin, are expressed in percentages relative to the total mass of said raw materials.

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Abstract

Ciment de jointoiement destiné notamment à la solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant prévu pour la filtration de particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ledit ciment comportant, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle, - entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC), - au moins 3% de sphères creuses comportant, en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%, entre 20 et 99% de silice (SiO2) et entre 1 et 80% d'alumine (Al2O3), au moins 80% en nombre des sphères creuses présentant une taille comprise entre 5 et 150 µm.

Description

Ciment de jointoiement à sphères creuses pour filtre à particules
L'invention concerne un ciment, notamment un ciment de jointoiement destiné à la solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant, prévu en particulier pour la filtration de particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, et notamment un ciment destiné à constituer un revêtement périphérique de la surface latérale d'un tel corps filtrant. L'invention se rapporte également à un corps filtrant comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen d'un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants et conformé de manière à s'opposer au passage desdits gaz d'échappement entre lesdits blocs filtrants, dans lequel le joint est obtenu à partir d'un ciment ou d'un mortier selon l'invention.
Avant d'être évacués à l'air libre, les gaz d'échappement peuvent être purifiés au moyen d'un filtre à particules tel que celui représenté sur les figures 1 et 2, connu de la technique antérieure. Des références identiques ont été utilisées sur les différentes figures pour désigner des organes identiques ou similaires. Un filtre à particules 1 est représenté sur la figure 1 en coupe transversale, selon le plan de coupe B-B représenté sur la figure 2, et, sur la figure 2, en coupe longitudinale selon le plan de coupe A-A représenté sur la figure 1.
Le filtre à particules 1 comporte classiquement au moins un corps filtrant 3, d'une longueur L, inséré dans une enveloppe métallique 5. Le corps filtrant 3 peut être monolithique. Pour améliorer sa résistance thermomécanique, en particulier pendant les phases de régénération, il s'est cependant avéré avantageux qu'il résulte de l'assemblage et de l'usinage d'une pluralité de blocs 1 1 , référencés 1 1 a-1 1 i.
Pour fabriquer un bloc 1 1 , on extrude une matière céramique (cordiérite, carbure de silicium,...) de manière à former une structure poreuse en nid d'abeille. La structure poreuse extrudée a classiquement la forme d'un parallélépipède rectangle s'étendant entre deux faces amont 12 et aval 13 sensiblement carrées sur lesquelles débouchent une pluralité de canaux 14 adjacents, rectilignes, et parallèles.
Après extrusion, les structures poreuses extrudées sont alternativement bouchées sur la face amont 12 ou sur la face aval 13 par des bouchons amont 15s et aval
15e, respectivement, comme cela est bien connu, pour former des canaux de types
« canaux de sortie » 14s et « canaux d'entrée » 14e, respectivement. A l'extrémité des canaux de sortie 14s et d'entrée 14e opposée aux bouchons amont 15s et aval 15e, respectivement, les canaux de sortie 14s et d'entrée 14e débouchent vers l'extérieur par des ouvertures de sortie 19s et d'entrée 19e, respectivement, s'étendant sur les faces aval 13 et amont 12, respectivement. Les canaux d'entrée 14e et de sortie 14s définissent ainsi des espaces intérieurs 20e et 20s, délimités par une paroi latérale 22e et 22s, un bouchon d'obturation 15e et 15s, et une ouverture 19s ou 19e débouchant vers l'extérieur, respectivement. Deux canaux d'entrée 14e et de sortie 14s adjacents sont en communication de fluide par la partie commune de leurs parois latérales 22e et 22s.
Les blocs 11 a-1 1 i sont assemblés entre eux par collage au moyen de joints 27 en ciment céramique généralement constitué de silice et/ou de carbure de silicium et/ou de nitrure d'aluminium. L'assemblage ainsi constitué peut être ensuite usiné pour prendre, par exemple, une section ronde. De préférence, un revêtement périphérique 27', encore appelé « coating », est également appliqué de manière à recouvrir sensiblement toute la surface latérale du corps filtrant. Il en résulte un corps filtrant 3 cylindrique d'axe longitudinal C-C, qui peut être inséré dans l'enveloppe 5, un joint périphérique 28, étanche aux gaz d'échappement, étant disposé entre les blocs filtrants extérieurs 1 1 a- 11 h, ou, le cas échéant, le revêtement 27', et l'enveloppe 5.
Comme l'indiquent les flèches représentées sur la figure 2, le flux F des gaz d'échappement entre dans le corps filtrant 3 par les ouvertures 19e des canaux d'entrée 14e, traverse les parois latérales filtrantes de ces canaux pour rejoindre les canaux de sortie 14s, puis s'échappe vers l'extérieur par les ouvertures 19s.
Après un certain temps d'utilisation, les particules, ou « suies », accumulées dans les canaux du corps filtrant 3 augmentent la perte de charge due au corps filtrant 3 et altèrent ainsi les performances du moteur. Pour cette raison, le corps filtrant doit être régénéré régulièrement, par exemple tous les 500 kilomètres. La régénération, ou « décolmatage », consiste à oxyder les suies. Pour ce faire, il est nécessaire de les chauffer jusqu'à une température permettant leur inflammation. L'inhomogénéité des températures au sein du corps filtrant 3 et les éventuelles différences de nature des matériaux utilisés pour les blocs filtrants 1 1 a-1 1 i et les joints 27 et 28 peuvent alors générer de fortes contraintes thermomécaniques, pouvant être à l'origine de fissures dans les joints et/ou dans les blocs filtrants 11 a-1 1 i, diminuant la durée de vie du filtre à particules 1.
On connaît en particulier des ciments de jointoiement comportant entre 30 et 60% en masse de carbure de silicium. Le carbure de silicium présente une conductivité thermique élevée permettant avantageusement d'homogénéiser les transferts thermiques. Le carbure de silicium présente cependant un coefficient de dilatation relativement élevé. La teneur en carbure de silicium de ces ciments de jointoiement doit donc être limitée pour assurer une résistance thermomécanique adaptée à l'application aux filtres à particules. II est connu, par exemple de EP 0 816 065, que l'incorporation au ciment d'assemblage des fibres céramiques permet d'augmenter l'élasticité du joint, et donc la résistance thermomécanique du corps filtrant assemblé. La teneur en carbure de silicium du ciment est comprise entre 3 et 80% en masse. La présence de fibres céramiques représente cependant un risque potentiel en termes d'hygiène et de sécurité et rend plus difficile le recyclage du corps filtrant. L'utilisation de fibres biosolubles pourrait limiter ce risque. L'effet de ces dernières sur les propriétés de résistance aux contraintes thermomécaniques, à haute température notamment, est cependant faible. De plus, l'incorporation de fibres, en particulier avec une présence réduite de shot (particules d'infibrés), est particulièrement coûteuse. Des ciments ne contenant pas de fibres céramiques et présentant des teneurs élevées en carbure de silicium sont connus, notamment pour le jointoiement de corps filtrants. Ces ciments sont typiquement à base de poudre ou de grains de carbure de silicium, d'un liant céramique de type aluminate de chaux pour la prise à froid et d'une phase liante céramique à haute température. Ces ciments présentent cependant une réfractante plus faible à chaud du fait de la présence d'aluminate de chaux, ce qui affaiblit le joint lors de contraintes extrêmes, notamment lors d'une régénération complète.
Des ciments présentant des teneurs élevées en carbure de silicium présentent, du fait de la présence de fines particules de ce carbure, une certaine sensibilité à l'oxydation en conditions très sévères, par exemple à haute température. L'oxydation partielle du ciment conduit à la formation de silice cristallisée qui affecte sa résistance thermomécanique.
Il existe donc un besoin pour un ciment céramique apte à résister efficacement aux contraintes thermomécaniques liées à l'application à la filtration de gaz d'échappement de moteurs à combustion, notamment Diesel, présentant une teneur en carbure de silicium élevée en l'absence de fibres céramiques et une tenue améliorée à l'oxydation.
Le but de la présente invention est de satisfaire ce besoin. Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un ciment destiné notamment à la solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant prévu pour la filtration de particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ou à servir de revêtement périphérique pour un tel corps filtrant, ledit ciment comportant, en pourcentages en masse par rapport à la masse totale de la matière minérale (dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle,
- entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC),
- au moins 3%, de préférence au moins 5%, et, de préférence, moins de 55%, de préférence encore moins de 30%, de sphères creuses, au moins 80% en nombre desdites sphères creuses présentant une taille comprise entre 5 et 150 μm.
De préférence, les sphères creuses sont inorganiques et, de préférence, comportent en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%, entre 20 et 99% de silice (SiO2) et entre 1 et 80% d'alumine (AI2O3),
Outre une bonne résistance aux contraintes thermomécaniques, le joint ou le revêtement périphérique obtenus par traitement thermique du ciment céramique selon l'invention présentent ainsi une résistance à la fatigue thermique remarquable, même en l'absence de fibres céramiques et/ou avec une teneur en carbure de silicium élevée. En outre, le ciment selon l'invention présente une tenue améliorée à l'oxydation.
De préférence, le ciment selon l'invention comporte encore une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- Le carbure de silicium est présent sous la forme de particules dont la taille médiane est inférieure à 200μm, de préférence inférieure à 100μm Avantageusement, le carbure de silicium améliore la résistance chimique, notamment vis-à-vis de l'environnement du filtre, la conductivité thermique et la rigidité à chaud du joint.
- Le ciment comporte, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle, au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,1 %, de préférence encore au moins 0,2 %, et/ou moins de 5% d'une résine thermodurcissable, avec éventuellement un agent catalyseur adapté.
Avantageusement, la présence de résine thermodurcissable améliore la résistance mécanique du joint ou du revêtement périphérique, notamment à froid, ce qui avantageusement permet également de limiter la teneur en liant hydraulique à base de chaux. La longévité du joint ou du revêtement périphérique dans leurs applications aux blocs filtrants est donc accrue. Cette amélioration de la résistance mécanique permet en outre de se passer de la présence de fibres céramiques et/ou d'augmenter la teneur en carbure de silicium.
- La résine thermodurcissable est choisie parmi les résines époxide, silicone, polyimide, phénolique et polyester.
- Le ciment ne contient pas de fibres céramiques.
- Le ciment comporte entre 0,1 et 2%, de préférence moins de 0,5% en masse d'un dispersant, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. - Ladite teneur en carbure de silicium est supérieure à 60%, en pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
- Le carbure de silicium, l'alumine et la silice représentent au moins 80%, de préférence au moins 95 % en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
- Le ciment comporte une teneur en chaux (CaO) inférieure à 0,5 % en pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. Avantageusement, cette faible teneur en chaux ne nuit pas aux propriétés du ciment. - Le ciment présente une teneur en alumine, apportée de préférence calcinée, comprise entre 5 et 25%, de préférence entre 10 et 25%, et/ou une teneur en silice, de préférence sous la forme de fumée de silice, comprise entre 1 et 15 %, de préférence comprise entre 3 et 10%, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. - La composition du ciment, hors sphères creuses, comprend une teneur en carbure de silicium (SiC) comprise entre 30 et 90 %, et/ou une teneur en alumine (AI2O3) comprise entre 1 et 50 %, et/ou une teneur en silice (SiO2) comprise entre 1 et 50 %, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. L'invention concerne également un ciment humidifié, ou « mortier », résultant de l'humidification d'un ciment sec selon l'invention. De préférence, le mortier présente une teneur en eau de moins de 40% et/ou d'au moins 10%, de préférence d'au moins 15%, en pourcentages en masse par rapport à la masse minérale, hormis l'eau et une résine minérale éventuelle.
L'invention concerne également un corps filtrant, notamment pour un filtre à particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen d'au moins un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants et conformé de manière à s'opposer au passage desdits gaz d'échappement entre lesdits blocs filtrants. Ce corps filtrant est remarquable en ce que le joint est obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'invention.
L'invention concerne enfin un corps filtrant, notamment pour un filtre à particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, monobloc ou comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen d'au moins un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants, comportant un revêtement périphérique obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'invention.
Par « ciment », on entend une composition « moulable » humide ou formée par un mélange particulaire sec apte à prendre en masse après activation.
Le ciment est dit « activé », lorsqu'il est dans un processus de prise en masse. L'état activé résulte classiquement d'une humidification du ciment avec de l'eau. On obtient alors un « ciment humide » ou « mortier ».
La prise en masse (durcissement) du mortier peut résulter d'un séchage ou, par exemple, du durcissement de la résine. Le « mortier durci » peut subir ensuite des élévations de température, notamment pendant le traitement thermique, qui conduisent à une évaporation totale de l'eau. Par « sphère », on entend une particule présentant une sphéricité, c'est-à-dire un rapport entre son plus petit diamètre et son plus grand diamètre, supérieur ou égal à 0,75, quelle que soit la façon par laquelle cette sphéricité a été obtenue. De préférence les sphères mises en œuvre selon l'invention présentent une sphéricité supérieure ou égale à 0,8, de préférence supérieure ou égale à 0,9. Une sphère est dite « creuse » lorsqu'elle présente une cavité centrale, fermée ou ouverte sur l'extérieur, dont le volume représente au moins 50% du volume global extérieur de la particule sphérique creuse.
On appelle « taille » d'une sphère ou d'une particule sa plus grande dimension. Classiquement, on appelle « taille médiane de particules ou de grains » ou « diamètre médian de particules ou de grains » d'un mélange de particules ou d'un ensemble de grains, la taille D50 divisant les particules de ce mélange ou les grains de cet ensemble en première et deuxième populations égales en nombre, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules ou grains présentant une taille supérieure, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.
Par « résine thermodurcissable », on entend un polymère transformable en un matériau infusible et insoluble après traitement thermique (chaleur, radiation) ou physicochimique (catalyse, durcisseur). Les matériaux thermodurcissables prennent ainsi leur forme définitive au premier refroidissement de la résine, la réversibilité étant impossible.
Enfin, on appelle forment « fibres » des structures allongées, typiquement de diamètre de 0,1 à 2 μm et de longueur allant jusqu'à 1000 μm environ.
Des pourcentages sont exprimés en masse par rapport à la masse totale de la matière minérale (dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. En pratique, les pourcentages sont donc exprimés en ne tenant compte que des matières premières minérales de base du mélange sec, sans prendre en considération les ajouts minéraux, en particulier les résines minérales éventuelles et l'eau. Ces matières premières de base sont notamment le carbure de silicium, les fibres minérales, la silice, l'aluminate de calcium, les sphères creuses, l'alumine, comme indiqué dans la partie supérieure du tableau 1 ci-dessous.
La préparation d'un ciment selon l'invention s'effectue selon les procédés conventionnels de fabrication des ciments.
Les matières particulaires sont classiquement mélangées jusqu'à obtention d'un mélange homogène. Elles peuvent comprendre toutes les matières premières classiquement utilisées pour fabriquer des ciments destinés à des joints céramiques réfractaires pour assembler des blocs filtrants. De préférence, le carbure de silicium, l'alumine et la silice représentent au moins 80%, de préférence au moins 95 % de la masse totale du ciment.
De préférence, la composition du ciment, hors les sphères creuses, comprend entre 30 et 90 % de carbure de silicium, entre 1 et 50 % d'alumine et entre 1 et 50 % de silice, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle et pour un total de préférence d'environ
100 %. Ces plages en alumine et en silice facilitent la mise en œuvre du ciment et augmentent la résistance mécanique après frittage. La plage en carbure de silicium garantit une bonne conductivité thermique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le ciment comporte, les pourcentages étant exprimés en masse par rapport à la masse de la matière minérale (dont le carbure de silicium), hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle,
- entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC),
- au moins 3%, de préférence entre 5% et 30%, au maximum 55%, de sphères creuses contenant, en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%, entre 20 et 99% de silice (SiO2) et entre 1 et 80% d'alumine (AI2O3), au moins 80% en nombre desdites sphères creuses présentant une taille comprise entre 5 et 150 μm.
Les parois d'une sphère sont de préférence pleines ou faiblement poreuses, c'est-à-dire présentent une densité supérieure à 90% de la densité théorique. De préférence les sphères creuses sont des sphères obtenues par fusion ou combustion de matières premières, par exemple de cendres volantes issues de procédé métallurgiques, suivi en général d'une étape de condensation.
Des sphères creuses sont par exemple celles commercialisées par Enviro- spheres sous le nom « e-spheres », qui présentent une composition chimique typique 60% SiO2 et 40% AI2O3. Elles sont classiquement utilisées pour améliorer la rhéologie des peintures ou des bétons de génie civil, ou pour constituer une charge minérale afin de réduire le coût des produits plastiques.
De préférence, le rapport R (= Dsphères/Dsιc) entre la taille médiane des sphères DSphères et la taille médiane des particules de carbure de silicium Ds,c est supérieur à 0,1 , de préférence supérieur à 0,2, de préférence encore supérieur à 0,5 et/ou inférieur à 30, de préférence inférieur à 10, de préférence encore inférieur à 2. Un rapport R compris entre 0,6 et 1 ,9 apparaît particulièrement approprié dans les applications visées. Un tel rapport améliore en effet la résistance à l'oxydation tout en garantissant une compaction et une porosité satisfaisantes. Sans un mode de réalisation, selon l'invention, la taille médiane des sphères creuses est de préférence supérieure à 80 μm, de préférence supérieure à 100 μm et/ou inférieure à 160 μm, de préférence encore inférieure à 140 μm. La taille médiane des sphères creuses est de préférence encore d'environ 120 μm. Dans un mode de réalisation préféré, les sphères creuses peuvent être réparties suivant les deux fractions suivantes, pour un total de 100 % en masse :
- une fraction représentant 70% en masse des sphères creuses et présentant une taille médiane supérieure à 1 10 μm, de préférence supérieure à 120 μm, et/ou inférieure à 150 μm, de préférence inférieure à 140 microns, de préférence d'environ 130 μm, et
- une fraction représentant 30% en masse des sphères creuses et présentant une taille médiane supérieure à 35 μm, de préférence supérieure à 40 μm, et/ou inférieure à 55 μm, de préférence inférieure à 50 microns, de préférence d'environ 45 μm.
De préférence encore, la taille médiane des particules de carbure de silicium est supérieure à 20 μm, de préférence supérieure à 45 μm, de préférence encore supérieure à 60 μm et/ou inférieure à 150 μm, de préférence inférieure à 120 μm, de préférence encore inférieure à 100 μm. De préférence une résine thermodurcissable est incorporée sous forme d'une poudre pendant cette étape de fabrication du ciment.
Les résines thermodurcissables mises en œuvre selon l'invention sont choisies pour durcir dans des conditions prédéterminées et pour ne plus fondre ensuite lors de l'utilisation ou de la régénération du corps filtrant. Elles améliorent ainsi la résistance du joint aux contraintes thermomécaniques pendant toute la durée de vie du corps filtrant.
Selon les applications, il peut être avantageux que la résine durcisse à température ambiante, par exemple suite à l'ajout d'un catalyseur, à la température de séchage ou à la température du traitement thermique.
De préférence, la résine thermodurcissable présente en outre un caractère collant avant son durcissement. Elle facilite ainsi la mise en place du ciment et son maintien en forme avant le traitement thermique. Elle doit présenter de préférence une viscosité inférieure à 50 Pa. s pour un gradient de cisaillement de 12s"1 mesuré au viscosimètre Haake VT550. Elle doit être de préférence soluble dans l'eau à l'ambiant.
La résine thermodurcissable peut être présente dans le ciment selon l'invention sous forme de poudre ou dans le mortier selon l'invention sous forme liquide, la forme poudreuse étant préférée.
De préférence, le ciment comporte plus de 60% de carbure de silicium, en pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle. En effet, la résine thermodurcissable permet avantageusement d'augmenter la teneur en carbure de silicium à des teneurs supérieures à 60% tout en conservant une résistance thermomécanique satisfaisante. L'extraction des métaux précieux lors du recyclage du corps filtrant en est ainsi facilitée. La réutilisation du carbure de silicium est également simplifiée.
Pour faciliter le recyclage, il est également préférable que le ciment ne contienne pas de fibres céramiques.
La présence d'une résine thermodurcissable dans le ciment selon l'invention permet avantageusement de limiter la teneur en liant céramique pour la prise à froid. Le ciment traité thermiquement peut ainsi présenter une teneur en CaO inférieure à 0,5 %, en pourcentage en masse. L'affaiblissement occasionné par CaO est ainsi avantageusement limité. De préférence, le ciment selon l'invention ne comporte pas de CaO.
De préférence, le ciment comporte encore entre 0,1 et 0,5% en masse d'un dispersant, en pourcentage en masse par rapport à la masse totale du ciment. Le dispersant peut être par exemple choisi parmi les polyphosphates de métaux alcalins ou les dérivés méthacrylates. Tous les dispersants connus sont envisageables, ioniques purs, (par exemple HMPNa), stérique pur, par exemple de type polyméthacrylate de sodium ou combiné. L'ajout d'un dispersant permet de mieux répartir les particules fines, de taille inférieure à 50 μm, et favorise ainsi la résistance mécanique du joint.
De préférence, le dispersant, ou « défloculant », est incorporé au ciment sous forme de poudre.
Outre les constituants mentionnés ci-dessus, le ciment selon l'invention peut également comporter un ou plusieurs additifs de mise en forme ou de frittage utilisés classiquement, dans les proportions bien connues de l'homme du métier. Comme exemples d'additifs utilisables, on peut citer, de façon non limitative :
- des liants temporaires organiques (c'est-à-dire éliminés en tout ou en partie lors du traitement thermique), tels que des résines, des dérivés de la cellulose ou de la lignone, comme la carboxyméthylcellulose, la dextrine, des polyvinyle alcools, etc. - des agents de prise chimiques, tels que l'acide phosphorique, le monophosphate d'aluminium, etc. ;
- des promoteurs de frittage tels que le bioxyde de titane ou l'hydroxyde de magnésium ;
- des agents de mise en forme tels que les stéarates de magnésium ou de calcium. Les additifs de mise en forme ou de frittage sont incorporés dans des proportions variables, mais suffisamment faibles pour ne pas modifier substantiellement les proportions massiques des différents constituants caractérisant le ciment ou le mortier selon l'invention. Le mélange obtenu constitue un ciment désactivé selon l'invention et peut être conditionné et commercialisé. De préférence ce mélange contient au moins une partie des différents additifs en poudre nécessaires. Une partie de ces derniers peut cependant être ajoutée lors d'une étape ultérieure de préparation du mortier.
Dans cette dernière étape, de l'eau est classiquement ajoutée au mélange particulaire. De préférence on ajoute moins de 40%, et/ou au moins 10%, de préférence au moins 15%, d'eau, en pourcentages en masse par rapport à la masse minérale du ciment, hormis l'eau et une résine minérale éventuelle. De préférence, la résine est dissoute dans l'eau pour diminuer sa viscosité puis ce mélange est ajouté au mélange particulaire. Un agent catalyseur de la résine peut être également ajouté pendant cette étape afin d'accélérer la prise en masse de la résine. Les agents catalyseurs, par exemple l'alcool furfurylique ou l'urée, sont adaptés à chaque type de résine et bien connus de l'homme du métier.
Le mélange humide est ensuite malaxé jusqu'à obtention d'un mortier pâteux sensiblement homogène. L'ajout d'eau provoque l'activation du ciment selon l'invention, c'est-à-dire engage son processus de prise en masse. Le mortier obtenu peut alors être interposé entre les blocs filtrants d'un corps filtrant ou en périphérie d'un corps filtrant.
Classiquement, après sa mise en place entre les blocs filtrants, le mortier est séché à une température de préférence comprise entre 100 et 200°C, de préférence sous air ou atmosphère contrôlée en humidité, de préférence de manière que l'humidité résiduelle reste comprise entre 0 et 20%. Classiquement la durée de séchage est comprise entre 15 minutes et 24 heures selon le format du joint.
Le mortier séché peut être alors durci thermiquement. Le traitement thermique conduit à la consolidation du mortier. Il consiste classiquement en une cuisson, de préférence sous atmosphère oxydante, de préférence à pression atmosphérique, à une température comprise entre 400 à 1200°C de manière à former un joint suffisamment résistant. L'opération de traitement thermique est bien connue de l'homme du métier. Elle s'accompagne généralement d'une diminution de la porosité et d'un retrait dimensionnel. La durée de la cuisson, généralement comprise entre 1 et 20 heures environ de froid à froid, est variable en fonction des matériaux mais aussi de la taille et de la forme des joints réfractaires à fabriquer.
Selon la résine utilisée, le durcissement de la résine éventuelle peut s'effectuer à température ambiante, à la température de séchage de préférence, à la température de traitement thermique ou nécessiter une irradiation, par exemple aux ultraviolets, ou un chauffage complémentaire.
Le ciment selon l'invention s'est avéré non seulement adapté à la solidarisation de blocs filtrants d'un corps filtrant prévus pour la filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, mais également pour former le revêtement périphérique ou « coating » classiquement disposé sur la surface latérale périphérique des corps filtrants. L'invention concerne ainsi également l'utilisation d'un ciment selon l'invention pour constituer le revêtement périphérique latéral d'un corps filtrant, que celui-ci soit monobloc, c'est-à-dire non assemblé, ou au contraire constitué par assemblage d'une pluralité de blocs filtrants. L'invention concerne en particulier un corps filtrant comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen d'un joint obtenu à partir d'un ciment selon l'invention et dont la surface périphérique latérale est recouverte par un revêtement obtenu à partir du même ciment.
Les exemples suivants, rassemblés dans les tableaux 1 et 2, sont fournis à titre illustratif et non limitatif.
La préparation des mortiers testés est effectuée en malaxeur de type planétaire non intensif selon une procédure classique comportant :
- un malaxage à sec, pendant 2 minutes, des poudres et grains avec, le cas échéant, le dispersant, puis - un ajout d'eau, avec éventuellement du liant (polysaccharide) et, le cas échéant du catalyseur, puis
- un malaxage pendant 10 minutes jusqu'à obtention d'une consistance suffisante pour une application comme mortier de jointoiement.
Les références 1 , 2 et 3 (« Réf. 1 », « Réf 2 » et « Réf. 3 ») concernent des ciments selon la technique antérieure. La référence 2 correspond à un ciment fibreux selon l'exemple 1 de EP 0 816 065.
Les exemples 1 à 4 sont des ciments selon l'invention. Les échantillons des mortiers décrits dans le tableau 1 ont été séchés à 120°C pendant 12h puis traités thermiquement à 8000C sous air (paiief de 2 heures). La porosité ouverte a alors été mesurée conformément à la norme SO5017L
Les analyses chimiques ont été réaiisêes sur qies échantillons de ciment séché à 12O0C et réduits en poudre, laquelle a été précalciπèe sous air à 75O0C pendant 0,5h environ selon la pratique de préparation pour analyse chimique bien connue de l'homme de l'art. La teneur en SiC a été plus particulièrement mesurée par LECO. La partie supérieure du tableau 1 fournit la compositiQn des matières premières de base du mélange sec de différents ciments testé , en pourcentages en masse. Les « ajouts », et en particulier les teneurs de l'eau ajoutée pour abtiver ces ciments et de la résine, sont exprimés en pourcentages par rapport à la masse totale desdites matières premières.
Tableau 1

Claims

REVENDICATIONS
1. Ciment destiné notamment à la solidarisation d'une pluralité de blocs filtrants d'un corps filtrant prévu pour la filtration de particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ou à servir de revêtement périphérique pour un tel corps filtrant, ledit ciment comportant, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle, entre 30 et 90 % de carbure de silicium (SiC), - au moins 3% de sphères creuses, au moins 80% en nombre desdites sphères creuses présentant une taille comprise entre 5 et 150 μm.
2. Ciment de jointoiement selon la revendication 1 , lesdites sphères creuses comportant, en pourcentages massiques et pour un total d'au moins 99%, entre 20 et 99% de silice (SiO2) et entre 1 et 80% d'alumine (AI2O3).
3. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins 5% de dites sphères creuses, en pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
4. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une teneur en chaux (CaO) inférieure à 0,5 %, en pourcentage en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
5. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le carbure de silicium est présent sous la forme de particules dont la taille médiane est inférieure à 200μm.
6. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant au moins 0,05 % et/ou moins de 5% d'une résine thermodurcissable, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
7. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant plus de 60% en masse de carbure de silicium par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
8. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes ne comportant pas de fibres céramiques.
9. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le carbure de silicium, l'alumine et la silice représentent au moins 95% en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
10. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une teneur en eau de moins de 40%, en masse par rapport à la masse minérale, hormis l'eau et une résine minérale éventuelle.
1 1. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant, hors sphères creuses, une teneur en carbure de silicium (SiC) comprise entre 30 % et 90 %, et/ou une teneur en alumine (AI2O3) comprise entre 1 et 50 %, et/ou une teneur en silice (SiO2) comprise entre 1 et 50 %, en pourcentages en masse par rapport à la masse de la matière minérale, hormis l'eau éventuelle et une résine minérale éventuelle.
12. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes présentant un rapport (R) entre la taille médiane des sphères creuses et la taille médiane des particules de carbure de silicium supérieur à 0,1 et/ou inférieur à 30.
13. Ciment selon la revendication précédente, ledit rapport (R) étant supérieur à 0,2 et inférieur à 10.
14. Ciment selon la revendication précédente, ledit rapport (R) étant supérieur à 0,5 et inférieur à 2.
15. Ciment selon la revendication précédente, ledit rapport (R) étant compris entre 0,6 et 1 ,9.
16. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes, la taille médiane des sphères creuses étant comprise entre 80 et 160 μm et/ou la taille médiane des particules de carbure de silicium étant comprise entre 50 μm et 150 μm.
17. Ciment selon la revendication précédente, la taille médiane des sphères creuses étant comprise entre 100 et 140 μm et/ou la taille médiane des particules de carbure de silicium étant comprise entre 80 μm et 100 μm.
18. Ciment selon l'une quelconque des revendications précédentes, les sphères creuses pouvant être réparties suivant les deux fractions suivantes, pour un total de 100 % en masse :
- une première fraction représentant 70% en masse des sphères creuses et présentant une taille médiane supérieure à 1 10 μm et inférieure à 150 μm, et
- une deuxième fraction représentant 30% en masse des sphères creuses et présentant une taille médiane supérieure à 35 μm et inférieure à 55 μm.
19. Corps filtrant, notamment pour un filtre à particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant une pluralité de blocs filtrants solidarisés au moyen d'au moins un joint intercalé entre lesdits blocs filtrants et conformé de manière à s'opposer au passage desdits gaz d'échappement entre lesdits blocs filtrants, caractérisé en ce que le joint est obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, et/ou le corps filtrant comporte un revêtement périphérique (27') obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.
20. Corps filtrant monobloc, notamment pour un filtre à particules de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant un revêtement périphérique (27') obtenu par traitement thermique à partir d'un ciment selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.
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