EP2337771A2 - Fused ceramic product - Google Patents

Fused ceramic product

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Publication number
EP2337771A2
EP2337771A2 EP09741436A EP09741436A EP2337771A2 EP 2337771 A2 EP2337771 A2 EP 2337771A2 EP 09741436 A EP09741436 A EP 09741436A EP 09741436 A EP09741436 A EP 09741436A EP 2337771 A2 EP2337771 A2 EP 2337771A2
Authority
EP
European Patent Office
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equal
product
less
temperature
oxides
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09741436A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Emmanuel Pierre Marcel Nonnet
Yves Marcel Léon BOUSSANT ROUX
Charlotte Catteau
Sophie Papin
Gilles Querel
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS filed Critical Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9669Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts
    • C04B2235/9692Acid, alkali or halogen resistance

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing products made of ceramic material obtained by melting, or "molten products", and in particular melted particles that can be used in particular in apparatus and processes for micromilling, wet microdispersion and surface treatment.
  • Apparatuses and processes for micromilling, wet microdispersion and surface treatment are well known, and are particularly developed in industries such as:
  • the particles conventionally used for these markets are generally substantially spherical in shape and between 0.005 and 4 mm in size. Depending on the target markets, they may have one or more of the following properties:
  • Rounded grain sand such as OTTAWA sand for example, is a natural and inexpensive product, but unsuitable for modern, pressurized and high flow mills. Indeed, the sand is not very resistant, of low density, variable in quality and abrasive for the material.
  • Glass beads widely used, have better strength, lower abrasiveness and availability in a wider range of sizes.
  • the glass-ceramic glass beads such as those described in JP-S61-168552 or JP-S59-174540, are more resistant than glass beads.
  • Metal balls in particular made of steel, have also been known for a long time for the abovementioned applications, but their use remains marginal because they often have insufficient chemical inertia with respect to the products treated, notably resulting in pollution of the mineral charges. and a gray paint, and too high density requiring special grinders involving in particular a high energy consumption, a significant heating and a high mechanical stress of the equipment.
  • sintered ceramic particles obtained by cold forming of a ceramic powder followed by consolidation by baking at high temperature
  • the melted ceramic particles generally obtained by melting a feed of raw materials, converting the molten liquid into droplets, and solidifying them.
  • zirconia-silica (ZrO 2 -SiO 2 ) type composition where the zirconia is crystallized in monoclinic and / or partially stabilized form (by suitable additions), and in which the silica, as well as some of the optional additives, form a matrix binding the zirconia crystals.
  • fused ceramic particles provide excellent grinding properties, ie, good mechanical strength, high density, and low chemical inertness and abrasiveness to the grinding material.
  • An object of the invention is to satisfy this need.
  • this object is achieved by means of a method of manufacturing a product, comprising the following successive steps: a) mixing of raw materials to form a feedstock, b) melting of the feedstock of in order to form a molten liquid, c) solidification of the molten liquid so as to obtain a molten product comprising crystals linked by a glassy phase, and d) crystallization heat treatment of the glassy phase of said molten product.
  • composition of the feedstock is suitable for producing a product having the following chemical composition, in percentages by mass on the basis of the oxides and for a total of 100%:
  • the melted product manufactured hereinafter “product according to the invention” has an excellent wear resistance.
  • crystallites based on cerium oxide and / or zirconia and / or titanium oxide and / or alumina and / or yttrium oxide and / or or silica are distributed in the vitreous phase, including in the immediate vicinity of zirconia-based dendritic crystals, whereas in products made by other methods, the possible crystallites are on the contrary substantially absent at the interface between the vitreous phase and the dendritic crystals.
  • This distribution of crystallites throughout the glassy phase could be explained by the presence of crystallites which, given the composition of the feedstock, would be predominantly of a different chemical nature of the dendritic crystals.
  • step d) is a new way to improve the wear resistance: up to the present invention, in fact, especially to improve the grinding efficiency, the research was aimed exclusively at increasing the density of the products, generally in the form of beads, or to modify their chemical composition.
  • a method according to the invention may also have one or more of the following optional features: -
  • the composition of the feedstock is suitable for producing a product having a chemical composition such that the weight ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
  • step b) and step c) the molten liquid is dispersed to form droplets.
  • the product has a shape of which at least one dimension is less than 30 mm.
  • it may have the shape of a ball or a thin plate.
  • step d) comprises a step at a temperature of between 800 ° C. and 1100 ° C.
  • the heat treatment in step d) comprises a bearing at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and more preferably at 850 ° C.
  • the heat treatment in step d) comprises a step at a temperature of between 950 ° C. and 1100 ° C., preferably at a temperature of between 970 ° C. and
  • the duration of maintenance in stage is greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to 3 hours, preferably greater than or equal to 5 hours more preferably from 5 to 10 hours, or even 10 hours.
  • the heat treatment in step d) comprises only a nucleation operation of the vitreous phase at a first temperature higher than the glass transition temperature Tg of the glassy phase of the product resulting from stage c), or comprises a single operation of growth of crystallization seeds at a second temperature, greater than the glass transition temperature Tg of the glass phase of the product from step c.
  • the crystallization seeds can in particular come from the rise in temperature towards the second temperature.
  • the heat treatment in step d) comprises a nucleation operation of the vitreous phase of the product at a first temperature higher than the glass transition temperature Tg of the glassy phase of the product resulting from step c), and then an operation of growth of the nucleation seeds, or "nuclei", created during the nucleation operation, at a second temperature higher than the first temperature, of preferably greater than at least 50 ° C., of at least 80 ° C., of at least 100 ° C., or even of at least 150 ° C. at the second temperature.
  • the heat treatment in step d) comprises a step at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and preferably at about 850 ° C., followed by a plateau at a temperature of between 970 ° C. and 1070 ° C. 0 C, and preferably at about 1000 0 C.
  • the heat treatment cycle in step d) comprises firstly a 10 hour stage at 850 0 C, followed by a 10 hour stage at 1000 0 C.
  • the rates of rise and fall in temperature are between 15 ° C / h and 500 ° C / h, preferably between 20 ° C / h and 200 ° C / h.
  • a speed of 120 ° C / h is well suited.
  • the method is adapted so that the product according to the invention has one or more of the optionally optional characteristics described below.
  • the invention also relates to a product obtained or obtainable by means of a process according to the invention.
  • a product obtained or obtainable by means of a process according to the invention.
  • such a product differs from known products in particular by the microstructure described above.
  • the product may still have one or more of the following optional features:
  • the crystallites are distributed within the vitreous phase of the matrix in a substantially homogeneous manner.
  • the diameter "D" of the largest circle that can be placed on a view of a section at the heart of the product, taken by means of a transmission electron microscope (TEM), without any crystallite being included, even partially, in this circle is preferably less than 3.5 ⁇ m, preferably less than 2 ⁇ m, more preferably less than 1 ⁇ m.
  • the statistical distribution which represents the number of grains according to their size, is multimodal, and in particular bimodal, a first mode corresponding to the sizes of the crystallites resulting from step d) and a second mode corresponding to the sizes of the dendritic crystals. obtained at the end of step c).
  • a bimodal distribution corresponds to a distribution with two main peaks or "first and second modes".
  • the sizes T1 and T2 corresponding to said first and second modes are such that the T2 / T1 ratio is greater than 50, preferably greater than 100, preferably greater than 150 or even greater than 200.
  • T1 is greater at 5 nm, preferably greater than 10 nm, or even greater than 0.05 ⁇ m and less than 0.15 ⁇ m.
  • T2 is greater than 15 ⁇ m and less than 100 ⁇ m.
  • At least 80%, or at least 90%, or even substantially 100% by number, of the dendritic crystals are greater than or equal to 2 ⁇ m, or greater than or equal to 3 ⁇ m, or greater than or equal to 5 ⁇ m, or greater or equal to 10 microns, or greater than or equal to 15 microns and / or less than or equal to 100 microns.
  • At least 80%, or at least 90%, or even substantially 100% by number, of the crystallites distributed in the glassy phase are of size less than or equal to 400 nm, or less than or equal to 300 nm, or less than or equal to 250 nm , or less than or equal to 200 nm, even less than or equal to 150 nm and / or of size greater than or equal to 5 nm, greater than or equal to 10 nm, or greater than or equal to 15 nm, or greater than or equal to
  • Crystallites distributed in the vitreous phase are not of dendritic form.
  • the mass ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
  • the product is in the form of a ball of a size less than or equal to 4 mm and / or greater than or equal to 5 microns.
  • the product is in the form of a powder, the maximum size of 5 D 99 is preferably less than 5 mm.
  • the invention also relates to the use of a product according to one embodiment of the invention, for example obtained according to a process according to the invention, as a grinding agent, a dispersion agent in a humid medium or for surface treatment.
  • Powder means a solid product individualized in a powder.
  • ball 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 0.6, regardless of the way in which this sphericity was obtained.
  • the balls according to the invention have a sphericity greater than or equal to 0.7, preferably greater than 0.8, more preferably greater than 0.9.
  • Crystal means a domain of matter obtained by translation of the elementary cell of a crystalline structure in the three directions of space and of size greater than or equal to 1 micron.
  • twin is meant an oriented association of two or more identical crystals.
  • a crystal or a twin is called “crystal”.
  • - Classically called “dendrite” is a crystal obtained after growth of a seed and having a fractal or pseudo-fractal geometry. Processes for obtaining dendritic crystals are well known to those skilled in the art. The following tests provide examples of methods for obtaining dendritic crystals.
  • Crystallite means a domain of matter having the same structure as a crystal but having a size of less than 1 micron.
  • Microx means a binder phase ensuring a continuous structure between the crystals.
  • the matrix comprises a glassy phase in which crystallites are distributed. Potential pores are not part of the matrix.
  • the “crystallization” or “degree of crystallization” of the matrix refers to these crystallites.
  • step d the crystallization heat treatment of step d) is necessary to obtain distributed crystallites.
  • glass transition temperature of a vitreous phase means the middle of the temperature range in which said glassy phase becomes progressively more viscous and goes from the liquid state to the solid state. It is commonly accepted that this temperature corresponds to the temperature for which the viscosity of the vitreous phase is 10 13 Poise.
  • the glass transition temperature of the glassy phases can be determined by differential scanning calorimetry (DSC).
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the homogeneity of the distribution of crystallites in the vitreous phase can be evaluated by the diameter "D" of the largest circle which can be placed on a view of a section at the heart of the product, taken by means of a transmission electron microscope (TEM), without any crystallite being included, even partially, in this circle.
  • a high diameter "D” means that there is a large discoidal zone devoid of crystallites, which corresponds, for the same crystallite coverage rate of the matrix, to a lower homogeneity of the spatial distribution of the crystallites.
  • the "coverage rate" CT of the matrix by the crystallites is measured, on an image of a cut at the heart of the product taken by means of a scanning electron microscope (SEM), by the ratio of the area occupied by the crystallites "Sc” on the total surface of the matrix (glassy phase + crystallites) "S T ".
  • TC S (VS T)
  • the dimensions are measured using an image processing software, for example ELLIX sold by the company MICROVISION.
  • percentiles or "percentiles" 99.5 ( Dc ⁇ ) and 50 (D50) are the particle sizes of a powder corresponding to the percentage of 99.5% and 50%, respectively, in mass on the cumulative particle size distribution curve of the particle sizes of the powder, the sizes For example, 99.5% by weight of the particles of the powder have a size less than D 9 ⁇ 5 and 0.5% of the particles by mass have a size greater than Percentiles can be determined using a particle size distribution using a sedigraph, using a laser granulometer, or by sieving through a series of sieves.
  • the "size" of a particle, especially a ball, is the average of its largest dimension dM and its smallest dimension dm: (dM + dm) / 2.
  • the "size" of a crystal, for example in the form of a dendrite, and the size of a crystallite are defined by the mean of the length of the smallest axis "Pa”, respectively "Pa” and the length of the largest "Ga” axis, respectively "Ga '" of the minimum area ellipse in which said crystal and said crystallite may be inscribed on a section of the product: (Pa + Ga) / 2, (Pa' + Ga ') / 2, respectively.
  • the size of a crystal is measured on photographic snapshots taken by means of a scanning electron microscope (SEM), on a polished cut of the product, and the size of a crystallite is measured on photographic snapshots taken at transmission electron microscope (TEM) on a polished section of the product.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the dimensions are measured using an image processing software, such as for example VISILOG marketed by the company NOESIS.
  • F form factor "F” of a crystallite
  • Extended form here means a form having a form factor F of less than 0.4.
  • Globular form here means a form having a form factor F greater than or equal to 0.4.
  • molten liquid is a liquid mass that may contain some solid particles, but in insufficient quantity so that they can structure said mass. A material undergoing liquid phase sintering can not be considered a molten liquid.
  • Impurities means the inevitable constituents necessarily introduced with the raw materials.
  • the compounds forming part of the group of oxides, nitrides, oxynitrides, carbides, oxycarbides, carbonitrides and metallic species of sodium and other alkalis, iron, vanadium and chromium are impurities.
  • CaO, Ee 2 O 3 or Na 2 O The residual carbon is one of the impurities of the composition of the products according to the invention.
  • Zirconium oxide ZrO 2 is called zirconia. When reference is made to ZrO 2 or (ZrO 2 + Hf0 2 ), it is necessary to include zirconia and traces of hafnium oxide.
  • HfO 2 chemically indissociable from ZrO 2 in a process of fusion and having similar properties, is still naturally present in zirconia sources at levels generally less than 2%.
  • Hafnium oxide is not considered an impurity.
  • Precursor of an oxide means any product which, upon melting, will decompose to give at least said oxide.
  • MgCO 3 is for example a precursor of MgO oxide. Indeed, during the merger MgCO 3 will decompose into MgO and CO 2 .
  • a material is said to be “based" on a constituent when this constituent is the main constituent, by weight, of said material.
  • FIG. 1 is a photograph taken under a scanning electron microscope (SEM) of a particle of Example 23;
  • FIG. 2 is a photograph taken with the transmission electron microscope (TEM) of the matrix of a particle of Example 6;
  • FIG. 3 is a photograph taken with the transmission electron microscope (TEM) of the matrix of a particle of Example 5.
  • TEM transmission electron microscope
  • the feedstock is formed of the desired oxides in the product or precursors thereof.
  • ZrSiO 4 natural zircon sand containing about 66% ZrO 2 and 33% SiO 2 , plus impurities is used.
  • the contribution of ZrO 2 through zircon is indeed much more economical than an addition of ZrO 2 .
  • the compositions may be adjusted by the addition of pure oxides, mixtures of oxides or mixtures of precursors of these oxides, especially ZrO 2 + HfO 2 SiO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO.
  • the chemical analysis of a molten ceramic product is generally substantially identical to that of the feedstock.
  • the skilled person knows how to adapt the composition the starting charge accordingly.
  • no oxide other than ZrO 2 + HfO 2 , SiO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 and MgO is intentionally introduced, in the form of oxide or oxide precursor. in the feedstock, the other oxides present being impurities.
  • the feedstock is prepared so that, in the product manufactured, the mass ratio MgO / SiO 2 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.77 and the weight ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
  • step b) the feedstock is melted, preferably in an electric arc furnace. Electrofusion makes it possible to manufacture large quantities of particles with interesting yields. But all known furnaces are conceivable, such as an induction furnace or a plasma furnace, provided they allow to melt the feedstock to form a bath of molten liquid.
  • step c) a stream of the molten liquid is dispersed in small liquid droplets which, as a result of the surface tension, take, for the majority of them, a substantially spherical shape.
  • This dispersion can be performed by blowing, in particular with air and / or steam, or by any other method of atomizing a molten liquid known to those skilled in the art.
  • a melted ceramic particle with a size of 5 ⁇ m to 4 mm can thus be produced.
  • the cooling resulting from the dispersion leads to the solidification of the liquid droplets. Particles, in particular beads, are then melted. Any conventional method for producing melted particles, especially melted beads, can be implemented. These melted particles can be milled to change their particle size.
  • the particles comprise dendritic crystals bonded by a substantially non-crystallized matrix, especially in the immediate vicinity of the dendritic crystals.
  • step d) the particles obtained in step c) are heat treated.
  • this heat treatment is applied, after step c), to particles cooled to a temperature below the nucleation temperature, for example up to room temperature.
  • the heat treatment then involves a rise in temperature.
  • the rates of rise and fall in temperature can be, for example, between 10 ° C / h and 1200 ° C / h, preferably between 15 ° C / h and 500 ° C / h, preferably between 20 ° C / h and ° C / h and 200 ° C / h. A speed of 120 ° C / h is well suited.
  • the heat treatment may comprise a single temperature step. In one embodiment, the heat treatment comprises a bearing at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C.
  • the heat treatment comprises a bearing at a temperature of between 950 ° C. and 1100 ° C., preferably at a temperature of between 970 ° C.
  • the heat treatment cycle comprises two stages.
  • the first step is determined to generate seed crystals in the vitreous phase and the second step is determined to grow these seeds.
  • the temperature of the second stage is greater than that of the first stage, preferably greater than at least 50 ° C., of at least 80 ° C., of at least 100 ° C., or even of at least 150 ° C. at the temperature. of the first landing.
  • the first stage is at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and more preferably at 850 ° C.
  • the second bearing is at a temperature between 950 0 C and 1100 0 C, preferably at a temperature between 970 0 C and 1070 0 C 5 and more preferably at 1000 0 C.
  • the temperature keeping time of at least one of the first and second bearings, preferably of each of these two stages is greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to equal to 3 hours, more preferably greater than or equal to 5 hours.
  • a duration of maintenance ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, is well suited. However, it is possible to maintain a level of 10 hours or more.
  • the heat treatment comprises a first stage at 850 ° C. for a period ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, followed by a plateau at 1000 ° C. for a period of time ranging from from 5 to 10 hours, or even 10 hours.
  • the implementation of a heat treatment after solidification makes it possible to control the crystallites generation, and in particular to determine the degree of crystallization and / or to adjust the size of the crystallites:
  • the inventors have found that the majority of crystallites are created during the first stage or, when the heat treatment comprises a single stage, during the rise in temperature.
  • the duration of these phases therefore determines the number of crystallites, a longer duration corresponding to a greater amount of crystallites.
  • This observation has also led the inventors to recommend the implementation of two levels, the control of the creation of crystallites being improved.
  • the inventors have also found that the size of the crystallites increases with the temperature of the second stage.
  • Other methods of manufacturing a product according to the invention can be envisaged. For example, it is possible to manufacture a melted and cast product in the form of a plate, preferably with rapid cooling, as described for example in FR 2,290,266, incorporated by reference, then to grind it and, where appropriate , to make a granulometric selection, and then to subject the powder obtained crystallization heat treatment as described in step d) described above. Alternatively, said heat treatment may be carried out before grinding.
  • the form of the molten product is preferably adapted to facilitate crystallization in step d). Indeed, if the shape of the product is too massive, for example if the product is in the form of a brick of several kilograms, crystallization can be effective, according to current techniques, only on the surface of the product.
  • the melted product has at least one of its dimensions less than 30 mm, preferably less than 20 mm, preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, preferably less than 2 mm.
  • the product is in the form of a thin plate with a thickness of less than 30 mm, preferably less than 20 mm, preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, preferably less than 2 mm.
  • a product according to the invention is preferably in the form of a particle, or even a ball, or a set of particles or beads. These beads and particles may have a size less than or equal to 4 mm and / or greater than or equal to 5 ⁇ m.
  • the content of oxides in the composition of a product according to the invention may represent more than 99.5% or even more than 99.9%, and even substantially 100% of the total mass of the product.
  • the ZrO 2 content in weight percentage on the oxide basis, may be greater than or equal to 45% and / or less than or equal to 90%.
  • the ZrO 2 content may be greater than or equal to 50%, or greater than or equal to 55%, or greater than or equal to 60% and / or less than or equal to 85%, or less than or equal to 80% or less than or equal to 75%, or less than or equal to 70%.
  • the CeO 2 content of a molten product according to the invention is less than 31%, as a percentage by weight based on the oxides.
  • the CeO 2 content, as a percentage by weight on the oxide basis may be greater than or equal to 5%.
  • the content of CeO 2 may be greater than or equal to 6%, or greater than or equal to 8%, or greater than or equal to 10%, or greater or equal to 12%, or greater than or equal to 15%, greater than or equal to 17%, even greater than or equal to 19% and / or less than or equal to 30%, or less than or equal to 28%, or even less than or equal to at 26%.
  • the Y 2 O 3 content as a percentage by weight based on the oxides, may be greater than or equal to 0.1% and / or less than or equal to 10%.
  • the content of Y 2 O 3 may be greater than or equal to 0.5%, or greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1, 5%, or greater than or equal to 2%, or greater than or equal to 2.5%, even greater than or equal to 3% and / or less than or equal to 8%, or less than or equal to 6%, or less or equal to 5.5%, or less than or equal to 5%.
  • the SiO 2 content, in weight percent based on the oxides, may be greater than or equal to 2% or greater than or equal to 3% and / or less than or equal to 40%.
  • the content of SiO 2 may be greater than or equal to 4%, or even greater than or equal to 5% and / or less than or equal to 35%, or less or equal to 30%, or less than or equal to 20%, or less than or equal to 18%, or less than or equal to 16%, or less than or equal to 14%, or less than or equal to 12%, or less than or equal to 10%, or less than or equal to
  • the content of Al 2 O 3 may be greater than or equal to 0.5% and / or less or equal to 25%.
  • the content of Al 2 O 3 may be greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 2%, or greater than or equal to 4% and / or less than or equal to 20%, or less than or equal to 15%, or less than or equal to 12%.
  • the TiO 2 content may be greater than or equal to 0.5% and / or less than or equal to 8.5%.
  • the presence of TiO 2 can advantageously favor the homogeneity of the crystallite distribution in the matrix.
  • the content of TiOj, in percentage by weight on the basis of the oxides may be greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1, 25%, or even greater than or equal to 1.5% and / or less than or equal to 5%, or less than or equal to 3%, or even less than or equal to 2%,
  • the mass ratio MgO / SiO 2 is preferably less than or equal to 1, more preferably less than or equal to 0.77.
  • the MgO content may be greater than or equal to 0.5%, or greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1.25% or even greater than or equal to 1, 5%, and / or less than or equal to 4%, or less than or equal to 3.2%.
  • the mass ratio (ZrO 2 + HfO 2 ) / SiO 2 is greater than or equal to 1, or greater than or equal to 1.5, or greater than or equal to 2, or greater than or equal to 2.5 and or less than or equal to 25, or less than or equal to 20, or even less than or equal to 15, or even less than or equal to 10.
  • the mass ratio SiO 2 / Al 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
  • the content of "other oxides”, that is to say the oxides other than the abovementioned oxides, is preferably less than 1%, or even less than or equal to 0.6% of the total mass of oxides. Indeed, it is considered that a total content of "other oxides" of less than 1% does not substantially modify the results obtained.
  • the other oxides are in particular oxides such as CaO, Na 2 O, P 2 Os or Fe 2 O 3 .
  • the "other oxides" are present only in the form of impurities.
  • a product according to an embodiment of invention for example obtained according to a method according to the invention, comprises dendritic crystals 10 bonded by a matrix 11.
  • the dendritic crystals 10 shown are isolated from each other. other. They can, however, also be in contact, or even nested within each other. They then advantageously form a skeleton that is difficult to deform. IS
  • the dendritic crystals are based on zirconia. Their composition may especially comprise at least 60 mol%, or at least 70 mol%, or at least 80 mol%, of zirconia.
  • At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the dendritic crystals may be larger than or equal to 2 microns.
  • At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the dendritic crystals are greater than or equal to 3 microns, or greater than or equal to 5 microns, or greater than or equal to 10 microns, or even greater than or equal to 15 microns and / or less than or equal to 100 microns.
  • the matrix 11 comprises a glassy phase 12 in which crystallites 13 and 14 are distributed.
  • the crystallites may have various, and in particular elongated, forms (crystallite 13) or globular (crystallite 14).
  • the crystallites are not of dendritic form.
  • the shape factor F and the size of a crystallite can be determined by inserting the shape of this crystallite in an ellipse E 'of minimum area, and then measuring the length of the smallest axis Pa 'and that of the largest axis Ga'.
  • the size L ' is equal to (Pa' + Ga ') / 2.
  • the form factor F is equal to PaVGa '.
  • more than 95% by number, or even more than 97% by number, or even substantially 100% by number, of the crystallites distributed in the matrix have a form factor F greater than 0.40, or greater than 0, 45, or greater than 0.50, or greater than 0.55, or greater than 0.60, or even greater than 0.70.
  • At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the crystallites distributed in the matrix may be less than or equal to 400 nm in size.
  • At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the crystallites distributed in the matrix are less than or equal to 300 nm, or less than or equal to 250 nm, or less than or equal to at 200 nm, even less than or equal to 150 nm and / or of size greater than or equal to 5 nm, or greater or equal to 10 nm, or greater than or equal to 15 nm, or greater than or equal to 20 nm, greater than or equal to 30 nm, or greater than or equal to 40 nm, or even greater than 50 nm.
  • a melted product according to the invention comprises dendritic crystals linked by a matrix in which crystallites are distributed.
  • the crystallites can be distributed within the vitreous phase of the matrix in a substantially homogeneous manner.
  • the "D" diameter defined above is less than 3.5 ⁇ m, preferably less than 2 ⁇ m, more preferably less than 1 ⁇ m.
  • the crystallites may contain one or more crystalline phases, for example crystalline phases based on cerium oxide and / or zirconia and / or on titanium oxide and / or on alumina and / or on yttrium oxide. and / or silica.
  • Crystallites can represent, in a view of a section in the heart of a product of the invention, more than 15%, even more than 30%, even more than 40%, even more than 60%, or even more than 70%. % or even more than 80% of the surface of the matrix (vitreous phase + crystallites). In other words, the coverage rate of the matrix by the crystallites can be greater than 15%, or even greater than 30%, or even greater than 40%, or even greater than 60%, or even greater than 70%, or even greater than 80%.
  • a molten product may have the following chemical composition, in percentages by weight based on the oxides and for a total of 100%:
  • 0% ⁇ MgO, 0% ⁇ TiO 2 , and other oxides ⁇ 1% and comprise dendritic crystals bonded by a matrix in which crystallites are distributed.
  • the composition of a product according to the invention is such that, for a total of 100%:
  • 0 ⁇ C ⁇ 0.6 and 0.02 ⁇ Y ⁇ 0.098 and when Y ⁇ 0.082, Min (70.238.Y 2 - 12.393.Y + 0.544; 0.25) ⁇ C.
  • the mass ratio CeO 2 Z is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and Zou less than or equal to 0.5.
  • the mass ratio Y 2 O 3 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or lower. or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06.
  • the composition of a product according to the invention is such that for a total of 100%:
  • a product according to this second particular embodiment has one or more of the following optional features:
  • the mass ratio 810 2 / Al 2 O 3 is less than or equal to I 3 , preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3:
  • the glassy phase is then rich in alumina.
  • the mass ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3, and SiO 2 > 5%:
  • the glassy phase is then abundant and rich in alumina.
  • More than 95% by number, preferably more than 97% by number, preferably more than 99% by number, and more preferably substantially 100% by number of the crystallites have a form factor F greater than 0.45, or greater than 0.50, or greater than 0.55, or greater than 0.60, or even greater than 0.70.
  • the diameter "D" is less than 2 microns, preferably less than 1 micron.
  • the mass ratio CeO 2 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and / or less than or equal to 0.5.
  • the mass ratio Y 2 O 3 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or less than or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06.
  • a product according to the second particular embodiment has, in a highly basic medium, a particularly high resistance to corrosion.
  • a subset of the products according to this second particular embodiment has the following chemical composition, for a total of 100%, 55% ⁇ ZrO 2 + HfO 2 ⁇ 75%, 10% ⁇ CeO 2 ⁇ 30%, 1.5 % ⁇ Y 2 O 3 ⁇ 5%,
  • the matrix has a diameter "D" of less than 1 ⁇ m.
  • a product according to this subset of this second particular embodiment has one or more of the following optional features:
  • crystallites More than 99% by number, and more preferably substantially 100% by number of the crystallites have a form factor F greater than 0.50, preferably greater than 0.55, preferably greater than 0.60, preferably greater than at 0.70.
  • ⁇ C ⁇ 0.6 and 0.02 ⁇ Y ⁇ 0.098 and when Y 0.082, Min (70.238.Y 2 - 12.393.Y + 0.544; 0.25) ⁇ C, preferably when Y ⁇ 0.089, Min (- 38.095.Y 2 + 0.3571, Y + 0.2738, 0.25) ⁇ C.
  • the mass ratio CeO 2 / (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and / or less than or equal to 0.5.
  • the mass ratio Y 2 O 3 / (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or less than or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06.
  • a product according to the invention preferably has a density greater than or equal to 4, or greater than or equal to 4.5, or greater than or equal to 4.7, or greater than or equal to 5 or even greater than or equal to 5.2. It is considered that the higher the density, the better the grinding efficiency. Planetary wear and wear in basic conditions are defined below.
  • the product may have a basic wear of less than or equal to 2.2 g / h, or less than or equal to 2 g / h, or less than or equal to 1.8 g / h, or less than or equal to 1.5 g / h.
  • the product has a wear in basic medium of less than or equal to 1.8 g / h and a density greater than or equal to 5.2.
  • the product may also have a planetary wear less than or equal to 3.5%, or less than or equal to 2.9%, or less than or equal to 2.5%, or less than or equal to 2.3%, or less or equal to 2.1%, or even lower than or equal to 1.8%.
  • a product according to the invention can be used in other applications than grinding in a humid environment.
  • it can be used as a dry grinding, propping and heat exchange agent.
  • the density of the products tested is measured by a method using a helium pycnometer (AccuPyc 1330 from Micromeritics®), according to a method based on the measurement of the volume of gas (in this case Helium) displaced.
  • a helium pycnometer In this case Helium
  • the homogeneity of the distribution of crystallites in the vitreous phase is determined . using observations made in Transmission Electron Microscopy (or TEM) as follows.
  • the preparation of the samples to be observed consists in mechanically thinning a particle by successive polishing to a thickness of about 30 microns. Then the sample preparation is finalized by ion thinning (argon sputtering) via a PIPS ("Precision
  • the sample to be observed is then in the form of a blade.
  • This slide is deposited in the Transmission Electron Microscope (Philips CM 30 - 300KV), on a molybdenum support and a copper washer.
  • the purpose of electronic bombardment is to observe the sample in transmission.
  • At least 5 photos of the microstructure are made in different areas of the sample chosen randomly.
  • the enlargements of the photos are adapted so as to be able to observe matrix surfaces of between 15 and 150 ⁇ m 2 and so that that the sum of the surfaces observed is at least 450 ⁇ m 2 .
  • the magnification is adapted to distinguish the crystallites in the matrix.
  • a circle of a determined diameter is then moved over the entire matrix surface, looking for a position in which no crystallite is included, even partially, in the circle.
  • the photos also measure crystallite size and shape factors.
  • the plate is rotated relative to the frame of the mill and the bowl is rotated relative to the plate, imposed by the speed of rotation of the plate.
  • the contents of the bowl are then washed on a 100 ⁇ m sieve so as to remove the residual silicon carbide as well as the tearing of material due to wear during grinding.
  • the particles are then dried in an oven at 100 ° C. for 3 h and then weighed (mass m). Planetary wear, expressed as a percentage, is given by the following formula:
  • the mill is kept in operation for a time t, between 16 and 24 hours, then stopped.
  • the particles are rinsed with water, carefully removed from the mill and then washed and dried. They are then weighed (mass m).
  • the wear speed V in grams / hour is determined as follows:
  • V (m o -m) / t
  • the particle charge is taken up and supplemented with (mo-m) grams of new particles so as to repeat the grinding operation as many times as necessary (n times) so that the cumulative grinding time is at least 100 hours and that the difference between the wear speed calculated in step n and in step n-1 is less than 15% in relative. Typically, the total grinding time is between 100 hours and 140 hours.
  • the wear in basic medium is the wear speed measured for the last grinding operation n.
  • the percentage improvement compared to Comparative Example 3 is defined by the following formula: 100 * (wear of the product of Comparative Example 3 - wear of the product under consideration) / wear of the product of Comparative Example 3. considers that the results are particularly satisfactory if the products exhibit an improvement in wear resistance of at least 10% compared with that of Comparative Example 3. The results are considered to be particularly satisfactory if the products exhibit improvement of the basic wear resistance of at least 15% compared with that of Comparative Example 2. Manufacturing protocol
  • a starting charge is prepared from powders of zircon, yttrium oxide, cerium oxide, aluminum oxide and optionally zirconium oxide (zirconia) and titanium oxide.
  • This feedstock is then melted in an electric Heroult arc furnace so as to form a bath of molten liquid.
  • This bath is then cast so as to form a net of liquid which is then dispersed in particles, in the form of balls by blowing compressed air and isolated by casting.
  • the particles to be treated are arranged batchwise in nacelles which are charged in a heat treatment furnace.
  • the cycle comprises a rise in temperature at a speed of 120 ° C., from ambient temperature to a first stage temperature (called “plateau 1”) equal to 850 ° C., for a duration of between 0 and 10 hours, possibly followed by a second stage (called “stage 2”) at a temperature of 1000 0 C for a period of between 1 hour and 10 hours.
  • the rate of rise in temperature between the end of stage 1 at 850 ° C. and the beginning of stage 2 at 1000 ° C. is 120 ° C.Zh. After temperature plateau 2, the temperature is reduced to 200 ° CZh.
  • crystallite size specifies that at least 80% of the crystallites have a size within the indicated range; - "F ⁇ 0.4” indicates the presence ("yes”) or absence (“no") of more than 5% in number of crystallites with F ⁇ 0.4;
  • the examples according to the invention have a greater resistance to planetary wear than the examples of the same chemical composition but without crystallites distributed within their matrix, as illustrated by a comparison between Example 4 (non-crystallized matrix) and Examples 5 and 6 (crystallized matrix) or a comparison between Example 7 (uncrystallized matrix) and Examples 8, 9 and 11
  • Examples 5 and 6 show an improvement of 16% and 11%, respectively, compared to Example 4, while Examples 8, 9, 10 and
  • Example 11 show an improvement of 11%, 11%, 17% and 17% compared to Example 7.
  • a comparison of Examples 5 and 6 also shows the advantage of a two-stage heat treatment with greater dwell times. at 1 o'clock.
  • a comparison of Examples 8 and 9 shows that a step time of greater than 3 hours does not necessarily improve the planetary wear resistance.
  • Examples 11 to 23 illustrate, under identical heat treatment conditions, the influence of the chemical composition on the planetary wear resistance. In particular, they make it possible to observe a sudden deterioration in planetary wear resistance when the CeO 2 content exceeds 31% (Examples 20 and 21).
  • Examples 5, 22 and 24 are most preferred for the planetary wear test.
  • a comparison of Examples 4 and 5 to 6, or 7 and 9 to 11, shows the advantage of a heat treatment, and more generally, the presence of crystallites distributed within the matrix, to increase the resistance to the wear in basic medium.
  • a comparison of Examples 5 and 6 shows, however, that it is preferable that the matrix does not contain elongate crystallites when the product according to the invention is intended to serve in a basic medium.
  • a SiO 2 Al 2 O 3 ratio ⁇ 1, or even less than 0.8 is preferable.
  • a comparison of Examples 10 and 11 finally shows that a bearing time 1 greater than 3 hours improves the planetary wear resistance in basic medium. These examples also confirm the interest of a two-stage heat treatment.
  • Example 5 is considered to be the best product because it combines a density greater than or equal to 5.3, a planetary wear resistance. of 1.6 and a basic wear resistance of 1.8 or less.
  • the inventors have found an absence of cracks and pores.
  • the invention provides a product with remarkable planetary wear resistance, and in some embodiments even a very good wear resistance in a basic medium.
  • the present invention is not limited to the described embodiments, provided by way of illustrative and non-limiting examples.
  • the invention is not limited to molten particles, but extends to any type of molten product, and in particular to thin plates.
  • the field of application of the products according to the invention is not limited to micro-grinding, but extends to all applications where the qualities described above would be likely to be useful, and in particular to wet microdispersion and surface treatment.

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Abstract

Process for manufacturing a product, comprising the following successive steps: a) mixing raw materials to form a starting feedstock, b) melting the starting feedstock so as to form a molten liquid, c) solidifying the molten liquid so as to obtain a fused product comprising crystals linked by a glassy phase, and d) crystallization heat treatment of the glassy phase of said fused product, in which the composition of the starting feedstock is adapted in order to manufacture a product having the following chemical composition, as weight percentages based on the oxides, and for a total of 100%: 40% ≤ (ZrO2 + HfO2) ≤ 94%, 6% < CeO2 < 31%, 0% ≤ Y2O3, 0% ≤ Al2O3, 2% ≤ SiO2, 0% ≤ MgO, 0% ≤ TiO2, and other oxides ≤ 1%. Use of the product obtained as a grinding agent, an agent for dispersing in a wet medium, a surface treatment agent, a supporting agent or a heat-exchange agent.

Description

Produit en matière céramique fondue Domaine technique Melted ceramic product Technical area
La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits en matière céramique obtenue par fusion, ou « produits fondus », et notamment de particules fondues utilisables en particulier dans les appareils et procédés de microbroyage, de microdispersion en milieu humide et de traitement de surfaces.The present invention relates to a method of manufacturing products made of ceramic material obtained by melting, or "molten products", and in particular melted particles that can be used in particular in apparatus and processes for micromilling, wet microdispersion and surface treatment.
Elle se rapporte également à des produits obtenus ou susceptibles d'avoir été obtenus par ce procédé,It also relates to products obtained or likely to have been obtained by this process,
Etat de la techniqueState of the art
Les appareils et procédés de microbroyage, de microdispersion en milieu humide et de traitement de surfaces sont bien connus, et sont notamment développés dans des industries telles que :Apparatuses and processes for micromilling, wet microdispersion and surface treatment are well known, and are particularly developed in industries such as:
- l'industrie minérale, qui met en œuvre des particules pour le broyage fin de matières prébroyées à sec par des procédés traditionnels, notamment pour le broyage de carbonate de calcium, d'oxyde de titane, de gypse, de kaolin, de minerai de fer, des minerais de métaux précieux et, de manière générale, de tous les minerais subissant un traitement chimique ou physico chimique ;- the mineral industry, which implements particles for the fine grinding of dry-milled materials by traditional processes, in particular for the grinding of calcium carbonate, titanium oxide, gypsum, kaolin, mineral ore iron, ores of precious metals and, in general, all ores undergoing chemical or physicochemical treatment;
- les industries des peintures, encres, colorants, laques magnétiques, composés agrochimiques, qui utilisent des particules pour la dispersion et l'homogénéisation des divers constituants liquides et solides ;- the paints, inks, dyes, magnetic lakes and agrochemical compounds industries, which use particles for the dispersion and homogenisation of the various liquid and solid constituents;
- l'industrie du traitement de surfaces, qui a recours à des particules notamment pour des opérations de nettoyage de moules métalliques (pour la fabrication de bouteilles par exemple), l'ébavurage de pièces, le décalaminage, la préparation d'un support en vue d'un revêtement, le grenai liage de pré-contraintes (appelé « shot peening » en langue anglaise), ou encore le conformage de pièces (appelé « peen forming » en langue anglaise).- the surface treatment industry, which uses particles in particular for cleaning metal molds (for the manufacture of bottles, for example), deburring parts, descaling, preparing a support for the appearance of a coating, the binding of pre-stressing grenais (called "shot peening" in English), or the forming of pieces (called "peen forming" in English).
Les particules classiquement utilisées pour ces marchés sont généralement sensiblement de forme sphérique et de taille comprise entre 0,005 à 4 mm. En fonction des marchés visés, elles peuvent présenter une ou plusieurs des propriétés suivantes :The particles conventionally used for these markets are generally substantially spherical in shape and between 0.005 and 4 mm in size. Depending on the target markets, they may have one or more of the following properties:
- une inertie chimique et colorante vis-à-vis des produits traités,a chemical and colorant inertness with respect to the products treated,
- une résistance mécanique aux chocs, - une résistance à l'usure,- a mechanical resistance to shocks, - resistance to wear,
- une faible abrasivité pour le matériel, notamment les organes agitateurs et les cuves, ou les organes de projection, eta low abrasiveness for the equipment, in particular the stirring members and the tanks, or the projection members, and
- une faible porosité ouverte pour un nettoyage aisé. Dans le domaine du broyage, on trouve différents types de particules, notamment du sable à grains arrondis, des billes de verre, en particulier des billes de verre vitrocéramisé, ou encore des billes métalliques.- low open porosity for easy cleaning. In the field of grinding, there are different types of particles, including sand with rounded grains, glass beads, especially glass ceramic glass beads, or metal balls.
Le sable à grains arrondis, comme le sable d'OTTAWA par exemple, est un produit naturel et bon marché, mais inadapté aux broyeurs modernes, pressurisés et à forts débits. En effet, le sable est peu résistant, de faible densité, variable en qualité et abrasif pour le matériel.Rounded grain sand, such as OTTAWA sand for example, is a natural and inexpensive product, but unsuitable for modern, pressurized and high flow mills. Indeed, the sand is not very resistant, of low density, variable in quality and abrasive for the material.
Les billes de verre, largement utilisées, présentent une meilleure résistance, une plus faible abrasivité et une disponibilité dans une gamme plus large de tailles.Glass beads, widely used, have better strength, lower abrasiveness and availability in a wider range of sizes.
Les billes de verre vitrocéramisé, comme celles décrites dans JP-S61-168552 ou JP-S59-174540, sont plus résistantes que les billes de verre.The glass-ceramic glass beads, such as those described in JP-S61-168552 or JP-S59-174540, are more resistant than glass beads.
Les billes métalliques, notamment en acier, sont également connues depuis longtemps pour les applications précitées, mais leur utilisation reste marginale du fait qu'elles présentent souvent une inertie chimique insuffisante vis-à-vis des produits traités, entraînant notamment une pollution des charges minérales et un grisai llement des peintures, et une densité trop élevée nécessitant des broyeurs spéciaux impliquant notamment une forte consommation d'énergie, un échauffement important et une sollicitation mécanique élevée du matériel.Metal balls, in particular made of steel, have also been known for a long time for the abovementioned applications, but their use remains marginal because they often have insufficient chemical inertia with respect to the products treated, notably resulting in pollution of the mineral charges. and a gray paint, and too high density requiring special grinders involving in particular a high energy consumption, a significant heating and a high mechanical stress of the equipment.
On connaît également des particules en matière céramique, qui ont pour avantage de présenter une meilleure résistance mécanique que les billes de verre, une densité élevée et une excellente inertie chimique. Parmi ces particules, on peut distinguer :Also known ceramic particles, which have the advantage of having a better mechanical strength than glass beads, a high density and excellent chemical inertness. Among these particles, we can distinguish:
- les particules céramiques frittées, obtenues par un façonnage à froid d'une poudre céramique suivie d'une consolidation par cuisson à haute température, etsintered ceramic particles, obtained by cold forming of a ceramic powder followed by consolidation by baking at high temperature, and
- les particules céramiques fondues, généralement obtenues par fusion d'une charge de matières premières, conversion du liquide en fusion en gouttelettes, et solidification de celles-ci.- The melted ceramic particles, generally obtained by melting a feed of raw materials, converting the molten liquid into droplets, and solidifying them.
La grande majorité des particules céramiques fondues utilisées dans les applications susmentionnées ont une composition du type zircone-silice (ZrO2 - S1O2) où la zircone est cristallisée sous forme monoclinique et/ou partiellement stabilisée (par des ajouts adaptés), et où la silice, ainsi qu'une partie des additifs éventuels, forment une matrice liant les cristaux de zircone.The vast majority of fused ceramic particles used in the aforementioned applications have a zirconia-silica (ZrO 2 -SiO 2 ) type composition where the zirconia is crystallized in monoclinic and / or partially stabilized form (by suitable additions), and in which the silica, as well as some of the optional additives, form a matrix binding the zirconia crystals.
Ces particules céramiques fondues offrent d'excellentes propriétés pour le broyage, à savoir une bonne résistance mécanique, une densité élevée, et une inertie chimique et une abrasivité faibles vis-à-vis du matériel de broyage.These fused ceramic particles provide excellent grinding properties, ie, good mechanical strength, high density, and low chemical inertness and abrasiveness to the grinding material.
Des particules céramiques fondues à base de zircone et leur utilisation pour le broyage et la dispersion sont par exemple décrites dans FR 2 320 276, EP 0 662 461 et FRMelted ceramic particles based on zirconia and their use for grinding and dispersion are for example described in FR 2 320 276, EP 0 662 461 and FR
2 714 905. Ces documents décrivent ainsi l'influence de SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Y2O3, CeO2, et Na2O sur les principales propriétés des particules résultantes, notamment sur les propriétés de résistance à l'écrasement et de résistance à l'abrasion.These documents describe the influence of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, Y 2 O 3 , CeO 2 , and Na 2 O on the main properties of the resulting particles, in particular on the resistance properties. to crush and abrasion resistance.
Bien que les particules céramiques fondues de l'art antérieur soient de bonne qualité, l'industrie a toujours besoin de produits de qualité encore supérieure. En effet, les conditions de broyage sont toujours plus exigeantes. Un but de l' invention est de satisfaire ce besoin.Although the melted ceramic particles of the prior art are of good quality, the industry still needs higher quality products. Indeed, the grinding conditions are always more demanding. An object of the invention is to satisfy this need.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un procédé de fabrication d'un produit, comprenant les étapes successives suivantes : a) mélange de matières premières pour former une charge de départ, b) fusion de la charge de départ de manière à former un liquide en fusion, c) solidification du liquide en fusion de manière à obtenir un produit fondu comportant des cristaux liés par une phase vitreuse, et d) traitement thermique de cristallisation de la phase vitreuse dudit produit fondu.According to the invention, this object is achieved by means of a method of manufacturing a product, comprising the following successive steps: a) mixing of raw materials to form a feedstock, b) melting of the feedstock of in order to form a molten liquid, c) solidification of the molten liquid so as to obtain a molten product comprising crystals linked by a glassy phase, and d) crystallization heat treatment of the glassy phase of said molten product.
Ce procédé est remarquable en ce que la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % :This process is remarkable in that the composition of the feedstock is suitable for producing a product having the following chemical composition, in percentages by mass on the basis of the oxides and for a total of 100%:
40 % < (ZrO2 + HfO2) < 94 %, 4 % < CeO2 < 31 %,40% <(ZrO 2 + HfO 2 ) <94%, 4% <CeO 2 <31%,
0 % < Y2O3, 0 % < Al2O3, 2 % < SiO2, 0 % < MgO, 0 % < TiO2, et autres oxydes < 1 %.0% <Y 2 O 3 , 0% <Al 2 O 3 , 2% <SiO 2 , 0% <MgO, 0% <TiO 2 , and other oxides <1%.
Comme nous le verrons plus loin, le produit fondu fabriqué, ci-après « produit selon l'invention », présente une excellente résistance à l'usure.As will be seen below, the melted product manufactured, hereinafter "product according to the invention", has an excellent wear resistance.
Ce résultat est étonnant. En effet, la formation de cristallites au sein d'une phase vitreuse, résultant du traitement thermique de l'étape d), s'accompagne d'une diminution du volume global et entraîne généralement la création de porosités, voire même de fissures. Or, ces porosités et fissures sont préjudiciables à la résistance mécanique.This result is amazing. Indeed, the formation of crystallites within a vitreous phase, resulting from the heat treatment of step d), is accompanied by a decrease in the overall volume and generally leads to the creation of porosities, or even cracks. However, these porosities and cracks are detrimental to the mechanical strength.
Sans être liés par cette théorie, les inventeurs expliquent les résultats obtenus par la microstructure très spécifique du produit selon l'invention. En effet, dans un produit selon l'invention, des cristallites à base d'oxyde de cérium et/ou de zircone et/ou d'oxyde de titane et/ou d'alumine et/ou d'oxyde d'yttrium et/ou de silice, sont répartis au sein de la phase vitreuse, y compris à proximité immédiate de cristaux dendritiques à base de zircone, alors que dans les produits fabriqués selon d'autres procédés, les éventuels cristallites sont au contraire sensiblement absents à l'interface entre la phase vitreuse et les cristaux dendritiques. Cette répartition des cristallites dans toute la phase vitreuse pourrait s'expliquer par la présence de cristallites qui, compte tenu de la composition de la charge de départ, seraient majoritairement de nature chimique différente des cristaux dendritiques.Without being bound by this theory, the inventors explain the results obtained by the very specific microstructure of the product according to the invention. Indeed, in a product according to the invention, crystallites based on cerium oxide and / or zirconia and / or titanium oxide and / or alumina and / or yttrium oxide and / or or silica, are distributed in the vitreous phase, including in the immediate vicinity of zirconia-based dendritic crystals, whereas in products made by other methods, the possible crystallites are on the contrary substantially absent at the interface between the vitreous phase and the dendritic crystals. This distribution of crystallites throughout the glassy phase could be explained by the presence of crystallites which, given the composition of the feedstock, would be predominantly of a different chemical nature of the dendritic crystals.
Avec cette répartition des cristallites dans toute la phase vitreuse, les inventeurs ont constaté une diminution, voire une suppression, des fissures ou des pores préjudiciables à l'application. La cristallisation à l'étape d) constitue une nouvelle voie pour améliorer la résistance à l'usure : jusqu'à la présente invention en effet, notamment pour améliorer le rendement de broyage, la recherche tentait exclusivement d'augmenter la densité des produits, généralement sous forme de billes, ou de modifier leur composition chimique.With this distribution of crystallites throughout the glassy phase, the inventors have observed a reduction, or even a suppression, of cracks or pores detrimental to the application. Crystallization in step d) is a new way to improve the wear resistance: up to the present invention, in fact, especially to improve the grinding efficiency, the research was aimed exclusively at increasing the density of the products, generally in the form of beads, or to modify their chemical composition.
Un procédé selon l'invention peut présenter encore une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes : - A l'étape a), la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant une composition chimique telle que le rapport en masse SiO2ZAl2O3 est inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3.A method according to the invention may also have one or more of the following optional features: - In step a), the composition of the feedstock is suitable for producing a product having a chemical composition such that the weight ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
- Entre l'étape b) et l'étape c), on effectue une dispersion du liquide en fusion de manière à former des gouttelettes.- Between step b) and step c), the molten liquid is dispersed to form droplets.
- En fin d'étape c), le produit présente une forme dont au moins une dimension est inférieure à 30 mm. En particulier, il peut présenter la forme d'une bille ou d'une plaque mince.- At the end of step c), the product has a shape of which at least one dimension is less than 30 mm. In particular, it may have the shape of a ball or a thin plate.
- Le traitement thermique à l'étape d) comprend un palier à une température comprise entre 800 0C et 1 100 0C.- The heat treatment in step d) comprises a step at a temperature of between 800 ° C. and 1100 ° C.
- Le traitement thermique à l'étape d) comprend un palier à une température comprise entre 800 °C et 950 0C, de préférence à une température comprise entre 820 °C et 880 0C, et de préférence encore à 850 0C.- The heat treatment in step d) comprises a bearing at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and more preferably at 850 ° C.
- Le traitement thermique à l'étape d) comprend un palier à une température comprise entre 950 °C et 1100 0C, de préférence à une température comprise entre 970 °C etThe heat treatment in step d) comprises a step at a temperature of between 950 ° C. and 1100 ° C., preferably at a temperature of between 970 ° C. and
10700C, et de préférence encore à 1000 0C.1070 ° C., and more preferably at 1000 ° C.
- La durée de maintien en palier, quelle que soit la température de palier, est supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence supérieure ou égale à 5 heures, de préférence encore de 5 à 10 heures, voire est égale à 10 heures.- The duration of maintenance in stage, whatever the temperature of bearing, is greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to 3 hours, preferably greater than or equal to 5 hours more preferably from 5 to 10 hours, or even 10 hours.
- Le traitement thermique à l'étape d) ne comprend qu'une opération de nucléation de la phase vitreuse à une première température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la phase vitreuse du produit issu de l'étape c), ou ne comprend qu'une unique opération de croissance des germes de cristallisation à une deuxième température, supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la phase vitreuse du produit issu de l'étape c. Dans ce dernier cas, les germes de cristallisation peuvent notamment provenir de la montée en température vers la deuxième température.The heat treatment in step d) comprises only a nucleation operation of the vitreous phase at a first temperature higher than the glass transition temperature Tg of the glassy phase of the product resulting from stage c), or comprises a single operation of growth of crystallization seeds at a second temperature, greater than the glass transition temperature Tg of the glass phase of the product from step c. In the latter case, the crystallization seeds can in particular come from the rise in temperature towards the second temperature.
- Le traitement thermique à l'étape d) comprend une opération de nucléation de la phase vitreuse du produit à une première température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la phase vitreuse du produit issu de l'étape c), puis une opération de croissance des germes de cristallisation, ou « nuclei », créés lors de l'opération de nucléation, à une deuxième température supérieure à la première température, de préférence supérieure d'au moins 5O0C, d'au moins 8O0C, d'au moins 1000C, voire d'au moins 1500C à la deuxième température.The heat treatment in step d) comprises a nucleation operation of the vitreous phase of the product at a first temperature higher than the glass transition temperature Tg of the glassy phase of the product resulting from step c), and then an operation of growth of the nucleation seeds, or "nuclei", created during the nucleation operation, at a second temperature higher than the first temperature, of preferably greater than at least 50 ° C., of at least 80 ° C., of at least 100 ° C., or even of at least 150 ° C. at the second temperature.
- Le traitement thermique à l'étape d) comprend un palier à une température comprise entre 820 0C et 880 0C, et de préférence à environ 850 0C, suivi d'un palier à une température comprise entre 970 °C et 1070 0C, et de préférence à environ 1000 0C.- The heat treatment in step d) comprises a step at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and preferably at about 850 ° C., followed by a plateau at a temperature of between 970 ° C. and 1070 ° C. 0 C, and preferably at about 1000 0 C.
- Le cycle de traitement thermique à l'étape d) comprend tout d'abord un palier de 10 heures à 8500C, suivi d'un palier de 10 heures à 10000C.- The heat treatment cycle in step d) comprises firstly a 10 hour stage at 850 0 C, followed by a 10 hour stage at 1000 0 C.
- A l'étape d), les vitesses de montée et de descente en température sont comprises entre 15°C/h et 500°C/h, de préférence comprises entre 20 °C/h et 200 °C/h. Une vitesse de 120 °C/h est bien adaptée.In step d), the rates of rise and fall in temperature are between 15 ° C / h and 500 ° C / h, preferably between 20 ° C / h and 200 ° C / h. A speed of 120 ° C / h is well suited.
De préférence, le procédé est adapté pour que le produit selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques, éventuellement optionnelles, décrites ci-dessous.Preferably, the method is adapted so that the product according to the invention has one or more of the optionally optional characteristics described below.
L'invention concerne également un produit obtenu ou susceptible d'être obtenu au moyen d'un procédé selon l'invention. A la connaissance des inventeurs, un tel produit diffère des produits connus notamment par la microstructure décrite ci-dessus.The invention also relates to a product obtained or obtainable by means of a process according to the invention. To the knowledge of the inventors, such a product differs from known products in particular by the microstructure described above.
Selon des modes de réalisation de l'invention, le produit peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :According to embodiments of the invention, the product may still have one or more of the following optional features:
- Les cristallites sont répartis au sein de la phase vitreuse de la matrice de manière sensiblement homogène. - Le diamètre « D » du plus grand cercle qu'il est possible de placer sur une vue d'une coupe au cœur du produit, prise au moyen d'un microscope électronique en transmission (MET), sans qu'aucun cristallite ne soit inclus, même partiellement, dans ce cercle est de préférence inférieur à 3,5 μm, de préférence inférieur à 2 μm, de préférence encore inférieur à 1 μm. - Plus de 95 % en nombre, voire plus de 97 % en nombre, voire plus de 99% en nombre, voire sensiblement 100 % en nombre des cristallites répartis dans la matrice présentent un facteur de forme F supérieur à 0,40, ou supérieur à 0,45, ou supérieur à 0,50, ou supérieur à 0,55, ou encore supérieur à 0,60, voire supérieur à 0,70.The crystallites are distributed within the vitreous phase of the matrix in a substantially homogeneous manner. - The diameter "D" of the largest circle that can be placed on a view of a section at the heart of the product, taken by means of a transmission electron microscope (TEM), without any crystallite being included, even partially, in this circle is preferably less than 3.5 μm, preferably less than 2 μm, more preferably less than 1 μm. - More than 95% by number, or even more than 97% by number, or even more than 99% by number, or even substantially 100% in number of the crystallites distributed in the matrix have a form factor F greater than 0.40, or greater at 0.45, or greater than 0.50, or greater than 0.55, or greater than 0.60, or even greater than 0.70.
- La distribution statistique, qui représente le nombre de grains en fonction de leur taille, est multimodale, et en particulier bimodale, un premier mode correspondant aux tailles des cristallites résultant de l'étape d) et un deuxième mode correspondant aux tailles des cristaux dendritiques obtenus à l'issue de l'étape c). Une distribution bimodale correspond à une distribution présentant deux pics principaux ou « premier et deuxième modes ». De préférence, les tailles Tl et T2 correspondant auxdits premier et deuxième modes sont telles que le rapport T2/T1 est supérieur à 50, de préférence supérieur à 100, de préférence supérieur à 150 ou même supérieur à 200. De préférence, Tl est supérieur à 5 nm, de préférence supérieur à 10 nm, voire supérieur à 0,05 μm et inférieur à 0,15 μm. De préférence, T2 est supérieur à 15 μm et inférieur à 100 μm.The statistical distribution, which represents the number of grains according to their size, is multimodal, and in particular bimodal, a first mode corresponding to the sizes of the crystallites resulting from step d) and a second mode corresponding to the sizes of the dendritic crystals. obtained at the end of step c). A bimodal distribution corresponds to a distribution with two main peaks or "first and second modes". Preferably, the sizes T1 and T2 corresponding to said first and second modes are such that the T2 / T1 ratio is greater than 50, preferably greater than 100, preferably greater than 150 or even greater than 200. Preferably, T1 is greater at 5 nm, preferably greater than 10 nm, or even greater than 0.05 μm and less than 0.15 μm. Preferably, T2 is greater than 15 μm and less than 100 μm.
- Au moins 80 %, ou au moins 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristaux dendritiques sont de taille supérieure ou égale à 2 μm, ou supérieure ou égale à 3 μm, ou supérieure ou égale à 5 μm, ou supérieure ou égale à 10 microns, ou encore supérieure ou égale à 15 microns et/ou de taille inférieure ou égale à 100 microns.At least 80%, or at least 90%, or even substantially 100% by number, of the dendritic crystals are greater than or equal to 2 μm, or greater than or equal to 3 μm, or greater than or equal to 5 μm, or greater or equal to 10 microns, or greater than or equal to 15 microns and / or less than or equal to 100 microns.
- Au moins 80 %, ou au moins 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristallites répartis dans la phase vitreuse sont de taille inférieure ou égale à 400 nm, ou inférieure ou égale à 300 nm, ou inférieure ou égale à 250 nm, ou encore inférieure ou égale à 200 nm, voire inférieure ou égale à 150 nm et/ou de taille supérieure ou égale à 5 nm, ou supérieure ou égale à 10 nm, ou supérieure ou égale à 15 nm, ou supérieure ou égale àAt least 80%, or at least 90%, or even substantially 100% by number, of the crystallites distributed in the glassy phase are of size less than or equal to 400 nm, or less than or equal to 300 nm, or less than or equal to 250 nm , or less than or equal to 200 nm, even less than or equal to 150 nm and / or of size greater than or equal to 5 nm, greater than or equal to 10 nm, or greater than or equal to 15 nm, or greater than or equal to
20 nm, ou supérieure ou égale à 30 nm, ou supérieure ou égale à 40 nm, voire supérieure à 50 nm.20 nm, or greater than or equal to 30 nm, or greater than or equal to 40 nm, or even greater than 50 nm.
- Les cristallites répartis dans la phase vitreuse ne sont pas de forme dendritique.Crystallites distributed in the vitreous phase are not of dendritic form.
- Le rapport en masse SiO2ZAl2O3 est inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3.- The mass ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
- Le produit se présente sous la forme d'une bille d'une taille inférieure ou égale à 4 mm et/ou supérieure ou égale à 5 μm.- The product is in the form of a ball of a size less than or equal to 4 mm and / or greater than or equal to 5 microns.
- Le produit se présente sous la forme d'une poudre, dont la taille maximale D99 5 est de préférence inférieure à 5 mm. L'invention concerne également l'utilisation d'un produit selon un mode de réalisation de l'invention, par exemple obtenu suivant un procédé conforme à l'invention, en tant qu'agent de broyage, agent de dispersion en milieu humide ou pour le traitement de surface.- The product is in the form of a powder, the maximum size of 5 D 99 is preferably less than 5 mm. The invention also relates to the use of a product according to one embodiment of the invention, for example obtained according to a process according to the invention, as a grinding agent, a dispersion agent in a humid medium or for surface treatment.
Elle concerne en particulier l'utilisation d'un produit selon un mode de réalisation de l'invention, par exemple obtenu suivant un procédé conforme à l'invention, en tant qu'agent de broyage de suspensions présentant un pH > 8, par exemple de suspensions de carbonate de calcium CaCO3. DéfinitionsIt relates in particular to the use of a product according to one embodiment of the invention, for example obtained according to a process according to the invention, as a grinding agent for suspensions having a pH> 8, for example CaCO 3 calcium carbonate suspensions. Definitions
- Par « particule », on entend un produit solide individualisé dans une poudre."Particle" means a solid product individualized in a powder.
- Par « bille », 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 0,6, quelle que soit la façon par laquelle cette sphéricité a été obtenue. De préférence les billes selon l'invention présentent une sphéricité supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure à 0,8, de préférence encore supérieure à 0,9.- "ball" 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 0.6, regardless of the way in which this sphericity was obtained. Preferably, the balls according to the invention have a sphericity greater than or equal to 0.7, preferably greater than 0.8, more preferably greater than 0.9.
- Par « cristal », on entend un domaine de matière obtenu par translation de la maille élémentaire d'une structure cristalline dans les trois directions de l'espace et de taille supérieure ou égale à 1 micron."Crystal" means a domain of matter obtained by translation of the elementary cell of a crystalline structure in the three directions of space and of size greater than or equal to 1 micron.
- Par « macle », on entend une association orientée de deux ou plusieurs cristaux identiques. Dans la suite de cette description et par soucis de simplification, on appelle « cristal » un cristal ou une macle. - On appelle classiquement « dendrite » un cristal obtenu après croissance d'un germe et possédant une géométrie fractale ou pseudo fractale. Les procédés d'obtention de cristaux dendritiques sont bien connus de l'homme du métier. Les essais ci-dessous fournissent des exemples de procédés permettant d'obtenir des cristaux dendritiques.By "twin" is meant an oriented association of two or more identical crystals. In the remainder of this description and for the sake of simplification, a crystal or a twin is called "crystal". - Classically called "dendrite" is a crystal obtained after growth of a seed and having a fractal or pseudo-fractal geometry. Processes for obtaining dendritic crystals are well known to those skilled in the art. The following tests provide examples of methods for obtaining dendritic crystals.
- Par « cristallite », on entend un domaine de matière ayant la même structure qu'un cristal mais présentant une taille inférieure à 1 micron."Crystallite" means a domain of matter having the same structure as a crystal but having a size of less than 1 micron.
- On appelle ici « grains » l'ensemble des cristaux et des cristallites.- Here we call "grains" all the crystals and crystallites.
- Par « matrice », on entend une phase liante assurant une structure continue entre les cristaux. Dans un produit de l'invention, la matrice comporte une phase vitreuse au sein de laquelle sont répartis des cristallites. Les pores éventuels ne font pas partie de la matrice. La « cristallisation » ou le « degré de cristallisation » de la matrice font référence à ces cristallites."Matrix" means a binder phase ensuring a continuous structure between the crystals. In a product of the invention, the matrix comprises a glassy phase in which crystallites are distributed. Potential pores are not part of the matrix. The "crystallization" or "degree of crystallization" of the matrix refers to these crystallites.
- On considère que les cristallites sont « répartis » au sein de la phase vitreuse lorsqu'ils sont présents dans toute la phase vitreuse, et notamment à proximité des cristaux. A la connaissance des inventeurs, le traitement thermique de cristallisation de l'étape d) est nécessaire pour obtenir des cristallites répartis.It is considered that the crystallites are "distributed" within the vitreous phase when they are present throughout the vitreous phase, and especially near the crystals. To the inventors' knowledge, the crystallization heat treatment of step d) is necessary to obtain distributed crystallites.
- Par « température de transition vitreuse » d'une phase vitreuse, on entend le milieu de l'intervalle de température dans lequel ladite phase vitreuse devient progressivement plus visqueuse et passe de l'état liquide à l'état solide. Il est communément admis que cette température correspond à la température pour laquelle la viscosité de la phase vitreuse est de 1013 Poise. La température de transition vitreuse des phases vitreuses peut être déterminée par analyse calorimétrique différentielle (DSC). - On peut évaluer l'homogénéité de la répartition des cristallites dans la phase vitreuse par le diamètre « D » du plus grand cercle qu'il est possible de placer sur une vue d'une coupe au cœur du produit, prise au moyen d'un microscope électronique en transmission (MET), sans qu'aucun cristallite ne soit inclus, même partiellement, dans ce cercle. Ce diamètre représente ainsi le plus grand espace circulaire possible entre les cristallisés observés. Un diamètre « D » élevé signifie qu'il existe une grande zone discoïdale dépourvue de cristallites, ce qui correspond, pour un même taux de couverture de la matrice par les cristallites, à une plus faible homogénéité de la répartition spatiale des cristallites.- By "glass transition temperature" of a vitreous phase means the middle of the temperature range in which said glassy phase becomes progressively more viscous and goes from the liquid state to the solid state. It is commonly accepted that this temperature corresponds to the temperature for which the viscosity of the vitreous phase is 10 13 Poise. The glass transition temperature of the glassy phases can be determined by differential scanning calorimetry (DSC). - The homogeneity of the distribution of crystallites in the vitreous phase can be evaluated by the diameter "D" of the largest circle which can be placed on a view of a section at the heart of the product, taken by means of a transmission electron microscope (TEM), without any crystallite being included, even partially, in this circle. This diameter thus represents the largest possible circular space between the crystallized crystals observed. A high diameter "D" means that there is a large discoidal zone devoid of crystallites, which corresponds, for the same crystallite coverage rate of the matrix, to a lower homogeneity of the spatial distribution of the crystallites.
- Le « taux de couverture » TC de la matrice par les cristallites est mesuré, sur une image d'une coupe au cœur du produit prise au moyen d'un microscope électronique à balayage (MEB), par le rapport de la surface occupée par les cristallites « Sc » sur la surface totale de la matrice (phase vitreuse + cristallites) « ST ». Ainsi TC = S(VST. De préférence, les dimensions sont mesurées à l'aide d'un logiciel de traitement d'images, comme par exemple ELLIX commercialisé par la société MICROVISION. - Les percentiles ou « centiles » 99,5 (Dc^) et 50 (D50) sont les tailles de particules d'une poudre correspondant au pourcentage de 99,5 % et 50%, respectivement, en masse sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles des particules de la poudre, les tailles des particules étant classées par ordre croissant. Par exemple, 99,5 %, en masse des particules de la poudre ont une taille inférieure à D9^5 et 0,5 % des particules en masse ont une taille supérieure à Les percentiles peuvent être déterminés à l'aide d'une distribution granulométrique réalisée à l'aide d'un sédigraphe, à l'aide d'un granulomètre laser ou à l'aide d'un tamisage sur une série de tamis.- The "coverage rate" CT of the matrix by the crystallites is measured, on an image of a cut at the heart of the product taken by means of a scanning electron microscope (SEM), by the ratio of the area occupied by the crystallites "Sc" on the total surface of the matrix (glassy phase + crystallites) "S T ". Thus TC = S (VS T) Preferably, the dimensions are measured using an image processing software, for example ELLIX sold by the company MICROVISION.-The percentiles or "percentiles" 99.5 ( Dc ^) and 50 (D50) are the particle sizes of a powder corresponding to the percentage of 99.5% and 50%, respectively, in mass on the cumulative particle size distribution curve of the particle sizes of the powder, the sizes For example, 99.5% by weight of the particles of the powder have a size less than D 9 ^ 5 and 0.5% of the particles by mass have a size greater than Percentiles can be determined using a particle size distribution using a sedigraph, using a laser granulometer, or by sieving through a series of sieves.
- On appelle « taille » d'une particule, notamment d'une bille, la moyenne de sa plus grande dimension dM et de sa plus petite dimension dm : (dM+dm)/2. - La « taille » d'un cristal, par exemple sous forme d'une dendrite, et la taille d'un cristallite sont définies par la moyenne de la longueur du plus petit axe « Pa », respectivement « Pa' » et de la longueur du plus grand axe « Ga », respectivement « Ga' » de l'ellipse d'aire minimale dans laquelle peuvent être inscrits ledit cristal et ledit cristallite sur une coupe du produit : (Pa + Ga)/2, (Pa' + Ga')/2, respectivement. Classiquement, la taille d'un cristal est mesurée sur des clichés photographiques pris au moyen d'un microscope électronique à balayage (MEB), sur une coupe polie du produit, et la taille d'un cristallite est mesurée sur des clichés photographiques pris au moyen d'un microscope électronique en transmission (MET), sur une coupe polie du produit. De préférence, les dimensions sont mesurées à l'aide d'un logiciel de traitement d'images, comme par exemple VISILOG commercialisé par la société NOESIS.- The "size" of a particle, especially a ball, is the average of its largest dimension dM and its smallest dimension dm: (dM + dm) / 2. - The "size" of a crystal, for example in the form of a dendrite, and the size of a crystallite are defined by the mean of the length of the smallest axis "Pa", respectively "Pa" and the length of the largest "Ga" axis, respectively "Ga '" of the minimum area ellipse in which said crystal and said crystallite may be inscribed on a section of the product: (Pa + Ga) / 2, (Pa' + Ga ') / 2, respectively. Classically, the size of a crystal is measured on photographic snapshots taken by means of a scanning electron microscope (SEM), on a polished cut of the product, and the size of a crystallite is measured on photographic snapshots taken at transmission electron microscope (TEM) on a polished section of the product. Preferably, the dimensions are measured using an image processing software, such as for example VISILOG marketed by the company NOESIS.
- Par facteur de forme « F » d'un cristallite, on entend le rapport entre la longueur du plus petit axe « Pa' » et la longueur du plus grand axe « Ga' » de l'ellipse d'aire minimale dans laquelle peut être inscrite la forme du cristallite observé sur une coupe du produit. Classiquement, ces longueurs sont mesurées sur des clichés photographiques pris sur une coupe polie du produit : F = PaVGa'.- By form factor "F" of a crystallite, is meant the ratio between the length of the smallest axis "Pa" and the length of the largest axis "Ga" of the ellipse of minimum area in which may the shape of the crystallite observed on a section of the product. Conventionally, these lengths are measured on photographic plates taken on a polished cut of the product: F = PaVGa '.
- Par « forme allongée », on entend ici une forme présentant un facteur de forme F inférieur à 0,4."Extended form" here means a form having a form factor F of less than 0.4.
- Par « forme globulaire », on entend ici une forme présentant un facteur de forme F supérieur ou égal à 0,4."Globular form" here means a form having a form factor F greater than or equal to 0.4.
- Par « produit fondu », on entend un produit obtenu par solidification par refroidissement de liquide en fusion. - Un « liquide en fusion » est une masse liquide qui peut contenir quelques particules solides, mais en quantité insuffisante pour qu'elles puissent structurer ladite masse. Un matériau subissant un frittage en phase liquide ne peut être considéré comme un liquide en fusion.- "Melted product" means a product obtained by solidification by cooling of molten liquid. - A "molten liquid" is a liquid mass that may contain some solid particles, but in insufficient quantity so that they can structure said mass. A material undergoing liquid phase sintering can not be considered a molten liquid.
- Par « impuretés », on entend les constituants inévitables, introduits nécessairement avec les matières premières. En particulier les composés faisant partie du groupe des oxydes, nitrures, oxynitrures, carbures, oxycarbures, carbonitrures et espèces métalliques de sodium et autres alcalins, fer, vanadium et chrome sont des impuretés. A titre d'exemples, on peut citer CaO, Ee2O3 ou Na2O. Le carbone résiduel fait partie des impuretés de la composition des produits selon l'invention. - On appelle « zircone » l'oxyde de zirconium ZrO2. Lorsqu'il est fait référence à ZrO2 ou à (ZrO2+Hf02), il y a lieu de comprendre de la zircone et des traces d'oxyde d'hafnium. En effet, un peu de HfO2, chimiquement indissociable du ZrO2 dans un procédé de fusion et présentant des propriétés semblables, est toujours naturellement présent dans les sources de zircone à des teneurs généralement inférieures à 2 %. L'oxyde d'hafnium n'est alors pas considéré comme une impureté.- "Impurities" means the inevitable constituents necessarily introduced with the raw materials. In particular, the compounds forming part of the group of oxides, nitrides, oxynitrides, carbides, oxycarbides, carbonitrides and metallic species of sodium and other alkalis, iron, vanadium and chromium are impurities. By way of examples, mention may be made of CaO, Ee 2 O 3 or Na 2 O. The residual carbon is one of the impurities of the composition of the products according to the invention. Zirconium oxide ZrO 2 is called zirconia. When reference is made to ZrO 2 or (ZrO 2 + Hf0 2 ), it is necessary to include zirconia and traces of hafnium oxide. Indeed, a little HfO 2 , chemically indissociable from ZrO 2 in a process of fusion and having similar properties, is still naturally present in zirconia sources at levels generally less than 2%. Hafnium oxide is not considered an impurity.
- Par « précurseur » d'un oxyde, on entend tout produit qui, lors de la fusion, va se décomposer en donnant au moins ledit oxyde. MgCO3 est par exemple un précurseur de l'oxyde MgO. En effet, lors de la fusion MgCO3 va se décomposer en MgO et CO2."Precursor" of an oxide means any product which, upon melting, will decompose to give at least said oxide. MgCO 3 is for example a precursor of MgO oxide. Indeed, during the merger MgCO 3 will decompose into MgO and CO 2 .
- Un matériau est dit « à base » d'un constituant lorsque ce constituant est le principal constituant, en masse, dudit matériau.A material is said to be "based" on a constituent when this constituent is the main constituent, by weight, of said material.
- Tous les pourcentages de la présente description sont des pourcentages en masse sur la base des oxydes, sauf indication contraire.All percentages of the present description are percentages by weight based on the oxides, unless otherwise indicated.
Brève description des figuresBrief description of the figures
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une photographie prise au microscope électronique à balayage (ou MEB) d'une particule de l'exemple 23 ;Other characteristics and advantages will become apparent on reading the following description and on examining the appended figures in which: FIG. 1 is a photograph taken under a scanning electron microscope (SEM) of a particle of Example 23;
- la figure 2 est une photographie prise au microscope électronique en transmission (ou MET) de la matrice d'une particule de l'exemple 6 ; etFIG. 2 is a photograph taken with the transmission electron microscope (TEM) of the matrix of a particle of Example 6; and
- la figure 3 est une photographie prise au microscope électronique en transmission (ou MET) de la matrice d'une particule de l'exemple 5.FIG. 3 is a photograph taken with the transmission electron microscope (TEM) of the matrix of a particle of Example 5.
Description détailléedetailed description
ProcédéProcess
Pour fabriquer un produit selon un mode de réalisation de l'invention, on peut procéder suivant les étapes a) à d) mentionnées précédemment.To manufacture a product according to one embodiment of the invention, it is possible to proceed according to the steps a) to d) mentioned above.
On décrit à présent un mode de réalisation préféré de ce procédé. A l'étape a), la charge de départ est formée des oxydes souhaités dans le produit ou de précurseurs de ceux-ci. De préférence, pour fabriquer un produit à base de zircone, on utilise du sable de zircon naturel ZrSiO4 titrant environ 66 % de Zrθ2 et 33 % de SiO2, plus des impuretés. L'apport de ZrO2 par l'intermédiaire du zircon est en effet beaucoup plus économique qu'une addition de ZrO2. L'ajustement des compositions peut se faire par addition d'oxydes purs, de mélanges d'oxydes ou de mélanges de précurseurs de ces oxydes, notamment ZrO2 + HfO2 SiO2, CeO2, Y2O3, TiO2, Al2O3, et MgO.A preferred embodiment of this method is now described. In step a), the feedstock is formed of the desired oxides in the product or precursors thereof. Preferably, to manufacture a zirconia product, ZrSiO 4 natural zircon sand containing about 66% ZrO 2 and 33% SiO 2 , plus impurities, is used. The contribution of ZrO 2 through zircon is indeed much more economical than an addition of ZrO 2 . The compositions may be adjusted by the addition of pure oxides, mixtures of oxides or mixtures of precursors of these oxides, especially ZrO 2 + HfO 2 SiO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO.
L'homme du métier ajuste la composition de la charge de départ de manière à obtenir, à l'issue de l'étape c), un produit présentant l'analyse chimique souhaitée.Those skilled in the art adjust the composition of the feedstock so as to obtain, after step c), a product having the desired chemical analysis.
L'analyse chimique d'un produit céramique fondu est généralement sensiblement identique à celle de la charge de départ. En outre, le cas échéant, par exemple pour tenir compte de la présence d'oxydes volatils, ou pour tenir compte de la perte en SiO2 lorsque la fusion est opérée dans des conditions réductrices, l'homme du métier sait comment adapter la composition de la charge de départ en conséquence.The chemical analysis of a molten ceramic product is generally substantially identical to that of the feedstock. In addition, if appropriate, for example to take into account the presence of volatile oxides, or to account for the loss of SiO 2 when the fusion is operated under reducing conditions, the skilled person knows how to adapt the composition the starting charge accordingly.
De préférence, aucun oxyde autre que ZrO2+Hfθ2, SiO2, CeO2, Y2O3, TiO2, Al2O3 et MgO n'est introduit volontairement, sous la forme d'oxyde ou de précurseur d'oxyde, dans la charge de départ, les autres oxydes présents étant des impuretés.Preferably, no oxide other than ZrO 2 + HfO 2 , SiO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 and MgO is intentionally introduced, in the form of oxide or oxide precursor. in the feedstock, the other oxides present being impurities.
De préférence, la charge de départ est préparée de manière que, dans le produit fabriqué, le rapport en masse MgO/Siθ2 soit inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,77 et le rapport en masse SiO2ZAl2O3 soit inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3.Preferably, the feedstock is prepared so that, in the product manufactured, the mass ratio MgO / SiO 2 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.77 and the weight ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
A l'étape b), la charge de départ est fondue, de préférence dans un four à arc électrique. L' électrofusion permet en effet la fabrication de grandes quantités de particules avec des rendements intéressants. Mais tous les fours connus sont envisageables, comme un four à induction ou un four à plasma, pourvu qu'ils permettent de faire fondre la charge de départ pour former un bain de liquide en fusion.In step b), the feedstock is melted, preferably in an electric arc furnace. Electrofusion makes it possible to manufacture large quantities of particles with interesting yields. But all known furnaces are conceivable, such as an induction furnace or a plasma furnace, provided they allow to melt the feedstock to form a bath of molten liquid.
A l'étape c), un filet du liquide en fusion est dispersé en petites gouttelettes liquides qui, par suite de la tension superficielle, prennent, pour la majorité d'entre elles, une forme sensiblement sphérique. Cette dispersion peut être opérée par soufflage, notamment avec de l'air et/ou de la vapeur d'eau, ou par tout autre procédé d'atomisation d'un liquide en fusion connu de l'homme de l'art. Une particule en céramique fondue d'une taille de 5 μm à 4 mm peut être ainsi produite.In step c), a stream of the molten liquid is dispersed in small liquid droplets which, as a result of the surface tension, take, for the majority of them, a substantially spherical shape. This dispersion can be performed by blowing, in particular with air and / or steam, or by any other method of atomizing a molten liquid known to those skilled in the art. A melted ceramic particle with a size of 5 μm to 4 mm can thus be produced.
Le refroidissement résultant de la dispersion conduit à la solidification des gouttelettes liquides. On obtient alors des particules, notamment des billes, fondues. Tout procédé conventionnel de fabrication de particules fondues, notamment de billes fondues, peut être mis en œuvre. Ces particules fondues peuvent subir un broyage afin de modifier leur granulométrie.The cooling resulting from the dispersion leads to the solidification of the liquid droplets. Particles, in particular beads, are then melted. Any conventional method for producing melted particles, especially melted beads, can be implemented. These melted particles can be milled to change their particle size.
A l'issue de l'étape c), les particules comportent des cristaux dendritiques liés par une matrice sensiblement non cristallisée, notamment à proximité immédiate des cristaux dendritiques.At the end of step c), the particles comprise dendritic crystals bonded by a substantially non-crystallized matrix, especially in the immediate vicinity of the dendritic crystals.
A l'étape d), on fait subir un traitement thermique aux particules obtenues à l'étape c). Dans un mode de réalisation, ce traitement thermique est appliqué, à l'issue de l'étape c), sur des particules refroidies à une température inférieure à la température de nucléation, par exemple jusqu'à température ambiante. Le traitement thermique implique alors une remontée en température. Mais il est également possible, selon un autre mode de réalisation, d'appliquer le traitement thermique lors du refroidissement des particules, c'est- à-dire de temporairement stabiliser la température pour effectuer un ou plusieurs paliers de nucléation ou de croissance, et donc de grouper les étapes c) et d). Les vitesses de montée et de descente en température peuvent être, par exemple, comprises entre 10 °C/h et 1200 °C/h, de préférence comprises entre 15°C/h et 500°C/h, de préférence comprises entre 20 °C/h et 200 °C/h. Une vitesse de 120 °C/h est bien adaptée. Le traitement thermique peut comporter un unique palier de température. Dans un mode de réalisation, le traitement thermique comprend un palier à une température comprise entre 800 0C et 950 0C, de préférence à une température comprise entre 820 °C et 880 0C, et de préférence encore à 850 0C, pendant une durée supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence encore supérieure ou égale à 5 heures. Une durée de maintien en palier allant de 5 à 10 heures, voire égale à 10 heures, est bien adaptée. Dans un mode de réalisation, le traitement thermique comprend un palier à une température comprise entre 950 0C et 1100 0C, de préférence à une température comprise entre 970 0C et 1070 °C, et de préférence encore à 1000 0C, pendant une durée supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence encore supérieure ou égale à 5 heures. Une durée de maintien en palier allant de 5 à 10 heures, voire égale à 10 heures, est bien adaptée. De préférence, le cycle de traitement thermique comporte deux paliers. De préférence, le premier palier est déterminé pour générer des germes de cristallisation dans la phase vitreuse et le deuxième palier est déterminé pour faire croître ces germes. La température du deuxième palier est supérieure celle du premier palier, de préférence supérieure d'au moins 5O0C, d'au moins 8O0C, d'au moins 1000C, voire d'au moins 1500C à la température du premier palier.In step d), the particles obtained in step c) are heat treated. In one embodiment, this heat treatment is applied, after step c), to particles cooled to a temperature below the nucleation temperature, for example up to room temperature. The heat treatment then involves a rise in temperature. But it is also possible, according to another embodiment, to apply the heat treatment during the cooling of the particles, that is to say to temporarily stabilize the temperature to perform one or more stages of nucleation or growth, and therefore to group steps c) and d). The rates of rise and fall in temperature can be, for example, between 10 ° C / h and 1200 ° C / h, preferably between 15 ° C / h and 500 ° C / h, preferably between 20 ° C / h and ° C / h and 200 ° C / h. A speed of 120 ° C / h is well suited. The heat treatment may comprise a single temperature step. In one embodiment, the heat treatment comprises a bearing at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and more preferably at 850 ° C., while a duration greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to 3 hours, more preferably greater than or equal to 5 hours. A duration of maintenance level ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, is well suited. In one embodiment, the heat treatment comprises a bearing at a temperature of between 950 ° C. and 1100 ° C., preferably at a temperature of between 970 ° C. and 1070 ° C., and more preferably at 1000 ° C., while a duration greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to 3 hours, more preferably greater than or equal to 5 hours. A duration of maintenance level ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, is well suited. Preferably, the heat treatment cycle comprises two stages. Preferably, the first step is determined to generate seed crystals in the vitreous phase and the second step is determined to grow these seeds. The temperature of the second stage is greater than that of the first stage, preferably greater than at least 50 ° C., of at least 80 ° C., of at least 100 ° C., or even of at least 150 ° C. at the temperature. of the first landing.
Dans un mode de réalisation, le premier palier est à une température comprise entre 800 0C et 950 0C, de préférence à une température comprise entre 820 °C et 880 °C, et de préférence encore à 850 0C, et le deuxième palier est à une température comprise entre 950 0C et 1100 0C, de préférence à une température comprise entre 970 0C et 1070 0C5 et de préférence encore à 1000 0C.In one embodiment, the first stage is at a temperature of between 800 ° C. and 950 ° C., preferably at a temperature of between 820 ° C. and 880 ° C., and more preferably at 850 ° C., and the second bearing is at a temperature between 950 0 C and 1100 0 C, preferably at a temperature between 970 0 C and 1070 0 C 5 and more preferably at 1000 0 C.
De préférence, la durée de maintien en température d'au moins un des premier et deuxième paliers, de préférence de chacun de ces deux paliers, est supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence encore supérieure ou égale à 5 heures. Pour chacun des deux paliers, une durée de maintien en palier allant de 5 à 10 heures, voire égale à 10 heures, est bien adaptée. Une durée de maintien en palier supérieure ou égale à 10 heures est cependant possible.Preferably, the temperature keeping time of at least one of the first and second bearings, preferably of each of these two stages, is greater than or equal to 1 hour, preferably greater than or equal to 2 hours, preferably greater than or equal to equal to 3 hours, more preferably greater than or equal to 5 hours. For each of the two levels, a duration of maintenance ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, is well suited. However, it is possible to maintain a level of 10 hours or more.
Dans un mode de réalisation préféré entre tous, le traitement thermique comprend un premier palier à 850 0C pendant une durée allant de 5 à 10 heures, voire égale à 10 heures, suivi d'un palier à 1000 0C, pendant une durée allant de 5 à 10 heures, voire égale à 10 heures.In a most preferred embodiment, the heat treatment comprises a first stage at 850 ° C. for a period ranging from 5 to 10 hours, or even equal to 10 hours, followed by a plateau at 1000 ° C. for a period of time ranging from from 5 to 10 hours, or even 10 hours.
La mise en œuvre d'un traitement thermique postérieur à la solidification permet de contrôler la génération des cristallites, et notamment de déterminer le degré de cristallisation et/ou d'ajuster la taille des cristallites : Ainsi, les inventeurs ont constaté que la majorité des cristallites sont créés pendant le premier palier ou, lorsque le traitement thermique comporte un unique palier, lors de la montée en température. La durée de ces phases détermine donc le nombre de cristallites, une durée plus longue correspondant à une quantité de cristallites supérieure. Ce constat a également conduit les inventeurs à préconiser la mise en œuvre de deux paliers, la maîtrise de la création des cristallites en étant améliorée.The implementation of a heat treatment after solidification makes it possible to control the crystallites generation, and in particular to determine the degree of crystallization and / or to adjust the size of the crystallites: Thus, the inventors have found that the majority of crystallites are created during the first stage or, when the heat treatment comprises a single stage, during the rise in temperature. The duration of these phases therefore determines the number of crystallites, a longer duration corresponding to a greater amount of crystallites. This observation has also led the inventors to recommend the implementation of two levels, the control of the creation of crystallites being improved.
Les inventeurs ont également constaté que la taille des cristallites augmente avec la température du deuxième palier. D'autres procédés de fabrication d'un produit selon l'invention peuvent être envisagés. Par exemple, il est possible de fabriquer un produit fondu et coulé sous forme d'une plaque, de préférence avec un refroidissement rapide, comme décrit par exemple dans FR 2 290 266, incorporé par référence, puis de le broyer et, le cas échéant, d'effectuer une sélection granulométrique, puis de faire subir à la poudre obtenue un traitement thermique de cristallisation tel que décrit à l'étape d) décrite précédemment. En variante, ledit traitement thermique peut être effectué avant broyage.The inventors have also found that the size of the crystallites increases with the temperature of the second stage. Other methods of manufacturing a product according to the invention can be envisaged. For example, it is possible to manufacture a melted and cast product in the form of a plate, preferably with rapid cooling, as described for example in FR 2,290,266, incorporated by reference, then to grind it and, where appropriate , to make a granulometric selection, and then to subject the powder obtained crystallization heat treatment as described in step d) described above. Alternatively, said heat treatment may be carried out before grinding.
La forme du produit fondu est de préférence adaptée pour faciliter la cristallisation à l'étape d). En effet, si la forme du produit est trop massive, par exemple si le produit se présente sous la forme d'une brique de plusieurs kilos, la cristallisation ne pourra être efficace, selon les techniques actuelles, qu'en surface du produit. De préférence, le produit fondu présente au moins une des ses dimensions inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à 20 mm, de préférence inférieure à 10 mm, de préférence encore inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 2 mm. De préférence, le produit présente la forme d'une plaque mince d'épaisseur inférieure à 30 mm, de préférence inférieure à 20 mm, de préférence inférieure à 10 mm, de préférence encore inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 2 mm.The form of the molten product is preferably adapted to facilitate crystallization in step d). Indeed, if the shape of the product is too massive, for example if the product is in the form of a brick of several kilograms, crystallization can be effective, according to current techniques, only on the surface of the product. Preferably, the melted product has at least one of its dimensions less than 30 mm, preferably less than 20 mm, preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, preferably less than 2 mm. Preferably, the product is in the form of a thin plate with a thickness of less than 30 mm, preferably less than 20 mm, preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, preferably less than 2 mm.
Produits Un produit selon l'invention se présente de préférence sous la forme d'une particule, voire d'une bille, ou d'un ensemble de particules, ou de billes. Ces billes et particules peuvent présenter une taille inférieure ou égale à 4 mm et/ou supérieure ou égale à 5 μm.Products A product according to the invention is preferably in the form of a particle, or even a ball, or a set of particles or beads. These beads and particles may have a size less than or equal to 4 mm and / or greater than or equal to 5 μm.
La teneur en oxydes dans la composition d'un produit selon l'invention peut représenter plus de 99,5%, voire plus de 99,9%, et même sensiblement 100 % de la masse totale du produit.The content of oxides in the composition of a product according to the invention may represent more than 99.5% or even more than 99.9%, and even substantially 100% of the total mass of the product.
La teneur en ZrO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 45 % et/ou inférieure ou égale à 90 %.The ZrO 2 content, in weight percentage on the oxide basis, may be greater than or equal to 45% and / or less than or equal to 90%.
Selon un mode de réalisation, la teneur en ZrO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 50 %, ou supérieure ou égale à 55 %, ou encore supérieure ou égale à 60 % et/ou inférieure ou égale à 85 %, ou inférieure ou égale à 80 % ou inférieure ou égale à 75 %, ou encore inférieure ou égale à 70 %. Comme indiqué précédemment, la teneur en CeO2 d'un produit fondu conforme à l'invention est inférieure à 31 %, en pourcentage en masse sur la base des oxydes. La teneur en CeO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 5 %. Selon un mode de réalisation, la teneur en CeO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 6 %, ou supérieure ou égale à 8 %, ou supérieure ou égale à 10 %, ou supérieure ou égale à 12 %, ou supérieure ou égale à 15 %, ou supérieure ou égale à 17 %, voire supérieure ou égale à 19 % et/ou inférieure ou égale à 30 %, ou inférieure ou égale à 28 %, voire inférieure ou égale à 26 %. La teneur en Y2O3, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 0,1 % et/ou inférieure ou égale à 10 %.According to one embodiment, the ZrO 2 content, as a percentage by weight on the oxide basis, may be greater than or equal to 50%, or greater than or equal to 55%, or greater than or equal to 60% and / or less than or equal to 85%, or less than or equal to 80% or less than or equal to 75%, or less than or equal to 70%. As indicated above, the CeO 2 content of a molten product according to the invention is less than 31%, as a percentage by weight based on the oxides. The CeO 2 content, as a percentage by weight on the oxide basis, may be greater than or equal to 5%. According to one embodiment, the content of CeO 2 , as a percentage by weight on the basis of the oxides, may be greater than or equal to 6%, or greater than or equal to 8%, or greater than or equal to 10%, or greater or equal to 12%, or greater than or equal to 15%, greater than or equal to 17%, even greater than or equal to 19% and / or less than or equal to 30%, or less than or equal to 28%, or even less than or equal to at 26%. The Y 2 O 3 content , as a percentage by weight based on the oxides, may be greater than or equal to 0.1% and / or less than or equal to 10%.
Selon un mode de réalisation, la teneur en Y2O3, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 0,5%, ou supérieure ou égale à 1%, ou supérieure ou égale à 1 ,5 %, ou supérieure ou égale à 2 %, ou encore supérieure ou égale à 2,5 %, voire supérieure ou égale à 3 % et/ou inférieure ou égale à 8 %, ou inférieure ou égale à 6 %, ou inférieure ou égale à 5,5 %, ou inférieure ou égale à 5 %.According to one embodiment, the content of Y 2 O 3 , as a percentage by weight on the oxide basis, may be greater than or equal to 0.5%, or greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1, 5%, or greater than or equal to 2%, or greater than or equal to 2.5%, even greater than or equal to 3% and / or less than or equal to 8%, or less than or equal to 6%, or less or equal to 5.5%, or less than or equal to 5%.
La teneur en SiO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 2 % ou supérieure ou égale à 3 % et/ou inférieure ou égale à 40 %.The SiO 2 content, in weight percent based on the oxides, may be greater than or equal to 2% or greater than or equal to 3% and / or less than or equal to 40%.
Selon un mode de réalisation, la teneur en SiO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 4 %, voire supérieure ou égale à 5 % et/ou inférieure ou égale à 35 %, ou inférieure ou égale à 30 %, ou inférieure ou égale à 20 %, ou inférieure ou égale à 18 %, ou inférieure ou égale à 16 %, ou inférieure ou égale à 14 %, ou inférieure ou égale 12 %, ou inférieure ou égale à 10 %, ou encore inférieure ou égale àAccording to one embodiment, the content of SiO 2 , as a percentage by weight on the basis of the oxides, may be greater than or equal to 4%, or even greater than or equal to 5% and / or less than or equal to 35%, or less or equal to 30%, or less than or equal to 20%, or less than or equal to 18%, or less than or equal to 16%, or less than or equal to 14%, or less than or equal to 12%, or less than or equal to 10%, or less than or equal to
8%. La teneur en Al2O3, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 0,5 % et/ou inférieure ou égaie à 25 %.8%. The content of Al 2 O 3 , as a percentage by weight on the oxide basis, may be greater than or equal to 0.5% and / or less or equal to 25%.
Selon un mode de réalisation, la teneur en Al2O3, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 1 %, ou supérieure ou égale à 2 %, ou supérieure ou égale à 4 % et/ou inférieure ou égale à 20 %, ou inférieure ou égale à 15 %, ou inférieure ou égale à 12 %.According to one embodiment, the content of Al 2 O 3 , as a percentage by weight on the basis of the oxides, may be greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 2%, or greater than or equal to 4% and / or less than or equal to 20%, or less than or equal to 15%, or less than or equal to 12%.
La teneur en TiO2, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 0,5 % et/ou inférieure ou égale à 8,5 %. La présence de TiO2 peut avantageusement favoriser l'homogénéité de la répartition des cristallites dans la matrice.The TiO 2 content, as a percentage by mass on the oxide basis, may be greater than or equal to 0.5% and / or less than or equal to 8.5%. The presence of TiO 2 can advantageously favor the homogeneity of the crystallite distribution in the matrix.
Selon un mode de réalisation, la teneur en TiOj, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 1 %, ou encore supérieure ou égale à 1 ,25 %, voire supérieure ou égale à 1,5 % et/ou inférieure ou égale à 5 %, ou inférieure ou égale à 3 %, voire inférieure ou égale à 2%,According to one embodiment, the content of TiOj, in percentage by weight on the basis of the oxides, may be greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1, 25%, or even greater than or equal to 1.5% and / or less than or equal to 5%, or less than or equal to 3%, or even less than or equal to 2%,
Le rapport en masse MgO/SiO2 est de préférence inférieur ou égal à 1 , de préférence encore inférieur ou égal à 0,77.The mass ratio MgO / SiO 2 is preferably less than or equal to 1, more preferably less than or equal to 0.77.
Selon un mode de réalisation, la teneur en MgO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, peut être supérieure ou égale à 0,5 %, ou supérieure ou égale à 1 %, ou encore supérieure ou égale à 1 ,25 %, voire supérieure ou égale à 1 ,5 %, et/ou inférieure ou égale à 4 %, ou inférieure ou égale à 3,2 %.According to one embodiment, the MgO content, as a percentage by weight on the oxide basis, may be greater than or equal to 0.5%, or greater than or equal to 1%, or greater than or equal to 1.25% or even greater than or equal to 1, 5%, and / or less than or equal to 4%, or less than or equal to 3.2%.
De préférence, le rapport en masse (ZrO2 + HfO2)/Si02 est supérieur ou égal à 1, ou supérieur ou égal à 1,5, ou supérieur ou égal à 2, ou encore supérieur ou égal à 2,5 et/ou inférieur ou égal à 25, ou inférieur ou égal à 20, ou encore inférieur ou égal à 15, voire inférieur ou égal à 10.Preferably, the mass ratio (ZrO 2 + HfO 2 ) / SiO 2 is greater than or equal to 1, or greater than or equal to 1.5, or greater than or equal to 2, or greater than or equal to 2.5 and or less than or equal to 25, or less than or equal to 20, or even less than or equal to 15, or even less than or equal to 10.
Selon un mode de réalisation, le rapport en masse SiO2/ Al2O3 est inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3.According to one embodiment, the mass ratio SiO 2 / Al 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3.
La teneur en « autres oxydes », c'est-à-dire les oxydes autres que les oxydes susmentionnés, est de préférence inférieure à 1 %, voire inférieure ou égale à 0,6 % de la masse totale en oxydes. On considère en effet qu'une teneur totale en « autres oxydes » inférieure à 1 % ne modifie pas substantiellement les résultats obtenus.The content of "other oxides", that is to say the oxides other than the abovementioned oxides, is preferably less than 1%, or even less than or equal to 0.6% of the total mass of oxides. Indeed, it is considered that a total content of "other oxides" of less than 1% does not substantially modify the results obtained.
Les autres oxydes sont notamment des oxydes tels que CaO, Na2O, P2Os ou Fe2O3. De préférence, les « autres oxydes » ne sont présents que sous forme d'impuretés.The other oxides are in particular oxides such as CaO, Na 2 O, P 2 Os or Fe 2 O 3 . Preferably, the "other oxides" are present only in the form of impurities.
Comme représenté sur la figure 1, un produit selon un mode de réalisation de Pinvehtion, par exemple obtenu suivant un procédé conforme à l'invention, comporte des cristaux dendritiques 10 liés par une matrice 11. Les cristaux dendritiques 10 représentés sont isolés les uns des autres. Ils peuvent cependant également être en contact, ou même imbriqués les uns dans les autres. Ils forment alors avantageusement un squelette difficilement déformable. I SAs shown in FIG. 1, a product according to an embodiment of invention, for example obtained according to a method according to the invention, comprises dendritic crystals 10 bonded by a matrix 11. The dendritic crystals 10 shown are isolated from each other. other. They can, however, also be in contact, or even nested within each other. They then advantageously form a skeleton that is difficult to deform. IS
Les cristaux dendritiques 10 sont à base de zircone. Leur composition peut notamment comporter au moins 60 % en mole, ou au moins 70 % en mole, ou au moins 80 % en mole, de zircone.The dendritic crystals are based on zirconia. Their composition may especially comprise at least 60 mol%, or at least 70 mol%, or at least 80 mol%, of zirconia.
La mesure de la longueur du plus petit axe « Pa » et la longueur du plus grand axe « Ga » de l'ellipse « E » d'aire minimale dans laquelle peut être inscrit un cristal dendritique 10 permet d'accéder à sa taille L, égale à (Pa + Ga)/2.Measuring the length of the smallest axis "Pa" and the length of the largest axis "Ga" of the ellipse "E" of minimum area in which a dendritic crystal 10 can be inscribed gives access to its size L , equal to (Pa + Ga) / 2.
Au moins 80 %, ou 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristaux dendritiques peuvent être de taille supérieure ou égale à 2 microns.At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the dendritic crystals may be larger than or equal to 2 microns.
Selon un mode de réalisation, au moins 80 %, ou 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristaux dendritiques sont de taille supérieure ou égale à 3 microns, ou supérieure ou égale à 5 microns, ou supérieure ou égale à 10 microns, ou encore supérieure ou égale à 15 microns et/ou de taille inférieure ou égale à 100 microns.According to one embodiment, at least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the dendritic crystals are greater than or equal to 3 microns, or greater than or equal to 5 microns, or greater than or equal to 10 microns, or even greater than or equal to 15 microns and / or less than or equal to 100 microns.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, la matrice 11 comporte une phase vitreuse 12 dans laquelle sont répartis des cristallites 13 et 14. En fonction des conditions de cristallisation, les cristallites peuvent présenter des formes variées, et notamment allongées (cristallite 13) ou globulaires (cristaliite 14).As represented in FIGS. 2 and 3, the matrix 11 comprises a glassy phase 12 in which crystallites 13 and 14 are distributed. Depending on the crystallization conditions, the crystallites may have various, and in particular elongated, forms (crystallite 13) or globular (crystallite 14).
Selon un mode de réalisation, les cristallites ne sont pas de forme dendritique.According to one embodiment, the crystallites are not of dendritic form.
Comme indiqué sur la figure 2, le facteur de forme F et la taille d'un cristallite peuvent être déterminés en inscrivant la forme de ce cristallite dans une ellipse E' d'aire minimale, et en mesurant alors la longueur du plus petit axe Pa' et celle du plus grand axe Ga'. La taille L' est égale à (Pa' + Ga')/2. Le facteur de forme F est égal à PaVGa'.As indicated in FIG. 2, the shape factor F and the size of a crystallite can be determined by inserting the shape of this crystallite in an ellipse E 'of minimum area, and then measuring the length of the smallest axis Pa 'and that of the largest axis Ga'. The size L 'is equal to (Pa' + Ga ') / 2. The form factor F is equal to PaVGa '.
Selon un mode de réalisation, plus de 95 % en nombre, voire plus de 97 % en nombre, voire sensiblement 100 % en nombre des cristallites répartis dans la matrice présentent un facteur de forme F supérieur à 0,40, ou supérieur à 0,45, ou supérieur à 0,50, ou supérieur à 0,55, ou encore supérieur à 0,60, voire supérieur à 0,70.According to one embodiment, more than 95% by number, or even more than 97% by number, or even substantially 100% by number, of the crystallites distributed in the matrix have a form factor F greater than 0.40, or greater than 0, 45, or greater than 0.50, or greater than 0.55, or greater than 0.60, or even greater than 0.70.
Au moins 80 %, ou 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristallites répartis dans la matrice peuvent être de taille inférieure ou égale à 400 nm.At least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the crystallites distributed in the matrix may be less than or equal to 400 nm in size.
Selon un mode de réalisation, au moins 80 %, ou 90 %, voire sensiblement 100 % en nombre des cristallites répartis dans la matrice sont de taille inférieure ou égale à 300 nm, ou inférieure ou égale à 250 nm, ou encore inférieure ou égale à 200 nm, voire inférieure ou égale à 150 nm et/ou de taille supérieure ou égale à 5 nm, ou supérieure ou égale à 10 nm, ou supérieure ou égale à 15 nm, ou supérieure ou égale à 20 nm, ou supérieure ou égale à 30 nm, ou supérieure ou égale à 40 nm, voire supérieure à 50 nm.According to one embodiment, at least 80%, or 90%, or even substantially 100% by number of the crystallites distributed in the matrix are less than or equal to 300 nm, or less than or equal to 250 nm, or less than or equal to at 200 nm, even less than or equal to 150 nm and / or of size greater than or equal to 5 nm, or greater or equal to 10 nm, or greater than or equal to 15 nm, or greater than or equal to 20 nm, greater than or equal to 30 nm, or greater than or equal to 40 nm, or even greater than 50 nm.
Comme indiqué précédemment, un produit fondu conforme à l'invention comporte des cristaux dendritiques liés par une matrice au sein de laquelle sont répartis des cristallites.As indicated above, a melted product according to the invention comprises dendritic crystals linked by a matrix in which crystallites are distributed.
Les cristallites peuvent être répartis au sein de la phase vitreuse de la matrice de manière sensiblement homogène. De préférence, le diamètre « D » défini ci-dessus est inférieur à 3,5 μm, de préférence inférieur à 2 μm, de préférence encore inférieur à 1 μm.The crystallites can be distributed within the vitreous phase of the matrix in a substantially homogeneous manner. Preferably, the "D" diameter defined above is less than 3.5 μm, preferably less than 2 μm, more preferably less than 1 μm.
Les cristallites peuvent contenir une ou plusieurs phases cristallisées, par exemple des phases cristallisées à base d'oxyde de cérium et/ou de zircone et/ou d'oxyde de titane et/ou d'alumine et/ou d'oxyde d'yttrium et/ou de silice.The crystallites may contain one or more crystalline phases, for example crystalline phases based on cerium oxide and / or zirconia and / or on titanium oxide and / or on alumina and / or on yttrium oxide. and / or silica.
Ils peuvent contenir également des phases cristallisées de composés comportant plusieurs oxydes métalliques, comme par exemple des composés d'oxyde de cérium - zircone ou des composés d'oxyde de cérium - oxyde d'yttrium - zircone. Les cristallites peuvent représenter, sur une vue d'une coupe au cœur d'un produit de l'invention, plus de 15%, voire plus de 30%, voire plus de 40%, voire plus de 60%, voire plus de 70%, voire plus de 80% de la surface de la matrice (phase vitreuse + cristallites). Autrement dit, le taux de couverture de la matrice par les cristallites peut être supérieur à 15%, voire supérieur à 30%, voire supérieur à 40%, voire supérieur à 60%, voire supérieur à 70%, voire supérieur à 80%.They may also contain crystalline phases of compounds comprising several metal oxides, for example ceria - zirconia compounds or cerium oxide - yttria - zirconia compounds. Crystallites can represent, in a view of a section in the heart of a product of the invention, more than 15%, even more than 30%, even more than 40%, even more than 60%, or even more than 70%. % or even more than 80% of the surface of the matrix (vitreous phase + crystallites). In other words, the coverage rate of the matrix by the crystallites can be greater than 15%, or even greater than 30%, or even greater than 40%, or even greater than 60%, or even greater than 70%, or even greater than 80%.
Dans un mode de réalisation de l'invention, un produit fondu peut présenter la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % :In one embodiment of the invention, a molten product may have the following chemical composition, in percentages by weight based on the oxides and for a total of 100%:
40 % < (ZrO2 + HfO2) < 94 %, 4 % < CeO2 < 31 %,40% <(ZrO 2 + HfO 2 ) <94%, 4% <CeO 2 <31%,
0 % < Y2O3 0% <Y 2 O 3
0 % < Al2O3 0% <Al 2 O 3
2 % < SiO2,2% <SiO 2 ,
0 % < MgO, 0 % < TiO2, et autres oxydes < 1 %, et comporter des cristaux dendritiques liés par une matrice au sein de laquelle des cristallites sont répartis.0% <MgO, 0% <TiO 2 , and other oxides <1%, and comprise dendritic crystals bonded by a matrix in which crystallites are distributed.
Selon un premier mode de réalisation particulier, particulièrement adapté pour obtenir une résistance à l'usure en planétaire élevée, la composition d'un produit selon l'invention est telle que, pour un total de 100% :According to a first particular embodiment, particularly adapted to obtain a high planetary wear resistance, the composition of a product according to the invention is such that, for a total of 100%:
45 % < (ZrO2 + HfO2) < 85 %,45% <(ZrO 2 + HfO 2 ) <85%,
6 % < CeO2 < 31 %,6% <CeO 2 <31%,
0,8 % < Y2O3 < 8,5 %,0.8% <Y 2 O 3 <8.5%,
0 % < Al2O3 < 30 %, 2 % < SiO2 < 37 %,0% <Al 2 O 3 <30%, 2% <SiO 2 <37%,
0 < MgO < 6 %,0 <MgO <6%,
0 < TiO2 < 8,5 %, et autres oxydes < 1 %." 0 <TiO 2 <8.5%, and other oxides <1%. "
De préférence, en désignant par « C » le rapport en masse CeO2Z(ZrO2 + HfO2) et par « Y » le rapport en masse Y2O3Z(ZrO2 + HfO2),Preferably, denoting by "C" the mass ratio CeO 2 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) and by "Y" the mass ratio Y 2 O 3 Z (ZrO 2 + HfO 2 ),
0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y < 0,082, Min(63,095.Y2 - 11,214.Y+ 0,4962 ; 0,25) < C et C < 250.Y2 - 49,l.Y + 2,6.0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (63.095.Y 2 - 11.214.Y + 0.4962; 0.25) <C and C <250.Y 2 - 49 , lY + 2,6.
De préférence, 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y <0,082, Min(70,238.Y2 - 12,393.Y + 0,544 ; 0,25) < C.Preferably, 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (70.238.Y 2 - 12.393.Y + 0.544; 0.25) <C.
De préférence encore, 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y < 0,089, Min(- 38,095.Y2 + 0,3571.Y + 0,2738 ; 0,25) < C.More preferably, 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.089, Min (- 38.095.Y 2 + 0.3571.Y + 0.2738; 0.25) <C.
De préférence 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et C < 150. Y2 - 30,7. Y + 1,72, de préférence encore, C < - 51,1905.Y2 + 0,25.Y + 0,4826. De préférence encore, le rapport en masse CeO2Z(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,2, de préférence supérieur ou égal à 0,3 etZou inférieur ou égal à 0,5.Preferably 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and C <150. Y 2 - 30.7. Y + 1.72, more preferably C <- 51.1905.Y 2 + 0.25.Y + 0.4826. More preferably, the mass ratio CeO 2 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and Zou less than or equal to 0.5.
De préférence toujours, le rapport en masse Y2O3Z(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,03, de préférence supérieur ou égal à 0,03, de préférence supérieur ou égal à 0,045 et/ou inférieur ou égal à 0,09, de préférence inférieur ou égal à 0,06. Les caractéristiques décrites précédemment dans le cadre général de l'invention sont applicables à ce premier mode de réalisation particulier, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles avec lui. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, la composition d'un produit selon l'invention est telle que, pour un total de 100% :Preferably still, the mass ratio Y 2 O 3 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or lower. or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06. The characteristics described above in the general scope of the invention are applicable to this first particular embodiment, insofar as they are not incompatible with it. According to a second particular embodiment, the composition of a product according to the invention is such that for a total of 100%:
55 % < ZrO2 + HfO2 < 75 %, 10 % < CeO2 < 30 %,55% <ZrO 2 + HfO 2 <75%, 10% <CeO 2 <30%,
1,5% < Y2O3 < 5 %,1.5% <Y 2 O 3 <5%,
0 % < Al2O3 < 15 %, de préférence 4 % < Al2O3 < 12 % 3 % < SiO2 < 12 %, de préférence SiO2 > 5 %, O % < MgO < 2 %, 0% < TiO2 < 5 %, de préférence TiO2 > 1 ,5 %, autres oxydes < 1 %.0% <Al 2 O 3 <15%, preferably 4% <Al 2 O 3 <12% 3% <SiO 2 <12%, preferably SiO 2 > 5%, O% <MgO <2%, 0% <TiO 2 <5%, preferably TiO 2 > 1.5%, other oxides <1%.
Dans ce mode de réalisation, il est particulièrement avantageux, notamment dans une application en milieu basique, que le diamètre « D » tel que défini ci-dessus soit inférieur à 3,5 μm. De préférence, un produit conforme à ce deuxième mode de réalisation particulier présente une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :In this embodiment, it is particularly advantageous, especially in an application in a basic medium, that the diameter "D" as defined above is less than 3.5 microns. Preferably, a product according to this second particular embodiment has one or more of the following optional features:
- Le rapport en masse 8102/Al2O3 est inférieur ou égal à I3 de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3 : La phase vitreuse est alors riche en alumine.- The mass ratio 810 2 / Al 2 O 3 is less than or equal to I 3 , preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3: The glassy phase is then rich in alumina.
- Le rapport en masse SiO2ZAI2O3 est inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75 et/ou supérieur à 0,3, et SiO2 > 5 % : La phase vitreuse est alors abondante et riche en alumine.- The mass ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1, preferably less than or equal to 0.75 and / or greater than 0.3, and SiO 2 > 5%: The glassy phase is then abundant and rich in alumina.
- Plus de 95 % en nombre, de préférence plus de 97 % en nombre, de préférence plus de 99 % en nombre, et de préférence encore sensiblement 100 % en nombre des cristallites présentent un facteur de forme F supérieur à 0,45, ou supérieur à 0,50, ou supérieur à 0,55, ou encore supérieur à 0,60, voire supérieur à 0,70.More than 95% by number, preferably more than 97% by number, preferably more than 99% by number, and more preferably substantially 100% by number of the crystallites have a form factor F greater than 0.45, or greater than 0.50, or greater than 0.55, or greater than 0.60, or even greater than 0.70.
- Le diamètre « D » est inférieur à 2 μm, de préférence inférieur à 1 μm.- The diameter "D" is less than 2 microns, preferably less than 1 micron.
- En désignant par « C » le rapport en masse CeO2/(ZrO2 + HfO2) et par « Y » le rapport en masse Y2O3/(ZrO2 + HfO2),- denoting by "C" the mass ratio CeO 2 / (ZrO 2 + HfO 2 ) and by "Y" the mass ratio Y 2 O 3 / (ZrO 2 + HfO 2 ),
0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y < 0,082, Min (63,095.Y2 - 11,214. Y+ 0,4962 ; 0,25) < C, et0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (63.095.Y 2 - 11.214, Y + 0.4962, 0.25) <C, and
C ≤ 250.Y2 - 49,l.Y + 2,6. - De préférence encore, 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y <0,082, Min(70,238.Y2 - 12,393.Y + 0,544 ; 0,25) < C, de préférence lorsque Y < 0,089, Min(- 38,095.Y2 + 0,3571.Y + 0,2738 ; 0,25) < CC ≤ 250.Y 2 - 49, Y + 2.6. More preferably, 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (70.238.Y 2 - 12.393.Y + 0.544; 0.25) <C, preferably when Y <0.089, Min (- 38.095.Y 2 + 0.3571.Y + 0.2738, 0.25) <C
- De préférence encore, 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et C < 150. Y2 - 30,7. Y + 1 ,72, de préférence toujours C < - 51 , 1905.Y2 + 0,25.Y + 0,4826.- More preferably, 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and C <150. Y 2 - 30.7. Y + 1, 72, preferably always C <- 51, 1905.Y 2 + 0.25.Y + 0.4826.
- Le rapport en masse CeO2Z(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,2, de préférence supérieur ou égal à 0,3 et/ou inférieur ou égal à 0,5.- The mass ratio CeO 2 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and / or less than or equal to 0.5.
- Le rapport en masse Y2O3Z(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,03, de préférence supérieur ou égal à 0,045 et/ou inférieur ou égal à 0,09, de préférence inférieur ou égal à 0,06.The mass ratio Y 2 O 3 Z (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or less than or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06.
Les caractéristiques décrites précédemment dans le cadre général de l'invention sont applicables à ce deuxième mode de réalisation particulier, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles avec lui.The characteristics described above in the general scope of the invention are applicable to this second particular embodiment, insofar as they are not incompatible with it.
Les inventeurs ont découvert qu'un produit selon le deuxième mode de réalisation particulier présente, en milieu fortement basique, une résistance à la corrosion particulièrement élevée.The inventors have discovered that a product according to the second particular embodiment has, in a highly basic medium, a particularly high resistance to corrosion.
Sans pouvoir l'expliquer, les inventeurs ont constaté que ces performances correspondent, sur une vue prise au microscope électronique en transmission, à un pourcentage inférieur à 5 % en nombre de cristallites présentant un facteur de forme inférieur à 0,4 (c'est-à-dire de forme allongée).Without being able to explain it, the inventors have found that these performances correspond, in a transmission electron microscope view, to a percentage of less than 5% in number of crystallites having a form factor of less than 0.4 (this is elongated form).
Un sous-ensemble des produits selon ce deuxième mode de réalisation particulier présente la composition chimique suivante, pour un total de 100 %, 55 % < ZrO2 + HfO2 < 75 %, 10 % < CeO2 < 30 %, 1,5% < Y2O3 < 5 %,A subset of the products according to this second particular embodiment has the following chemical composition, for a total of 100%, 55% <ZrO 2 + HfO 2 <75%, 10% <CeO 2 <30%, 1.5 % <Y 2 O 3 <5%,
5 % ≤ SiO2 < 12 %, 4 % < A12O3 < 12 % 0 % < MgO < 2 %, ls5 % < Tiθ2 < 3 %, autres oxydes < 1 %.5% ≤ SiO 2 <12%, 4% <A1 2 O 3 <12% 0% <MgO <2%, the s 5% <TiO 2 <3% other oxides <1%.
De préférence la matrice présente un diamètre « D » inférieur à 1 μm. De préférence, un produit conforme à ce sous-ensemble de ce deuxième mode de réalisation particulier présente une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :Preferably, the matrix has a diameter "D" of less than 1 μm. Preferably, a product according to this subset of this second particular embodiment has one or more of the following optional features:
- Plus de 99 % en nombre, et de préférence encore sensiblement 100 % en nombre des cristallites présentent un facteur de forme F supérieur à 0,50, de préférence supérieur à 0,55, de préférence supérieur à 0,60, de préférence supérieur à 0,70.- More than 99% by number, and more preferably substantially 100% by number of the crystallites have a form factor F greater than 0.50, preferably greater than 0.55, preferably greater than 0.60, preferably greater than at 0.70.
- En désignant par « C » le rapport en masse Ce(V(ZrO2 + HfO2) et par « Y » le rapport en masse Y2O3/(ZrO2 + HfO2),- denoting by "C" the mass ratio Ce ( V (ZrO 2 + HfO 2 ) and by "Y" the mass ratio Y 2 O 3 / (ZrO 2 + HfO 2 ),
0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y < 0,082, Min (63,095.Y2 - 11,214. Y+ 0,4962 ; 0,25) < C, et C ≤ 250.Y2 - 49,l.Y + 2,60 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (63.095.Y 2 - 11.214, Y + 0.4962, 0.25) <C, and C ≤ 250.Y 2 - 49, lY + 2.6
- De préférence 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y 0,082, Min(70,238.Y2 - 12,393.Y + 0,544 ; 0,25) < C, de préférence lorsque Y < 0,089, Min(- 38,095.Y2 + 0,3571. Y + 0,2738 ; 0,25) < C.Preferably 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y 0.082, Min (70.238.Y 2 - 12.393.Y + 0.544; 0.25) <C, preferably when Y <0.089, Min (- 38.095.Y 2 + 0.3571, Y + 0.2738, 0.25) <C.
- De préférence 0 < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et C < 150.Y2 - 30,7.Y + 1,72, de préférence C < - 51, 1905. Y2 + 0,25. Y + 0,4826.Preferably 0 <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and C <150.Y 2 - 30.7.Y + 1.72, preferably C <- 51, 1905. Y 2 + 0, 25. Y + 0.4826.
- Le rapport en masse CeO2/(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,2, de préférence supérieur ou égal à 0,3 et/ou inférieur ou égal à 0,5.- The mass ratio CeO 2 / (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.2, preferably greater than or equal to 0.3 and / or less than or equal to 0.5.
- Le rapport en masse Y2O3/(ZrO2 + HfO2) est supérieur ou égal à 0,03, de préférence supérieur ou égal à 0,03, de préférence supérieur ou égal à 0,045 et/ou inférieur ou égal à 0,09, de préférence inférieur ou égal à 0,06.The mass ratio Y 2 O 3 / (ZrO 2 + HfO 2 ) is greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.03, preferably greater than or equal to 0.045 and / or less than or equal to 0.09, preferably less than or equal to 0.06.
Dans les cas de sollicitations en milieu fortement basique, c'est-à-dire pour des pH > 8, par exemple pour le broyage de suspensions de carbonate de calcium, de tels produits sont particulièrement adaptés car ils présentent une résistance à l'usure élevée couplée à une bonne résistance à l'agression chimique du milieu dans lequel s'effectue le broyage.In the case of stress in a strongly basic medium, that is to say for pH> 8, for example for grinding suspensions of calcium carbonate, such products are particularly suitable because they have a wear resistance high coupled with good resistance to chemical attack of the medium in which the grinding is carried out.
Quel que soit le mode de réalisation, un produit selon l'invention présente de préférence une densité supérieure ou égale à 4, ou supérieure ou égale à 4,5, ou supérieure ou égale à 4,7, ou encore supérieure ou égale à 5, voire supérieure ou égale à 5,2. On considère en effet que plus la densité est élevée, meilleure est l'efficacité de broyage. L'usure planétaire et l'usure en milieu basique sont définies ci-après. Le produit peut présenter une usure en milieu basique inférieure ou égale à 2,2 g/h, ou inférieure ou égale à 2 g/h, ou inférieure ou égale à 1,8 g/h, ou inférieure ou égale à 1,5 g/h.Whatever the embodiment, a product according to the invention preferably has a density greater than or equal to 4, or greater than or equal to 4.5, or greater than or equal to 4.7, or greater than or equal to 5 or even greater than or equal to 5.2. It is considered that the higher the density, the better the grinding efficiency. Planetary wear and wear in basic conditions are defined below. The product may have a basic wear of less than or equal to 2.2 g / h, or less than or equal to 2 g / h, or less than or equal to 1.8 g / h, or less than or equal to 1.5 g / h.
De préférence, le produit présente une usure en milieu basique inférieure ou égale à 1 ,8 g/h et une densité supérieure ou égale à 5,2.Preferably, the product has a wear in basic medium of less than or equal to 1.8 g / h and a density greater than or equal to 5.2.
Le produit peut également présenter une usure planétaire inférieure ou égale à 3,5 %, ou inférieure ou égale à 2,9 %, ou inférieure ou égale à 2,5 %, ou inférieure ou égale à 2,3 %, ou inférieure ou égale à 2,1%, voire inférieure ou égale à 1,8 %.The product may also have a planetary wear less than or equal to 3.5%, or less than or equal to 2.9%, or less than or equal to 2.5%, or less than or equal to 2.3%, or less or equal to 2.1%, or even lower than or equal to 1.8%.
En fonction des propriétés recherchées, un produit selon l'invention peut être utilisé dans d'autres applications que le broyage en milieu humide. Par exemple, il peut être utilisé comme agent de broyage à sec, de soutènement et d'échange thermique.Depending on the desired properties, a product according to the invention can be used in other applications than grinding in a humid environment. For example, it can be used as a dry grinding, propping and heat exchange agent.
Essaistesting
Protocoles de mesure La densité des produits testés est mesurée par une méthode utilisant un pycnomètre hélium (AccuPyc 1330 de la société Micromeritics®), selon une méthode basée sur la mesure du volume de gaz (dans le cas présent l'Hélium) déplacé.Measurement Protocols The density of the products tested is measured by a method using a helium pycnometer (AccuPyc 1330 from Micromeritics®), according to a method based on the measurement of the volume of gas (in this case Helium) displaced.
L'homogénéité de la répartition des cristallites dans la phase vitreuse est déterminée à. l'aide d'observations réalisées en Microscopie Electronique en Transmission (ou MET) de la façon suivante. La préparation des échantillons destinés à être observés consiste à amincir mécaniquement une particule par polissages successifs jusqu'à une épaisseur d'environ 30 μm. Puis la préparation de l'échantillon est finalisée par amincissement ionique (pulvérisation d'argon) par l'intermédiaire d'un PIPS (« PrécisionThe homogeneity of the distribution of crystallites in the vitreous phase is determined . using observations made in Transmission Electron Microscopy (or TEM) as follows. The preparation of the samples to be observed consists in mechanically thinning a particle by successive polishing to a thickness of about 30 microns. Then the sample preparation is finalized by ion thinning (argon sputtering) via a PIPS ("Precision
Ion Polishing System »). L'échantillon à observer se présente alors sous la forme d'une lame.Ion Polishing System "). The sample to be observed is then in the form of a blade.
Cette lame est déposée dans le Microscope Electronique en Transmission (Philips CM 30 - 300KV), sur un support en molybdène et une rondelle en cuivre. Le bombardement électronique a pour but de pouvoir observer l'échantillon en transmission.This slide is deposited in the Transmission Electron Microscope (Philips CM 30 - 300KV), on a molybdenum support and a copper washer. The purpose of electronic bombardment is to observe the sample in transmission.
Au minimum 5 photos de la microstructure sont réalisées en différentes zones de l'échantillon choisies aléatoirement. Les agrandissements des photos sont adaptés de façon à pouvoir observer des surfaces de matrice comprises entre 15 et 150 μm2 et de façon à ce que la somme des surfaces observées soit au moins de 450 μm2. L'agrandissement est adapté de façon à bien distinguer les cristallites dans la matrice.At least 5 photos of the microstructure are made in different areas of the sample chosen randomly. The enlargements of the photos are adapted so as to be able to observe matrix surfaces of between 15 and 150 μm 2 and so that that the sum of the surfaces observed is at least 450 μm 2 . The magnification is adapted to distinguish the crystallites in the matrix.
On déplace ensuite sur toute la surface de matrice observée un cercle d'un diamètre déterminé en cherchant une position dans laquelle aucun cristallite n'est inclus, même partiellement, dans le cercle.A circle of a determined diameter is then moved over the entire matrix surface, looking for a position in which no crystallite is included, even partially, in the circle.
- Si on parvient à trouver une telle position, on renouvelle l'opération avec un cercle d'un diamètre supérieur de 0,1 μm au cercle précédent. On poursuit cette procédure jusqu'à ne plus trouver de position respectant le critère susmentionné. Le diamètre « D » est alors égal au diamètre du cercle du cycle précédent, c'est-à-dire au diamètre du plus grand cercle qu'il a été possible de placer sur la surface observée sans qu'aucun cristallite ne soit inclus, même partiellement, dans ce cercle.- If we find such a position, we repeat the operation with a circle with a diameter greater than 0.1 microns to the previous circle. This procedure is continued until no position is found that meets the above criterion. The diameter "D" is then equal to the diameter of the circle of the preceding cycle, that is to say to the diameter of the largest circle that it has been possible to place on the observed surface without any crystallite being included, even partially, in this circle.
- Réciproquement, si on parvient à trouver une telle position, on diminue le diamètre du cercle testé de 0,1 μm et on renouvelle l'opération jusqu'à trouver un cercle respectant le critère susmentionné. Le diamètre « D » est alors égal au diamètre de ce dernier cercle.- Reciprocally, if we can find such a position, we decrease the diameter of the tested circle by 0.1 microns and we repeat the operation until finding a circle meeting the above criterion. The diameter "D" is then equal to the diameter of this last circle.
Les photos permettent également de mesurer la taille des cristallites et les facteurs de forme.The photos also measure crystallite size and shape factors.
Les méthodes suivantes permettent une excellente simulation du comportement réel en service dans les applications de broyage. Pour déterminer la résistance à l'usure dite « planétaire », 20 ml (volume mesuré à l'aide d'une éprouvette graduée) de particules à tester, sélectionnées par un tamisage entre 0,8 et 1 mm sur des tamis à mailles carrées, sont pesées (masse mo) et introduites dans un des 4 bols de contenance de 125 ml revêtus d'alumine et fixés sur le plateau d'un broyeur planétaire rapide du type PM400 de la marque RETSCH. Sont ajoutés dans le bol, 2,2 g de carbure de silicium de marque Presi (présentant une taille médiane D5o de 23 μm) et 40 ml d'eau. Le bol est refermé et le plateau est mis en rotation à 400 tr/min avec inversion du sens de rotation toutes les minutes pendant lh30. Le plateau est animé d'un mouvement de rotation par rapport au bâti du broyeur et le bol est animé d'un mouvement de rotation par rapport au plateau, imposé par la vitesse de rotation du plateau. Le contenu du bol est ensuite lavé sur un tamis de 100 μm de manière à enlever le carbure de silicium résiduel ainsi que les arrachements de matière dus à l'usure lors du broyage. Les particules sont ensuite séchées à l'étuve à 100 0C pendant 3h puis pesées (masse m). L'usure planétaire, exprimée en pourcentage, est donnée par la formule suivante :The following methods provide excellent simulation of actual service behavior in grinding applications. To determine the so-called "planetary" wear resistance, 20 ml (volume measured with a measuring cylinder) of particles to be tested, selected by sieving between 0.8 and 1 mm on square mesh sieves , were weighed (mass mo) and introduced into one of 4 alumina-coated 125 ml capacity bowls and fixed on the tray of a RETSCH type PM400 fast planetary mill. 2.2 g of Presi brand silicon carbide (having a median size D 5 o of 23 μm) and 40 ml of water are added to the bowl. The bowl is closed and the tray is rotated at 400 rpm with reversal of the direction of rotation every minute for 1h30. The plate is rotated relative to the frame of the mill and the bowl is rotated relative to the plate, imposed by the speed of rotation of the plate. The contents of the bowl are then washed on a 100 μm sieve so as to remove the residual silicon carbide as well as the tearing of material due to wear during grinding. The particles are then dried in an oven at 100 ° C. for 3 h and then weighed (mass m). Planetary wear, expressed as a percentage, is given by the following formula:
100(m0-m) / m100 (m 0 -m) / m
Pour déterminer l'usure dite « en milieu basique », c'est-à-dire dans des milieux présentant un pH supérieur à 8, une charge de particules à tester est tamisée entre 0,6 et 0,8 mm sur des tamis à mailles carrées. Un volume apparent de 1 ,04 litre de particules est pesé (masse mo). Les particules sont ensuite introduites dans un broyeur horizontal de type Netzsch LMEl (volume utile de 1,2 L) à disques excentrés en acier. Une suspension aqueuse de carbonate de calcium CaCO3 présentant un pH égal à 8,2, contenant 70 % de matière sèche et dont 40 % des grains en volume sont inférieurs à 1 μm passe en continu à travers le broyeur, avec un débit de 4 litres à l'heure. Le broyeur est démarré progressivement jusqu'à atteindre une vitesse linéaire en bout de disques de 10 m/s. Le broyeur est maintenu en fonctionnement pendant une durée t, comprise entre 16 et 24 heures, puis arrêté. Les particules sont rincées à l'eau, sorties précautionneusement du broyeur puis lavées et séchées. Elles sont ensuite pesées (masse m). La vitesse d'usure V en grammes/heure est déterminée comme suit :In order to determine the so-called "basic" wear, that is to say in media having a pH greater than 8, a charge of particles to be tested is sieved between 0.6 and 0.8 mm on sieves. square stitches. An apparent volume of 1.04 liter of particles is weighed (mass mo). The particles are then introduced into a horizontal mill Netzsch LMEl type (useful volume of 1.2 L) with eccentric steel discs. An aqueous suspension of calcium carbonate CaCO 3 having a pH equal to 8.2, containing 70% of dry matter and of which 40% of the grains by volume are less than 1 μm, passes continuously through the mill, with a flow rate of 4. liters per hour. The mill is started gradually until reaching a linear speed at the end of 10 m / s disks. The mill is kept in operation for a time t, between 16 and 24 hours, then stopped. The particles are rinsed with water, carefully removed from the mill and then washed and dried. They are then weighed (mass m). The wear speed V in grams / hour is determined as follows:
V=(mo-m)/tV = (m o -m) / t
La charge de particules est reprise et complétée avec (mo-m) grammes de particules neuves de manière à renouveler l'opération de broyage autant de fois que nécessaire (n fois) pour que le temps cumulé de broyage soit au moins de 100 heures et que la différence entre la vitesse d'usure calculée à l'étape n et à l'étape n-1 soit inférieure à 15 % en relatif. Typiquement, la durée de broyage totale est comprise entre 100 heures et 140 heures. L'usure en milieu basique est la vitesse d'usure mesurée pour la dernière opération de broyage n. Le pourcentage d'amélioration par rapport à l'exemple comparatif 3 est défini par la formule suivante : 100*(usure du produit de l'exemple comparatif 3 - usure du produit considéré)/ usure du produit de l'exemple comparatif 3. On considère que les résultats sont particulièrement satisfaisants si les produits présentent une amélioration de la résistance à l'usure d'au moins 10 % par rapport à celle de l'exemple comparatif 3. On considère que les résultats sont particulièrement satisfaisants si les produits présentent une amélioration de la résistance à l'usure en milieu basique d'au moins 15 % par rapport à celle de l'exemple comparatif 2. Protocole de fabricationThe particle charge is taken up and supplemented with (mo-m) grams of new particles so as to repeat the grinding operation as many times as necessary (n times) so that the cumulative grinding time is at least 100 hours and that the difference between the wear speed calculated in step n and in step n-1 is less than 15% in relative. Typically, the total grinding time is between 100 hours and 140 hours. The wear in basic medium is the wear speed measured for the last grinding operation n. The percentage improvement compared to Comparative Example 3 is defined by the following formula: 100 * (wear of the product of Comparative Example 3 - wear of the product under consideration) / wear of the product of Comparative Example 3. considers that the results are particularly satisfactory if the products exhibit an improvement in wear resistance of at least 10% compared with that of Comparative Example 3. The results are considered to be particularly satisfactory if the products exhibit improvement of the basic wear resistance of at least 15% compared with that of Comparative Example 2. Manufacturing protocol
On prépare une charge de départ à partir de poudres de zircon, d'oxyde d'yttrium, d'oxyde de cérium, d'oxyde d'aluminium et éventuellement d'oxyde de zirconium (zircone) et d'oxyde de titane. Puis, on fond cette charge de départ dans un four électrique à arc de type Héroult de manière à former un bain de liquide en fusion. Ce bain est alors coulé de manière à former un filet de liquide qui est alors dispersé en particules, sous la forme de billes par soufflage d'air comprimé et isolé par coulée.A starting charge is prepared from powders of zircon, yttrium oxide, cerium oxide, aluminum oxide and optionally zirconium oxide (zirconia) and titanium oxide. This feedstock is then melted in an electric Heroult arc furnace so as to form a bath of molten liquid. This bath is then cast so as to form a net of liquid which is then dispersed in particles, in the form of balls by blowing compressed air and isolated by casting.
On effectue plusieurs cycles fusion/coulée en ajustant dans la composition les oxydes d'yttrium, de cérium, d'aluminium et éventuellement de zirconium et de titane.Several melting / casting cycles are carried out by adjusting in the composition the oxides of yttrium, cerium, aluminum and optionally zirconium and titanium.
Cette technique permet de disposer de plusieurs lots de particules de compositions différentes que l'on peut caractériser selon des méthodes bien connues de l'homme de l'art.This technique makes it possible to have several batches of particles of different compositions which can be characterized according to methods well known to those skilled in the art.
Le refroidissement par soufflage, très rapide, ne permet pas de cristalliser la matrice, sinon de manière marginale. Un traitement thermique est donc nécessaire pour générer des cristallites répartis au sein de la matrice.Blast cooling, very fast, does not crystallize the matrix, if not marginally. A heat treatment is therefore necessary to generate crystallites distributed within the matrix.
Pour ce faire, les particules à traiter sont disposées par lot dans des nacelles qui sont enfournées dans un four de traitement thermique. Le cycle comprend une montée en température à une vitesse de 120 0CZh, de la température ambiante jusqu'à une première température de palier (appelé « palier 1 ») égale à 850 0C, pendant une durée comprise entre 0 et 10 heures, éventuellement suivie d'un second palier (appelé « palier 2 ») à une température de 1000 0C pendant une durée comprise entre 1 heure et 10 heures.To do this, the particles to be treated are arranged batchwise in nacelles which are charged in a heat treatment furnace. The cycle comprises a rise in temperature at a speed of 120 ° C., from ambient temperature to a first stage temperature (called "plateau 1") equal to 850 ° C., for a duration of between 0 and 10 hours, possibly followed by a second stage (called "stage 2") at a temperature of 1000 0 C for a period of between 1 hour and 10 hours.
La vitesse de montée en température entre la fin du palier 1 à 850 0C et le début du palier 2 à 1000 0C est de 120 0CZh. Après le palier 2 en température, la descente en température s'effectue à une vitesse de 200 °CZh.The rate of rise in temperature between the end of stage 1 at 850 ° C. and the beginning of stage 2 at 1000 ° C. is 120 ° C.Zh. After temperature plateau 2, the temperature is reduced to 200 ° CZh.
RésultatsResults
Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau suivant: - « pvc » précise la présence (« oui ») ou l'absence (« non ») d'une cristallisation répartie dans toute la phase vitreuse; - « D » précise le diamètre « D » du plus grand cercle qu'il est possible de placer sur une vue d'une coupe au cœur du produit, prise au moyen d'un microscope électronique en transmission (MET), sans qu'aucun cristallite ne soit inclus, même partiellement, dans ce cercle ;The results obtained are summarized in the following table: - "pvc" specifies the presence ("yes") or the absence ("no") of a crystallization distributed throughout the vitreous phase; - "D" specifies the diameter "D" of the largest circle that can be placed on a view of a section at the heart of the product, taken by means of an electron microscope transmission (TEM), without any crystallite being included, even partially, in this circle;
- « taille des cristallites » précise qu'au moins 80% des cristallites présentent une taille comprise dans la plage indiquée ; - « F < 0,4 » indique la présence (« oui ») ou l'absence (« non ») de plus de 5 % en nombre de cristallites avec F < 0,4 ;- "crystallite size" specifies that at least 80% of the crystallites have a size within the indicated range; - "F <0.4" indicates the presence ("yes") or absence ("no") of more than 5% in number of crystallites with F <0.4;
- « TC » précise le taux de couverture de la matrice. - "TC" specifies the coverage rate of the matrix.
K>K>
(*) : exemple hors invention(*): example outside the invention
Tableau 1 Table 1
Usure planétairePlanetary wear
Les exemples selon l'invention présentent une résistance à l'usure planétaire supérieure à celle des exemples de même composition chimique mais dépourvus de cristallites répartis au sein de leur matrice, comme l'illustre une comparaison entre l'exemple 4 (matrice non cristallisée) et les exemples 5 et 6 (matrice cristallisée) ou une comparaison entre l'exemple 7 (matrice non cristallisée) et les exemples 8, 9 10 et 1 1The examples according to the invention have a greater resistance to planetary wear than the examples of the same chemical composition but without crystallites distributed within their matrix, as illustrated by a comparison between Example 4 (non-crystallized matrix) and Examples 5 and 6 (crystallized matrix) or a comparison between Example 7 (uncrystallized matrix) and Examples 8, 9 and 11
(matrice cristallisée). Les exemples 5 et 6 présentent en effet une amélioration de 16 % et 11 %, respectivement, par rapport à l'exemple 4, tandis que les exemples 8, 9, 10 et(crystallized matrix). Examples 5 and 6 show an improvement of 16% and 11%, respectively, compared to Example 4, while Examples 8, 9, 10 and
11 présentent une amélioration de 11 %, 11 %, 17 % et 17 % par rapport à l'exemple 7. Une comparaison des exemples 5 et 6 montre également l'intérêt d'un traitement thermique à deux paliers avec des durées de palier supérieures à 1 heure.11 show an improvement of 11%, 11%, 17% and 17% compared to Example 7. A comparison of Examples 5 and 6 also shows the advantage of a two-stage heat treatment with greater dwell times. at 1 o'clock.
Une comparaison des exemples 8 et 9 montre qu'une durée de palier 1 supérieure à 3 heures n'améliore pas nécessairement la résistance à l'usure planétaire.A comparison of Examples 8 and 9 shows that a step time of greater than 3 hours does not necessarily improve the planetary wear resistance.
Cependant une comparaison des exemples 10 et 11 montre qu'une durée de palier 1 supérieure à 3 heures améliore la résistance à l'usure en milieu basique. Ces exemples confirment également l'intérêt d'un traitement thermique à deux paliers.However a comparison of Examples 10 and 11 shows that a bearing time 1 greater than 3 hours improves the wear resistance in basic medium. These examples also confirm the interest of a two-stage heat treatment.
Les exemples 11 à 23 illustrent, dans des conditions de traitement thermique identiques, l'influence de la composition chimique sur la résistance à l'usure planétaire. Ils permettent en particulier de constater une dégradation brutale de la résistance à l'usure planétaire lorsque la teneur en CeO2 dépasse 31 % (exemples 20 et 21).Examples 11 to 23 illustrate, under identical heat treatment conditions, the influence of the chemical composition on the planetary wear resistance. In particular, they make it possible to observe a sudden deterioration in planetary wear resistance when the CeO 2 content exceeds 31% (Examples 20 and 21).
Les exemples 5, 22 et 24 sont préférés entre tous au regard du test d'usure planétaire.Examples 5, 22 and 24 are most preferred for the planetary wear test.
Usure en milieu basiqueWear in basic medium
Une comparaison des exemples 4 et 5 à 6, ou 7 et 9 à 11 , montre l'intérêt d'un traitement thermique, et plus généralement, de la présence de cristallites répartis au sein de la matrice, pour augmenter la résistance à l'usure en milieu basique.A comparison of Examples 4 and 5 to 6, or 7 and 9 to 11, shows the advantage of a heat treatment, and more generally, the presence of crystallites distributed within the matrix, to increase the resistance to the wear in basic medium.
Une comparaison des exemples 5 et 6 montre cependant qu'il est préférable que la matrice ne comporte pas de cristallites allongés lorsque le produit selon l'invention est destiné à servir en milieu basique. Une comparaison des exemples 9 à 11, et notamment de l'exemple 9 avec les exemples 10 et 11, montre qu'une diminution de l'aire des surfaces de matrice ne contenant pas de cristal lite est également utile dans une application en milieu basique.A comparison of Examples 5 and 6 shows, however, that it is preferable that the matrix does not contain elongate crystallites when the product according to the invention is intended to serve in a basic medium. A comparison of Examples 9 to 11, and in particular of Example 9 with Examples 10 and 11, shows that a decrease in the area of matrix surfaces not containing crystallite lite is also useful in an application in a basic medium .
Un rapport SIOiZAl2O3 < 1, voire inférieur à 0,8 est préférable. Une comparaison des exemples 10 et 11 montre enfin qu'une durée de palier 1 supérieure à 3 heures améliore la résistance à l'usure planétaire en milieu basique. Ces exemples confirment également l'intérêt d'un traitement thermique à deux paliers.A SiO 2 Al 2 O 3 ratio <1, or even less than 0.8 is preferable. A comparison of Examples 10 and 11 finally shows that a bearing time 1 greater than 3 hours improves the planetary wear resistance in basic medium. These examples also confirm the interest of a two-stage heat treatment.
Pour optimiser le comportement en milieu basique, en particulier pour une application de microbroyage en milieu basique, l'exemple 5 est considéré comme le meilleur produit car il allie une densité supérieure ou égale à 5,3, une résistance à l'usure en planétaire de 1,6 et une résistance à l'usure en milieu basique inférieure ou égale à 1,8.To optimize the behavior in a basic medium, in particular for a microbrilling application in a basic medium, Example 5 is considered to be the best product because it combines a density greater than or equal to 5.3, a planetary wear resistance. of 1.6 and a basic wear resistance of 1.8 or less.
Dans tous les exemples selon l'invention, les inventeurs ont constaté une absence de fissures et des pores. Comme cela apparaît clairement à présent, l'invention fournit un produit présentant une résistance à l'usure planétaire remarquable, voire dans certains modes de réalisation, une très bonne résistance à l'usure en milieu basique.In all the examples according to the invention, the inventors have found an absence of cracks and pores. As now clearly apparent, the invention provides a product with remarkable planetary wear resistance, and in some embodiments even a very good wear resistance in a basic medium.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. En particulier, l'invention n'est pas limitée à des particules fondues, mais s'étend à tout type de produit fondu, et notamment à des plaques minces. Le domaine d'application des produits selon l'invention n'est pas limité au microbroyage, mais s'étend à toutes les applications où les qualités décrites ci-dessus seraient susceptibles d'être utiles, et notamment à la microdispersion en milieu humide et au traitement de surface. Of course, the present invention is not limited to the described embodiments, provided by way of illustrative and non-limiting examples. In particular, the invention is not limited to molten particles, but extends to any type of molten product, and in particular to thin plates. The field of application of the products according to the invention is not limited to micro-grinding, but extends to all applications where the qualities described above would be likely to be useful, and in particular to wet microdispersion and surface treatment.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un produit, comprenant les étapes successives suivantes : a) mélange de matières premières pour former une charge de départ, b) fusion de la charge de départ de manière à former un liquide en fusion, c) solidification du liquide en fusion de manière à obtenir un produit fondu comportant des cristaux liés par une phase vitreuse, et d) traitement thermique de cristallisation de la phase vitreuse dudit produit fondu, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % :A method of manufacturing a product, comprising the following successive steps: a) mixing raw materials to form a feedstock, b) melting the feedstock to form a molten liquid, c) solidifying the feedstock. molten liquid so as to obtain a molten product having crystals bonded by a glassy phase, and d) crystallization heat treatment of the glassy phase of said molten product, wherein the composition of the feedstock is adapted to manufacture a product having the following chemical composition, in percentages by mass on the basis of the oxides and for a total of 100%:
40 % < (ZrO2 + HfO2) < 94 %,40% <(ZrO 2 + HfO 2 ) <94%,
6 % < CeO2 < 31 %, 0 % ≤ Y2O3 6% <CeO 2 <31%, 0% ≤ Y 2 O 3
0 % < Al2O3 0% <Al 2 O 3
2 % < SiO2,2% <SiO 2 ,
0 % < MgO,0% <MgO,
0 % < TiO2, et autres oxydes < 1 %.0% <TiO 2 , and other oxides <1%.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit traitement thermique à l'étape d) comprend une opération de nucléation à une première température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de Ia phase vitreuse du produit issu de l'étape c) et/ou une opération de croissance à une deuxième température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la phase vitreuse du produit issu de l'étape c), la deuxième température étant, lorsque l'opération de croissance suit une opération de nucléation, supérieure d'au moins 500C à ladite première température.2. Method according to the preceding claim, wherein said heat treatment in step d) comprises a nucleation operation at a first temperature above the glass transition temperature Tg of the vitreous phase of the product resulting from step c) and or a growth operation at a second temperature higher than the glass transition temperature Tg of the glass phase of the product resulting from stage c), the second temperature being, when the growth operation follows a nucleation operation, greater than at least 50 0 C at said first temperature.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le traitement thermique à l'étape d) comprend un palier à une température comprise entre 800 0C et 1100 °C. 3. Method according to the preceding claim, wherein the heat treatment in step d) comprises a bearing at a temperature between 800 0 C and 1100 ° C.
4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le traitement thermique à l'étape d) comprend un premier palier à une température comprise entre 820 °C et 880 0C suivi d'un deuxième palier à une température comprise entre 970 0C et 1070 0C. 4. Method according to the preceding claim, wherein the heat treatment in step d) comprises a first step at a temperature between 820 ° C and 880 0 C followed by a second step at a temperature between 970 0 C and 1070 ° C.
5. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel ledit palier à une température comprise entre 800 0C et 1100 0C et/ou ledit premier palier et/ou ledit deuxième palier dure au moins 1 heure.5. Method according to any one of the two immediately preceding claims, wherein said bearing at a temperature between 800 0 C and 1100 0 C and / or said first bearing and / or said second bearing lasts at least 1 hour.
6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit palier à une température comprise entre 800 0C et HOO 0C et/ou ledit premier palier et/ou ledit deuxième palier dure au moins 5 heures.6. Method according to the preceding claim, wherein said bearing at a temperature between 800 0 C and HOO 0 C and / or said first bearing and / or said second bearing lasts at least 5 hours.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % : 45 % < (ZrO2 + HfO2) < 85 %,7. A process according to any one of the preceding claims, wherein the composition of the feedstock is adapted to manufacture a product having the following chemical composition, in percentages by weight on the basis of the oxides and for a total of 100%: 45% <(ZrO 2 + HfO 2 ) <85%,
6 % < CeO2 < 31 %,6% <CeO 2 <31%,
0,8 % < Y2O3 < 8,5 %,0.8% <Y 2 O 3 <8.5%,
0 % < Al2O3 < 30 %,0% <Al 2 O 3 <30%,
2 % < SiO2 < 37 %, 0 < MgO < 6 %,2% <SiO 2 <37%, 0 <MgO <6%,
0 < TiO2 < 8,5 %, et autres oxydes < 1 %.0 <TiO 2 <8.5%, and other oxides <1%.
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % :8. Method according to the preceding claim, wherein the composition of the feedstock is suitable for producing a product having the following chemical composition, in percentages by weight on the basis of the oxides and for a total of 100%:
55 % < ZrO2 + HfO2 ≤ 75 %, ' 1,5% < Y2O3 < 5 %, 0 % < Al2O3 < 15 %, 3 % < SiO2 < 12 %, 0 % < MgO < 2 %, 0%<TiO2<5%, autres oxydes < 1 %. 55% <ZrO 2 + HfO 2 ≤ 75%, ' 1.5% <Y 2 O 3 <5%, 0% <Al 2 O 3 <15%, 3% <SiO 2 <12%, 0% <MgO <2%, 0% <TiO 2 <5%, other oxides <1%.
9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit présentant la composition chimique suivante, en pourcentages en masse sur la base des oxydes et pour un total de 100 % : 55 % < ZrO2 + HfO2 < 75 %, 9. Method according to the preceding claim, wherein the composition of the feedstock is suitable for producing a product having the following chemical composition, in percentages by mass on the basis of the oxides and for a total of 100%: 55% <ZrO 2 + HfO 2 <75%,
10%<CeO2<30%, 1,5% < Y2O3 ≤ 5%,10% <CeO 2 <30%, 1.5% <Y 2 O 3 ≤ 5%,
4%<A12O3<12%, 5%<SiO2<12%, 0%<MgO<2%, l,5%≤TiO2<3%, autres oxydes < 1 %, lO.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit tel que, en désignant par « C » le rapport en masse CeO2/(ZrO2 + HfO2) et par « Y » le rapport en masse Y2O3/(ZrO2 + HfO2), O < C < 0,6 et 0,02 < Y < 0,098 et lorsque Y < 0,082, Min (63,095. Y2 - 11,214.Y+ 0,4962 ; 0,25) < C et4% <Al 2 O 3 <12%, 5% <SiO 2 <12%, 0% <MgO <2%, 1.5% ≤TiO 2 <3%, other oxides <1%, 10.Method according to any one of the preceding claims, wherein the composition of the feedstock is adapted to manufacture a product such that, denoting by "C" the mass ratio CeO 2 / (ZrO 2 + HfO 2 ) and "Y" the mass ratio Y 2 O 3 / (ZrO 2 + HfO 2 ), O <C <0.6 and 0.02 <Y <0.098 and when Y <0.082, Min (63.095.Y 2 - 11.214.Y + 0, 4962; 0.25) <C and
C≤250.Y2-49,l.Y + 2,6.C≤250.Y 2 -49, lY + 2.6.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit tel que le rapport en masse SiO2ZAl2O3 est inférieur ou égal à 1.11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the composition of the feedstock is adapted to produce a product such that the weight ratio SiO 2 ZAl 2 O 3 is less than or equal to 1.
12.Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la composition de la charge de départ est adaptée pour fabriquer un produit tel que ie rapport en masse SiO2/Al2O3 est compris entre 0,3 et 0,75. 12.Procédé according to the preceding claim, wherein the composition of the feedstock is adapted to produce a product such that the weight ratio SiO 2 / Al 2 O 3 is between 0.3 and 0.75.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté de manière qu'en fin d'étape c), le produit présente une forme dont au moins une dimension est inférieure à 30 mm.13. Method according to any one of the preceding claims, adapted so that at the end of step c), the product has a shape of which at least one dimension is less than 30 mm.
14.Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit produit obtenu à la fin de l'étape c) présente la forme d'une bille présentant une taille inférieure ou égale à14.Procédé according to the preceding claim, wherein said product obtained at the end of step c) has the shape of a ball having a size less than or equal to
4 mm. 4 mm.
15. Produit obtenu ou susceptible d'avoir été obtenu au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. lό.Utilisation d'un produit selon la revendication précédente, en tant qu'agent de broyage, agent de dispersion en milieu humide, agent pour le traitement de surface, agent de soutènement ou agent d'échange thermique. π.Utilisatîon selon la revendication précédente, en tant qu'agent de broyage de suspensions présentant un pH > 8. 15. Product obtained or likely to have been obtained by means of a process according to any one of the preceding claims. The use of a product according to the preceding claim, as a grinding agent, a wet dispersion agent, a surface treatment agent, a proppant or a heat exchange agent. π.Utilisatîon according to the preceding claim, as grinding agent suspensions having a pH> 8.
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