FR2488597A1 - Composition de liant pour le moulage d'une poudre minerale et son utilisation dans un procede de preparation d'un corps mineral fritte - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COMPOSITION DE LIANT POUR LE MOULAGE D'UNE POUDRE MINERALE, COMPRENANT UN POLYMERE SOLUBLE DANS L'EAU (POLYMERE SYNTHETIQUE, AMIDON OU DERIVE DE CELLULOSE) ET UNE SUBSTANCE ORGANIQUE PEU SOLUBLE DANS L'EAU (CIRE OU ACIDE GRAS) INCOMPATIBLES ENTRE EUX. CETTE COMPOSITION EST UTILISEE POUR GRANULER UNE POUDRE MINERALE, LES GRANULES RESULTANTS ETANT ENSUITE MOULES ET EVENTUELLEMENT FRITTES.

Description

La présente invention concerne un liant avantageux pour la préparation

d'un article moulé à partir d'une poudre minérale, qui présente une texture homogène, une densité élevée, une résistance excellente et qui est aisément démoulé. On connaissait jusqu'à présent l'utilisation d'un liant organique convenable dans la préparation d'un article par moulage par compression d'une poudre minérale, suivi 1o d'une recompression ou d'un frittage. En pratique générale, le choix du liant est toutefois effectué principalement d'après la résistance de l'article moulé, compte tenu de la facilité de manipulation, alors qu'on a prêté peu d'attention à l'homogénéité de l'article moulé qui a un grand nombre de conséquences sur les propriétés physiques du produit. Ceci provient de la condition imposée par l'opération de moulage, à savoir que lors de l'incorporation d'un liant, afin d'assurer un mélangeage uniforme du liant et de la substance minérale en poudre et de simplifier la manipulation du mélange dans l'opération de moulage dans l'utilisation des appareillages de moulage, tels qu'une presse, on granule le mélange par séchage par pulvérisation ou d'autres moyens convenables. Une fois granulées, les particules de poudre deviennent tassées de façon plus serrée dans chaque granule et lesdits granules deviennent moins compactables ou susceptibles de se contracter au cours du moulage par compression, si bien que les espaces intergranulaires subsistent sous forme de pores au sein de l'article moulé, en détériorant ainsi l'homogénéité de ce dernier. On n'obtient pas de produit de densité élevée ayant une texture uniforme à partir d'un tel article moulé, car lorsqu'on soumet ledit article moulé à un frittage, les particules de poudre tassées de façon dense se trouvent en premier lieu frittées au sein de chaque granule, alors que les pores interaranulaires demeurent sous forme de grands vides. Comme le corps fritté résultant présente les grains de dimensions non uniformes et une porosité élevée, il est insatisfaisant en ce qui concerne les résistances mécaniques, les propriétés électriques et les propriétés optiques. De plus, ces caractéristiques varient d'un produit à l'autre, ce qui a pour conséquence un abaissement de la valeur commerciale du produit. Le problème est devenu plus sérieux avec la récente tendance croissante dans le moulage des poudres, à utiliser une matière première en poudre ayant une granulométrie plus fine et une forme de particule plus sphérique afin d'améliorer à la fois l'efficacité du frittage et les caractéristiques des articles frittés. Il ne serait pas exagéré de dire que la situation précitée est la raison d'une fiabilité nettement moindre du matériau, tel que représenté par des céramiques, produit par moulage et frittage successif de poudres minérales par comparaison avec la fiabilité des matériaux métalliques ou

plastiques moulés à partir de matières premières fondues.

Pour faire face à la situation, on a proposé les procédés suivants comme mesures correctrices, mais chaque procédé a pour effet de conférer une homogénéité au corps moulé, au

détriment considérable des autres caractéristiques.

Dans le premier procédé précité, on règle la forme géométrique des particules de la poudre formant la matière première de façon à diminuer la densité apparente afin que

les granules puissent devenir plus facilement compactables.

Ce procédé utilise la tendance de la densité de tassement à diminuer en fonction de l'augmentation de la déformation de la particule par rapport à la forme d'une sphère. Le corps moulé obtenu par ce procédé a toutefois pour désavantages que bien que le corps moulé devienne apparemment homogène par suite d'un compactage complet des granules pendant l'opération de moulage, la faible densité apparente des granules a encore pour conséquence une faible densité du corps moulé, si bien que l'on n'obtient pas de produit de densité élevée lors du frittage. En outre, le retrait au frittage devient important, ce qui entraîne une stabilité dimensionnelle inférieure du produit. Le second procédé emploie une pression de moulage élevée pour améliorer l'homogénéité. Ce procédé n'est généralement pas applicable, excepté pour des cas particuliers, en raison d'un coût de moulaae élevé résultant de l'augmentation de pression requise avec les appareils de moulage existant sur le marché. Le troisième procédé consiste à améliorer l'homogénéité du corps moulé au détriment de la résistance et de la facilité de démoulage du corps moulé, par une diminution de la quantité du liant ou par l'utilisation d'un liant d'une catégorie à faible résistance de liaison de

poudre, tel que couramment désigné sous le nom de lubrifiant.

Comme le corps moulé obtenu par ce procédé a une faible résistance, des précautions spéciales sont nécessaires dans le moulage et les manipulations. En outre, il existe une certaine limitation imposée à la forme des articles moulés, car lorsqu'un article creux est destiné à être fabriqué en utilisant un mandrin, comme c'est le cas avec le moulage d'un corps tubulaire, ce procédé ne peut pas être employé en raison du risque de rupture lors de l'enlèvement du mandrin. Le quatrième procédé est le procédé généralement désigné sous le nom de moulage par compression à chaud qui est effectué selon deux modes différents. Dans un mode de réalisation, on utilise un moule, tandis que dans l'autre, on applique une pression isostatique en utilisant un milieu transmetteur de pression, tel qu'un gaz ou-un verre. Dans un autre cas, le domaine d'application du procédé est très limité, à la fois en raison du coût élevé dû aux appareillages élaborés et de

la stricte limitation imposée à la forme des articles moulés.

Dans le cinquième procédé, afin d'éliminer les inconvénients inhérents au moulage des granules, on utilise la technique de l'injection ou de l'extrusion, qui sont toutes deux courantes dans le moulage des matières plastiques, pour obtenir des articles moulés à partir de poudres. En raison de l'exclusion de granules à partir des matériaux moulés, le corps moulé présente les avantages d'une homogénéité élevée et

d'une résistance élevée résultant d'une haute teneur en liant.

Toutefois, afin de conférer à la poudre la fluidité nécessaire par addition d'un liant organique, un solvant ou analogues, on utilise des teneurs en additifs s'élevant à dix fois celles qui sont utilisées dans une granulation courante. En conséquence, la densité de tassement de la poudre est abaissée et un temps important est nécessaire pour éliminer le liant par décomposition thermique avant de procéder au frittage, ce qui constitue un désavantage économique du procédé. Un autre procédé de moulage ne requérant pas de granulation est le moulage par coulée de barbotine qui est encore actuellement en usage. Ce procédé met en jeu la dispersion du matériau en poudre dans un milieu convenable tel que l'eau, pour préparer une barbotine que l'on verse -dans un moule en plâtre..Le plâtre absorbe l'eau, laissant subsister un corps moulé. Bien que ce procédé produise un corps moulé apparemment homogène sans nécessiter de quantités aussi grandes de liant, il a encore comme désavantage fondamental de conférer au sein du corps moulé une distribution de particules non uniforme par suite de la vitesse de dépôt non uniforme des particules de poudre ayant des densités et des granulométries diverses, sous l'effet de la pesanteur au cours de la coulée. En outre, comme le moule en plâtre est sujet à l'usure par utilisation répétée, la

précision dimensionnelle du corps moulé est insatisfaisante.

Un autre problème est constitué par le temps prolongé requis pour le séchage du corps moulé consécutivement à la coulée, car il est sujet à la cassure en raison du retrait inégal dû à la différence de la teneur en eau entre les parties

intérieure et extérieure du corps moulé en cours de séchage.

Comme décrit ci-dessus de façon résumée, on a jusqu'à présent conçu ou élaboré divers procédés pour préparer à partir d'une poudre minérale, un corps moulé homogène ayant en même temps une densité apparente élevée et une résistance élevée, mais aucun d'eux ne s'est nettement imposé de façon à satisfaire toutes les exigences voulues pour les propriétés physiques du corps moulé. En conséquence, la mise au point d'un procédé susceptible de satisfaire lesdites exigences était vivement attendue dans les milieux industriels concernés. Dans ces circonstances, la demanderesse a procédé à des études poussées qui lui ont permis d'obtenir comme résultat, de parvenir à préparer un corps moulé n'ayant aucun des désavantages mentionnés ci-dessus, en maintenant les granules dans des conditions telles qu'ils -soient empêchés d'être tassés d'une manière excessivement serrée. La demanderesse a ainsi trouvé selon l'invention, une composition de liant composite pour le moulage des poudres, qui est apte à conférer aux particules granulées une microstructure

convenable pour créer l'état précité au sein des granules.

Le but de l'invention est ainsi atteint par cette découverte.

Selon un autre objectif de l'invention, on propose une nouvelle composition de liant destinée à être

utilisée dans le moulage des poudres.

Un autre objectif de l'invention consiste encore à réaliser un produit fritté préparé par frittage d'un corps moulé à partir d'une poudre minérale, en utilisant la

composition de liant précitée.

D'autres objectifs et avantages de l'invention

apparaîtront dans la description suivante.

Conformément à l'invention, on propose une composition de liant (désignée ci-après en tant que liant composite) destinée à être utilisée dans le moulage des poudres, comprenant un mélange incompatible d'un polymère soluble dans l'eau et d'un composé organique peu soluble dans

l'eau, sous la forme d'une dispersion uniformément mélangée.

Dans les dessins annexés, la Figure 1 est une photomicrographie électronique (grossissement-: x 250) de granules formés par la granulation d'une poudre d'alumine en utilisant le liant composite de l'invention comprenant de l'alcool polyvinylique et une émulsion de cire; la Figure 2 est une photomicrographie électronique (x 250) de granules formés par la granulation d'une poudre d'alumine en utilisant de l'alcool polyvinylique; les Figures 3 et 4 représentent des photomicrographies électroniques agrandies (x 2.500) des granules représentés respectivement dans les Figures 1 et 2 la Figure 5 est une photomicrographie électronique (x 250) de granules formés par la granulation d'une poudre d'alumine en

utilisant une émulsion de cire; la Figure 6 est une photo-

micrographie électronique d'un corps moulé formé à partir des granules représentés dans la Figure 1; la Figure 7 est une photomicrographie électronique (x 250) d'un corps moulé formé à partir des granules représentés dans la Figure 2 la Fiaure 8 est une photomicrographie électronique d'un corps fritté obtenu à partir du corps moulé représenté dans la Figure 6; etla Figure 9 est une photomicrographie électronique d'un corps fritté obtenu à partir du corps

moulé représenté dans la Figure 7.

Lorsqu'on mélange une poudre minérale avec une dispersion du liant composite de l'invention dans un solvant contenant de l'eau comme constituant majeur et qu'on granule le mélange ainsi obtenu par séchage par pulvérisation ou d'autres moyens, à mesure que le solvant s'évapore, le tassement de la poudre minérale à l'endroit o le composé organique peu soluble dans l'eau a été finement dispersé, devient quelque peu grossier et la vapeur d'eau s'échappe de l'intérieur des granules par les agrégats de particules de poudre grossièrement tassés, laissant demeurer des granules creux qui s'affaissent ou se contractent aisément lorsqu'ils sont moulés par compression en dépit du fait que la-poudre minérale est tassée de façon serrée. Au contraire, lorsqu'on effectue la granulation en utilisant un polymère soluble dans l'eau classique, seul comme liant, la couche superficielle du granule se trouve tassée de façon serrée si complètement qu'au séchage des granules, la vapeur d'eau présente au sein de chaque granule ne peut s'échapper complètement et qu'au refroidissement consécutif, la couche superficielle subit un retassement en formant un granule solide qui est difficilement compactable par moulage sous compression et provoque les difficultés décrites ci-dessus. Par ailleurs, lorsque la granulation est effectuée en utilisant un composé organique peu soluble dans l'eau, seul, les granules sont aisément compactables sous l'effet de la pression de moulage en raison de l'absence de pouvoir agglutinant du composé organique, mais le corps moulé a une résistance extrêmement faible et on le démoule avec une grande difficulté, ce qui occasionne des cassures fréquentes de l'objet au cours de son enlèvement du moule. Par suite, un tel liant est sans utilité pour une opération en pratique. Ainsi, on ne peut pas s'attendre à un effet de liaison désirable tel que celui conféré par l'invention, lorsqu'on utilise un polymère soluble dans l'eau ou un composé organique peu soluble dans l'eau, seul. De même, une composition de liant comprenant des constituants qui sont compatibles entre eux ne confère pas aux granules une microstructure telle que celle produite par le liant de l'invention. Seule la composition de liant selon l'invention, comprenant une dispersion uniforme de constituants de liant incompatibles, est capable d'exercer l'effet inattendu et

surprenant décrit ci-dessus.

Il est maintenant devenu possible, en employant le liant composite de l'invention, d'utiliser au meilleur avantage, une poudre fine ayant une granulométrie de 1 p ou moins. Bien que l'on sût qu'une telle poudre fine était souhaitable pour être utilisée dans le moulage des poudres en raison de ses excellentes caractéristiques au frittage, il demeurait encore difficile d'utiliser lesdites caractéristiques, car une telle poudre fine de granulométrie faible et uniforme fournit, en présence d'un liant classique, des granules durs dont la dureté est si élevée qu'elle les empêche d'être compactés sous la pression de moulage. Lorsqu'on effectue la granulation en utilisant le liant composite de l'invention, les granules résultants peuvent être frittés à une température inférieure à celle utilisée auparavant, en fournissant ainsi un corps fritté à grains plus denses et à particules de granulométrie plus uniforme par comparaison avec celui préparé de façon classique, ce qui-assure une amélioration remarquable des

propriétés physiques et une fiabilité du corps fritté.

- Pour présenter plus concrètement les avantages du liant composite de l'invention, la différence d'effet de liaison produit, lors de la granulation d'une poudre d'alumine, entre l'alcool polyvinylique et le liant composite de l'invention comprenant de l'alcool polyvinylique et une émulsion de cire, est illustrée ci-après en référence aux

photomicrographies électroniques annexées.

(1) Différence des granules La forme du granule (Fig. 1) qui se forme lorsqu'on utilise le liant composite de l'invention approche une sphère parfaite, tandis que celle du granule (Fig. 2) formé par l'utilisation d'un liant classique (alcool polyvinylique) montre une retassure ou cavité dans laquelle se forme un granule secondaire. L'observation sous grossissement de la surface des granules révèle que le granule (Fia. 3) formé par l'utilisation du liant composite de l'invention a des pores

uniformément distribués sur ladite surface et que les -

particules de poudre sont modérément tassées, tandis que le granule (Fia. 4) formé par l'utilisation d'un liant classique a une structure solide dure tassée de façon serrée. Les granules (Fig. 5) formés par la granulation avec un liant organique peu soluble dans l'eau (émulsion de cire) ont une surface floconneuse qui est due à la faible liaison entre les particules initiales et qui gêne considérablement l'écoulement des granules, contrairement à l'un des objectifs principaux de la granulation qui est d'améliorer la fluidité de l'écoulement et de rendre aisée la manipulation d'une poudre. (2) Différence des corps moulés On peut voir que la différence observée dans les granules, entre le liant composite de l'invention et un liant classique, se reflète fidèlement dans le corps moulé. Les granules formés avec le liant composite de l'invention se contractent ou s'affaissent si complètement sous la pression de moulage qu'il n'en subsiste absolument aucun vestige, fournissant ainsi un corps moulé homogène (Fig. 6), tandis que les granules formés avec un liant classique sont très fermes et leurs contours demeurent distincts, bien que déformés sous l'effet de la pression de moulage (Fia. 7). Dans le dernier cas, les espaces interaranulaires et les retassures sur les granules demeurent après le moulage sous forme de grands vides qui sont de taille plus importante que celle des particules de poudre utilisées comme matière première et qui ne peuvent pas être éliminés par frittage, ce qui entraîne une détérioration prononcée des caractéristiques d'utilisation du

produit fritté.

(3) Différence des corps frittés Un corps moulé réalisé de façon complètement homogène par l'utilisation du liant composite de l'invention, fournit un corps fritté à caractéristiques d'utilisation excellentes qui, du fait qu'il est essentiellement exempt de vides, a une densité approchant la densité théorique et éaalement une distribution étroite de la taille des particules frittées (Fig. 8). Au contraire, lorsqu'on utilise un liant classique dans la granulation, les vides intercranulaires formés lors du moulage subsistent en grand nombre aux limites des granules frittés ainsi que piégés à l'intérieur des granules (Fig. 9). La taille des grains du corps fritté n'est également pas uniforme du fait de la vitesse de croissance localement inégale ayant pour origine la texture

non homogène du corps moulé.

Comme il apparaît dans la description faite ci-

dessus, par l'application du liant composite de l'invention à une poudre minérale, il est maintenant devenu possible de préparer aisément un article fritté de densité élevée homogène à un faible coût en utilisant des appareillages courants. Comme la fabrication d'un tel article fritté n'avait jusqu'à présent seulement été permise que par l'utilisation d'appareillages spéciaux et dans des formes géométriques limitées, l'avantage industriel du liant de

l'invention peut être considéré comme immensurable.

On décrit ci-après l'invention en détail.

Le polymère soluble dans l'eau destiné à être utilisé dans le liant composite de l'invention, peut être l'un quelconque parmi ceux utilisés dans le moulage en métallurgie des poudres, qui comprend des amidons et des saccharides tels que l'amidon, l'amidon soluble, l'amidon prégélatinisé, la dextrine, la farine de blé, le glucose et des mélasses; des sels et dérivés d'amidons et de saccharides, tels que le carboxyméthylamidon sodique (CMS), l'hydroxyéthylamidon, et le phosphate d'amidon sodique; des gommes, telles que la gomme arabique, la gomme adragante et la gomme ghatti; des protéines solubles, telles que la caséine, la caséine sodique, la gélatine, la colle (gélatine impure), et la peptone de protéine du soja (colle de soja); des extraits de bois et des dérivés de cellulose, tels que la lessive épuisée

des fabriques de pâte à papier, la lignine, la méthyl-

cellulose (MC), la méthyléthylcellulose, la carboxyméthyl-

cellulose sodique (CMC), l'acétate de cellulose, l'hydroxy-

propylcellulose (HPC), l'hydroxypropylméthylcellulose, le lignosulfonate de sodium, et le lignosulfonate de calcium; et des polymères synthétiques solubles dans l'eau, tels que l'alcool polyvinylique (PVA), l'éther polyvinyl-méthylique,

le polyethylène glycol, le polyoxyéthylène, la polyvinyl-

pyrrolidone (PVP), un copolymère de vinylpyrrolidone-acétate de vinyle, le polyacrylamide, le polyacrylate de sodium, et un copolymère d'isobutylène-anhydride maléique. On utilise chacun desdits polymères solubles dans l'eau seul ou en combinaison. Parmi les polymères solubles dans l'eau précités, on préfère, eu égard à la résistance de liaison et la facilité de démoulage, des polymères synthétiques solubles dans l'eau, des amidons et des dérivés de cellulose, l'alcool polyvinylique et un copolymère d'isobutylène-anhydride

maléique étant davantage préférés.

La substance organique peu soluble dans l'eau destinée à être utilisée dans le liant composite de l'invention peut être l'un quelconque des liants ou lubrifiants utilisés dans le moulage en métallurgie des poudres et dans le moulage des céramiques. Ces substances organiques comprennent la gomme laque, un émulsifiant pour colophane, des huiles animales et végétales telles que l'huile de soja, les huiles de poisson, le suif de boeuf, et autres; des composés paraffiniques et leurs dérivés, tels que la paraffine liquide, une émulsion de paraffine, une cire de n-paraffine, de la cire d'isoparaffine, une cire oxydée, une cire de polyéthylène (polyethylène à faible poids moléculaire), une cire microcristalline, une cire chlorée, et une émulsion de cire; des cires naturelles, telles que la cire de carnauba, le Carbowax, et l'ozocéritef des acides gras, tels que l'acide stéarique, une émulsion d'acide

stéarique, l'acide laurique, l'acide palmitique, l'acide iso-

stéarique, l'acide 1,2-hydroxystéarique, l'acide béhénique, l'acide myristique, le stéarate de butyle, l'acide oléique, et l'acide linoléique; des amides d'acides gras, tels que l'amide d'acide oléique, l'amide d'acide stéarique, l'amide d'acide laurique, l'amide d'acide ricinoléique, l'amide d'acide érucique, un amide d'acide gras de suif de boeuf hydrogéné, un amide d'acide gras de noix de coco, l'amide

d'acide béhénique, et l'amide d'acide érucique; des bis-

amides d'acides gras, tels que le méthylènebisstéaramide,

l'éthylènebisstéaramide, le méthylènebisamide et l'éthylène-

bisamide; et des cires à base d'esters, telles que le palmitate de cétyle, le palmitate de myricyle, et le cérotate de myricyle. On utilise chacune desdites substances

organiques peu solubles dans l'eau, seule ou en combinaisons.

Parmi lesdites substances organiques, eu égard au pouvoir d'affaissement des granules dans l'opération de moulage, les cires et les acides gras sont préférés. Il est davantage préférable d'utiliser les cires et acides gras sous la forme

d'une émulsion afin de régler la microstructure des granules.

La quantité efficace du mélange d'un polymère soluble dans l'eau avec une substance organique peu soluble dans 1'eau est comprise dans l'intervalle de 0,2 à 20 % en poids, par rapport au poids de poudre minérale. Si le liant est utilisé en une quantité en-dessous de la limite inférieure, la résistance et la facilité de démoulage du corps moulé sont toutes deux insuffisantes, tandis que si le liant est utilisé en dépassant la limite supérieure, le

pouvoir d'affaissement des granules devient insatisfaisant.

Dans le cas o on utilise le polymère soluble dans l'eau ou la substance organique peu soluble dans l'eau sous la forme

d'une solution ou d'une émulsion aqueuse, le "pourcentage -

en poids" est exprimé en termes dudit polymère ou de ladite substance organique, à l'exclusion du solvant, de l'agent tensio-actif ou d'autres additifs. Ci-dessous, la même remarque s'applique aux quantités d'autres additifs. Lorsqu'il est ajouté en une quantité située dans ledit intervalle, le liant composite de l'invention manifeste un effet notablement favorable sur le moulage des poudres, mais on obtient un effet plus favorable par l'addition d'une quantité comprise dans l'intervalle de 0,3 à 15 % en poids. En ce qui concerne l'homocénéité de la structure du corps moulé et la facilité de manipulation dans l'opération de moulace, il est davantage préférable de maintenir la quantité de l'addition dans l'intervalle de 0,5 à 10 90 en poids par rapport à la poudre

minérale.

On peut faire varier le rapport entre le polymère soluble dans l'eau et la substance organique peu soluble dans l'eau en fonction des caractéristiques de la poudre et des conditions de la granulation et du moulage. Toutefois, si la proportion de la substance peu soluble dans l'eau est inférieure à 5 % en poids,-la contractibilité des granules devient insuffisante dans certains cas. Par suite, ladite proportion doit être de 5 % ou davantage, de préférence 10 % ou davantage, et d'une manière encore davantage préférée 20 % en poids ou davantage. La proportion du polymère soluble dans l'eau doit être d'au moins 10 %, de préférence 20 % en poids ou davantage. On peut utiliser, si nécessaire, le polymère soluble dans l'eau ou la substance organique peu soluble dans l'eau sous la forme d'une solution aqueuse ou d'une émulsion aqueuse, et on mélange les deux constituants pour former une

dispersion homogène.-

On effectue la granulation d'une poudre minérale avec le liant composite de l'invention en utilisant les techniques généralement employées dans la granulation des substances en poudre courantes. On mélange le liant composite, le polymère soluble dans l'eau, ou la substance organique peu soluble dans l'eau avec une poudre minérale et on soumet au mélangeage le mélange ainsi obtenu, avec un solvant, par exemple l'eau. D'une manière différente, on dissout ou on disperse les constituants du liant dans de l'eau, chacun indépendamment ou sous forme de mélange et on mélange la solution ou l'émulsion aqueuse résultante avec une poudre minérale. Un solvant extrêmement désirable est l'eau à laquelle on peut ajouter un solvant organique pour autant que les avantages du liant composite de l'invention ne soient pas

altérés. Il est également possible d'ajouter un agent tensio-

actif, un régulateur de pH ou analogues. Le mélangeage ou la dispersion d'une poudre minérale avec le liant composite de l'invention est effectué par les moyens couramment utilisés dans le mélangeage ou la dispersion des substances en poudre, tels qu'un mélange par agitation avec des palettes rotatives, un mélange au broyeur à boulets, un mélange ultrasonique et

analogues.

On effectue la granulation par l'une quelconque des méthodes comprenant un séchage et un broyage consécutifs d'une suspension comprenant une poudre minérale, reliant composite, un solvant et des additifs; une granulation en cuvette rotative, une granulation par malaxage, une granulation fluidisée, et un séchage par-pulvérisation. Parmi ces méthodes, le séchage fluidisé ou le séchage par pulvérisation est particulièrement efficace. On effectue le moulage des granules par l'utilisation des appareils de moulage généralement employés dans le moulage à sec des substances en poudre. Ces appareils comprennent des presses mécaniques et hydrauliques avec un moule métallique et des presses isostatiques avec un moule en caoutchouc. En ce qui- concerne l'homogénéité de la texture du corps moulé et la facilité de démoulage, l'avantage du liant de l'invention se manifeste pleinement dans le moulage

d'un objet tubulaire par l'utilisation de la presse iso-

statique.

Les poudres minérales auxquelles le liant composite de l'invention est applicable, comprennent des poudres d'éléments métalliques ou nonmétalliques individuels, leurs alliages et leurs composés oxydes ou nonoxydes individuels. Ces poudres peuvent être utilisées chacune seule ou sous forme de mélanges. Les cations comme les anions des composés de métaux constitués par des oxydes ou des. non--oxydes de métaux, peuvent comprendre un élément isolé ou des éléments multiples. Le liant de l'invention peut être utilisé avec les systèmes de poudres qui contiennent des composés oxydes ou non-oxydes et des additifs pour améliorer les caractéristiques

des oxydes ou des non-oxydes.

Des métaux particuliers pour poudres métalliques convenables sont l'aluminium du Groupe III de la classification

périodique (forme longue; la même remarque s'appliquant ci-

après); le silicium du Groupe IV; le scandium, l'yttrium, les lanthanoides et actinoldes du Groupe IIIa; le titane, le zirconium, l'hafnium et le thorium du Groupe IVa; le vanadium, le niobium, le tantale et le protactinium du Groupe Va; le chrome, le molybdène, le tungstène et l'uranium du Groupe VIa; le manganèse, le technétium et le rhénium du Groupe VIIa; le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine du Groupe VIII; le cuivre, l'argent et l'or du Groupe Ib; le zinc et le cadmium du Groupe IIb; le thallium du Groupe IIIb; le germanium, l'étain et le plomb du Groupe IVb; l'arsenic, l'antimoine et le bismuth du Groupe Vb; le

tellure et le polonium du Groupe IVb.

Des oxydes convenables pour les poudres sont les

oxydes des métaux précités. D'autres oxydes de métaux compren-

nent l'oxyde de béryllium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de strontium, l'oxyde de baryum, l'oxyde de lanthane, l'oxyde de gallium, l'oxyde d'indium et l'oxyde de sélénium. D'autres oxydes convenables contenant deux espèces de métaux, couramment appelés oxydes doubles, d'après un classement tenant compte de la structure cristalline, comprennent des oxydes du type perovskite tels que NaNbO3, SrZrO3, PbZrO3, SrTiO3, BaZrO3, PbTiO3, AgTaO3, BaTiO3 et LaAlO3; des oxydes du type spinelle, tels que MgA1204, ZnAl2 O4, CoAl204, NiA1204, NiCr204, FeCr204, MgFe2O4, Fe 304 et ZnFe204; des oxydes du type ilménite, tels que PIgTiO3, MnTiO3, FeTiO3, CoTiO3, NiTiO3, ZnTiO3, LiNbO3 et LiTaO3;

et des oxydes du type grenat, tels qu'un grenat de terre rare-

gallium représenté par Gd3Ga5012 et un grenat de terre rare-

fer représenté par Y3Fe5012.

Les poudres de composés constituées par des non-

oxydes de métaux sont des poudres de carbures, nitrures, borures et sulfures des métaux précités. Le liant composite de l'invention est applicable de façon efficace au carbure tels que SiC, TiC, WC, TaC, HfC, ZrC et B4C; aux nitrures tels que Si3N4, A1N, BN et TiN; et aux borures tels que TiB2, ZrB2 et LaB6. Bien que le liant composite de l'invention soit plus ou moins convenable pour l'une quelconque des poudres mentionnées ci-dessus indépendamment de la taille et de la forme des particules de poudre, on l'utilise avantageusement dans la granulation d'une poudre ayant une granulométrie moyenne de 100 p ou moins. A mesure de la diminution de la taille des particules, la granulation sous l'addition d'un liant classique présente des difficultés accrues; tandis que le liant de l'invention manifeste son efficacité à un degré plus grand avec une poudre d'une granulométrie moyenne de pi ou moins, en particulier 5 p ou moins. Bien qu'effectivement applicable à une poudre superhine d'une granulométrie moyenne égale au maximum à 0,01 y, le liant de l'invention est plus efficace lorsqu'on l'utilise avec une poudre fine d'une granulométrie--moyenne eaale au minimum à 0,01 p. L'expression "granulométrie moyenne" désigne la granulométrie moyenne des particules primaires mises sous forme d'une suspension juste avant la granulation, ladite suspension étant préparée par broyage dans un broyeur à boulets. Le diamètre des particules est mesuré sous un microscope. Lorsque la suspension contient des agglomérats secondaires, on utilise le diamètre le plus petit des particules individuelles de l'agglomérat pour calculer le

diamètre moyen des particules.

On utilise le plus avantageusement le liant de l'invention dans la granulation d'une poudre d'oxyde parmi les poudres minérales, en particulier les poudres d'oxydes de métaux telles qu'utilisées dans la fabrication d'un matériau translucide, de matériaux isolants, de matériaux semi-conducteurs, de matériaux piézo-électriques, de matériaux magnétiques et de matériaux opto-électroniques. En outre, le liant composite de l'invention est avantageusement utilisé dans-la fabrication de matériaux translucides à partir des poudres de AI O.r MgOt, Y ou Pb LaZr Tix (x A20 - Y203. 1bix x 1- y 3 à 1,0, y = 0 à 1,0). Il est particulièrement efficace pour la

fabrication de matériaux translucides à partir de A1203.

On illustre l'invention ci-après avec plus de détail en référence à des Exemples de Réalisation et des Exemples de Comparaison, étant entendu que l'invention n'est nullement limitée et qu'elle peut être mise en oeuvre suivant de nombreuses modifications ou variantes sans s'écarter de son cadre et son esprit. Dans lesdits exemples, tous les

pourcentages sont exprimés en poids sauf mention contraire.

EXEMPLE 1

Comme polymère soluble dans l'eau, on utilise une solution aqueuse à 10 % d'alcool polyvinylique (mise sur le marché sous le nom de Poval 120 par la firme Kuraray Co.

degré de polymérisation, 2.000; degré de saponification, 99-

% en moles), une solution aqueuse à 3 % de méthyl-

cellulose (Nakarai Kagaku Yakuhin Co.; qualité pour réactif), une solution aqueuse à 5 % de gélatine (Nakarai Kagaku Yakuhin Co.; qualité pour réactif). Comme substance organique peu soluble dans l'eau, on utilise une émulsion de cire (mise sur le marché sous le nom de MAXELON A par la firme Chukyo Yushi Co.; teneur en matières solides, 40 %), une émulsion d'acide stéarique (mise sur le marché sous le nom de SEROSOL 920 par la firme Chukyo Yushi Co.; teneur en matières solides, 18 %), et de la paraffine liquide. Les quantités utilisées sont indiquées ci-dessous. Comme poudre minérale, on utilise une alumine de pureté élevée (pureté, 99,99 %; diamètre moyen des particules, 0,5 p; Sumitomo Chemical Co., Ltd. ). On ajoute du nitrate de magnésium (Nakarai Kagaku Yakuhin Co.; qualité pour réactif extra pure) en tant qu'adjuvant de frittage pour l'alumine en une quantité de 0,1 % exprimée en oxyde de magnésium. On mélange la poudre d'alumine conjointement avec l'adjuvant de frittage, avec de l'eau jusqu'à une concentration d'alumine de 40 % et on broie le mélange obtenu dans un broyeur à boulets pendant dix heures. On ajoute à la suspension un liant composite ayant.la composition représentée dans le Tableau 1; les quantités ajoutées sont de 2 % de polymère soluble dans l'eau et 1 % de la substance organique peu soluble dans l'eau (3 % au total), chacuneexpriméepar la teneur en matières solides, excepté en ce qui concerne la paraffine liquide. On granule la suspension résultante par séchage sous pulvérisation à C. Tous les granulats sont sous la forme d'une perle pratiquement sphérique ayant de bonnes propriétés d'écoulement. On moule le granulat au moyen d'une presse isostatique, en un échantillon tubulaire ayant les dimensions suivantes: diamètre intérieur 10 mm x longueur 150 mm x épaisseur de paroi 2 mm. La moulabilité de chaque granulat est très bonne et le corps moulé peut être facilement démoulé sans aucune adhérence. La résistance du corps moulé est assez suffisante pour l'usinage. On meule cxtérieurement le corps moulé de forme tubulaire jusqu'à une r.tisseur de paroi de 1 mm et on le soumet à un préfrittage dans l'air à 10000C. Après frittage consécutif sous vide à 1750'C, l'échantillon présente une bonne translucidité, comme indiqué dans le Tableau 1. Dans le Tableau i-on a représenté les propriétés des échantillons moulés et des échantillons frittés en alumine obtenus par l'utilisation des divers liants de l'Exemple 1 et des Exemples Comparatifs 1 et 2 (décrits ci-après). Comme on peut le voir dans le Tableau 1, tous les échantillons d'alumine préparés par l'utilisation des liants composites de l'invention présentent une supériorité en ce qui concerne la moulabilité et les

propriétés physiques des produits frittés.

Exemple Comparatif 1 On répète le mode opératoire de l'Exemple 1, excepté que l'on utilise 3 % (par rapport à la poudre d'alumine) d'un polymère soluble dans l'eau seul au lieu du liant composite. Les polymères solubles dans l'eau utilisés sont les mêmes que ceux employés dans l'Exemple 1, à savoir

l'alcool polyvinylique, la méthylcellulose et la gélatine.

Les résultats de l'évaluation de la moulabilité des granulats et des propriétés physiques des échantillons frittés sont

représentés dans le Tableau 1.

Exemple Comparatif 2 On répète le mode opératoire de l'Exemple 1, excepté que l'on utilise 3 % (par rapport à la poudre d'alumine) de substance organique peu soluble dans l'eau, seule au lieu du liant composite. On évalue la moulabilité des granulats et les propriétés physiques des échantillons frittés. Les substances organiques peu solubles dans l'eau employées sont les mêmes que celles utilisées dans l'Exemple 1, à savoir une émulsion de cire, une émulsion d'acide stéarique et une émulsion de paraffine liquide. Les granulats obtenus sont inférieurs en ce qui concerne les propriétés d'écoulement et sont difficiles à manipuler. Après moulage d'un corps tubulaire, le mandrin, utilisé comme noyau, colle si solidement à la paroi du tube-moulé qu'on ne peut pas retirer ce dernier. Par l'utilisation d'un agent de démoulage,

le corps tubulaire moulé peut être retiré du moule.

Toutefois, par suite de la résistance insuffisante, le corps moulé se brise à l'usinage externe, de sorte que l'on n'obtient pas l'échantillon prévu. Les résultats de

l'évaluation sont représentés dans le Tableau 1.

Tableau 1.

Relation entre la composition du liant et la moulabilité des granulats ainsi que les propriétés physiques des articles frittés Echant. Liant organique Liant organique Moulabilité Propriétés physiques N soluble dans l'eau peu soluble du corps moulé dans l'eau Homogé- Résistan- Facilité néité ce du de démou- Densité Facteur de corps lage transmission moulé de la lumière

(%) (%)

!.........

1 Alcool polyvinylique Cire @ 0 0 99,8 30 2 Alcool polyvinylique Acide stéarique O O 99,7 29 3 Alcool polyvinylique Paraff. liquide O 0 O 99,8 30 4 Méthylcellulose Cire 0 O 99,7 29 Méthylcellulose Acide stéarique O 0 O 99,6 27 6 Méthylcellulose Paraff. liquide O O O 99,7 29 w 1_< 7 Gélatine Cire O O 99,7 28 8 Gélatine Acide stéarique O 0 99,6 26 9 Gélatine Paraff. liquide O 0 O 99,6 27 Alcool polyvinylique - x e 99,4 13 il Méthylcellulose - x O. 99,4 12 u 12 Gélatine - x O 99,4 12 13 - Cire 0 x x 13Cr Non mesurées par 14 Acide stéarique O x x Non mesurées par rai suite de défauts a 15 Paraff. liquide O x xde moulage

Note:À e O etx signifient respectivement excellent, bon et médiocre.

Note:, et'x signifient respectivement excellent, bon et médiocre.

% Co 0O co ul \0 4J

EE;:PLE 2

On prépare une poudre minérale par décomposition thermique du carbonate de magnésium basique (Nakarai Kagaku Yakuhin Co.; qualité pour réactif extra pure) dans l'air à 9000C en obtenant de l'oxyde de magnésium et en ajoutant, comme additif, du fluorure de magnésium (Nakarai Kagaku Yakuhin Co.; qualité pour réactif extra pure) à l'oxyde de magnésium en une quantité de 0,2 % par rapport à l'oxyde de magnésium. On ajoute à la poudre minérale précitée, le même alcool polyvinylique et la même cire que ceux utilisés dans l'Exemple 1, respectivement en quantités de 2 % et 1 % (par rapport à l'oxyde de magnésium). On effectue la granulation et le moulage comme dans l'Exemple 1 en obtenant un corps moulé tubulaire que l'on soumet à un préfrittage dans l'air à 4000C pendant deux heures,- puis à un frittage sous vide à 14000C pendant deux heures. Le corps moulé est hautement homogène et il est excellent en ce qui concerne sa facilité de démoulage

et sa résistance. Le corps fritté est translucide.

Exemple Comparatif 3 On effectue la granulation, le moulage et le frittage de la même manière que dans l'Exemple 2, excepté que

l'on utilise comme liant unique 3 % du même alcool polyvinyli-

que que celui utilisé dans l'Exemple 2. Le corps moulé n'est pas homogène et présente des contours de granules séchés par pulvérisation, déformés. Le corps fritté présente peu de translucidité. Exemple Comparatif 4 On répète le mode opératoire comprenant la granulation, le moulage et le frittage, de l'Exemple 2, excepté que l'on utilise comme liant unique 3 % de la même cire que celle qui est utilisée dans l'Exemple 2. Le corps moulé est très inférieur en ce qui concerne sa facilité de démoulage et l'on n'obtient pas de corps moulé tubulaire. Les fragments du corps moulé ont une faible- résistance et sont

difficiles à manipuler.

2 1

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Composition de liant pour le moulage d'une poudre minérale, caractérisée par le fait qu'elle comprend un polymère soluble dans l'eau et une substance organique peu soluble dans l'eau qui sont incompatibles entre eux.

2. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le polymère soluble dans l'eau est au moins un membre choisi dans le groupe comprenant des polymères synthétiques solubles dans l'eau, des amidons et des dérivés de cellulose, et la substance organique soluble dans l'eau est au moins un membre choisi

dans le groupe des cires et des acides gras.

- 3. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle contient au moins 10 % en poids du polymère soluble dans l'eau et au moins 5 % en poids

de la substance organique peu soluble dans l'eau.

4- Composition de liant selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le polymère soluble dans l'eau est choisi parmi l'alcool polyvinylique et un copolymère

d'isobutylène-anhydride maléique.

5. Composition de liant selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on utilise les cires et les

acides gras sous la forme d'une émulsion.

6. Procédé pour préparer un corps minéral fritté, caractérisé par le fait qu'il comprend la granulation d'une poudre minérale par l'utilisation d'une composition de liant comprenant un polymère soluble dans l'eau et une substance organique peu soluble dans l'eau qui sont incompatibles entre eux, le moulage des granulats résultants et le traitement

ultérieur du corps moulé.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le polymère soluble dans l'eau est au moins un membre choisi parmi le groupe comprenant des polymères synthétiques solubles dans l'eau, des amidons et des dérivés de cellulose, et la substance organique peu soluble dans l'eau est au moins un membre choisi parmi le groupe

comprenant des cires et des acides gras.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la composition de liant contient au moins % en poids du polymère soluble dans l'eau et au moins 5 %

en poids de la substance organique peu soluble dans l'eau.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la quantité totale du polymère soluble dans l'eau et de la substance organique peu soluble dans l'eau est de 0,2 % à 20 % en poids par rapport au poids de la poudre minérale.

10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le polymère soluble dans l'eau est choisi

parmi l'alcool polyvinylique et un copolymère d'isobutylène-

anhydride maléique.

11. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on utilise les cires et les acides gras

sous la forme d'une émulsion.

12. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la poudre minérale est une poudre, d'une granulométrie moyenne de 10 u.ou moins, d'oxydes de métaux, de carbures de métaux, de nitrures de métaux ou de borures de

métaux.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la poudre minérale est une poudre d'un oxyde de métal ou d'un oxyde double de métaux utilisée comme

matériau céramique translucide.

14. Procédé pour fabriquer des céramiques translucides, caractérisé par le fait qu'il comprend l'utilisation d'une composition de liant selon la revendication 1 dans le moulage d'une poudre de matériau céramique translucide en une forme tubulaire par la technique

de moulage à la presse isostatique.

15. Procédé pour fabriquer des céramiques translucides selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la poudre de matériau céramique translucide est une

poudre d'alumine.