FR2527591A1 - Procede de production d'un corps de mullite optiquement translucide et corps de mullite optiquement translucide - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE CONSISTE A REALISER UNE POUDRE AMORPHE, INFORME, D'OXYDES MELANGES CONSTITUEE D'ENVIRON 72,5 EN POIDS A ENVIRON 74 EN POIDS DE ALO LE RESTE ETANT SIO, A COMPRIMER CETTE POUDRE EN UN COMPRIME AYANT UNE MASSE VOLUMIQUE MINIMUM DE 1,0GCM, A FRITTER CE COMPRIME A UNE TEMPERATURE QUI N'A PAS D'EFFET NUISIBLE NOTABLE SUR CELUI-CI DANS L'OXYGENE OU SOUS VIDE POUR PRODUIRE UN COMPRIME IMPERMEABLE AUX GAZ, A COMPRIMER ISOSTATIQUEMENT A CHAUD LE COMPRIME IMPERMEABLE AUX GAZ AVEC UN GAZ QUI N'A PAS D'EFFET NUISIBLE NOTABLE SUR CELUI-CI A UNE PRESSION SUPERIEURE A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE D'AU MOINS ENVIRON 345 BARS (5000 PSI) A UNE TEMPERATURE ALLANT D'ENVIRON 1500C A ENVIRON 1700C POUR PRODUIRE UN CORPS DE MASSE VOLUMIQUE THEORIQUE BASEE SUR LA MASSE VOLUMIQUE DE 3,16GCM 0,01 OU 3,17GCM 0,01 POUR CE CORPS DE MULLITE. APPLICATION AUX ENVELOPPES POUR TUBES A ARC.

Description

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La présente invention concerne des compositions de

silicate d'aluminium amorphes et densifiées qui se transfor-

ment en mullite dans un état avancé de densification et, se-

lon sa composition, la mullite continue de se densifier par la suite en une céramique optiquement translucide de masse

volumique théorique, ou on recuit la mullite de masse volu-

mique théorique en une céramique optiquement translucide.

La mullite, une phase cristalline de silicate d'a-

luminium de composition 3 A 1203 2 Si O 2ou proche de 3 A 1203 2 Si O 2, est un minéral commun de la constitution des céramiques de silicate (faïence, argile réfractaire, etc) Des diagrammes de phase récents indiquent de 71,5 à 74 % en poids de A 1203 comme domaine de composition pour

la mullite cristallisée à l'état solide.

On a beaucoup étudié la mullite, cependant ses formes polycristallines translucides, sans pores, n'ont été reportées que par Mazdyiasni et Brown ( 1972) et Yoldas ( 1978) En particulier, Mazdyiasni et Brown, dans "Synthesis

and Mechanical Properties of Stoichiometric Aluminium Sili-

cate (Mullite)" (Synthèse et Propriétés Mécaniques du Sili-

cate d'Aluminium Stoéchiométrique (Mullite)), Journal of the American Ceramic Society, Vol 55, N 11, pages 548-552

(Nov 1972) décrivent qu'on peut comprimer à chaud, sous vi-

de, du silicate d'aluminium sous-micromillimétrique alcoxy-

dérivé ( 3 A 1203 2 Si O 2),précisément 71,8 % en poids de -2- A 1203/ 28, 2 % en poids de Si O 2, ayant une morphologie aciculaire, du type aiguille, en corps polycristallins translucides, très denses, de mullite stoechiométrique, et que les comprimés résultants ont une microstructure à grains fins constituée de grains aciculaires entremêlés agencés

dans leur ensemble comme un "puzzle".

Yoldas décrit dans "Microstructure of Monolithic Materials formed by Heat Treatment of Chemically Polymerized Precursors in the Ai 23 O -Si O 2 Binary" (Microstructure des Matériaux Monolithiques formés par Traitement Thermique de Précurseurs Chimiquement Polymérisés du Diagramme binaire

A 1203 Si O 2), Ceramic Bulletin, Vol-59, N 04, Pages 479-

483 ( 1980), qu'on a préparé des gels transparents dans le diagramme binaire A 203-Si O 2 à de basses températures

par une technique qui permet la polymérisation de l'alumini-

um et du silicium au moyen de ponts oxygène à température ambiante, en particulier en faisant réagir un hydrosol

d'aluminium avec du tétraéthoxyde de silicium, et que lors-

qu'on chauffait ces gels, il a observé que la composition 63

% en poids de Ai 203 37 % en poids de Si O 2 avait l'ap-

titude unique de demeurer transparente aux températures éle-

vées, c'est-à-dire, 14001 C, alors que les autres matériaux

devenaient opaques.

Dans sa forme pure la mullite serait un matériau optique intéressant pour sa faible dilatation thermique, son point de fusion élevé, sa stabilité chimique et son absence

de bandes d'absorption dans le spectre visible.

Selon la présente invention, on produit un corps

de mullite optiquement translucide, de masse volumique thé-

orique, en comprimant une composition amorphe de poudres

d'oxydes mélangées comprenant d'environ 72,5 % en poids à en-

viron 76,5 % en poids de Ai 203 le complément étant Si O 2, en un comprimé d'au moins 1,Og/cm, en frittant le comprimé dans l'oxygène ou sous un vide de 6,66 à 133,3 Pa pour produire un comprimé imperméable aux gaz, en comprimant -3- isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz jus qu'à la masse volumique théorique, et en ce qui concerne le domaine de compositions à plus de 74 % en poids de A 1203, le reste étant Si O 2, et en recuisant le corps de masse volumique théorique. Brièvement, selon une réalisation de l'invention, on produit le corps de mullite optiquement translucide par

un procédé consistant à réaliser une poudre amorphe, infor-

me, d'oxydes mélangés constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de Ai 203 le reste étant Si O 2 qui ne renferme pas de quantités significatives d'impuretés,

cette poudre étant comprimable au voisinage de la tempéra-

ture ambiante en un comprimé ayant une masse volumique mini-

mum de l,Og/cm 3, à comprimer cette poudre en un comprimé ayant une masse volumique minimum de 1,0 g/cm 3, à fritter ce comprimé à une température qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-ci dans l'oxygène ou sous un vide allant de 6,E 6 Pa à 133,3 Pa ( 0,05 à 1 torr) environ pour produire un comprimé imperméable aux gaz, à comprimer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a

pas d'effet nuisible notable sur celui-ci à une pression su-

périeure à la pression atmosphérique d'au moins environ 345 bars ( 5000 psi) à une température allant d'environ 15000 C à environ 17000 C pour produire un corps de masse volumique

théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 + 0,01.

ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour ce corps de mullite, le gaz de com-

pression isostatique étant choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, et en ce qui concerne les compositions de plus de 74 % en poids de

A 1203, le reste étant Si O 2, à recuire le corps de mas-

se volumique théorique dans un gaz choisi dans le groupe comprenant l'oxygène, l'air, l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges à une température comprise entre environ

1700 C et environ 1850 C, cette température de recuit n'a-

yant pas d'effet nuisible notable sur ce corps.

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-4-

En bref, selon une autre réalisation de l'inven-

tion, on produit le corps de mullite optiquement translucide par un procédé qui consiste à réaliser une poudre amorphe, informe, d'oxydes mélangés, constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de A 1203, le reste étant Si O 2, à calciner la poudre dans l'air à une température

comprise entre environ 4900 C et environ 11001 C pour en éli-

miner l'eau et les matières organiques et n'en laisser au-

cune quantité significative pour produire une poudre amorphe et informe qui ne contient aucune quantité significative

d'impuretés, cette poudre calcinée étant comprimable au voi-

sinage de La température ambiante en un comprimé ayant une masse volumique minimum de l,Og/cm, à comprimer cette poudre calcinée en un comprimé ayant une masse volumique de 1,Og/cm 3, à fritter le comprimé dans l'oxygène ou sous un vide de 6,66 Pa à 133,3 Pa environ ( 0,05 à 1,0 Torr) à une

température qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-

ci pour produire un comprimé imperméable aux gaz, à compri-

mer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz

avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-

ci à une pression supérieure à la pression atmosphérique

d'environ 333 bars ( 5000 psi) à une température comprise en-

tre environ 15000 C et environ 17000 C pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de

3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 + 0,01 pour ce corps de mulli-

te, le gaz de compression isostatique étant choisi dans le

groupe formé de l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélan-

ges, et en ce qui concerne les compositions de 74 % en poids environ de A 1203, le reste étant Si O 2,à recuire ce corps de masse volumique théorique dans un gaz choisi dans

le groupe formé de l'oxygène, de l'air, de l'argon, de l'hé-

lium, de l'azote et de leurs mélanges à une température com-

prise entre environ 1700 WC et environ 18500 C, cette tempéra-

ture de recuit n'ayant pas d'effet nuisible notable sur ce-

lui-ci.

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Par poudre informe on désigne ici une poudre n'ayant pas de forme régulière ou distinctive à une échelle

microscopique Par poudre onctueuse on désigne ici une pou-

dre qui est analogue à du duvet, c'est-à-dire, qui est libre et duveteuse La poudre de la présente invention se carac-

térise par une faible masse volumique apparente allant d'en-

viron 0,2 g/cm 3 à environ 0,3 g/cm, au voisinage de la

température ambiante.

Par température ambiante on désigne une températu-

re de 250 C. Le produit de la présente invention est un corps polycristallin optiquement translucide de mullite composé d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de A 1203, le reste étant Si O 2 * Sa microstructure dépend

de sa composition et de sa température.

Par produit ou corps polycristallin optiquement

translucide on désigne un corps que la lumière ou un rayon-

nement de longueur d'onde du visible est capable de traver-

ser suffisamment pour rendre ce corps utile pour des appli-

cations optiques telles que des enceintes de tubes à arc.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement Figure 1, une photomicrographie (grossissement X 750) montrant une section polie et attaquée d'un disque fritté optiquement translucide de 74 % en poids de Al 203

et 25 % en poids de Si O 2 produit selon la présente inven-

tion Figure 2, une photomicrographie (grossissement

X 750) montrant une coupe polie et attaquée d'un disque frit-

té optiquement translucide de 74 % en poids de A 1203, 26 % en poids de Si O 2 produit selon la présente invention; et Figure 3, des graphiques illustrant la transparence optique du produit de l'invention dans le domaine visible du bleu au rouge.

On prépare la poudre d'oxydes mélangés de la pré-

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-6- sente invention à partir d'un gel homogène de précurseurs hydrolysés de Al O et Si O Les précurseurs peuvent

être organiques ou inorganiques et sont utilisés en quanti-

tés qui produisent la présente composition d'oxydes mélan-

gés, c'est-à-dire, la présente composition d'aluminosilica-

te On produit ce gel, c'est-à-dire le précipite, d'une ma-

nière connue par hydrolyse d'une solution de précurseurs or-

ganiques ou inorganiques de A 1203 et Si O 2 Essentiel-

lement selon les matériaux de départ, on peut ajouter un agent peptisant tel que l'acide nitrique à la solution pour

en favoriser le conversion en un gel.

Par exemple, on peut préparer le gel par hydrolyse d'alkyloxydes de silicium et d'aluminium Par exemple, on

peut produire le gel en dissolvant de l'isopropoxyde d'alu-

minium et du métasilicate d'éthyle dans du cyclohexane, et hydrolyser la solution par addition de la quantité théorique

d'eau (nécessaire à l'hydrolyse totale des alcoxydes) dis-

sous de préférence dans l'alcool ter-butylique pour empêcher

la séparation de l'eau en une autre phase pendant l'hydro-

lyse On doit soigneusement mélanger l'eau à la solution, de

préférence au voisinage de la température ambiante, pour ob-

tenir une hydrolyse quasiment totale.

Dans une technique recommandée, on disperse du mo-

nohydrate d'aluminium dans de l'eau avec un p H réglé au mo-

yen d'acide nitrique ou d'un autre acide à une valeur de 4

environ en agitant de façon intensive pour obtenir une dis-

persion colloïdale On recommande, mais ce n'est pas essen-

tiel, que la dispersion colloïdale soit séparée du résidu non dispersible par criblage à travers des tamis fins ou par

centrifugation On analyse la dispersion colloïdale du mono-

hydrate résultante pour déterminer sa teneur totale en A 1203, le reste étant Si O 2 On doit agiter le mélange, de préférence au voisinage de la température ambiante, pour

achever l'hydrolyse conduisant au gel de la présente inven-

tion.

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Le gel de la présente invention peut être organi-

que ou inorganique et il contient toujours de l'eau De pré-

férence, si possible, on épaissit le gel par filtration avant de le sécher pour produire la poudre amorphe duveteuse de la présente invention. On doit sécher le gel d'une manière qui produise la poudre amorphe, onctueuse, de départ En particulier, on doit effectuer le séchage du gel pour en enlever l'eau sans l'effondrer en particules denses On ne peut pas sécher le gel de la présente invention en enlevant sa teneur en eau sous forme liquide car un tel enlèvement effondre le gel en particules denses Par conséquent, on ne peut pas utiliser

la simple évaporation à température ambiante ou à tempéra-

tures élevées car elle se traduit par un retrait et la for-

mation d'une substance particulaire résistante.

On peut sécher le gel par cryogénation pour pro-

duire la poudre de départ de la présente invention Généra-

lement cela consiste à congeler le gel et à sublimer sous vide sa teneur en-eau Le séchage par cryogénation n'est pas applicable aux gels contenant des alcools à bas points de

congélation car ces alcools suppriment le point de congéla-

tion. En variante, on peut sécher le gel en remplaçant sa teneur en eau par un solvant non-aqueux pour produire un gel non-aqueux que l'on peut sécher de plusieurs façons pour

produire la poudre de départ En particulier, c'est un pro-

cédé d'échange de solvants qui est applicable si le gel peut

être filtré On dilue ensuite le gel filtré avec du métha-

nol, on filtre, et on lave à nouveau le gel résultant avec

du méthanol pour déplacer toute l'eau et finalement on chas-

se le méthanol par lavage avec de l'acétone On peut sécher

le gel non-aqueux résultant dans l'air, à température ambi-

ante, pour produire la poudre de départ.

En variante, on peut sécher le gel par élimination de l'eau dans des conditions supercritiques pour produire la

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-8- poudre de départ Ceci s'effectue en transferrant le gel

dans un autoclave et en le chauffant au-dessous de la tempé-

rature critique de l'eau, qui est supérieure à 374 WC sous une pression de 226,5 bars ( 3184 psi) A cette température l'eau disparaît et de la vapeur s'échappe lentement de l'au- toclave Le produit est la poudre de la présente invention ou un matériau grumeleux très fiable aisément réductible en

la poudre de la présente invention.

La poudre de silicate d'aluminium de départ est une poudre amorphe d'oxydes finement dispersés composée d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de A 1203 le complément étant Si O 2 Dépendant largement de son procédé particulier de préparation, elle contient une quantité significative d'eau et habituellement, une quantité

significative de matière organique Cette poudre est blan-

che,onctueuse, informe et s'écoule librement ayant une sur-

face spécifique, selon des techniques d'adsorption dans l'azote à basse température, allant de 100 m 2/g à 400 m /g, et de préférence de 200 m 2/g à 300 m 2/g Cette poudre a également une faible masse volumique apparente qui

3 3

va de 0,2 g/cm environ à 0,3 g/cm environ à la tempéra-

ture ambiante On ne doit pas ajouter d'eau à cette poudre car l'addition d'eau la contracterait et l'effondrerait en

particules denses lors du séchage ultérieur.

On calcine la poudre de départ dans l'air à la pression atmosphérique à une température comprise entre 490 WC et 11000 C environ, de préférence entre 5001 C et 7001 C, pour en enlever l'eau et la matière organique n'en laissant

aucune quantité significative Une température de calcina-

tion inférieure à 490 WC environ peut ne pas enlever la ma-

tière organique Une température de calcination supérieure à 9000 C environ tend à agglomérer légèrement la poudre mais on peut broyer à sec cette poudre calcinée pour briser les

agrégats et la tamiser à sec sans nuire de façon significa-

tive à sa morphologie Des températures supérieures à 100 'C

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environ ne sont pas utiles car elles provoquent une forma-

tion importante d'agrégats durs La durée de calcination est

déterminable empiriquement, par exemple, par perte de poids.

La calcination est achevée lorsqu'il n'y a plus de perte de poids lors d'une calcination supplémentaire Du fait que la transmission de chaleur dans cette poudre est très faible,

le temps de cuisson peut être aussi long que 10 heures Cet-

te calcination n'a pas d'effet nuisible notable sur la pou-

dre ou sur sa composition A 1203/Si O 2 En particulier, cette calcination n'affecte pas la composition d'oxydes ou

la morphologie de la poudre de manière significative.

La poudre calcinée est amorphe, informe, onctueuse

et libre et ne contient pas de quantités notables d'impure-

tés C'est une mélange d'oxydes finement dispersés composé de 72,5 % en poids environ à 76,5 % en poids environ de

A 1203 le reste étant Si O 2 Elle a une surface spécifi-

que, selon des techniques d'adsorption dans l'azote à basse température, allant d'environ 100 m 2/g à environ 400 m 2/g

environ La poudre calcinée à également une faible masse vo-

lumique apparente allant d'environ 0,2 g/cm 3 à la tempéra-

ture ambiante Cette poudre calcinée doit être comprixmable à

la température ambiante ou au voisinage de cette températu-

re, c'est-à-dire environ 250 C, en un comprimé ayant une mas-

se volumique minimum de 1,00/cm 3 On ne doit pas ajouter

d'eau à la poudre calcinée car l'addition d'eau la contrac-

terait et l'effondrerait en particules denses lors du sàcha-

ge ultérieur Dans la présente invention, une poudre d'oxy-

des mélangés dont la composition est en dehors du domaine de composition de la présente invention ne produit pas le corps

optiquement translucide selon la présente invention.

On comprime la poudre calcinée pour produire un

comprimé, c'est-à-dire un comprime vert, ayant une masse vo-

lumique d'au moins l,Og/cm 3, et de préférence supérieure à l,Og/cm 3 et aussi élevée que possible, habituellement 3 à d'environ 1,6 g/cm a la température ambiante Un comprimé o -

ayant une masse volumique inférieure à l,0 g/cm 3 ne produi-

ra pas le corps optiquement translucide de la présent in-

vention. Une pression minimale d'environ G 89,5 bars ( 10 OO Opsi) peut produire le comprimé de l'invention mais typiquement la pression appliquée est d'au n oins environ 2068,5 bars ( 30 000 psi), On ne doit faire aucune addition à

la poudre De préférence on comprime la poudre à la tempéra-

ture ambiante Il n'y a aucun avantage à utiliser une tem-

pérature autre que la température ambiante.

On comprime la poudre calcinée en un comprimé à l'aide de moyens qui n'ont pas d'effet nuisible notable sur elle En particulier, les moyens de compression ne doivent pas contaminer la poudre La poudre peut être comprimée par

matriçage ou isostatiquement De préférence lors du matri-

çage on utilise une matrice d'acier.

La forme et la taille du comprimé peuvent varier

largement Il peut être de forme simple, creux ou géométri-

quement complexe Le comprimé de la présente invention ayant une masse volumique d'au moins 1,Og/cm 3 a une résistance suffisante pour sa manipulation Par exemple, le comprimé de

l'invention sous forme d'un tube ayant une épaisseur de pa-

roi de 0,5 mm était suffisamment résistant pour être inanipu-

lé. Le cas échéant, on peut précalciner le comprimé pour lui conférer une résistance supplémentaire pemetcant de l'usiner plus facilement En général la températcree de

précalcination pour ajouter de la résistance au comprfli at-

teint environ 1650 WC la température de précalcination et le

temps de précalcination particuliers sont déterminables em-

piriquement et ne doivent pas avoir d'effet nuisible sur le

comprimé Si on effectue cette précalcination à une tempéra-

ture à laquelle les pores du comprimé restent ouverts, et

habituellement la fermeture des pores dans le comprimé débu-

te à environ 15000 C, alors on peut pour ajouter à la résis-

2527591 i 11 - tance du comprimé effectuer cette précalcination sous la

pression atmosphérique dans l'air, l'argon, l'hélium, l'azo-

te, l'oxygène et leurs mélanges, ainsi que sous un vide par-

tiel à la condition que ce vide partiel ne vaporise pas no-

tablement le composant Si O 2 du comprimé Cependant, à une température de précalcination à laquelle a lieu la fermeture des pores dans le comprimé, c'est-à-dire à des températures comprises entre 15000 C et 16750 C environ, on doit effectuer cette précalcination dans l'oxygène ou sous un vide partiel

allant d'environ 6,66 Pa à 133,3 Pa ( 0,05 à 1 Torr).

Dans le présent procédé, le comprimé vert ou le comprimé précalciné est ensuite fritté à une température comprise entre environ 1500 WC et 16750 C, et de préférence

environ 16000 C à 16500 C pour produire un comprimé imperméa-

ble aux gaz, c'est-à-dire un comprimé à pores fermés imper-

méable aux gaz On doit effectuer le frittage dans l'oxygène qui est de préférence à la pression atmosphérique ou sous un vide compris ernre environ 6,66 Pa et 133,3 Pa ( 0,05 à 1,0 torr) La température et le temps de frittageparticuliers sont déterminable empiriquement et ne doivent pas avoir d'effet nuisible sur le comprimé Comme à la température de frittage d'environ 1500 WC et plus, les pores du comprimé sont isolés de sa surface, l'atmosphère du four doit être de

l'oxygène pur ou un vide compris entre 6,66 Pa et 133,3 Pa en-

viron ( 0,05 à 1,5 Torr) D'autres gaz, tels que l'azote, l'argon ou le dioxyde de carbone, lorsqu'ils sont présents dans l'atmosphère de frittage pendant la fermeture des pores

dans le comprimé, seraient piégés dans les pores et empêche-

raient l'élimination des pores pendant le frittage Seul l'oxygène est transporté à travers la mullite cristalline à

une vitesse suffisante pour ne pas interférer avec le pré-

sent procédé de frittage, et par conséquent, seul une atmos-

phère d'oxygène pour le four est utilisable lors de la cal-

cination dans le domaine de fermeture des pores De même, un vide inférieur à 133,3 Pa ( 1,0 torr) environ, c'est-à-dire

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12 - lorsque la pression de l'atmosphère est supérieure à 133,3 Pa

environ ( 1,0 torr), si d'autres gaz que l'oxygène sont pré-

sents, peut introduire des quantités notables de ces gaz dans les pores et limiter de façon néfaste la translucidité du produit Cependant, un vide supérieur à 6,66 Pa environ

( 0,05 torr) peut vaporiser le composant Si O 2 du comprimé.

Une température de frittage inférieure à environ 15001 C est inefficace pour clore, c'est-à-dire isoler, les pores du comprimé Une température de frittage supérieure à environ 16751 C sous un bide compris entre environ 6,66 Pa à

133,3 Pa ( 0,05 à 1,0 torr) vaporiserait Si O 2 du comprimé.

Une température de frittage supérieure à environ 1675 WC dans une atmosphère d'oxygène nécessiterait un four à oxygène à

haute température et un tel four n'est pas aisément disponi-

ble à l'échelle industrielle Cependant, on peut utiliser une température de frittage ou calcination allant jusqu'à

* environ 18500 C sous une atmosphère d'oxygène.

La vitesse de chauffage à la température de frit-

tage ou de calcination dépend pour une large mesure du taux des impuretés dans le comprimé La vitesse de chauffage doit être telle qu'on élimine toutes les impuretés avantqu'il

n'atteigne une température qui y bloquerait ces impuretés.

En général, on chauffe le comprimé jusqu'à la température de frittage ou de calcination à des vitesses qui vont jusqu'à

environ 3000 C par heure Des vitesses de chauffage plus éle-

vées peuvent produire un gonflement avec boursouflement du

aux produits volatils qui ne se sont pas échappés plus tôt.

Le comprimé fritté doit seulement être imperméable

aux gaz On peut déterminer cette imperméabilité par dif-

férentes techniques Par exemple, on peut la déterminer en suspendant le comprimé fritté et en l'immergeant dans l'eau

ou autre liquide et en déterminant si le comprimé ainsi sus-

pendu et immergé présente un gain de poids quelconque obser-

vable De préférence, ceci s'effectue en pesant le comprimé fritté sec, immergeant le comprimé dans l'eau bouillante, 13 - laissant l'eau refroidir jusqu'à la température ambiante, et repesant le comprimé pour déterminer tout gain de poids Si

on n'observe aucun gain de poids, alors le comprimé aura at-

teint l'état de porosité fermée, et est donc imperméable aux gaz. On comprime isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur lui à une pression supérieure à la pression atmosphérique et à température élevée pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur une masse volumique de 3,16 g/cm 3 + 0,01 ou 3,17 g/cm 3 + 0,01 pour ce corps de mullite Le gaz de compression isostatique est choisi parmi

l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, et de préfé-

rence, est de l'argon Pendant la compression isostatique à chaud, on doit totalement l'enfermer pour empêcher toute perte notable de Si O 2 de sa surface Un tel confinement, par exemple, peut consister en l'immersion du comprimé dans de la poudre de mullite, ou à l'enfermer dans un creuset d'aluminium à couvercle Le gaz de compression isostatique doit être à une pression d'au moins environ 345 bars ( 5000 psi), de préférence d'environ 2068,5 bars ( 30000 psi), et la

compression isostatique à chaud doit s'effectuer à une tem-

pérature comprise entre environ 15000 C et 1700 WC, de préfé-

rence entre 1600 WC et 17001 C environ Des pressions de gaz

inférieures à environ 345 bars ( 5000 psi) et des températu-

res inférieures à environ 15000 C ne permettent pas de den-

sifier le comprimé imperméable aux gaz à la masse volumique théorique Du point de vue pratique, 2068,5 bars est la pression maximale que l'on peut obtenir On peut utiliser une pression de gaz supérieure jusqu'à, en l'excluant, une pression qui amènerait une transformation en phases de haute pression à la température appliquée Des températures de compression isostatique à chaud supérieures à environ 17000 C peuvent grossir les grains et empêcher la densification du

comprisse.

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14 - La vitesse de chauffage jusqu'à la température de

compression isostatique n'est pas critique, et on peut ap-

pliquer des vitesses de chauffage élevées Par exemple, ces vitesses de chauffage peuvent atteindre 10001 C par heure, si on le souhaite Généralement, ces vitesses de chauffage vont jusqu'à 3000 C par heure et sont limitées par le four Une fois achevée la compression isostatique à chaud, la vitesse

à laquelle on refroidit le corps de masse volumique théori-

que n'est pas critique et généralement on le laisse refroi-

dir dans le four jusqu'à la température ambiante Egalement, la vitesse à laquelle on réduit la pression du gaz jusqu'à la pression atmosphérique n'est pas critique, et il n'est pas nécessaire d'effectuer lerefroidissement simultanément

avec la réduction de la pression du gaz.

La durée de la compression isostatique à chaud dé-

pend largement de la température et de la pression utilisées et est déterminable empiriquement, la durée diminuent avec

l'accroissement de la température Typiquement, une tempéra-

ture d'environ 16000 C avec une pression d'environ 16000 C

avec unbe pression d'environ 2068,5 bars ( 30000 psi) néces-

siteront une durée d'environ 1 heure.

La compression isostatique à chaud du comprimé im-

perméable aux gaz produit un corps de masse volumique théo-

rique qui peut aussi être optiquement translucide En parti-

culier si le comprimé imperméable aux gaz est constitué d'environ 72,5 % à 74 % en poids de A 1203, le reste étant Si O 2, le corps de masse volumique théorique résultant a de

fortes chances de nécessiter un recuit pour être rendu opti-

quement translucide Egalement, si on le souhaite, le corps de masse volumique théorique comprimé isostatiquement à chaud peut être recuit selon la présente invention pour,

dans certains cas, accroître sa translucidité optique.

Si nécessaire, on recuit le corps de masse volumi-

que théorique comprimé isostatiquement pour le rendre opti-

quement translucide, ou si possible, accroître sa transluci-

2527591 l dité optique On effectue le recuit dans une atmosphère choisie parmi l'oxygène l'air: l'argon l'hélium l'azote ou leurs mélanges, on doit totalement enfermer le corps pour

empêcher une perte notable de Si O 2 de sa surface Ce con-

finement: par exemple: peut consister à immerger le corps dans de la poudre de mullite ou l'enfermer dans un creuset d'aluminium avec couvercle L'atmosphère de recuit est à la

pression atmosohérique ou au voisinage de la pression atmos-

phérique L'atmosphère de recuit peut être stagnante ou cir-

culante.

La température de recuit va d'environ 17000 C à en-

viron 1850 WC, la température particulière de recuit dépen-

dant largement de la teneur en A 1203 du corps de masse

volumique théorique, et elle ne doit pas avoir d'effet nui-

sible notable sur ce corps, c'est-à-dire elle ne doit pas former 1 % ou plus en volume par rapport au volume total du corps de phase vitreuse Par exemple, pour un corps de masse

volumique théorique contenant 72,5 % en poids de A 1203.

Pour un corps contenant 74 % en poids de A 1203, des tem-

pératures supérieures à environ 17000 C sont susceptibles de

former une fraction volumique de 1 % ou plus de phase vitreu-

se, produisant un corps insuffisamment translucide pour être utilisé comme enveloppe de tube à arc La formation de la phase vitreuse diminue avec l'augmentation de la teneur en A 1203, des températures nettement supérieures à environ 18000 C peuvent former une fraction volumique de 1 % ou plus

de phase vitreuse, mais des températures allant jusqu'à en-

viron 18500 C n'ont pas d'effet nuisible notable sur des corps contenant d'environ 74,5 % en poids à 76,5 % en poids environ de A 1203 Des températures de recuit inférieures à environ 17001 C ne produisent pas le corps optiquement translucide de la présente invention D'un autre côté, des températures supérieures à 18500 C produisent un corps recuit avec des grains trop grands lui conférant donc une mauvaise

résistance mécanique Egalement, des températures supérieu-

2527591 I

16 - res à 18501 C entraîne une réduction de la transmission par suite de la formation d'une phase vitreuse De plus, ces

températures sont proches du point de fusion de la mullite.

La vitesse de chauffage à la température de recuit n'est pas critique, et on peut appliquer des vitesses de chauffage élevées Par exemple, ces vitesses de chauffage peuvent être aussi élevées que 10001 C par heure, si on le souhaite En général, ces vitesses de chauffage vont jusqu'à 300 WC par heure environ et sont limitées par le four Une

fois achevé le présent recuit, la vitesse à laquelle on re-

froidit le corps optiquement translucide n'est pas critique.

La durée particulière de recuit dépend largement

de la température de recuit et est déterminable empirique-

ment, la durée de recuit diminuant avec l'accroissement de la température de recuit Par exemple, une température de recuit d'environ 18000 C a typiquement une durée de recuit

d'environ 1 heure.

Dans une réalisation de la présente invention, le corps de masse volumique théorique comprimé isostatiquement à chaud n'est pas refroidi mais on réduit la pression à la pression atmosphérique et le corps est recuit dans le même four dans l'oxygène, l'air, l'argon, l'hélium, l'azote ou leurs mélanges à une température comprise entre 1700 WC et

1850 WC.

Dans le présent procédé, il n'y a pas de perte no-

table de Al O ou Si O Le corps optiquement translucide de la présente invention est formé d'un aluminosilicate constitué de 72,5 % à 76,5 % en poids environ de A 1203, le reste étant Si O 2 On peut déterminer sa composition par différentes

techniques incluant l'analyse chimique par voie humide, l'a-

nalyse par fluorescence-X, la spectroscopie de masse et les

microanalyses par faisceau électronique.

La microstructure du corps polycristallin optique-

ment translucide de la présente invention peut quelque peu 17 - varier en fonction de sa compposition et des températures

utilisées pour sa production Dans le domaine de températu-

res allant de 1 7000 C à 1850 WC environ et pour une composi-

tion d'environ 74,5 % à 76,5 % en poids de A 1203, le reste étant Si O 2, le corps optiquement translucide résultant a ou est susceptible d'avoir une microstructure uniforme ou

grandement uniforme constituée de grains équiaxes ou grande-

ment équiaxes avec une granulométrie moyenne allant de 2/em environ à 50 j&m environ Une granulométrie inférieure à 2 j"m

confère habituellement au corps de mauvaises propriétés op-

tiques D'un autre côté, une granulométrie moyenne supéri-

eure à environ 50 micromètres confère au corps optiquement translucide une mauvaise résistance mécanique largement due à la microfissuration De préférence, pour la meilleure translucidité optique et la meilleure résistance mécanique, le corps optiquement translucide de la présente invention a une granulométrie moyenne allant de 5 micromètres environ à

micromètres environ La granulométrie du corps optique-

ment translucide dépend largement des températures de com-

pression isostatique à chaud et de recuit et des temps de maintien à ces températures Plus la température et le temps de maintien à la température sont élevés, plus grande est la

granulométrie moyenne du produit.

Cependant, la microstructure du corps optiquement

translucide varie lorsqu'il se compose de 72,5 % en poids en-

viron à 74,5 % en poids environ de A 1203, le reste étant

Si O 2, et est produit ou soumis à une température inféri-

eure à environ 1800 WC Particulièrement, avec une teneur d'environ 72,5 % en poids à environ 74 % en poids de

A 1203, le corps optiquement translucide produit ou sou-

mis à une température inférieure à environ 1800 C aura, ou

pourra avoir une microstructure constituée de grains allon-

gés Lorsqu'on augmente la teneur en Al O dans ce do-

maine de composition au voisinage de 74 %, il se formera des

microstructures constituées à la fois de grains de morpho-

2527591 l 18 - logie équiaxe et allongée Si l'on accroît encore la teneur en A 1203, c'est-à-dire si on approche 74,5 % en poids, le

corps optiquement translucide résultant aura vraisemblable-

ment une microstructure uniforme ou grandement uniforme com-

posée de grains équiaxes ou grandement équiaxes. Le corps optiquement translucide de la présente invention va d'un corps constitué d'une phase unique à un

corps constitué d'une phase primaire et d'une phase secon-

daire, la phase secondaire représentant au plus moins de 1 %

en volume du volume total du corps optiquement translucide.

On peut déterminer cette composition de phases du corps op-

tiquement translucide par microscopie optique Par le terme phase unique ou phase primaire on désigne ici la phase de mullite La phase de mullite est également identifiable par analyses par diffraction des rayons X La phase secondaire ne doit pas avoir d'effet nuisible notable sur le produit de la présente invention La phase secondaire peut être

A 1203 ou du verre.

Habituellement, lorsque le composant A 1203 du corps optiquement translucide représente d'environ 74,5 à environ 75,5 % en poids, ou approche ce domaine et qu'il a été recuit entre 1800 et 1850 WC environ, il se compose d'une phase unique de mullite Cependant, lorsque la teneur en A 1203 du corps optiquement translucide approche 76 % en poids, ce corps est susceptible de présenter une quantité

mineure de précipité de Al 203 en tant que phase secon-

daire La présence de la phase Al 03 est détectable par microscopie optique, analyse par diffraction des rayons X et par microscopie électronique à balayage D'un autre côté, lorsque la teneur en A 1203 approche 74 % en poids ou moins, le corps optiquement translucide est susceptible de présenter du verre en tant que phase secondaire La phase

vitreuse est déterminable par microscopie optique après pré-

paration métallographique de l'échantillon qui comprend

l'attaque à l'acide, et par microscopie électronique à ba-

2527591 '

19 - layage. Le corps polycristallin optiquement translucide de la présente invention est de masse volumique théorique, c'est-à-dire qu'il a une masse volumique de 3,16 g/cm 3 _ 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01, ou une mase volumique de 100 % par rapport à la masse volumique de 3,16 g/cm 3 Z 0,01 ou 3,17 g/cm 3 + 0,01 pour la mullite La masse volumique peut varier car elle dépend de la composition particulière du présent produit Ce corps optiquement translucide peut avoir

de petits pores résiduels mais la porosité n'est pas mesura-

ble par des mesures de densité par déplacement de liquide,

c'est-à-dire qu'elle inférieure à 0,05 % en volume par rap-

port au volume total du corps fritté.

Le taux de transmission de rayonnement par le

corps optiquement translucide peut être défini par la tran-

smittance, et en particulier la transmittance par diffusion directe, qui est le rapport de l'intensité du faisceau

transmis à l'intensité du faisceau incident pour un rayon-

nement de longueur d'onde donnée et une épaisseur donnée d'échantillon Ces variables sont liées par la formule: I/Io = ke-d

o I et Io sont les intensités des faisceaux transmis et in-

cident, d est est l'épaisseur de l'échantillon, o est le coefficient d'absorption et k est une constante qui dépend

de l'indice de réfraction du matériau De plus il faut indi-

quer l'angle solide du faisceau transmis.

Le corps optiquement translucide de la présente invention a une transmittance par diffusion directe minimale moyenne de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs

d'ondes visibles comprises entre 0,4 pm et 0,8 p m.

Dans les exemples ci-après, sauf indication con-

traire, on a suivi la procédure ci-après: On a fait les mesures de surface spécifique par

des techniques d'adsorption dans l'azote à basse température.

On a effectué la calcination dans l'air à la pres-

-

sion atmosphérique.

On a effectué calcination et frittage dans un four

à résistance de molybdène bobinée constitué d'un tube d'alu-

mine dense à extrémités ouvertes ayant un diamètre intérieur (DI) de 1,9 cm ou 5 cm. On a effectué la compression isostatique à chaud

dans un autoclave avec un four à résistance interne en Mo.

On a mesuré et réglé la température au moyen d'un

thermocouple W 5 %Re, W 26 %Re contenu dans une gaine protectri-

ce en saphir On a aussi effectué les mesures de température par observation directe de l'échantillon avec un pyromètre optique. A la fin de chaque essai, on coupait le courant et on laissait le corps refroidir à la température ambiante

dans le four.

On a déterminé la masse volumique apparente de la poudre ainsi que de chaque comprimé à partir de leurs poids

et dimensions.

On a déterminé la masse volumique du corps opti-

quement translucide par déplacement d'eau en utilisant le

procédé d'Archimède.

Le retrait est le retrait linéaire ( 4 L/Lo (%)), et c'est la différence de longueur entre le corps non fritté, c'est-à-dire le comprimé, et le corps fritté, JL, divisé par la longueur du comprimé, Lo Ce retrait est une indication du degré de densification On a obtenu les masses volumiques

sur les corps frittés bruts de calcination.

On a déterminé la composition de phases des échan-

tillons frittés par des techniques métallographiques stan-

dard en utilisant la microscopie optique.

On a effectué les mesures de transmission par dif-

fusion directe sur les corps optiquement translucides à l'aide d'un spectrophotomètre Perkin Elmer modèle 330 en utilisant une sphère d'intégration de 60 mm de diamètre On

plaçait le corps de manière -reproductible dans la même posi-

21 -

tion à chaque fois en appuyant le corps contre l'ouverture.

On a déterminé la transmittance par diffusion directe avec,

un angle solide du faisceau transmis de 120 à 1800.

On a également fait des mesures de transmission spéculaire directe sur des corps frittés avec un spectro- photomètre Perkin Elmer 330 en utilisant une ouverture de 0,95 cm et en plaçant le corps au centre du compartiment

porte-échantillon On a déterminé la transmittance spécu-

laire directe avec un angle solide autour du faisceau trans-

mis inférieur à 20.

Exemple 1

On a mélangé à température ambiante du butoxyde secondaire d'aluminium avec du silicate d'éthyle pour former une solution de rapport A 1203/Si O 2voulu, et on a

ainsi formé différentes solutions de rapport varié, c'est-

à-dire 73-77 % en poids de A 1203/complément Sîo 2.

On a dilué chaque solution de 600 g avec 1 litre de cyclohexane On a mélangé un mélange composé de quantités

équivalentes d'eau et d'alcool ter-butyle avec chaque solu-

tion en une quantité qui a été calculée pour fournir suffi-

samment d'eau pour l'hydrolyser complètement et former une dispersion d'un précipité de polymère insoluble du support

A 1203/Si O 2.

On a agité chaque solution pendant une nuit à température ambiante pour assurer une homogénéité totale, puis on a séparé par filtration le précipité, c'est-à-dire le gel On a lavé le gel trois fois avec du cyclohexane pour

en éliminer l'alcool On a séché par cryogénation le gel ré-

sultant pour produire une poudre informe, libre et onctueu-

se On a répété cette procédure plusieurs fois pour produire

plusieurs lots de poudre.

On a enlevé les poudres dans l'air à des tempéra-

tures comprises entre 4901 C 11001 C pendant des périodes comprises entre 8 et 20 heures pour élirû:iner sa teneur en eau et en hydrocarbures de sorte qu'il n'en reste aucune 252759 1 i 22 -

quantité notable.

La poudre calcinée était onctueuse, libre, informe et amorphe à l'analyse par diffractions des rayons-X La poudre non calcinée, ainsi que la poudre calcinée, avait une surface spécifique comprise entre 100 m 2/g et 400 m 2/g, et typiquement 400 m 2/g et elle avait une masse volumique apparente comprise entre environ 0,2 g/cm 3 et environ 0,3 g/cm

La poudre calcinée était comprimable dans une ma-

trice d'acier à température ambiante sous une pression d'en-

viron 3447 bars ( 50000 psi) en un comprimé ayant une masse volumique minimale de l,Og/cm

Exemple 2

On a dispersé dans l'eau du monohydrate d'alumi-

nium de granulométrie moyenne de 200 nanomètres pour former une dispersion colloïdale Précisément, la concentration

était de lg de Al O(OH); 8 g de H 2 O On effectuait la dis-

persion en ajoutant HNO 3 pour obtenir un p H de 3 à 4 On a broyé avec des billes la dispersion de Al O(OH) pendant une nuit et enlevé du broyeur En attendant 24 heures ou plus

une petite partie du Al O(OH) se déposait à partir de la dis-

persion et était éliminée par filtrage de la solution lim-

pide.

On a effectué l'analyse gravimétrique de la dis-

persion de Al O(OH) pour déterminer exactement la concentra-

tion en A 1203 On a alors ajouté du silicate d'éthyle (Si(OC 2 H 5)4) pour produire un mélange ayant le rapport

A 1203/Si O 2 voulu, et on a ainsi formé plusieurs mélan-

ges de rapport différent, c'est-à-dire 69,9 % en poids 79,1 %

en poids A 1203/complément Si O 2.

On a vigoureusement agité chaque mélange à la tem-

pérature ambiante pendant plusieurs heures jusqu'à ce que le silicate d'éthyle soit totalement hydrolysé, et ensuite on a placé chaque mélange dans un mélangeur à grande vitesse et on a ajouté de l'ammoniaque jusqu'à ce que la dispersion

2527591;

23 - soit gélifiée Typiquement 3 à 6 cm 3 de NH 4 (OH) étaient

nécessaires pour chaque litre de dispersion.

On a congelé chaque gel résultant et ensuite on a dégelé à la température ambiante ce qui a transformé le gel en une dispersion filtrable. On a oté par filtration les particules de gel de la solution et on a lavé avec du méthanol et de l'acétone

anhydres successivement pour enlever toute l'eau des parti-

cules avant séchage.

On a séché le gel non aqueux résultant à 2000 C

dans l'air pour produire la présente poudre de départ, li-

bre, onctueuse et blanche Habituellement, on tamise cette poudre avec un tamis de 0,42 mm d'ouverture de maille pour

briser ou oter tout agrégat.

On a répété cette procédure plusieurs fois pour

produire plusieurs lots de poudre.

On a calciné les poudres de départ, c'est-à-dire cuit, dans l'air à des températures comprises entre 490 WC et 11000 C pendant le temps nécessaire pour en éliminer l'eau et

les hydrocarbures afin de n'en laisser aucune quantité no-

table.

La poudre calcinée était onctueuse, s'écoulait li-

brement, était informe et amorphe à l'analysse par diffrac-

tion des rayons-X, avait une surface spécifique comprise entre 100 m 2/g et 400 m 2/g, typiquement 400 m 2/g, et une mase volumique apparente d'environ 0,2 g/cm

La poudre calcinée était comprimable dans une ma-

trice d'acier à la température ambiante sous une pression d'environ 3447 bars ( 50 000 psi) en un comprimé ayant une -masse volumique minimale de 1,Og/cm

Exemple 3

On a préparé de la même manière que dans l'exemple 1 une poudre d'aluminosilicate constituée de 75 % en poids de A 1203/le complément étant Si O 2 On a calciné la poudre à 6000 C dans l'air pendant environ 8 heures On a analysé 24 - une partie de la poudre par analyse chimique par voie humide et on a trouvé qu'elle se composait de 75 % en poids de

A 1203 et 25 % en poids de Si O 2 Les pourcentages pon-

déraux d'impuretés déterminés par spectroscopie d'émission de la poudre calcinée étaient: 0,02 Na, 0,01 Fe, 0,004 Ca,

0,07 Ti.

On a placé la poudre calcinée dans une membrane de caoutchouc et comprimé isostatiquement dans un bain d'huile à température ambiante à une pression inférieure à 8618 bars

( 125 000 psi) en une billette de 1,6 cm de diamètre qui pe-

sait 14,5 g La billette avait une masse volumique à vert de 1,6 g/m On a fritté la billette dans un courant d'oxygène à la pression atmosphérique à 1650 WC 16750 C pendant 1,5

heures et refroidi dans le four à la température ambiante.

La billette à pores fermés résultante était imperméable aux gaz. On a comprimé isostatiquement à chaud la billette cylindrique imperméable aux gaz avec de l'argon, sous 2068 bars ( 30000 psi) à 1650 WC pendant 1,5 heures, et ensuite lorsqu'on le refroidissait à la température ambiante dans le

four on réduisait la pression à la pression atmosphérique.

* Le corps résultant de masse volumique théorique était blanc opaque avait une masse volumique de 3,16 g/cm On a poli une mince section droite de la biellette à une épaisseur de O 025 à 0,05 mm et examiné au microscope en utilisant la lumière transmise On a observé une phase secondaire de Ai O On a attaché l'opacité du corps à 2 3 '

la diffusion lumineuse de la phase secondaire de A 1203.

On a découpé suivant la section droite une partie de la billette en quatre disque ayant chacun environ 0,76 mm d'épaisseur On a recuit chaque disque dans un courant d'oxygène à la pression atmosphérique On a recuit un disque pendant 6 heures à 18000 C On a recuit les autres disques

pendant une heure à 17500 C, 18000 C et 18500 C, respective-

2527591.

- ment On a refroidi tous les disques dans le four jusqu'à la

température ambiante.

Chaque disque recuit avait 0,76 mm d'épaisseur en-

viron Chaque disque recuit était optiquement transparent, et chacun dans son état brut de recuit, non poli, serait utilisable comme enveloppe pour un tube à arc Lorsqu'on

posait chaque disque recuit sur une page imprimée de jour-

nal, on pouvait lire l'impression.

Pendant le recuit, la phase secondaire de

A 1203 a été absorbée dans la phase de mullite et produi-

sait un corps optiquement translucide La translucidité optique de ces disques indiquaient qu'ils étaient de masse volumique théorique Cependant, la translucidité optique du disque recuit à 17500 C n'était pas aussi grande que celle des disques recuits à 18000 C ou 18500 C L'examen de parties de tous les disques recuits par diffraction des rayons-X et par microscopie optique a montré que les disques recuits à

18000 C et à 18500 C se composaient d'une phase unique de mul-

lite cependant que le disque recuit à 1750 WC se composait d'une phase unique de mullite mais présentait également une petite quantité de phase de A 1203, c'est-à-dire que la

quantité de phase de Al 203 était inférieure à 1 % en vo-

lume du disque.

On a meulé et poli le disque optiquement translu-

cide recuit à 18001 C pendant 6 heures sur ses deux faces à une épaisseur de 0,76 mm On a effectué une analyse de la

transmiittance optique de ce disque poli dans la région vi-

sible du spectre électromagnétique et on l'a représentée à

la figure 3 Précisément, la figure 3 montre une transmit-

tance diffuse directe allant d'environ 67 % à environ 74 %

pour le spectre visible de 0,4 micromètre à 0,8 micromètre.

La figure 3 montre également une transmittance spéculaire

directe de ce disque poli comprise entre environ 6 % et 8 %.

A titre de témoin, la figure 3 montre la transmit-

tance diffuse directe obtenue avec du saphir de 0,76 mm d'é-

26 - paisseur. On a poli les disques qui ont été recuits pendant une heure à 18000 C et à 1850 WC et on a chimiquement attaqué ces disques ainsi que le disque poli recuit à 18000 C pendant 6 heures dans de l'hydroxyde de sodium concentré bouillant,

lavé à l'eau et séché pour révèler leurs joints de grains.

La figure 1 montre la microstructure du disque at-

taqué recuit à 1800 WC pendant 6 heures La figure 1 montre qu'il a une structure grandement uniforme constituée de grains équiaxes réguliers qui ont une taille moyenne de grains de 15 microns telle que déterminée par la méthode d'interception linéaire moyenne Les disques attaqués qui ont été recuits pendant

une heure à 1800 WC et à 18500 C avaient aussi une microstruc-

ture grandement uniforme composée de grains équiaxes régu-

liers ou fortement réguliers, et tel que mesuré par la mé-

thode d'interception linéaire moyenne.

Le disque recuit à 18001 C avait une granulométrie moyenne de 14 microns tandis que le disque recuit à 18500 C avait une granulométrie moyenne de 19 micromètres On a préparé une poudre d'aluminosilicate formée de 74 % en poids de A 1203/26 % en poids de Si O 2de la même manière que dans l'exemple 2 On a calciné la poudre à

6001 C dans l'air pendant environ 8 heures.

On a comprimé la poudre calcinée à la température ambiante dans une matrice d'acier sous une pression de 6200 bars ( 10000 psi) en un disque de 12,7 mm de diamètre et 0,76 mm d'épaisseur environ Le disque avait une masse volumique d'environ 1,35 g/cm On a fritté le disque dans l'oxygène à la pression atmosphérique pendant 3 heures à 1675 WC pour produire un disque imperméable aux gaz et on l'a ensuite refroidi dans

le four à la température ambiante.

On a comprimé isostatiquement à chaud le disque imperméable aux gaz résultant avec de l'argon sous 1860 bars 27 - ( 30 000 psi) à 1675 WC pendant 3 heures, et ensuite lorsqu'on

le refroidissait au four à la température ambiante, on ré-

duisait la pression jusqu'à la pression atmosphérique Le

disque résultant avait subi un retrait de 23 %, et particu-

lièrement, avait environ une épaisseur de 0,58 mm environ.

Le disque résultant était optiquement translucide.

La translucidité optique indiquait qu'il était de masse vo-

lumique théorique et se composait de phase unique de mulli-

te Le disque dans son état non poli serait utilisable comme enveloppe pour un tube à arc Lorsqu'on l'a posé sur une page imprimée de journal, on pouvait lire l'impression à

l'oeil nu.

On a recuit le disque optiquement translucide dans l'oxygène à 18201 C pendant 3 heures et ensuite refroidi dans le four à la température ambiante La translucidité optique

de ce disque ne paraissait pas à l'oeil avoir changé de fa-

çon significative On a poli le disque recuit, attaqué dans l'hydroxyde de sodium concentré bouillant, lavé à l'eau pour

révéler ses joints de grains et on a montré sa microstruc-

ture à la figure 2.

La figure 2 représente une microstructure composée d'un mélange de grains colonnaires et équiaxes et illustre la microstructure obtenue quand un corps composé de 74 % en poids de A 1203/26 % en poids de Si O 2 est soumis à une température de 18200 C. Tels qu'utilisés ici, les termes transmission et

transmittance sont équivalents.

2527591.

-28-

Claims (11)

REVENDICATION

1 Procédé de production d'un corps de mullite op-

tiquement translucide caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une poudre amorphe, informe, d'oxydes mélangés constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 74 % en poids de Ai 203 le reste étant Si O 2 qui ne renferme pas de quantités significatives d'impuretés, cette poudre étant comprimable au voisinage de la température ambiante en un comprimé ayant une masse volumique minimum de l,Og/cm, a

comprimer cette poudre en un comprimé ayant une masse volu-

mique minimum de l,0 g/cm 3, à fritter ce comprimé à une

température, qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-

ci dans l'oxygène ou sous un vide allant de 6,66 Pa à 133,3 Pa

( 0,05 à 1 torr) environ pour produire un comprimé imperméa-

ble aux gaz, à comprimer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-ci à une pression supérieure à la pression atmosphérique d'au moins environ 345 bars ( 5000 psi) à une température allant d'environ 15000 C à environ 17001 C pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour ce corps de mullite, le gaz de compression isostatique étant choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'hélium, l'azote

et leurs mélanges.

2 Procédé de production d'un corps de mullite optiquement translucide caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une poudre amorphe, informe, d'oxydes mélangés constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 74 % en poids de Al 203 le reste étant Si O 2 à calciner la poudre dans

l'air à une température comprise entre environ 490 'C et en-

viron 11000 C pour en éliminer l'eau et les matières organi-

ques et n'en laisser aucune quantité significative pour pro-

duire une poudre amorphe et informe qui ne contient aucune quantité significative d'impuretés, cette poudre calcinée étant comprimable au voisinage de la température ambiante en

252759 1

29 - un comprimé ayant une masse volumique minimum de 1,0 g/cm 3, à comprimer cette poudre calcinée en un comprimé

ayant une masse volumique de l,Og/cm, à fritter le com-

primé dans l'oxygène ou sous un vide de 6,66 Pa à 133,3 Pa en-

viron ( 0,05 à 1,0 Torr) à une température qui n'a pas d'ef- fet nuisible notable sur celui-ci pour produire un comprimé imperméable aux gaz, à comprimer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-ci à une pression supérieure à la pression atmosphérique d'environ 333 bars ( 5000 psi) à une température comprise entre environ 15000 C et environ 17000 C pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3

0,01 pour ce corps de mullite, le gaz de compression isosta-

tique étant choisi dans le groupe formé de l'argon,

l'hélium, l'azote et leurs mélanges.

3 Procédé de production d'un corps de mullite optiquement translucide caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une poudre amorphe, informe, d'oxydes mélangés constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de Ai 203 le reste étant Si O 2qui ne renferme pas de quantités significatives d'impuretés, cette poudre étant comprimable au voisinage de la température ambiante en un comprimé ayant une masse volumique minimum de l Og/cm, à

comprimer cette poudre en un comprimé ayant une masse volu-

mique minimum de l,Og/cm, à fritter ce comprimé à une température qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui ci dans l'oxygène ou sous un vide allant de 6,66 Pa à 133,3 Pa

( 0,05 à 1 torr) environ pour produire un comprimé imperméa-

bie aux gaz, à comprimer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-ci à une pression supérieure à la pression atmosphérique d'au moins environ 345 bars ( 5000 psi) à une température allant d'environ 15005 C à environ 1700 C pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour ce corps de mullite, le gaz de compression isostatique étant choisi dans le groupe comprenant l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, à recuire le corps de masse volumique théorique dans un gaz choisi dans le groupe comprenant

l'oxygène, l'air, l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélan-

ges à une température comprise entre environ 17000 C et en-

viron 18500 C, cette température de recuit n'ayant pas d'ef-

fet nuisible notable sur ce corps.

4 Procédé de production d'un corps de mullite optiquement translucide caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une poudre amorphe, informe, d'oxydes mélangés constituée d'environ 72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de Al 203 le reste étant Si O 2qui ne renferme pas de quantités significatives d'impuretés, à calciner la poudre dans l'air à une température comprise entre environ 4900 C et

environ 11001 C pour en éliminer l'eau et les matières orga-

niques et n'en laisser aucune quantité significative pour

produire une poudre amorphe et informe qui ne contient au-

cune quantité significative d'impuretés, cette poudre calci-

née étant comprimable au voisinage de la température ambian-

te en un comprimé ayant une masse volumique minimum de 1,Og/cm 3, à comprimer cette poudre calcinée en un comprimé

ayant une masse volumique de l,Og/cm 3, à fritter le com-

primé dans l'oxygène ou sous un vide de 6,66 Pa à 133,3 Pa en-

viron ( 0,05 à 1,0 Torr) à une température qui n'a pas d'ef-

fet nuisible notable sur celui-ci pour produire un comprimé imperméable aux gaz, à comprimer isostatiquement à chaud le comprimé imperméable aux gaz avec un gaz qui n'a pas d'effet nuisible notable sur celui-ci à une pression supérieure à la pression atmosphérique d'environ 333 bars ( 5000 psi) à une température comprise entre environ 15000 C et environ 1700 C pour produire un corps de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour ce corps de mullite, le gaz de 31 - compression isostatique étant choisi dans le groupe formé de l'argon, l'hélium, l'azote et leurs mélanges, à recuire ce corps de masse volumique théorique dans un gaz choisi dans

le groupe formé de l'oxygène, de l'air, de l'argon, de l'hé-

lium, de l'azote et de leurs mélanges à une température com-

prise entre environ 1700 WC et environ 1850 WC, cette tempéra-

ture de recuit n'ayant pas d'effet nuisible notable sur ce-

lui-ci. Corps d'aluminosilicate polycristallin optique-

ment translucide constitué d'environ 72,5 % en poids à envi-

ron 76,5 % en poids de A 1203 le reste étant Si O 2,ce

corps ayant une transmittance diffuse directe moyenne mini-

male de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs d'on-

de du visible allant de 0,4 à 0,8 micromètres.

6 Corps de mullite polycristallin optiquement translucide caractérisé en ce qu'il se compose d'environ

72,5 % en poids à environ 76,5 % en poids de A 1203 le res-

te étant Si O 2 ce corps étant de masse volumique théorique basée sur la masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour 'ce corps de mullite, ce corps allant

d'une phase unique de mullite à une phase primaire de mulli-

te et une phase secondaire représentant moins de 1 % en volu-

me du volume total du corps, ce corps ayant une transmit-

tance diffuse directe moyenne minimale de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs d'onde du visible allant de

0,4 à 0,8 micromètres.

7 Corps selon la revendication 6, caractérisé en

ce que la phase secondaire est A 1203.

8 Corps selon la revendication 6, caractérisé en

ce que la phase secondaire est du verre.

9 Corps de mullite polycristallin optiquement translucide constitué d'environ 74 % en poids à environ 76,5 % en poids -de Al 203 le reste étant Si O 2, ce corps ayant une microstructure formée de grains équiaxes ou fortement équiaxes, ce corps étant de masse volumique théorique basée 32 - 3 2 sur une masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01, ce corps allant d'une phase unique de

mullite à une phase primaire de mullite et une phase secon-

daire représentant moins de 1 % en volume du volume total du corps, ce corps ayant une transmittance diffuse directe moyenne minimale de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs d'onde du visible allant de 0, 4 à 0,8 micromètres

Corps optiquement translucide selon la reven-

dication 9, caractérisé en ce que la phase secondaire est

A 1203.

11 Corps optiquement translucide selon la reven-

dication 9, caractérisé en ce que la phase secondaire est du verre. 12 Corps de mullite polycristallin optiquement translucide constitué d'environ 72,5 % en poids à environ 74,5 % de A 1203 le reste étant Si O 2,ce corps ayant

une microstructure allant d'une microstructure à grains co-

lonnaires à une microstructure à grains équiaxes et leurs combinaisons, ce corps étant de masse volumique théorique basée ce corps étant de masse volumique théorique basée sur une masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01, ce corps allant d'une phase unique de mullite à une

phase primaire de mullite et une phase secondaire représen-

tant moins de 1 % en volume du volume total du corps, ce

corps ayant une transmittance diffuse directe moyenne mini-

male de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs d'on-

de du visible allant de 0,4 à 0,8 micromètres.

13 Corps selon la revendication 12, caractérisé

en ce que la phase secondaire est du verre.

14 Corps de mullite polycristallin optiquement transparent constitué d'environ 74,5 % en poids à environ ,5 % en poids de A 1203 le reste étant Si O 2, ce corps ayant une microstructure grandement uniforme formée de grains équiaxes ou grandement équiaxes, ce corps étant de 2527591 i 33 masse volumique théorique basée sur une masse volumique de 3,16 g/cm 3 0,01 ou 3,17 g/cm 3 0,01 pour ce corps de

mullite, ce corps étant composé d'une phase unique de mulli-

te, et ayant une transmittance diffuse directe moyenne mini-

male de 70 % par 0,75 mm d'épaisseur pour les longueurs d'on- de du visible allant de 0,4 à 0,8 micromètres