FR2610923A1

FR2610923A1 - Refractaire leger a base de corindon et de mullite et son procede de preparation

Info

Publication number: FR2610923A1
Application number: FR8801931A
Authority: FR
Inventors: Kenichi Shibata; Shibata Kenichi; Kouichi Kimura; Kimura Kouichi; Tomohiko Hara; Hara Tomohiko; Tatsuo Takagi; Takagi Tatsuo
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1988-02-18
Publication date: 1988-08-19
Anticipated expiration: 2008-02-18
Also published as: GB2202842A; FR2610923B1; DE3805110C2; JPH0465030B2; DE3805110A1; JPS63206367A; US4849382A; GB8803405D0; GB2202842B

Abstract

LE REFRACTAIRE SELON L'INVENTION CONSISTE EN UN CORPS POREUX MOULE CONTENANT DES PARTICULES DE REFRACTAIRE ET DES FIBRES COURTES ALUMINEUSES LIEES LES UNES AUX AUTRES PAR DE LA MULLITE, LA STRUCTURE CRISTALLINE DUDIT REFRACTAIRE ETANT PRINCIPALEMENT COMPOSEE DE MULLITE ET DE CORINDON, LA TENEUR EN MULLITE ETANT D'AU MOINS 12 MOL DU TOTAL DE LA MULLITE ET DU CORINDON, LEDIT REFRACTAIRE ETANT SENSIBLEMENT EXEMPT DE SILICE LIBRE. APPLICATIONS : PRODUCTION DE COMPOSANTS ELECTRONIQUES CERAMIQUES ET D'ELEMENTS DE FOURS.

Description

La présente invention concerne une substance réfractaire

légère ayant une résistance à la chaleur améliorée. Plus particu-

lierement, la présente invention concerne un réfractaire Léger qui

supporte les chauffages et refroidissements répétés sans être endom-

magé et qui convient pour l'utilisation non seulement dans les auxiliaires de cuisson ou calcination comme les plateaux et

plinthes qui sont utilisés pour soutenir les éléments qui sont cal-

cinés pour produire divers produits céramiques tels que des compo-

sants électroniques céramiques (par exemple condensateurs cérami-

ques, supports d'alumine, dispositifs ferritiques, thermistors et

varistors), matériaux de glissement céramiques et poteries ordi-

naires, mais aussi dans les écrans thermiques et les supports pour

éléments chauffants utilisés dans divers fours à céramiques.

Les auxiliaires de cuisson et composants de fours céra-

miques mentionnés ci-dessus doivent présenter non seulement une résistance à la chaleur suffisamment élevée pour supporter des cycles répétés de chauffage et refroidissement, mais également des

degrés variables de résistance mécanique qui s'adaptent à des uti-

lisations spécifiques. En même temps, il est souhaitable qu'ils présentent de faibles niveaux de stockage de la chaleur par unité de volume et qu'ils soient légers afin que l'on puisse abaisser les

coûts d'énergie et augmenter les capacités de production en rédui-

sant le niveau d'énergie thermique consommée pendant les opérations dans le four et en raccourcissant la durée nécessaire pour réaliser le chauffage et le refroidissement. En particulier, on souhaite fortement que les auxiliaires de cuisson soient légers afin, en particulier, de faciliter le transport et d'autres aspects

des manipulations.

Un réfractaire Léger qui a été mis au point pour répondre à ces besoins est décrit dans la demande de brevet japonais publiée non examinée n 88378/84. Ce réfractaire est produit en ajoutant 0,5 - 10 parties en poids de silice amorphe à 100 parties en poids d'un agrégat constitué de 90 % en poids d'une poudre de matière première réfractaire telle qu'une matière à base d'alumine

ou de mullite et 10 - 50 % en poids de fibres d'une matière réfrac-

taire telle qu'une matière à base d'alumine ou de mullite, en

façonnant le méLange et en cuisant le mélange façonné à i 450 -

1 600 C.Cependant, le réfractaire Léger produit par ce procéde a une

teneur éLevée en alumine et subit une forte dilatation thermique.

Il n'est donc pas satisfaisant quant à la résistance à l'écaillage

os05 et au fluage.

Un objet de la présente invention est donc de proposer un réfractaire qui est Lég-er et qui a une résistance éLevée et qui présente encore un degré élevé de résistance à la chaleur et de durabilité. Un autre objet de la présente invention est de proposer un

procédé pour produire ce réfractaire Léger améLioré.

Selon La présente invention, on propose un réfractaire

Léger qui est un corps poreux moulé ayant des particules de réfrac-

taire et des fibres courtes Lumineuses liées les unes aux autres par de la mullite, la structure cristalline dudit réfractaire étant principalement composée de mullite et de corindon, la teneur en muLLite étant d'au moins 12 mol% de la somme de la mullite et du corindon, ledit réfractaire étant pratiquement exempt de silice libre. Selon l'invention également, on propose un procédé pour produire un réfractaire léger consistant à méLanger 10 - 30 % en

poids de silice amorphe avec des fibres courtes alumineuses poly-

cristallines coupées à une longueur de 20 - 2 000 pm ou un de leurs mélanges avec pas plus d'une quantité égale de particules de réfractaire, à mouler le méLange résultant et à cuire le méLange moulé à 1 400 - 1 600 C jusqu'à ce qu'on trouve qu'il ne contient

pas de cristobalite décelable.

Selon la présente invention, un réfractaire Léger est un corps poreux fritté dans lequel des particules de réfractaire, de fibres courtes alumineuses coupées à une longueur de pas plus de 2 000 pm et des fibres continues alumineuses coupées à une longueur de 1 - 40 mm sont liées ensemble par de la mulLite, la structure cristalline dudit réfractaire étant principalement composée de mulLite et de corindon, la teneur en mullite étant d'au moins 12 mol% de la somme de la mullite et du corindon, ledit réfractaire

étant sensiblement exempt de silice libre.

Selon un autre aspect de l'invention, un procédé pour la production d'un réfractaire Léger consiste à mélanger 10 - 30 % en

poids de silice amorphe avec des fibres courtes alumineuses poly-

cristallines coupées à une longueur de 20 - 2 000 pm et des fibres continues alumineuses polycristallines coupées à une longueur de 1 - 40 mm ou un de leurs mélanges avec pas plus d'une quantit égale de particules de réfractaire, à mouler le mélange résultant et à cuire le mélange moulé à 1 400 - 1 600 C jusqu'à ce qu'on

trouve qu'il ne contient pas de cristobalite décelable.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre en référence aux dessins annexes, dans

lesquels: la figure 1 est un spectre de diffraction des rayons X

représentant la structure cristalline de l'échantillon de réfrac-

taire préparé à l'exemple 1; la figure 2 est un spectre de diffraction des rayons X

représentant la structure cristalline de l'échantillon de réfrac-

taire préparé à l'exemple 6; et La figure 3 est un spectre de diffraction des rayons X

représentant la structure cristalline de l'échantillon de réfrac-

taire préparé à l'exemple comparatif 3.

Le réfractaire léger proposé par la présente invention est un corps poreux moulé dans lequel des particules de réfractaire,

des fibres courtes alumineuses et facultativement des fibres alu-

mineuses continues de 1 - 40 mm de long sont liées les unes aux

autres par de la mullite. La structure cristalline de ce réfrac-

taire léger est principalement composée de mullite et de corindon et la teneur en mullite est d'au moins 23 % en poids (12 mol %) de

La somme de la mullite et du corindon. Le réfractaire est sensible-

ment exempt de silice libre.

La présente invention propose également un procédé parti-

culièrement avantageux pour produire ce réfractaire léger. Le pro-

cédé consiste à mélanger 10 - 30 % en poids de silice amorphe avec

des fibres courtes alumineuses polycristallines couDées à une lon-

gueur de 20 - 2 000 pm ou un de leurs mélanges avec pas plus d'une quantité égale de particules de réfractaire, à mouler le mélange résultant et à cuire le mélange moulé à 1 400 - 1 600 C jusqu'à ce

qu'on trouve qu'il ne contient pas de cristobalite décelable.

Dans l'étape de cuisson du corps mouLé, la couche superfi-

cielle des fibres courtes alumineuses polycristallines réagit avec la silice amorphe ou la silice - cristobalite cristalline qui en résulte, avec production de mullite (3Al203.2Si02) qui sert de liant pour conférer la résistance au corps moulé. En comparaison avec le procédé antérieur décrit dans la demande de brevet japonais

publiée non examinée n 88378/84, le procédé de la présente inven-

tion est caractérisé par les deux aspects suivants: premièrement, les fibres alumineuses polycristallines ont des longueurs courtes telles qu'elles peuvent être uniformément mélangées avec les autres ingrédients des matières premières (spécialement la silice amorphe) sans que les fjbres soient emmêlées les unes avec les autres; deuxièmement, les fibres et la silice amorphe sont incorporées en

proportions élevées. La ter--ur éLevée en fibres contribue à amélio-

rer la résistance du produit final. La teneur en silice amorphe est augmentée et elle peut réagir copletemen, avec l'alumine pour former de

la mullite. Ceci permet d'assurer que la teneur en alumine du pro-

duit final soit suffisamment réduite pour améliorer sa résistance à

la chaleur.

Les fibres alumineuses polycristallines courtes sont préparées par découpage dans un broyeur à l'eau ou un broyeur à sec ou tout autre dispositif convenable. Des fibres de plus de 2 000 pm de long s'enchevêtrent les unes avec les autres pendant l'étape de mélange et empêchent un mélange intime avec les autres ingrédients de départ. Si la teneur en silice amorphe est augmentée dans ces conditions, la silice amorphe (ou la cristobalite qui en résulte pendant l'étape de cuisson) ne réagit pas uniformément avec les fibres alumineuses et une partie de la silice reste à l'état non transformé (c'est-à-dire sous forme de cristobalite) dans le produit final en altérant sa durabilité (la cristobalite elle-même a une bonne résistance à la chaleur, mais la forme cristalline qui est stable dans la gamme de températures plus élevées (> environ 250 C) diffère de la forme cristalline qui est stable dans la gamme de températures inférieures et un changement de volume se produit lorsque la cristobalite passe d'une forte cristalline à l'autre; en conséquence, l'existence de cristotbaLte dans un réfractaire peut provoquer des fissurations par suite des cycles de chauffage et refroidissement). Si la longueur des fibres courtes alumineuses polycristallines est de moins de 20 pm, elles

sont trop courtes pour produire un effet de renforcement satisfai-

sant. Une longueur de fibres particulièrement préférée est d'envi-

ron 50 à environ 500 pm, la moyenne étant d'environ 200 pm.

Les fibres courtes alumineuses polycristallines compren-

nent les suivantes: les fibres dont la phase cristalline consiste en environ 95 % d'A1203 à base d'alumine a et environ 5 % de SiC2; les fibres dont la phase cristalline consiste en environ 72 % d'At203 contenant de la mullite et environ 28 % de SiO2; les fibres dont la phase cristalline consiste en environ 80 % d'A1203 ayant à la fois de l'alumine " et de la mullite et environ 20 % de

SiO2; et les fibres à base du système A1203-SiO2-B203.

La silice amorphe est utilisée en quantité de 10 - 30 % en poids de la somme des fibres courtes alumineuses et des particules de réfractaire. Si la proportion de la silice amorphe est de moins de 10 % en poids, il ne reste probablement pas de silice libre dans le produit cuit, mais le produit final obtenu a une teneur élevée en alumine. Si la teneur en silice amorphe dépasse 30 % en poids, une partie de la silice amorphe reste sans réagir (c'est-à-dire sous forme de cristobalite) dans le produit,même si les fibres

alumineuses sont suffisamment courtes pour réaliser un mélange uni-

forme et même si la cuisson est effectuée complètement et il en

résulte une cause potentielle de mauvaise résistance à la chaleur.

Compte tenu de la présence de l'alumine ou mullite qui est intro-

duite sous la forme d'une poudre de réfractaire, il est souhaitable de régler la teneur en silice amorphe de telle sorte que le rapport

pondérai A1203 total/SiO2 soit dans la gamme de 70: 30 à 90: 10.

Il est avantageux que les particules de réfractaire soient sous la forme d'une poudre cristalline de haute pureté telle

qu'une poudre d'alumine, de mullite ou d'alumine-mullite. Si néces-

saire, on peut ajouter d'autres matières réfractaires telles que

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cordiérite, chamotte, argiles réfractaires et kaolin en quantités

allant jusqu'à environ 5 % en poids.

On peut utiliser un sol de silice comme silice amorphe.

Les ingrédients de départ décrits ci-dessus sont mélangés dans Les proportions spécifiées ci-dessus. Avant et après le mélange, on ajoute une quantité convenable d'eau pour amener le mélange à l'état humide ou de suspension épaisse. Le mélange ainsi préparé est moulé par une technique classique de façonnage avec déshydratation. Il est souhaitable d'effectuer le moulage dans des

conditions telles que le produit final obtenu ait une densité appa-

rente dans la gamme d'environ 0,5 - 1,5. Lorsque le corps moulé est cuit à environ 1 400 - 1 600 C après séchage, une partie de la couche superficielle des fibres courtes alumineuses qui restent intactes réagit avec la silice amorphe ou la cristobalite qui s'est formée à

partir de celle-ci avec production de mullite, le reste étant sta-

bilisé sous la forme de corHndon. Lorsque la cuisson est poursuivie pendant environ 1 - 10 h jusqu'à ce que toute la cristobalite soit

consommée dans cette réaction, on obtient un produit dont la struc-

ture cristalline est essentiellement composée de corindon et de mullite, cette dernière étant d'environ 12 - 90 mol% du produit. Si le produit contient de la cristobalite résiduelle en raison d'une cuisson insuffisante, il présentera le défaut ci-dessus inhérent

aux produits contenant de la cristobalite. L'absence de cristoba-

lite peut être vérifiée par des techniques classiques de diffrac-

tion des rayons X par les poudres.

Dans le réfractaire Léger selon l'invention qui est produit par les modes opératoires ci-dessus, les fibres courtes à

base de corindon ayant une longueursuffisante pour servir de renfor-

cement et les particules de réfractaire sont liées les unes aux autres par la mullite aux points de contact mutuel, en produisant

ainsi un grand nombre de pores fins dans la structure du réfrac-

taire. Une porosité typique et préférée est dans la gamme d'environ %. Un réfractaire ayant une porosité dans cette gamme a une densité apparente de 0,5 - 1,5 et présente une capacité calorifique par unité de volume qui est environ la moitié à un sixième de la

valeur des réfractaires denses a base d'alumine.

Le réfractaire léger de la présente invention peut être utilisé immédiatement comme matériau pour auxiliaires de cuisson ou composants de fours céramiques. Il peut, selon le besoin, être utilisé dans ces applications après avoir été coupé à une forme

convenable ou muni d'un revêtement superficiel résistant à la cha-

leur (par exemple un revêtement de zircone).

Selon un autre aspect, la présente invention propose un réfractaire léger qui est un corps fritté poreux dans lequel des fibres courtes alumineuses d'une longueur de pas plus de 2 000 pm,

des fibres alumineuses continues coupées à une longueur de 1 -

mm et des particules de réfractaire sont liées les unes aux

autres par de la mullite.

La présente invention propose également un procédé parti-

culièrement avantageux pour produire ce réfractaire léger. Le procédé consiste à mélanger 10 - 30 % en poids de silice amorphe avec des fibres courtes alumineuses polycristallines coupées à une

longueur de 20 - 2 000 pm et des fibres continues alumineuses poly-

cristallines coupées à une longueur de 1 - 40 mm ou un de leurs mélanges avec pas plus d'une quantité égale de particules de réfractaire, à mouler le mélange résultant et à cuire le mélange moulé à 1 400 - 1 600 0C jusqu'à ce qu'on trouve qu'il ne contient

pas de cristobalite décelable.

Dans l'étape de cuisson du corps moulé, la couche super-

ficielle des fibres alumineuses polycristallines réagit avec la silice amorphe ou la silice-cristobalite cristalline qui en résulte avec production de mullite (3Al203.2Si02) qui sert de liant pour donner la résistance au corps moulé. En comparaison avec le procédé antérieur décrit dans la demande de brevet japonais publiée non examinée n 88378/84, le procédé de la présente invention est caractérisé par les deux aspects suivants: premièrement, une

partie (de préférence la totalité) des fibres alumineuses polycris-

tallines sont coupées à des longueurs assez courtes pour pouvcir être mélangées uniformément avec les autres ingrédients de départ (spécialement la silice amorphe) sans que les fibres soient enchevêtrées les unes avec les autres; deuxièmement, les fibres et la silice amorphe sont incorporées en proportions élevées. La

teneur élevée en fibres contribue à améliorer la résistance du pro-

duit final. La teneur en silice amorphe est augmentée et elle peut réagir complètement avec l'alumine pour former de la mullite. ceci permet de diminuer suffisamment la teneur en alumine du produit

final pour améliorer sa résistance à la chaleur.

Les fibres alumineuses polycristallines courtes (< 2 000 pm) qui sont utilisées comme l'un des ingrédients sont préparées en coupant les fibres alumineuses polycristallines avec un broyeur à l'eau ou un broyeur à sec ou tout autre dispositif

convenable. Bien que l'on utilise des fibres alumineuses de 1 -

mm de long comme autre ingrédient, les fibres alumineuses poly-

cristalLines courtes ne doivent pas avoir plus de 2 000 pm de long.

La masse contenant ces fibres courtes présente une nature qui ressemble à celle d'une poudre et se mélange bien avec les autres ingrédients sous forme de poudre. Des fibres de plus de 2 000 pm de

long, et spécialement celles ayant un petit diamètre, sont enchevê-

trées les unes avec les autres pendant l'étape de mélange et empê-

chent le mélange intime avec d'autres ingrédients sous forme de

- poudre. Si la teneur en silice amorphe est augmentée dans ces con-

ditions, la silice amorphe (ou la cristobalite qui en résulte pen-

dant l'étape de cuisson) ne réagit pas uniformément avec les fibres alumineuses polycristallines et une partie de la silice reste inchangée (c'est-à-dire sous forme de cristobalite) dans le produit final en altérant sa durabilité La cristobalite elle-même a une bonne résistance à la chaleur, mais la forme cristalline qui est stable dans la gamme de températures supérieures (> environ 250 C) diffère de la forme cristalline qui est stable dans la gamme de températures inférieures et un changement de volume se produit lorsque la cristobalite passe d'une forme cristalline à l'autre; en conséquence, l'existence de cristobalite dans un réfractaire peut provoquer des fissurations par suite des cycles de chauffage et refroidissement]. Si la longueur de fibres est trop courte, il

devient difficile d'obtenir un produit qui ait une densité appa-

rente faible et qui présente une résistance et une durabilité éle-

vées. En conséquence, la limite inférieure pour la longueur des

fibres courtes alumineuses poLycristallines est d'environ 20 pm.

Une longueur de fibres particulièrement préférée est d'environ 50 a

environ 500 pm, la moyenne étant d'environ 200 pm.

Les fibres continues alumineuses polycristallines qui sont incorporées comme autre composant fibreux ont de préférence une longueur de 1 - 40mm, la valeur optimale étant

dans la gamme de 2 - 20 mm. Les fibres continues sont principale-

ment utilisées en vue du renforcement du produit, de sorte que l'on

doit veiller à une dispersion uniforme des fibres qui sont utili-

sées en faible quantité (avantageusement d'environ 0,5 - 10 % en poids de la totalité des fibres alumineuses polycristallines et des particules de réfractaire). Une longueur de fibres préférée est dans la gamme de 2 mm. L'utilisation de fibres trop longues ou en trop grande quantité produit une structure hétérogène qui altère les propriétés physiques du produit au lieu de les améliorer. Les

fibres continues alumineuses polycristallines peuvent être iden-

tiques aux fibres courtes alumineuses polycristallines (< 2 000 pm) sauf pour la longueur. On préfère cependant utiliser des fibres continues assez épaisses (5 - 20 pm de diamètre) puisqu'elles sont résistantes à l'enchevêtrement pendant le mélange des ingrédients de départ et parce qu'elles confèrent une bonne aptitude au moulage en servant de noyau pour l'agglomération des ingrédients sous forme de poudre. Des fibres particulièrement appropriées à cet effet sont des filaments continus coupés à des longueurs courtes, comme des fils coupés (pourvu qu'ils soient faiblement maintenus ensemble sous forme de faisceaux de manière à permettre une désintégration

facile en fibres isolées). Les fibres préparées à partir de fila-

ments continus sont uniformes non seulement en ce qui concerne le diamètre de fibres (a la fois dans les monofilaments et entre eux), mais également en ce qui concerne la longueur de fibres, de sorte qu'une faible quantité de fibres ayant des propriétés optimales est

suffisante pour atteindre des effets de renforcement satisfaisants.

Les fibres alumineuses polycristallines comprennent les

suivantes: les fibres dont la phase cristalline consiste en envi-

ron 95 % d'A1203 à base d'alumine î et environ 5 % de SiO2; celles

dont la phase cristalline consiste en environ 72 % d'A1203 conte-

nant de la mullite et environ 28 % de SiO2; celles dont la phase cristalline consiste en environ 80 % d'AL203 renfermant à la fois de l'alumine a et de la muLLite et environ 20 % de SiO2; et celles

à base du système A1203-SiO2-B203.

Pour les raisons qui seront indiquées dans Les exemples 1

à 5 ci-après, la silice amorphe est utilisée en quantité de 10 -

% en poids du total des fibres alumineuses polycristallines et

des particules réfractaires.

Les particules réfractaires sont avantageusement sous la forme d'une poudre cristalline de haute pureté telle qu'une poudre

d'alumine, de mullite ou d'alumine-mullite. Ces poudres sont avan-

tageusement utilisées en quantités de 5 à 100 parties en poids pour parties en poids des fibres alumineuses polycristaLLines. Si

nécessaire, on peut également utiliser d'autres matériaux réfrac-

taires tels que cordiérite, chamotte, argiles réfractaires et

kaolin en quantités allant jusqu'à 5 % en poids.

Les ingrédients de départ décrits ci-dessus sont mélangés dans des proportions spécifiées ci-dessus. Avant et après le mélange, on ajoute une quantité convenable d'eau pour mettre le mélange sous une forme humide ou de suspension épaisse. Le mélange ainsi préparé est moulé par une technique classique de moulage avec déshydratation. Le moulage est avantageusement effectué dans des

conditions telles que le produit final obtenu ait une densité appa-

rente dans la gamme d'environ 0,5 - 1,5. Lorsque le corps moulé est cuit à environ 1 400 - 1 600 0C après séchage, une partie de la couche superficielle des fibres courtes alumineuses qui restent intactes réagit avec la silice amorphe ou la cristobalite qui s'est formée à partir de celle-ci, avec production de mullite, le reste

étant stabilisé sous forme de corindon. Si la cuisson est poursui-

vie pendant environ 1 - 10 h jusqu'à ce que toute la cristobalite soit consommée dans cette réaction, on obtient un produit dont la structure cristalline est sensiblement composée de corindon et de

mullite, cette dernière constituant environ 12 - 90 % du produit.

Si le produit contient de la cristobalite résiduelle par suite d'une cuisson insuffisante, il présente le défaut ci-dessus

mentionné inhérent aux produits contenant de la cristobalite.

L'absence de cristobalite peut être vérifiée par des tecnsîqes

classiques de diffraction des rayons X par les poudres.

Dans le réfractaire Léger de la présente invention proouit par les procédés décrits ci-dessus, Les trois composants suivants, c'est-à-dire les fibres à base de corindon qui sont courtes (< 2 000 pm) mais qui gardent ceendant une forme de fibres, les fibres à base de corindon plus longues qui produisent d'excellents effets de renforcement et les particules de réfractaire, sont liées les unes aux autres par la mullite aux points de contact mutuel, en produisant ainsi un grand nombre de pores minces dans la structure du réfractaire. Une porosité typique et préférée est dans la gamme d'environ 50 - 80 %. Un réfractaire ayant une porosité dans cette gamme a une densité apparente de 0,5 - 1,5 et présente une capacité calorifique par unité de volume qui est à peu près la moitié à un

sixième de la valeur pour les réfractaires denses à base d'alumine.

Le réfractaire Léger de la présente invention peut être utilisé immédiatement comme matériau pour auxiliaires de cuisson ou

composants de fours céramiques. Selon le besoin, il peut être uti-

lisé dans ces applications après avoir éte découpé dans une forme convenable ou muni d'un revêtement superficiel résistant à la

chaleur (par exemple revêtement de zircone).

Le réfractaire Léger produit par l'un ou l'autre des deux procédés de la présente invention contient une grande quantité de mullite ayant de meilleures propriétés thermiques que l'alumine et il est pratiquement exempt de silice libre. Bien que ce réfractaire

soit préparé à partir de fibres alumineuses, il présente une dura-

bilité tres supérieure à celle de l'un quelconoue des réfractaires

Légers à forte teneur en alumine de la technique antérieure.

L'efficacité de renforcement par les fibres alumineuses coupées à

des longueurs courtes est si élevée que l'on peut facilement obte-

nir des produits ayant une densité apparente d'environ 1,0 ou moirs

et qui présentent cependant des résistances éminemment satisfai-

santes pour les applications pratiques. En outre, Les produits

peuvent facilement être découpés dans la forme souhaitée.

Les exemples et exemples comparatifs suivants illustrent

l'invention sans toutefois en limiter la portée.

Exemples 1 à 5 et exemples comparatifs 1 à 8

Dans ces exemples, on utilise les ingrédients de départ sui-

vants: fibres alumineuses polycristallines: diamètre de fibres

3 pm; longueur moyenne de fibres 50 mm; teneur en A1203 95 %.

Ces fibres sont "traitées" par désintégration et coupe dans

un triturateur à des longueurs de fibres d'environ 50 - 500 pm.

Poudre de réfractaire: alumine frittée.

Silice amorphe: sol de silice.

Le procédé se déroule de la manière suivante: on disperse

dans l'eau les fibres alumineuses cristallines et la poudre de ré-

fractaire. Apres addition de silice amorphe, on agite le mélange, on le déshydrate par aspiration et on le moule. Le corps moulé est

séché à l'air chaud et cuit pendant 3 h à 1 500 - 1 600 C.

On effectue une série d'expériences en faisant varier les proportions d'ingrédients oe départ et les conditions de traitement comme indiqué dans le tableau I ci-après. Les résultats obtenus

sont également indiqués dans le tableau I. Les valeurs caractéris-

tiques données dans le tableau I sont obtenues par mesure selon les

techniques d'essai suivantes.

Résistance à la flexion: en utilisant une éprouvette de 6 mm d'épaisseur, 25 mm de large et 75 mm de long, on effectue des mesures avec un écartement de 50 mm à une vitesse de charge de

0,2 mm/min soit à la température ambiante, soit à 1 400 C.

Résistance à l'écaillage: on place une éprouvette de 6 mm d'épaisseur, 200 mm de large et 200 mm de long dans un four o (600 C), on la chauffe pendant 1 h et ensuite on la refroidit à l'air. Si l'on ne trouve pas de fissure, on effectue 30 cycles de

choc thermique par le même mode opératoire. Résistance au fluage: on place une éprouvette de 6 mm d'é-

paisseur, 200 mm de large et 200 mm de long en appui sur ses quatre coins sur des supports ayant une surface de support de 15 mm x 15 mm et une hauteur de 20 mm. On place des charges de 3 kg sur

l'éprouvette de telle manière qu'elles soient uniformément distri-

buées. On place l'éprouvette dans un four (1 400 0C) et on la chau±

fe pendant 24 hpuis on mesure la flèche maximale dans l'éprouvette.

Tableau I

Caractéristiques du produit Echantitlon Ingrédients de départ Structure cristalline résistance à la (parties en poids) Température du produit (mol%) flexion (k /cm résistance à résistance au fibres alumine sol de de cuisson corirrn- cristo- densité temrpérature 1 400 C l'écaillage flyage alumineuses frittée silice ( C) don mullite balite apparente armbiante 1 2 Exemple non traitées comparatif 1 (30) 70 5 1 500 95,0 5,0 - 0,89 94 32 1 3,2 2 do. (30) 70 5 1600 93,7 6,3 - 0,92 102 38 1 3,1 3 do. (30) 70 20 1 500 62,6 6,4 30,9 0,93 124 53 1 0,7 4 do. (70) 30 20 1500 64,2 17,8 18, 0 0,62 60 28 > 30 4,5 traitées

(30) 70 20 1500 70,3 20,8 8,9 1,10 162 71 1 0,5

6 do. (70) 30 5 1500 92,3 7,2 - 0,88 102 41 12 2,7 w 7do. (70) 30 5 1600 91,2 8,8 - 0,94 115 45 14 2,5 8 do. (70) 30 40 1500 - 75,8 24,2 1,02 156 65 3 2,3 traitées Exemple 1 (70) 30 20 1500 64,2 35,8 - 0,90 142 83 > 30 0,2 2do. (100) 0 20 1500 59,2 40,8 - 0,81 102 54 > 30 1,3 3 do. (50) 50 20 1 500 67,6 32,4 - 0,97 151 92 21 0,1 4 do. (70) 30 10 1500 84,3 15,7 0,86 117 63 > 30 1,1 do. (70) 30 30 1500 26,5 73,5 - 0,98 148 81 24 0,5

1 *2

1 Nombre de cycles de chauffage jusqu'à fissuration 2 Flèche (mm) co N> Exemples 6 à 8 et exemcles comparatifs 9 à 14 Dans ces exemples, on utilise les ingrédients de départ suivants: fibres alumineuses polycristallines: fibres "non traitées": diamètre de fibres 3 pm; longueur moyenne de fibres environ 50 mm, 95 % d'A1203; 5 % de SiO2; fibres "très courtes":

les fibres "non traitées" sont désintégrées et coupées dans un tri-

turateur à des longueurs de fibres d'environ 50 - 500 pm.

Fibres de renforcement: fibres alumineuses polycristal-

lines Al203-B203-SiO2 fils coupés consistant en 68 % d'A1203 27 % de SiO2 et 5 % de B203; diamètre de monofilament 15 pm; longueur

mm, sauf dans les exemples comparatifs 13 (0,5 mm) et 14 (50 mm).

En utilisant ces ingrédients, on produit des échantillons

de réfractaires légers comme dans les exemples 1 - 5.

On effectue une série d'expériences en faisant varier les proportions d'ingrédients de départ et les conditions de traitement comme indiqué dans le tableau II ci-après. Les résultats obtenus

sont également indiqués dans le tableau II. Les valeurs caractéris-

tiques données dans le tableau II sont obtenues par des mesures effectuées selon les mêmes modes opératoires que dans les exemples

1 - 5 et les exemples comparatifs 1 - 8.

Tableau II

Echantiltlon Fibres alunineuses (parties en poids) Atumine Sol de Résistance à la fibres de fritke silice flexion (kq/rrc2n) Résistance à l'écaillage fibres non fibres très renforce- (parties (parties Densité Tenpérature 1 /400C traitées courtes ment en poids) en poids) apparente ambiante 600 C 700 C 800 C Exemple 6 70 2,5 30 20 0,90 138 79 > 30 > 30 21

7 50 5 50 20 0,94 155 88 > 30 > 30 12

8 90 2,5 10 20 0,85 94 40 > 30 > 30 > 30

* Ex. cci). 9 30 70 5 0,83 94 32 1 - -

30 70 20 1,10 162 71 1 - -

11 30 10 70 20 0,95 122 58 3 - -

12 70 15 30 20 0,50 42 19 > 30 > 30 > 30

13 70 10 (0,5 m) 30 20 0,85 95 35 >30 13 1 14 70 5(50 mmn) 30 20 0,70 62 23 24 5 1 rj 0s N

26 1 0923

Les structures cristallines des échantillons préparés

dans les exemples 1 et 6 et l'exemple comparatif 3 sont représen-

tées dans les spectres de diffraction des rayons X des figures

1, 2 et 3, respectivement.

Comme on le voit dans les spectres des figures 1 et 2, les

produits des exemples 1 et 6 selon l'invention contiennent ducorin-

don et de la mullite, sans cristobalite, tandis que le produit de l'exemple comparatif 3 (figure 3) contient de la cristobaliteen plus

du corindon, mais pas de mullite.

IL est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illustration et que l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit

de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Réfractaire Léger caractérisé en ce qu'il consiste en un corps poreux moulé contenant des particules de réfractaire et des fibres courtes alumineuses liées les unes aux autres par de la

mullite la structure cristalline dudit réfractaire étant principa-

lement composée de mullite et de corindon, la teneur en mulLite étant d'au moins 12 mol% du total de la mullite et du corindon,

ledit réfractaire étant sensiblement exempt de silice libre.

2. Réfractaire Légen selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules de réfractaire sont choisies parmi

l'alumine, la mullite et l'alumine-mullite.

3. Procédé pour la fabrication d'un réfractaire léger, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 10 - 30 % en poids de silice amorphe avec des fibres courtes alumineuses poLycristalLines coupées à une Longueur de 20 2 000 pm ou un de ces mélanges avec pas plus d'une quantité égale de particules de réfractaire, à

mouler le méLange résultant et à cuire Le mélange moulé à 1 400 -

i 6000C jusqu'à ce qu'on trouve qu'il ne contient pas de cristoba-

lite décelable.

4. Procédé seLon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites particuLes de réfractaire sont choisies parmi l'alumine,

la muLLite et l'aLumine-mullite.

5. Réfractaire Léger caractérisé en ce qu'il consiste en un corps poreux mouLé dans lequel des particules de réfractaire, des fibres courtes alumineuses coupées à une longueur de pas plus

de 2 000 pm et des fibres continues alumineuses coupées à une lon-

gueur de 1 - 40 mm sont liées les unes aux autres par de la

mullite, la structure cristalline dudit réfractaire étant principa-

ledit réfractaire étant sensiblement exempt de silice libre.

6. Réfractaire Léger selon la revendication 5, caractérisé

en ce qu'il a une densité apoarente de 0,5 - 1,5.

7. Procédé pour la production d'un réfractaire Léger, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 10 - 30 % en poids de

2 610923

silice amorphe avec des fibres courtes alumineuses polycristallines

coupées à une Longueur de 20 - 2 000 pm et des fibres contirue-

alumineuses polycristallines coupées à une longueur de 1 - 40 mm ou

un de leurs mélanges avec pas plus d'une quantité égale de parti-

cules de réfractaire, à mouler le mélange résultant et à cuire le mélange moulé à 1 400 - 1 600 C jusqu'à ce qu'on trouve qu'il ne

contient pas de cristobalite décelable.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites particules de réfractaire sont des particules d'alumine,

de mullite ou d'alumine-mullite.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres continues alumineuses polycristallines sont utilisées en quantités de 0,5 - 10 % en poids du total des fibres alumineuses

polycristallines et des particules de réfractaire.

10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce

que les fibres continues a umineuses polycristallines ont une lon-

gueur de 2 - 20 mm et un diamètre de 5 - 20 pm.

11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce

que les fibres continues alumineuses polycristallines sont décou-

pées dans des filaments continus.