FR3108905A1 - Zircone coloree - Google Patents

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Abstract

Mélange particulaire présentant la composition chimique suivante, en pourcentages massiques sur la base des oxydes : - ZrO2 + HfO2 + Y2O3 + CeO2 : complément à 100% ; - 0% ≤ Al2O3 ≤ 1,5% ; - oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2 et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 0,5% et 12% ; les teneurs en Y2O3 et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3 et CeO2, étant telles que - 1,8% ≤ Y2O3 ≤ 3% et - 0,1% ≤ CeO2 ≤ 0,9%,le mélange particulaire comportant entre 0,5% et 10% d’un pigment oxyde, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire,la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, étant inférieure à 2%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes. Pas de figure d’abrégé

Description

ZIRCONE COLOREE
Les produits frittés à base de zircone sont notamment couramment utilisés pour la fabrication d’articles décoratifs tels que des bijoux, des montres, des bracelets, des broches, des épingles de cravate, des colliers, des sacs à main, des téléphones, du mobilier, ou des ustensiles ménagers, ainsi que pour des pièces structurales.
Pour obtenir une couleur, un pigment oxyde peut être ajouté à la zircone. Par exemple, US 2007/270304 décrit un produit de zircone incorporant un pigment oxyde présentant une structure spinelle à base de cobalt, de zinc, de fer et d’aluminium. JP 2005-289721, EP 0 678 490 et EP 2 448 881 fournissent d’autres exemples de pigments oxydes.
Les produits en zircone colorée doivent présenter une bonne résistance aux chocs ainsi qu’une bonne résistance au vieillissement hydrothermal, c’est-à-dire une bonne résistance à la dégradation dans un environnement humide et à une température supérieure ou égale à 50°C, conditions notamment rencontrées lors de l’étape d’usinage ou de polissage du produit en zircone colorée. La résistance au vieillissement hydrothermal est une propriété importante car elle permet l’obtention de produits de zircone colorée présentant une ténacité élevée après usinage ou polissage.
Les produits frittés de zircone yttriée colorée comportant typiquement une quantité molaire de Y2O3égale à 3% présentent une bonne résistance au vieillissement hydrothermal mais une ténacité faible. Les produits frittés de zircone yttriée colorée comportant typiquement une quantité molaire de Y2O3égale à 2% présentent une bonne ténacité, mais une résistance au vieillissement hydrothermal faible.
Il existe donc un besoin pour un produit fritté de zircone colorée présentant un meilleur compromis entre ténacité et résistance au vieillissement hydrothermal.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.
Selon l’invention, on atteint ce but au moyen d’un mélange particulaire présentant la composition chimique suivante, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
- ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
- 0% ≤ Al2O3≤ 1,5% ;
- oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 0,5% et 12% ;
les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que 1,8% ≤ Y2O3≤ 3% et 0,1% ≤ CeO2≤ 0,9%,
le mélange particulaire comportant entre 0,5% et 10% d’un pigment oxyde, en pourcentage massique sur la base des oxydes,
la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, étant inférieure à 2%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, les inventeurs ont découvert qu’une faible teneur en CeO2permet, de manière inattendue, de fabriquer, avec un mélange particulaire selon l’invention, un produit fritté de zircone colorée qui présente un excellent compromis entre ténacité et résistance au vieillissement hydrothermal, quelle que soit la teneur en Y2O3, pourvu qu’elle reste comprise entre 1,8% et 3%.
Parmi les « autres oxydes », on distingue les autres oxydes qui sont inclus dans le pigment oxyde et les autres oxydes qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde.
Les autres oxydes qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde représentent de préférence moins de 1,5%, de préférence moins de 1%, de préférence encore moins de 0,5%, de préférence moins de 0,2%, de préférence moins de 0,1%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes. Les autres oxydes qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde sont de préférence des impuretés.
Dans le mélange particulaire, ZrO2et/ou HfO2sont de préférence apportés, pour plus de 90%, plus de 95%, de préférence 100%, en pourcentage massique sur la base des oxydes, sous forme de zircone et/ou d’hafnie, de préférence en partie ou totalement stabilisée(s) avec Y2O3et/ou CeO2. ZrO2et/ou HfO2peuvent être également apportés, totalement ou partiellement, sous forme de précurseur de zircone et/ou d’hafnie, un précurseur de zircone ou d’hafnie étant un ensemble d’un ou plusieurs constituants, qui, lors d’un frittage d’un procédé selon l’invention, se transforme en zircone ou en hafnie, respectivement.
Dans le mélange particulaire, Y2O3et/ou CeO2peuvent être apportés, pour plus de 90%, plus de 95%, de préférence 100%, en pourcentage massique sur la base des oxydes, sous forme d’yttrine et/ou de cérine. Y2O3et/ou CeO2peuvent être également apportés, totalement ou partiellement, sous forme de précurseur d’yttrine et/ou de cérine, un précurseur d’yttrine et/ou de cérine étant un ensemble d’un ou plusieurs constituants, qui, lors d’un frittage d’un procédé selon l’invention, se transforme en yttrine et/ou en cérine, respectivement.
Le mélange particulaire selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
  • le mélange particulaire est constitué d’oxydes pour plus de 99% de sa masse ;
  • le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur de zircone ;
  • plus de 95% du zirconium, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement tout le zirconium est présent sous la forme de zircone ZrO2;
  • le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur d’hafnie ;
  • plus de 95% de l’hafnium, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement tout l’hafnium est présent sous la forme d’hafnie HfO2;
  • le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur d’yttrine ;
  • plus de 95% de l’yttrium, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement tout l’yttrium est présent sous la forme d’une zircone au moins partiellement stabilisée à Y2O3et/ou d’yttrine Y2O3;
  • le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur de cérine ;
  • plus de 95% du cérium, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement tout le cérium est présent sous la forme de cérine CeO2;
  • la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2;
  • la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2;
  • la teneur en pigment oxyde est supérieure à 2% et inférieure 8%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
  • la teneur en Al2O3, en pourcentages en masse sur la base des oxydes, est supérieure ou égale à 0,2% et inférieure ou égale à 1,2%, ou inférieure à 0,1% ;
  • le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur d’alumine ;
  • plus de 95%, de préférence plus de 99% de l’aluminium, de préférence sensiblement tout l’aluminium est présent sous la forme d’alumine Al2O3;
  • les particules du pigment oxyde comportent, de préférence sont constituées pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de leur masse, en un matériau choisi parmi :
    - les oxyde(s) de structure pérovskite, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
    - les oxydes de structure spinelle, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
    - les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par le fer, le chrome et les mélanges de fer et de chrome,
    - les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
    - et leurs mélanges ;
  • le pigment oxyde ne comporte pas l’élément aluminium et/ou ne comporte pas l’élément cérium et/ou ne comporte pas l’élément yttrium et/ou ne comporte pas l’élément zirconium ;
  • le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de magnésium et de zinc et de chrome, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome et de fer, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cobalt et de chrome, un spinelle de cuivre et de chrome, un spinelle de cobalt et de titane, un spinelle de fer et de titane, un spinelle de zinc et de fer, un spinelle de zinc et de fer et de chrome, un spinelle de cobalt et d’étain, un spinelle de nickel et de fer, un spinelle de fer et de manganèse et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome, et leurs mélanges ;
  • le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0 et inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et leurs mélanges ;
  • le mélange particulaire présente une taille médiane (D50) inférieure à 2 µm et/ou un rapport (D90-D10)/D50inférieur à 2.
L’invention concerne également un produit intermédiaire constitué de particules liées au moyen d’un liant organique, lesdites particules formant ensemble, après déliantage du produit intermédiaire, un mélange particulaire selon l’invention.
Bien entendu, le déliantage doit être effectué dans des conditions qui ne modifient sensiblement pas les caractéristiques (composition, dimensions, surface spécifique, …) des particules du mélange particulaire. En particulier, le déliantage peut être réalisé à une température suffisamment faible pour ne pas modifier lesdites particules. Le déliantage peut être également, par exemple, un déliantage solvant.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un produit fritté de zircone colorée, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
a) préparation d’une charge de départ comportant un mélange particulaire selon l’invention, optionnellement sous la forme d’un produit intermédiaire selon l’invention, et optionnellement un ou plusieurs constituants organiques ;
b) mise en forme de ladite charge de départ de manière à obtenir une préforme ;
c) frittage de ladite préforme à une température supérieure ou égale à 1300°C, de manière à obtenir un produit fritté de zircone colorée.
L’invention concerne aussi un produit fritté de zircone colorée présentant une analyse chimique telle que, en pourcentages en masse sur la base des oxydes :
- ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
- 0% ≤ Al2O3≤ 1,5% ;
- oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 0,5% et 12% ;
les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que 1,8% ≤ Y2O3≤ 3% et 0,1% ≤ CeO2≤ 0,9%,
entre 0,5% et 10% des phases oxydes étant en un pigment oxyde, en pourcentages massiques sur la base des oxydes,
la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, de préférence des impuretés, étant inférieure à 2%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
Un produit fritté de zircone colorée selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
  • la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2;
  • la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2;
  • la teneur en pigment oxyde est supérieure à 2% et inférieure 8%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
  • la fraction de zircone monoclinique est inférieure à 10% ;
  • plus de 95%, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement 100%, en pourcentage massique, du cérium et/ou de l’yttrium et/ou du zirconium et/ou de l’aluminium est hors du pigment oxyde ;
  • plus de 95%, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement 100%, en pourcentage massique, du cérium et de l’yttrium et du zirconium sont hors du pigment, sous forme d’une zircone au moins partiellement stabilisée ;
  • plus de 95%, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement 100%, en pourcentage massique, de l’aluminium est hors du pigment, sous forme d’alumine ;
  • le pigment oxyde comporte, de préférence est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un matériau choisi parmi :
    - les oxyde(s) de structure pérovskite,
    - les oxydes de structure spinelle,
    - les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par formé par le fer, le chrome et un mélange de fer et de chrome,
    - les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
    - et leurs mélanges ;
  • le produit fritté de zircone colorée est constitué pour plus de 99% de sa masse d’oxydes, et/ou présente une taille moyenne de grains inférieure à 2 µm, et/ou présente une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm ;
  • le produit fritté de zircone colorée :
    - présente une composition chimique telle que, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :
    - 0% ≤ Al2O3≤ 1,2% ;
    - oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, de préférence impuretés : < 1%,
    les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, et la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, et
    - contient 3% à 7% d’un pigment oxyde constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0 et inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et leurs mélanges ;
    - présente une taille moyenne de grains inférieure à 1,5 µm, et une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm.
  • le produit fritté de zircone colorée est obtenu ou susceptible d’avoir été obtenu à partir d’un procédé de fabrication selon l’invention.
L'invention concerne également un produit fritté de zircone colorée obtenu ou susceptible d’être obtenu par un procédé de fabrication selon l’invention.
L’invention concerne enfin un dispositif choisi dans le groupe formé par un bijou, une montre, un bracelet, un collier, une bague, une broche, une épingle de cravate, un sac à main, un téléphone, un meuble, un ustensile ménager, une poignée, un interrupteur, un bouton, un placage, une partie visible d’un équipement de bien de consommation, une partie de monture de lunettes, un article de vaisselle, un pion de soudage et un cadre, ledit dispositif comportant un produit fritté selon l'invention ou fabriqué suivant un procédé selon l’invention.
Définitions
  • Classiquement, on appelle « frittage » la consolidation par traitement thermique à au moins 1100°C d’un agglomérat granulaire (« préforme »), avec éventuellement une fusion, partiellement ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants).
  • Les « grains » d’un produit fritté sont constitués des particules du mélange particulaire agglomérées par le frittage.
  • On appelle « percentiles » 10 (noté D10), 50 (noté D50) et 90 (noté D90) d’une poudre ou d’un mélange particulaire, les tailles de particules correspondant aux pourcentages égaux respectivement à 10%, 50% et 90%, en masse, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles de particules de la poudre ou du mélange particulaire respectivement, lesdites tailles de particules étant classées par ordre croissant. Selon cette définition 10% en masse des particules de la poudre ou du mélange particulaire ont ainsi une taille inférieure à D10et 90% des particules, en masse, présentent une taille supérieure ou égale à D10. Les percentiles peuvent par exemple être déterminés à l’aide d’un granulomètre laser.
  • On appelle « taille médiane » d’une poudre de particules ou d’un mélange particulaire, le percentile 50, D50. La taille médiane divise donc les particules de la poudre ou du mélange particulaire, en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une taille supérieure ou égale, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.
  • On appelle « taille moyenne » des grains d’un produit fritté, la dimension mesurée selon une méthode de « Mean Linear Intercept ». Une méthode de mesure de ce type est décrite dans la norme ASTM E1382.
  • Une structure cristallographique pérovskite correspond classiquement à un agencement particulier d’éléments dans des sites classiquement appelés « sites A » et « sites B ». On appelle habituellement « éléments A » et « éléments B » les éléments disposés sur les sites A et B, respectivement.
Parmi les composés présentant une structure cristallographique pérovskite, on distingue en particulier les « oxydes de structure pérovskite ». Ces oxydes comprennent notamment des composés de formule ABO3. Tous les sites A et/ou B ne sont pas toujours occupés par des éléments A et/ou B, respectivement.
Par exemple, un oxyde de lanthane – manganèse (LM) de structure pérovskite est un composé où l’élément A est du lanthane et l’élément B est du manganèse. Sa structure est classiquement définie par une formule du type LaMnO3. Un autre exemple peut être un oxyde de lanthane – cobalt – fer – manganèse de structure pérovskite où l’élément A est du lanthane et l’élément B est un mélange de cobalt, de fer et de manganèse défini par une formule du type LaCoxFeyMnzO3, avec x + y + z = 1, x, y et z étant les fractions molaires des éléments cobalt, fer et manganèse, respectivement.
  • Une structure cristallographique spinelle correspond classiquement à un agencement particulier d’éléments C et D dans des sites classiquement appelés « sites octaédriques » et « sites tétraédriques ».
Les composés présentant une structure cristallographique spinelle comprennent notamment les composés de formule CD2O4appelés « spinelles directs », dans lesquels l’élément C occupe un site tétraédrique et l’élément D occupe un site octaédrique, et les composés de formules D(C,D)O4, appelés « spinelles inverses », dans lesquels l’élément D occupe des sites tétraédriques et octaédriques et l’élément C occupe un site octaédrique.
Par exemple, un oxyde de cobalt – chrome de structure spinelle direct est un composé où l’élément C est du cobalt, disposé sur des sites C, et l’élément D est du chrome, disposé sur des sites D. Sa structure est classiquement définie par une formule du type CoCr2O4. Un autre exemple de spinelle est le spinelle inverse TiFe2O4, où l’élément C est du titane disposé sur des sites D, et l’élément D est du fer disposé sur des sites C et des sites D.
  • Une structure cristallographique hématite correspond classiquement à un agencement particulier d’éléments dans des sites classiquement appelés « sites E ». On appelle habituellement « éléments E » les éléments disposés sur les sites E.
Parmi les composés présentant une structure cristallographique hématite, on distingue en particulier les « oxydes de structure hématite ». Ces oxydes comprennent notamment des composés de formule E2O3.
Par exemple, un oxyde de fer – chrome de structure hématite est un composé où l’élément E est un mélange de fer et de chrome. Sa structure est classiquement définie par une formule du type (FexCry)2O3avec x + y = 1, x et y étant les fractions molaires des éléments fer et chrome, respectivement.
  • Une structure cristallographique rutile correspond classiquement à un agencement particulier d’éléments dans des sites classiquement appelés « sites F ». On appelle habituellement « éléments F » les éléments disposés sur les sites F.
Parmi les composés présentant une structure cristallographique rutile, on distingue en particulier les « oxydes de structure rutile ». Ces oxydes comprennent notamment des composés de formule FO2.
Par exemple, un oxyde de manganèse – niobium - titane de structure rutile est un composé où l’élément F est un mélange de manganèse et de niobium et de titane. Sa structure est classiquement définie par une formule du type (MnxNbyTiz)O2, avec x + y + z = 1, x, y et z étant les fractions molaires des éléments manganèse, niobium et titane, respectivement.
  • Un élément A, B, C, D, E, ou F peut comporter plusieurs constituants. Une fraction molaire d’un de ces constituants fait référence à la fraction molaire de ce constituant dans ledit élément.
  • La notion de « pigment » est bien connue de l’homme du métier. Un pigment est une poudre qui, lorsqu’elle est incorporée dans une préforme, conduit, lors d’un frittage d’un procédé selon l’invention, à une coloration.
Un « pigment oxyde » est un pigment constitué d’oxydes.
Un « pigment oxyde » peut être constitué d’un mélange de poudres de différentes natures et qui chacune constituent un pigment oxyde, par exemple comporter un premier pigment oxyde en un oxyde de structure pérovskite et un deuxième pigment oxyde en un oxyde de structure spinelle, ou comporter un premier pigment oxyde en un premier oxyde de structure spinelle et un deuxième pigment oxyde en un deuxième oxyde de structure spinelle, différent du premier oxyde de structure spinelle.
Un pigment oxyde présente classiquement la forme d’une poudre présentant une taille médiane de particules inférieure à 50 µm.
Dans un mélange particulaire selon l’invention, le pigment oxyde présente de préférence une taille médiane (D50) inférieure à 5 µm, de préférence inférieure à 3 µm, de préférence inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1 µm.
  • Par extension, on appelle également « pigment oxyde » les grains correspondant, dans le produit fritté, au pigment oxyde introduit dans la charge de départ.
  • On définit le « taux » de pérovskite, spinelle, hématite ou rutile, hors impuretés, en %, selon la formule (1) suivante :
T = 100* (APIG)/ (APIG+ APhase secondaire) (1)
où
o APIGest l’aire mesurée sur un diagramme de diffraction X obtenu avec un appareil du type D8 Endeavor de la société Bruker pourvu d’un tube DX en cuivre, sans traitement de déconvolution, du pic principal ou du multiplet principal de diffraction de la structure considérée (pérovskite, spinelle, hématite ou rutile, respectivement) ;
  • APhase secondaireest l’aire mesurée sur le même diagramme, sans traitement de déconvolution, du pic principal ou multiplet principal de diffraction de la phase secondaire. La phase secondaire est la phase présentant le pic principal ou le multiplet d’aire la plus grande, sans prendre en compte ladite structure considérée.
Un multiplet est la superposition partielle de plusieurs pics. Par exemple, un multiplet composé de deux pics est un doublet, un multiplet composé de trois pics est un triplet.
  • Les « autres oxydes » qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde sont de préférence des « impuretés », c'est-à-dire des oxydes inévitables, introduits nécessairement avec les matières premières. En particulier les oxydes de sodium et autres alcalins sont des impuretés. A titre d’exemples, on peut citer Na2O ou K2O. En revanche, l’oxyde d’hafnium n’est pas considéré comme une impureté. On considère qu’une teneur totale en impuretés inférieure à 2% ne modifie pas substantiellement les résultats obtenus.
  • Dans le cadre de cette demande, HfO2est considéré comme n’étant pas chimiquement dissociable de ZrO2. Dans la composition chimique d’un produit comportant de la zircone, « ZrO2» ou « ZrO2+HfO2» désignent donc la teneur totale de ces deux oxydes. Selon la présente invention, HfO2n’est pas ajouté volontairement dans la charge de départ. HfO2ne désigne donc que les traces d’oxyde d’hafnium, cet oxyde étant toujours naturellement présent dans les sources de zircone à des teneurs généralement inférieures à 2%.
  • Sauf mention contraire, toutes les teneurs en oxydes, notamment dans un mélange particulaire ou un produit fritté selon l’invention, sont des pourcentages massiques sur la base des oxydes. Une teneur massique d’un oxyde d’un élément métallique se rapporte à la teneur totale de cet élément exprimée sous la forme de l'oxyde le plus stable, selon la convention habituelle de l'industrie. Par exemple, ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3désignent les teneurs en éléments zirconium, hafnium, yttrium, cérium et aluminium après conversion sous forme ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, respectivement.
    La forme d’un oxyde d’un élément métallique n’est cependant pas limitée. Par exemple, le cérium peut prendre la forme de la cérine CeO2, mais aussi la forme Ce2O3, ou la forme d’un oxyde d’un pigment oxyde. Quelle que soit sa forme, le cérium est donc classiquement converti sous la forme CeO2pour déterminer sa teneur massique.
  • Par « précurseur » d’un oxyde, on entend un ou plusieurs constituants apte(s) à fournir ledit oxyde lors d’une étape de frittage d’un procédé de fabrication selon l’invention. Par exemple, des hydroxydes d’aluminium sont des précurseurs d’alumine. Dans le cas particulier d’un oxyde de structure pérovskite, un précurseur dudit oxyde de structure pérovskite est un composé constitué d’un mélange intime des oxydes et/ou des précurseurs des oxydes composant ledit oxyde de structure pérovskite. Un tel mélange intime peut par exemple être obtenu par coprécipitation ou atomisation. De préférence, le mélange intime est consolidé par un traitement thermique. Par exemple, si l’on considère un oxyde de lanthane – cobalt – fer – manganèse de structure pérovskite de formule LaCoxFeyMnzO3, avec x + y + z = 1, x, y et z étant les fractions molaires des éléments cobalt, fer et manganèse, respectivement, un précurseur de cet oxyde de structure pérovskite est un mélange intime d’oxyde de lanthane, d’oxyde de cobalt, d’oxyde de fer et d’oxyde de manganèse. Un autre précurseur possible est un mélange intime de précurseurs de ces oxydes, comme par exemple un mélange intime de nitrate de lanthane, de nitrate de cobalt, de nitrate de fer et de nitrate de manganèse.
  • Une quantité d’un précurseur d’un oxyde est dite « équivalente » à une quantité dudit oxyde lorsque, lors du frittage, elle conduit à ladite quantité dudit oxyde.
  • Par « temporaire », on entend « au moins partiellement éliminé de la préforme pendant le frittage » lors de la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
  • L’aire spécifique est calculée par la méthode BET (Brunauer Emmet Teller) telle que décrite dansJournal of American Chemical Society 60(1938), pages 309 à 316.
  • On appelle « fraction de zircone monoclinique », le rapport FZrO2mentre la zircone monoclinique et toute la zircone, exprimé en pourcentage. Ce rapport peut être déterminé par diffraction des rayons X sur la surface de l’échantillon à caractériser (non broyé sous la forme d’une poudre) au moyen d’un appareil du type D8 Endeavor de la société Bruker. L’acquisition du diagramme de diffraction est réalisée à partir de cet appareil, sur un domaine angulaire 2θ compris entre 5° et 100°, avec un pas de 0,01°, et un temps de comptage de 0,34 s/pas. L’optique avant comporte une fente primaire de 0,3° et une fente de Soller de 2,5°. L’échantillon est en rotation sur lui-même à une vitesse égale à 15 tr/min, avec utilisation du couteau automatique. L’optique arrière comporte une fente de Soller de 2,5°, un filtre nickel de 0,0125 mm et un détecteur 1D avec une ouverture égale à 4°.
Les diagrammes de diffraction sont ensuite analysés qualitativement à l’aide du logiciel EVA et de la base de données ICDD2016.
Une fois les phases présentes mises en évidence, les diagrammes de diffraction sont analysés, avec le logiciel HighScore Plus de la société Malvern Panalytical, selon la stratégie suivante : une fonction « pseudo Voigt split width » est utilisée, les pics des plans (-111) et (111) de la phase monoclinique et le pic du plan (111) de la phase stabilisée sont choisis à l’aide de la fonction « Insert Pic », la hauteur de chacun desdits pics étant déterminée par affinement automatique à l’aide de la fonction « Defaut profil fit », et prise comme étant égale à la valeur « Height (cts) ».
Soient :
HM(-111): la hauteur du pic du plan (-111) de la phase de zircone monoclinique, localisé à environ 2θ = 28,2°,
HM(111): la hauteur du pic du plan (111) de la phase de zircone monoclinique, localisé à environ 2θ = 31,3°,
HS(111): la hauteur du pic du plan (111) de la phase de zircone stabilisée (sous la forme quadratique et/ou cubique), localisé à environ 2θ = 30,2°.
La fraction de zircone monoclinique, FZrO2m, est déterminée à l’aide de la formule suivante :
[HM(-111)+ HM(111)]/[HM(-111)+ HM(111)+ HS(111)].
  • Par « zircone au moins partiellement stabilisée », on entend une zircone partiellement stabilisée ou une zircone entièrement stabilisée. Une zircone partiellement stabilisée est une zircone comportant de la zircone monoclinique, et présentant une fraction de zircone monoclinique inférieure à 50%, les autres phases en présence étant la phase quadratique et/ou la phase cubique.
CeO2et Y2O3servent à stabiliser la zircone mais peuvent aussi être présents en dehors de celle-ci.
  • Par « masse volumique absolue » d’un produit de zircone fritté, on entend la masse volumique absolue MVA calculée à l’aide de l’équation (1) suivante :
MVA = 100/[(x/3,987)+(100-x)/ MVAz] (1)
x étant la teneur en alumine, en pourcentages massiques, et
MVAz étant la masse volumique absolue de la zircone stabilisée à Y2O3et CeO2, calculée en divisant la masse de la maille élémentaire de la zircone par le volume de ladite maille élémentaire, la zircone étant considérée stabilisée uniquement dans la phase quadratique. Le volume de la maille élémentaire est calculé à l’aide des paramètres de ladite maille déterminés par diffraction des rayons X. La masse de la maille élémentaire est égale à la somme de la masse des éléments Zr, O, Y et Ce, présents dans ladite maille, en considérant que la totalité d’Y2O3et de CeO2stabilise la zircone.
  • Par « masse volumique apparente » d’un produit fritté, on entend classiquement le rapport égal à la masse dudit produit fritté divisée par le volume qu’occupe ledit produit fritté. Elle peut être mesurée par imbibition, selon le principe de la poussée d’Archimède.
  • Par « masse volumique relative » d’un produit fritté, on entend le rapport égal à la masse volumique apparente divisée par la masse volumique absolue, exprimé en pourcentage.
  • Les paramètres de couleur L*, a* et b* sont mesurés selon la norme NF ISO 7724. Lorsque la couleur noire est recherchée, ladite couleur correspond aux caractéristiques L*, a*, et b* suivantes :
  • L* < 5, de préférence L* < 4, de préférence L* < 3, de préférence L* < 2, de préférence L* < 1, et
  • |a*| < 8, de préférence |a*| < 6, de préférence |a*| < 5, de préférence |a*| < 4, de préférence |a*| < 3, de préférence |a*| < 2, de préférence |a*| < 1, et
  • |b*| < 8, de préférence |b*| < 6, de préférence |b*| < 5, de préférence |b*| < 4, de préférence |b*| < 3, de préférence |b*| < 2, de préférence |b*| < 1.
  • Sauf mention contraire, toutes les moyennes sont des moyennes arithmétiques.
  • Sauf mention contraire, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques sur la base des oxydes.
  • « Comporter » ou « comprendre » ou « présenter » doivent être interprétés de manière non limitative.
Description détaillée
Mélange particulaire selon l’invention
Le mélange particulaire selon l’invention est remarquable par sa composition.
Composition
Un mélange particulaire selon l'invention est de préférence constitué d’oxydes pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99%, de préférence pour plus de 99,5%, de préférence pour plus de 99,9%, de sa masse. De préférence, le mélange particulaire selon l'invention est sensiblement entièrement constitué d’oxydes.
De préférence, plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence 100% du zirconium est hors pigment, en pourcentage massique.
De préférence, plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence 100% du zirconium est sous la forme de zircone, en pourcentage massique.
Y2O3et CeO2sont des stabilisants connus de la zircone. Dans le mélange particulaire selon l’invention, ils peuvent stabiliser ou non la zircone. Selon l’invention, le mélange particulaire doit cependant conduire à un produit fritté dans lequel la zircone est au moins partiellement stabilisée, de préférence entièrement stabilisée avec ces oxydes.
Dans le mélange particulaire, la zircone est, de préférence, au moins en partie, stabilisée avec Y2O3. De préférence alors, une poudre de cérine CeO2est utilisée comme source de CeO2.
Dans un mode de réalisation,
- plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence 100% du cérium est sous la forme de cérine et/ou d’un précurseur de cérine, de préférence sous la forme de cérine, en pourcentage massique, et
- plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence 100% de l’yttrium est sous la forme d’yttrine et/ou d’un précurseur d’yttrine, en pourcentage massique.
La cérine et/ou le précurseur de cérine et/ou l’yttrine et/ou le précurseur d’yttrine peuvent, partiellement ou totalement, être incorporés dans le mélange particulaire sous forme d'une poudre, c'est-à-dire sous une forme séparée de la zircone, de manière que, après frittage, la zircone soit au moins en partie stabilisée. Dans ce mode de réalisation, la taille médiane de la poudre d’yttrine et/ou du précurseur d’yttrine et de cérine et/ou du précurseur de cérine est de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, de préférence encore inférieure à 0,3 µm. L’efficacité de la stabilisation de la zircone en est avantageusement améliorée lors du frittage.
Dans un mode de réalisation, le mélange particulaire comporte des particules dans lesquelles de la zircone, stabilisée ou non, et de l’yttrine et/ou de la cérine sont intimement mélangées. Un tel mélange intime peut par exemple être obtenu par co-précipitation, thermo-hydrolyse ou atomisation, et éventuellement consolidé par un traitement thermique. Dans un dit mélange, l’yttrine et/ou la cérine peuvent être remplacés par une quantité équivalente de précurseur(s).
De préférence, le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur d’yttrine.
De préférence, le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur de cérine.
De préférence, le mélange particulaire ne comporte pas de précurseur de zircone, ni de précurseur d’hafnie.
De préférence, sensiblement tout le cérium est présent sous la forme de cérine CeO2. Ainsi le mélange particulaire ne comporte sensiblement pas de cérium sous la forme Ce2O3. Avantageusement, le développement des couleurs désirées en est amélioré.
De préférence, la fraction de zircone monoclinique dans le mélange particulaire est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 40%, de préférence inférieure à 30%, de préférence inférieure à 20%.
De préférence, la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
De préférence, la teneur en Y2O3hors du pigment oxyde est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
De préférence, la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et/ou de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
De préférence, la teneur en CeO2hors du pigment oxyde est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et/ou de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
De préférence, la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, et la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2. Avantageusement, le produit fritté obtenu à partir du mélange particulaire présente un excellent compromis entre ténacité et résistance au vieillissement hydrothermal.
De préférence, la teneur en Y2O3hors du pigment oxyde est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, et la teneur en CeO2hors du pigment oxyde est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
De préférence, le mélange particulaire selon l’invention présente une taille moyenne de cristallites de zircone stabilisée supérieure à 10 nm, de préférence supérieure à 20 nm et inférieure à 60 nm. La taille moyenne de cristallites est classiquement déterminée par diffraction X selon la méthode décrite ultérieurement dans cette description.
Dans un mode de réalisation préféré, la teneur en Al2O3est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,25% et de préférence inférieure ou égale à 1,2%, de préférence inférieure ou égale à 1%, de préférence inférieure ou égale à 0,8%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes. Avantageusement, l’aptitude au frittage du mélange particulaire en est améliorée.
Dans un mode de réalisation préféré, la teneur en Al2O3hors du pigment oxyde est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,25% et de préférence inférieure ou égale à 1,2%, de préférence inférieure ou égale à 1%, de préférence inférieure ou égale à 0,8%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
Des essais ont cependant montré que la présence d’Al2O3n’était pas indispensable. Dans un mode de réalisation, la teneur en Al2O3peut être en particulier inférieure à 0,1%, inférieure à 0,005%, inférieure à 0,003%, inférieure 0,002%, ou sensiblement nulle, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
De préférence, plus de 90%, plus de 95%, de préférence 100% de Al2O3est sous la forme d’alumine, en pourcentage massique sur la base de Al2O3.
L’alumine peut être remplacée, en partie ou en totalité, par un précurseur d’alumine. De préférence, Al2O3est essentiellement présent sous la forme de corindon.
Selon l'invention, le mélange particulaire comporte encore un pigment oxyde.
De préférence, les particules dudit pigment oxyde comportent, de préférence sont constituées pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de leur masse, en un matériau choisi parmi :
  • les oxyde(s) de structure pérovskite, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
  • les oxydes de structure spinelle, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
  • les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par formé par le fer, le chrome et un mélange de fer et de chrome,
  • les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
  • et leurs mélanges.
Les particules dudit pigment oxyde d'un mélange particulaire selon l'invention peuvent être obtenues par différents procédés, comme la fusion, la synthèse en phase solide, la pyrolyse de sels, la précipitation d’hydroxydes et leur calcination, ou la synthèse par voie sol-gel.
De préférence, les constituants dudit oxyde de structure pérovskite, spinelle, hématite ou rutile représentent plus de 95%, de préférence plus de 97%, de préférence plus de 98%, de préférence plus de 99%, voire sensiblement 100% en masse dudit matériau. De préférence, le complément à 100% des constituants dudit oxyde de structure pérovskite, spinelle, hématite ou rutile est constitué d’impuretés.
Les inventeurs ont découvert que si le mélange particulaire comporte plus de 10% en masse de dit pigment oxyde, les propriétés mécaniques, notamment de ténacité et la contrainte à la rupture en flexion, des produits frittés sont dégradées.
Une teneur minimale de 0,5% de dit pigment oxyde dans le mélange particulaire est considérée comme indispensable à l’obtention d’un produit fritté présentant un bel aspect avec des couleurs bien développées et homogènes.
Le pigment oxyde utilisé présente de préférence une taille médiane inférieure à 5 µm, de préférence inférieure à 3 µm, de préférence inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1 µm. Avantageusement, l’efficacité dudit pigment oxyde dans le produit fritté en est améliorée.
De préférence, la teneur en pigment oxyde est supérieure à 2%, de préférence supérieure à 3% et/ou inférieure à 9%, de préférence inférieure à 8%, de préférence inférieure à 7%, en pourcentage massique sur la base des oxydes du mélange particulaire.
De préférence, le mélange particulaire ne contient pas de pigment oxyde contenant l’élément zirconium.
De préférence, le mélange particulaire ne contient pas de pigment oxyde contenant l’élément cérium.
De préférence, le mélange particulaire ne contient pas de pigment oxyde contenant l’élément yttrium.
De préférence, le mélange particulaire ne contient pas de pigment oxyde contenant l’élément aluminium.
Dans un premier mode de réalisation, le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structurepérovskiteABO3et le mélange particulaire selon l’invention peut encore comporter une, voire plusieurs, des caractéristiques optionnelles suivantes :
l’élément A au site A de la structure pérovskite est choisi dans le groupe GA(1) formé par le calcium Ca, le strontium Sr, le baryum Ba, le lanthane La, le praséodyme Pr, le néodyme Nd, le bismuth Bi, et leurs mélanges ;
de préférence, l’élément A est choisi dans le groupe GA(2) formé par le lanthane, le praséodyme, le néodyme, le bismuth et leurs mélanges ;
de préférence, l’élément A est choisi dans le groupe GA(3) formé par le lanthane ;
l’élément B au site B de la structure pérovskite est choisi dans le groupe GB(1) formé par les mélanges de cobalt et de fer, les mélanges de cobalt et de manganèse, les mélanges de cobalt et de chrome, les mélanges de cobalt et de nickel, les mélanges de chrome et de manganèse, les mélanges de chrome et de nickel, les mélanges de chrome et de fer, les mélanges de manganèse et de fer, les mélanges de manganèse et de nickel, les mélanges de nickel et de fer, les mélanges de cobalt et de titane, les mélanges de cobalt et de cuivre, le cobalt, les mélanges de chrome et de titane, les mélanges de chrome et de cuivre, les mélanges de nickel et de titane, le chrome, le nickel, le cuivre, le fer, les mélanges de nickel et de cuivre, et leurs mélanges ;
de préférence, l’élément B est choisi dans le groupe GB(2) formé par les mélanges de cobalt et de fer, les mélanges de cobalt et de manganèse, les mélanges de chrome et de manganèse, les mélanges de chrome et de fer, les mélanges de cobalt et de chrome et de fer, les mélanges de cobalt et de chrome et de fer et de manganèse, les mélanges de cobalt et de fer et de manganèse, les mélanges de cobalt et de chrome, les mélanges de cobalt et de nickel, les mélanges de cobalt et de titane, les mélanges de cobalt et de cuivre, le cobalt, les mélanges de chrome et de nickel, les mélanges de chrome et de titane, les mélanges de chrome et de cuivre, les mélanges de chrome et de fer et de manganèse, les mélanges de nickel et de fer, les mélanges de nickel et de manganèse, les mélanges de nickel et de cobalt, les mélanges de nickel et de titane, les mélanges de nickel et de cobalt et de chrome, les mélanges de nickel et de cobalt et de chrome et de manganèse, les mélanges de nickel et de chrome et de manganèse, le chrome, le nickel, le cuivre ;
le taux de pérovskite dans ledit pigment oxyde en oxyde(s) de structure pérovskite est supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence supérieur à 99%. De préférence, ledit taux de pérovskite est sensiblement égal à 100%.
Dans un deuxième mode de réalisation, le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structurespinelleCD2O4ou D(C,D)O4et le mélange particulaire selon l’invention peut encore comporter une, voire plusieurs, des caractéristiques optionnelles suivantes :
  • ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de magnésium et de zinc et de chrome, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome et de fer, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cobalt et de chrome, un spinelle de cuivre et de chrome, un spinelle de cobalt et de titane, un spinelle de fer et de titane, un spinelle de zinc et de fer, un spinelle de zinc et de fer et de chrome, un spinelle de cobalt et d’étain, un spinelle de nickel et de fer, un spinelle de fer et de manganèse et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome, et leurs mélanges ;
  • de préférence, ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cuivre et de chrome, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, et leurs mélanges ;
  • de préférence, ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,3, de préférence supérieur à 0,7, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5 et de préférence inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,3 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2 et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5, et leurs mélanges ;
l’élément C de la structure spinelle est choisi dans le groupe GC(1) formé par le nickel Ni dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2 ou dans une fraction molaire égale à 1, le cuivre Cu dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2, le fer Fe dans une fraction molaire comprise entre 0,2 et 0,6 ou dans une fraction molaire égale à 1, le zinc Zn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2 ou dans une fraction molaire égale à 1, le manganèse Mn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4, le cobalt Co dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4 ou dans une fraction molaire comprise entre 0,4 et 1, l’étain Sn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2 ou dans une fraction molaire égale à 1, les mélanges de zinc et de fer, les mélanges de fer et de manganèse, les mélanges de zinc et de manganèse, les mélanges de cobalt et de zinc, et leurs mélanges ;
de préférence, l’élément C est choisi dans le groupe GC(2) formé par le nickel Ni dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2 ou dans une fraction molaire égale à 1, le fer Fe dans une fraction molaire comprise entre 0,2 et 0,6 ou dans une fraction molaire égale à 1, le zinc Zn dans une fraction molaire égale à 1, le manganèse Mn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4, le cobalt Co dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4 ou dans une fraction molaire comprise entre 0,4 et 1, l’étain Sn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,2 ou dans une fraction molaire égale à 1, les mélanges de zinc et de fer, les mélanges de fer et de manganèse, les mélanges de zinc et de manganèse, les mélanges de cobalt et de zinc, et leurs mélanges ;
l’élément D de la structure spinelle est choisi dans le groupe GD(1) formé par le manganèse Mn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4, le fer Fe dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,6 ou dans une fraction molaire égale à 1 (c'est-à-dire que D est l’élément Fe), le chrome Cr dans une fraction molaire comprise entre 0,2 et 0,6 et dans une fraction molaire égale à 1, le titane Ti dans une fraction molaire comprise entre 0 et 1, le cobalt dans une fraction molaire égale à 1 sauf si l’élément C est le cobalt, les mélanges de fer et de chrome, les mélanges de fer et de chrome et de manganèse, les mélanges de manganèse et de chrome, et leurs mélanges ;
de préférence, l’élément D est choisi dans le groupe GD(2) formé par le manganèse Mn dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,4, le fer Fe dans une fraction molaire comprise entre 0,2 et 0,6 et dans une fraction molaire égale à 1, le chrome Cr dans une fraction molaire comprise entre 0 et 0,6 et dans une fraction molaire égale à 1, le titane Ti dans une fraction molaire égale à 1, le cobalt dans une fraction molaire égale à 1 sauf si l’élément C est le cobalt, les mélanges de fer et de chrome, les mélanges de fer et de chrome et de manganèse, les mélanges de manganèse et de chrome, et leurs mélanges ;
le taux de spinelle dans les 0,5 à 10% de pigment en oxyde(s) de structure spinelle est supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence supérieur à 99% ; De préférence, ledit taux de spinelle est sensiblement égal à 100% ;
dans un mode de réalisation, le précurseur dudit pigment oxyde de structure spinelle est un composé constitué d’un mélange intime des oxydes et/ou des précurseurs des oxydes composant ledit oxyde de structure spinelle ; un tel mélange intime peut par exemple être obtenu par coprécipitation ou atomisation, de préférence consolidé par un traitement thermique ;
dans un mode de réalisation préféré, le mélange particulaire ne contient pas de précurseur dudit pigment oxyde de structure spinelle.
Dans un troisième mode de réalisation, le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par le fer, le chrome et un mélange de fer et de chrome. De préférence, le taux d’hématite dans les 0,5 à 10% de pigment en oxyde(s) de structure hématite est supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence supérieur à 99%. De préférence, le taux d’hématite dans ledit pigment est sensiblement égal à 100%.
Dans un quatrième mode de réalisation, le pigment oxyde est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges. De préférence, le taux de rutile dans les 0,5 à 10% de pigment oxyde en oxyde(s) de structure rutile est supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence supérieur à 99%. De préférence, le taux de rutile dans ledit pigment oxyde est sensiblement égal à 100%.
Dans un mode de réalisation, le pigment oxyde est un mélange de plusieurs pigments oxydes selon les premier à quatrième modes de réalisation ci-dessus.
Lorsque la couleurnoireest recherchée pour le produit fritté à fabriquer, un mélange particulaire selon l’invention comporte de préférence un pigment oxyde constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structurespinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cuivre et de chrome, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, et leurs mélanges.
De préférence, ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,3, de préférence supérieur à 0,7, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5 et de préférence inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,3 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2 et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5, et leurs mélanges.
De préférence la teneur en ledit oxyde de structure spinelle est supérieure à 3%, de préférence supérieure à 4% et de préférence inférieure à 9%, de préférence inférieure à 8%, en pourcentage en masse sur la base de la masse des oxydes.
Les « autres oxydes » qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde sont de préférence des impuretés. Ils représentent de préférence moins de 1,5%, de préférence moins de 1%, de préférence encore moins de 0,5%, de préférence moins de 0,2%, de préférence moins de 0,1%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
Un mélange particulaire selon l’invention peut également comporter un ou plusieurs défloculant(s) et/ou d’agent(s) liant(s) et/ou lubrifiants, de préférence temporaires, utilisés classiquement dans les procédés de mise en forme pour la fabrication de préformes à fritter, par exemple une résine acrylique, du polyéthylène glycol (PEG), ou de l’alcool polyvinylique (APV).
Surface spécifique et taille médiane
De préférence, le mélange particulaire selon l’invention présente une taille médiane (D50) inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1,5 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,8 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, de préférence inférieure à 0,4 µm, de préférence inférieure à 0,3 µm et/ou de préférence supérieure à 0,05 µm.
De préférence, le mélange particulaire présente un rapport (D90-D10)/D50inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5.
De préférence, le mélange particulaire présente une aire spécifique, calculée par la méthode BET, supérieure à 5 m2/g et/ou de préférence inférieure à 20 m2/g, de préférence inférieure à 15 m2/g.
Le mélange particulaire peut se présenter sous une forme sèche, c'est-à-dire être obtenu directement par mélange des matières premières adéquates. Il peut aussi avoir subi une étape supplémentaire, par exemple une étape d’atomisation, notamment pour en améliorer l’homogénéité chimique.
Dans un mode de réalisation préféré, le mélange particulaire selon l’invention présente la composition chimique suivante, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
- ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
- 0% ≤ Al2O3≤ 1,5%, de préférence supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,25% et de préférence inférieure ou égale à 1,2%, de préférence inférieure ou égale à 1%, de préférence inférieure ou égale à 0,8% ;
- « autres oxydes » : 3% à 9%,
les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, et la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6% ;
et le mélange particulaire comporte, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire, entre 3 % à 7% d’un pigment oxyde constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cuivre et de chrome, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, et leurs mélanges,
la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, de préférence la teneur en impuretés, étant inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1%, de préférence encore inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,2%, de préférence inférieure à 0,1% en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
Dans ce mode de réalisation, les oxydes qui constituent le pigment oxyde sont donc comptabilisés dans les « autres oxydes ».
De préférence, ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,3, de préférence supérieur à 0,7, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5 et de préférence inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,3 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2 et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5, et leurs mélanges.
Dans ledit mode de réalisation préféré, le mélange particulaire présente une taille médiane (D50) inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1,5 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,8 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, de préférence inférieure à 0,4 µm, de préférence inférieure à 0,3 µm et/ou de préférence supérieure à 0,05 µm, et un rapport (D90-D10)/D50inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5.
Procédé de fabrication du mélange particulaire
Le mélange particulaire selon l’invention peut être classiquement obtenu par exemple par mélange de matières premières.
Un broyage peut être nécessaire pour obtenir un mélange particulaire présentant une taille médiane inférieure à 2,0 µm.
En particulier, les poudres de matières premières apportant les oxydes peuvent être broyées individuellement ou, de préférence, cobroyées, si elles ne respectent pas la distribution granulométrique souhaitée. Le broyage peut être réalisé en milieu humide, par exemple dans un broyeur à attrition. Après broyage en milieu humide, le mélange particulaire broyé est de préférence séché.
De préférence, les poudres utilisées, notamment les poudres de zircone ZrO2, d’alumine Al2O3, d’yttrine Y2O3, de cérine CeO2, et de pigment oxyde, présentent chacune une taille médiane inférieure à 5 µm, inférieure à 3 µm, inférieure à 2 µm, inférieure à 1 µm, inférieure à 0,7 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm. Avantageusement, lorsque que chacune de ces poudres présente une taille médiane inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,8 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, voire inférieure à 0,3 µm, voire inférieure à 0,2 µm, le broyage est optionnel.
La mise en œuvre de poudres présentant une faible taille médiane permet également, avantageusement, de réduire la température de frittage.
Ces poudres peuvent également être remplacées, au moins partiellement, par des poudres de précurseurs de ces oxydes, introduits dans des quantités équivalentes.
De préférence, la poudre de zircone utilisée présente une aire spécifique, calculée par la méthode BET, supérieure à 5 m2/g, de préférence supérieure à 6 m2/g, et inférieure à 20 m2/g, de préférence inférieure à 15 m²/g. Avantageusement, la température de frittage à l’étape d) est réduite. Le broyage, généralement en suspension, et la mise en suspension en sont également facilités.
De préférence, on utilise une poudre d’alumine, de préférence de corindon.
Les poudres apportant les oxydes ou les précurseurs sont de préférence choisies de manière que la teneur totale en impuretés soit inférieure à 2%, en pourcentage massique sur la base des oxydes.
Un mélange particulaire selon l’invention peut également comporter un ou plusieurs défloculant(s) et/ou agent(s) liant(s) et/ou lubrifiants, de préférence temporaires, utilisés classiquement dans les procédés de mise en forme pour la fabrication de préformes à fritter, par exemple une résine acrylique, du polyéthylène glycol (PEG), ou de l’alcool polyvinylique (APV).
Avantageusement, un tel mélange particulaire est prêt à l’emploi.
Un mélange particulaire selon l’invention peut en particulier être conditionné dans des sacs.
Produit intermédiaire
Le mélange particulaire selon l’invention est de préférence mis sous une forme intermédiaire adaptée à sa destination.
Le mélange particulaire selon l’invention peut être en particulier mis sous la forme d’une poudre d’alimentation se présentant en général sous la forme de granulés ou « pellets » en anglais, dite « feedstock », plus particulièrement destinée à une mise en forme par injection, sous la forme d’une pâte d’impression plus particulièrement destinée à une mise en forme par impression 3D ou sous la forme d’une poudre de granules plus particulièrement destinée à une mise en forme par pressage. De préférence, la poudre de granulés présente une taille médiane supérieure à 1 mm et inférieure à 8 mm. De préférence, la poudre de granules présente une taille médiane supérieure à 20 µm et inférieure à 100 µm.
Tous les procédés conventionnels peuvent être mis en œuvre pour la mise en forme intermédiaire du mélange particulaire selon l’invention.
Le mélange particulaire selon l’invention, ou le produit intermédiaire résultant de sa mise en forme intermédiaire (granulés, pâte d’impression, granules, …), est de préférence conditionné, par exemple dans des sacs, des pots, des fûts ou des seaux, pour être prêt à l’emploi.
Procédé de fabrication, selon l’invention, d’un produit fritté de zircone colorée
Le procédé de fabrication, selon l’invention, d’un produit fritté de zircone colorée comporte les étapes a) et b) décrites ci-dessus.
A l’étape a),on prépare une charge de départ adaptée à la fabrication d’un produit fritté de zircone colorée.
La charge de départ comporte un mélange particulaire selon l’invention, optionnellement sous la forme d’un produit intermédiaire selon l’invention, et des constituants optionnels.
La quantité des constituants optionnels est de préférence supérieure à 0,1% et/ou inférieure à 70%, en pourcentage massique sur la base de la masse de la charge de départ sèche, le mélange particulaire selon l’invention et/ou le produit intermédiaire selon l’invention constituant le complément à 100% de la charge de départ sèche.
En fonction du procédé utilisé pour la mise en forme, un solvant, de préférence de l’eau, peut être ajoutée à la charge de départ.
Les constituants optionnels sont les constituants classiquement mis en œuvre pour la fabrication de produits céramiques frittés. Ils comprennent en particulier les constituants organiques.
Dans un mode de réalisation, en particulier lorsque le procédé de mise en forme à l’étape b) est un coulage en barbotine, les constituants organiques sont de préférence choisis parmi les dispersants, les agents de viscosité, les anti-moussants, et leurs mélanges, en une quantité de préférence supérieure à 0,1% et inférieure à 5%, en pourcentage massique sur la base de la masse de la charge de départ sèche.
Dans un mode de réalisation, en particulier lorsque le procédé de mise en forme à l’étape b) est un pressage, les constituants organiques sont de préférence choisis parmi les agents liants, les lubrifiants, les résines, les plastifiants, en une quantité de préférence supérieure à 0,2% et inférieure à 10%, en pourcentage massique sur la base de la masse de la charge de départ sèche.
Dans un mode de réalisation, en particulier lorsque le procédé de mise en forme à l’étape b) est un procédé d’injection plastique, les constituants organiques sont de préférence choisis parmi les surfactants, les cires, les polymères, les résines, les plastifiants, et leurs mélanges, en une quantité de préférence supérieure à 25% et inférieure à 65%, en pourcentage massique sur la base de la masse de la charge de départ sèche.
Dans un mode de réalisation, en particulier lorsque le mélange particulaire selon l’invention se présente sous la forme d’un produit intermédiaire selon l’invention, aucun constituant organique n’est ajouté à la charge de départ.
A l’étape b ),la mise en forme de la charge de départ comportant un mélange particulaire selon l’invention, optionnellement sous la forme d’un produit intermédiaire, peut être effectuée classiquement, par toute technique connue de l’homme du métier, en particulier par coulage en barbotine, par pressage, notamment un pressage uniaxial ou un pressage isostatique à froid, par injection, notamment par injection plastique ou par impression, notamment par impression 3D.
De préférence, la pression appliquée lors du pressage uniaxial est supérieure à 40 MPa et de préférence inférieure ou égale à 150 MPa.
On obtient ainsi une préforme.
A l’étape c ),la préforme est frittée de préférence sous air, de préférence à pression atmosphérique ou sous pression (pressage à chaud (« Hot Pressing » en anglais) ou pressage isostatique à chaud (« Hot Isostatic Pressing » en anglais, ou HIP)), de préférence à pression atmosphérique. De préférence la préforme est frittée à une température supérieure à 1350°C et/ou de préférence inférieure à 1600°C, de préférence inférieure à 1550°C, de préférence inférieure à 1500°C, de préférence inférieure à 1450°C, de manière à obtenir un produit fritté de zircone colorée.
La durée de maintien au palier de température est de préférence supérieure à 1 heure et/ou de préférence inférieure à 10 heures, de préférence inférieure à 7 heures, de préférence inférieure à 5 heures, de préférence inférieure à 3 heures. De préférence, la durée de frittage est comprise entre 1 et 3 heures.
La vitesse de montée en température est classiquement comprise entre 10 et 100°C/h. La vitesse de descente en température peut être libre. Si des constituant organiques, notamment des défloculant(s) et/ou agents liant(s) et/ou lubrifiants sont utilisés, le cycle de frittage comprend de préférence un palier de 1 à 4 heures à une température comprise entre 300°C et 600°C afin de favoriser l’élimination desdits produits.
Le produit fritté de zircone colorée obtenu en fin d’étape c) peut être usiné et/ou subir un traitement de surface, comme par exemple un polissage ou un sablage, selon toute technique connue de l’homme du métier.
Produit fritté de zircone colorée selon l’invention
Un produit fritté de zircone colorée selon l’invention peut être fabriqué au moyen d’un procédé de fabrication selon l’invention.
De manière surprenante et sans pouvoir l’expliquer de manière théorique, les inventeurs ont découvert que la présence simultanée de Y2O3et de CeO2, dans les teneurs présentes dans l’invention, permet d’atteindre un excellent compromis entre ténacité et résistance au vieillissement hydrothermal.
La composition d’un produit fritté selon l’invention peut être identique à celle d’un mélange particulaire selon l’invention, en ne considérant pas les constituants temporaires, en particulier, en ne considérant que les oxydes. En particulier, la quantité des différents constituants et la nature du pigment oxyde sont identiques à celles décrites ci-dessus pour le mélange particulaire.
Dans le produit fritté de zircone colorée selon l’invention, la zircone est au moins en partie stabilisée à Y2O3et CeO2. De préférence, la fraction de zircone monoclinique est inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%, de préférence inférieure à 1%. De préférence, la zircone est entièrement stabilisée à Y2O3et CeO2, de préférence sensiblement entièrement sous la forme quadratique.
De préférence, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention comporte moins de 5%, de préférence moins de 1%, ne comporte sensiblement pas de cérium sous la forme Ce2O3, en pourcentage massique sur la base du cérium. Avantageusement, la couleur du produit fritté selon l’invention est proche de celle désirée.
Le produit fritté de zircone colorée selon l’invention est de préférence constitué pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99%, de préférence pour plus de 99,5%, de préférence pour plus de 99,9%, voire sensiblement 100% d’oxydes.
Le produit fritté de zircone colorée selon l’invention présente une taille moyenne de grains inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1,5 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,9 µm, de préférence inférieure à 0,8 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, et de préférence supérieure à 0,1 µm, de préférence supérieure à 0,2 µm. Avantageusement, un meilleur compromis entre ténacité et résistance au vieillissement hydrothermal est obtenu.
De préférence, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention présente une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm, de préférence inférieur à 0,1 µm.
De préférence, les grains du pigment oxyde du produit fritté de zircone colorée selon l’invention comportent, de préférence est constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un matériau choisi parmi :
  • les oxyde(s) de structure pérovskite,
  • les oxydes de structure spinelle,
  • les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par formé par le fer, le chrome et un mélange de fer et de chrome,
  • les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
  • et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation préféré, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention est de couleur noire et présente la composition chimique suivante, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
- ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
- 0% ≤ Al2O3≤ 1,5%, de préférence supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,25% et de préférence inférieure ou égale à 1,2%, de préférence inférieure ou égale à 1%, de préférence inférieure ou égale à 0,8% ;
- oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 3% et 9% ;
les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9%, de préférence supérieure ou égale à 2% et/ou de préférence inférieure ou égale à 2,5%, de préférence inférieure ou égale à 2,4%, de préférence inférieure ou égale à 2,2%, et la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,2%, de préférence supérieure ou égale à 0,3%, de préférence supérieure ou égale à 0,4% et inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6% ;
et le mélange particulaire comporte, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire, entre 3 % à 7% d’un pigment oxyde constitué pour plus de 95%, de préférence pour plus de 97%, de préférence pour plus de 98%, de préférence pour plus de 99% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cuivre et de chrome, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, et leurs mélanges,
la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, de préférence la teneur en impuretés, étant inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1%, de préférence encore inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,2%, de préférence inférieure à 0,1% en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
Dans ce mode de réalisation, les oxydes qui constituent le pigment oxyde sont donc comptabilisés dans les « autres oxydes ».
De préférence, ledit spinelle est choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,3, de préférence supérieur à 0,7, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5 et de préférence inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,3 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2 et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1 et de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,5, et leurs mélanges.
Les oxydes représentent de préférence plus de 98%, de préférence pour plus de 99%, de préférence pour plus de 99,5%, de préférence pour plus de 99,9%, voire sensiblement 100% de la masse d’un tel produit fritté de zircone de couleur noire.
Dans ledit mode de réalisation préféré, le produit fritté de zircone colorée présente une taille moyenne de grains inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1,5 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,9 µm, de préférence inférieure à 0,8 µm, de préférence inférieure à 0,6 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm, et de préférence supérieure à 0,1 µm, de préférence supérieure à 0,2 µm, et une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm, de préférence inférieur à 0,1 µm.
De préférence, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention présente une masse volumique relative supérieure à 99,5%, de préférence supérieure à 99,6%, de préférence supérieure à 99,7%, de préférence supérieure à 99,8%, de préférence supérieure à 99,9%, la masse volumique absolue étant calculée selon la méthode décrite précédemment.
De préférence, en particulier lorsqu’il présente une couleur noire, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention présente une masse volumique apparente supérieure à 5,98 g/cm3, de préférence supérieure à 5,99 g/cm3, de préférence supérieure à 6,00 g/cm3et de préférence inférieure à 6,02 g/cm3.
De préférence, le produit fritté de zircone colorée selon l’invention présente une ténacité supérieure à 12 MPa.m1/2, de préférence supérieure à 13 MPa.m1/2, de préférence supérieure à 13,5 MPa.m1/2.
Dispositif selon l’invention
L’invention concerne enfin un dispositif choisi dans le groupe formé par un bijou, une montre, un bracelet, un collier, une bague, une broche, une épingle de cravate, un sac à main, un téléphone, un meuble, un ustensile ménager, une poignée, un interrupteur, un bouton, un placage, une partie visible d’un équipement de bien de consommation, une partie de monture de lunettes, un article de vaisselle, un pion de soudage et un cadre, ledit dispositif comportant une pièce en un produit fritté de zircone colorée selon l'invention ou fabriqué à partir d’un mélange particulaire selon l’invention.
De préférence, le produit fritté de zircone est un produit de couleur noire tel que décrit ci-dessus.
Ledit dispositif peut présenter un support sur lequel une pièce en un produit fritté de zircone colorée selon l’invention est collée, clipsée, cousue, ou insérée en force. Ladite pièce peut être également cofrittée avec son support.
Dans un mode de réalisation, le dispositif est emballé, par exemple dans un sachet, une boîte, ou un récipient, par exemple dans un emballage comportant, voire constitué par, du papier et/ou du carton et/ou du plastique ou du métal, de préférence en feuille, de préférence en feuille souple. De préférence, l’emballage porte une information précisant la destination du dispositif et/ou des caractéristiques techniques du dispositif.
Exemples
Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d’illustrer l’invention.
Protocoles de mesure
Les méthodes suivantes ont été utilisées pour déterminer certaines propriétés des mélanges particulaires et des produits frittés obtenus à partir desdits mélanges particulaires. Elles permettent une excellente simulation du comportement réel en service.
Lamasse volumique apparentedes produits frittés est mesurée par pesée hydrostatique.
Les paramètres de maille nécessaires au calcul de lamasse volumique absoluede la zircone au moins partiellement stabilisée sont déterminés par diffraction des rayons X sur la surface de l’échantillon à caractériser (l’échantillon n’étant pas broyé sous la forme d’une poudre) au moyen d’un appareil du type D8 Endeavor de la société Bruker. Les paramètres nécessaires à l’acquisition du diagramme de diffraction sont identiques à ceux utilisés pour l’acquisition du diagramme de diffraction nécessaire à la détermination de la fraction de zircone monoclinique.
Les paramètres de maille a et c sont déterminés après avoir effectué un affinement du diagramme de diffraction à l’aide du logiciel Fullprof disponible sur le site https://www.ill.eu/sites/fullprof/, en utilisant un profil de type pseudo-voigt (avec npr = 5), les paramètres affinés étant les suivants :
  • le décalage d’échantillon (ou « sample displacement ») à l’aide de la fonction « SyCos »,
  • la proportion lorentzienne / gaussienne de la fonction peudo-voigt à l’aide de la fonction « Shape 1 »,
  • les paramètres de largeur à mi-hauteur U, V, W,
  • les paramètres d’asymétrie à l’aide des fonctions « Asy1 » et « Asy2 »,
  • les points de la ligne de base,
le groupe d’espace de la maille de zircone quadratique partiellement substituée étant P 42/ n m c (137), considéré identique à celui de la maille de zircone quadratique non substituée.
L’analyse chimiquedes produits frittés est mesurée par "Spectrométrie à plasma à couplage inductif (« Inductively Coupled Plasma » ,ou « ICP »), pour les éléments dont la teneur ne dépasse pas 0,5%. Pour déterminer la teneur des autres éléments, une perle du produit à analyser est fabriquée en fondant le produit, puis l’analyse chimique est réalisée par fluorescence X.
Lataille moyenne des grainsdes produits frittés est mesurée par la méthode de « Mean Linear Intercept ». Une méthode de ce type est décrite dans la norme ASTM E1382. Suivant cette norme, on trace des lignes d’analyse sur des images des produits frittés, puis, le long de chaque ligne d’analyse, on mesure les longueurs, dites « intercepts », entre deux joints de grains consécutifs coupant ladite ligne d’analyse.
On détermine ensuite la longueur moyenne « l’ » des intercepts « I».
Pour les tests ci-dessous, les intercepts ont été mesurés sur des images, obtenues par microscopie électronique à balayage, d’échantillons de produits frittés, lesdites sections ayant préalablement été polies jusqu’à obtention d’une qualité miroir puis attaquées thermiquement, à une température inférieure de 50°C à la température de frittage, pour révéler les joints de grains. Le grossissement utilisé pour la prise des images est choisi de façon à visualiser environ 100 grains sur une image. 5 images par produit fritté ont été réalisées.
La taille moyenne « d » des grains d’un produit fritté est donnée par la relation : d =1,56.l’. Cette formule est issue de la formule (13) de l’article« Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics »M. I. Mendelson, J. Am. Cerm. Soc. Vol. 52, No.8, pp443-446.
L’écart type de la distribution de la taille de grain est égal à 1,56 fois l’écart type de la distribution des intercepts « l ».
Lasurface spé cifi qued’une poudre est mesurée par la méthode BET (Brunauer Emmet Teller) décrite dans Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 à 316.
Les percentiles 10, 50 et 90 des poudres et des mélanges particulaires sont mesurés classiquement à l’aide d’un granulomètre laser de modèle LA950V2 commercialisé par la société Horiba.
Lataille moyenne des cristallites de zircone stabilisée, D, d’une poudre de zircone est déterminée par diffraction des rayons X sur la surface de l’échantillon à caractériser (l’échantillon n’étant pas broyé sous la forme d’une poudre) au moyen d’un appareil du type D8 Endeavor de la société Bruker, à l’aide de l’équation suivante :
K étant égal à 0,89, λ étant la longueur d’onde des rayons X, ici égale à 1,5418 Angström, B étant la largeur à mi-hauteur du pic du plan (111) de la zircone stabilisée, en degrés, b étant la largeur à mi-hauteur du pic de l’étalon en silicium monocristallin utilisé, et 2θ étant l’angle du maximum d’intensité du pic correspondant au plan (111) de la zircone stabilisée, en degrés.
L’acquisition des diagrammes de diffraction de l’étalon en silicium monocristallin et de l’exemple est réalisée, sur un domaine angulaire 2θ compris entre 5° et 100°, avec un pas de 0,01°, et un temps de comptage de 0,34 s/pas. L’optique avant comporte une fente primaire de 0,3° et une fente de Soller de 2,5°. L’échantillon caractérisé est en rotation sur lui-même à une vitesse égale à 15 tr/min, avec utilisation du couteau automatique. L’optique arrière comporte une fente de Soller de 2,5°, un filtre nickel de 0,0125 mm et un détecteur 1D avec une ouverture égale à 4°.
Après avoir éliminé la raie Kα2, la largeur à mi-hauteur des pics est déterminée à l’aide du logiciel HighScore Plus. La fonction de déconvolution utilisée est une Pseudo-Voigt avec une asymétrie de type Split Width. L’étalon et les échantillons sont déconvolués dans les mêmes conditions.
Larésistance au vieillissement hydrothermaldes produits frittés des exemples est évaluée par la méthode suivante.
Chaque échantillon, présentant la forme d’un disque de diamètre égal à 25 mm et d’épaisseur égale à 2 mm, est poli sur une des grandes faces à l’aide d’un disque de papier abrasif présentant une taille de particules abrasives égale à 3 µm. Le polissage est réalisé de manière à ne pas générer de zircone monoclinique sur la surface polie.
Les échantillons polis sont ensuite soumis à un test de vieillissement accéléré selon le protocole suivant : les échantillons sont placés dans un creuset en téflon de diamètre égal à 80 mm et de contenance égale à 0,5 litre. Ledit creuset est placé dans un autoclave de diamètre égal à 100 mm et de contenance égale à 1 litre. 100 ml d’eau sont ajoutés dans l’autoclave, en dehors du creuset. L’autoclave est fermé et le tout est porté à une température de 135 °C pendant 5 heures, à pression autogène.
Avant essai, tous les produits frittés des exemples sont complètement stabilisés. La mesure de la fraction de zircone monoclinique, comme décrit précédemment, sur les échantillons ayant subi le traitement en autoclave, fournit donc directement une mesure de la résistance au vieillissement hydrothermal.
Laténacitédes produits frittés des exemples est approchée par la valeur de la résistance à la fracture par indentation, selon la norme ISO 14627, sur des disques de diamètre égal à 32 mm et d’épaisseur égale à 3 mm, le nombre de disques par produit à tester étant égal à 3, la surface sur laquelle est réalisée l’indentation étant polie de manière à ce qu’elle présente une rugosité Ra < 0,1 µm, les mesures étant réalisées à température ambiante, avec l’application d’une force égale à 98 N pendant un temps égal à 15 secondes, 5 indentations étant réalisées par disque, la valeur du module d’élasticité étant égale à 205 GPa.
Les mesures desparamètres de couleur(L, a* et b*) sont réalisées selon la norme NF ISO 7724 sur des pièces polies, la dernière étape de polissage ayant été réalisée avec une préparation diamantée Mecaprex LD32-E 1µm commercialisée par la société PRESI, à l’aide d’un appareil CM-2500d, fabriqué par la société Konica Minolta, avec illuminant D65 (lumière naturelle), observateur à 10°, et réflexion spéculaire exclue.
Protocole de fabrication
Des produits frittés ont été préparés à partir :
  • d’une poudre de zircone yttriée contenant une teneur molaire en Y2O3égale à 3%, présentant une aire spécifique de l’ordre de 10 m2/g et une taille médiane inférieure à 0,3 µm pour l’exemple 1,
  • d’une poudre de zircone yttriée contenant une teneur molaire en Y2O3égale à 2%, présentant une aire spécifique de l’ordre de 10 m2/g et une taille médiane inférieure à 0,3 µm pour les exemples 2 à 5,
  • d’une poudre de cérine CeO2de pureté supérieure à 99% et présentant une taille médiane inférieure à 10 µm pour les exemples 3 à 5,
  • d’une poudre d’alumine de pureté supérieure à 99% et présentant une taille médiane inférieure à 0,5 µm pour les exemples 1 à 5,
  • d’une poudre de pigment oxyde constitué de spinelle de fer et de cobalt et de chrome, pour les exemples 1 à 5, de taille médiane égale à 1,4 µm et présentant une teneur massique en oxyde de fer, exprimée sous la forme Fe2O3, égale à 40%, une teneur massique en oxyde de cobalt exprimé sous la forme Co3O4égale à 31% et une teneur massique en oxyde de chrome exprimé sous la forme Cr2O3égale à 27%, la teneur massique en impuretés étant égale à 2%.
Ces poudres ont été mélangées puis co-broyées en milieu humide jusqu’à obtention d’un mélange particulaire présentant une taille médiane de particules inférieure à 0,5 µm. De l’alcool polyvinylique a ensuite été ajouté en une quantité égale à 2% sur la base de la matière sèche du mélange particulaire. La charge de départ obtenue a ensuite été atomisée dans un sécheur-atomisateur, sous la forme d’une poudre de granules présentant une taille médiane égale à 60 µm, une masse volumique relative comprise entre 30% et 60% et un indice de sphéricité supérieur à 0,85, la masse volumique relative d’une poudre de granules étant le rapport égal à la masse volumique réelle divisée par la masse volumique absolue, exprimé en pourcentage, la masse volumique absolue d’une poudre de granules étant le rapport égal à la masse de matière sèche de ladite poudre après un broyage à une finesse telle qu’il ne demeure sensiblement aucun pore fermé, divisée par le volume de cette masse après broyage, mesurée par pycnométrie à hélium, et la masse volumique réelle d’une poudre de granules étant la moyenne des masses volumiques apparentes de chaque granule de la poudre, la masse volumique apparente d’un granule étant le rapport égal à la masse dudit granule divisée par le volume qu’occupe ledit granule.
A l’étape b), chaque poudre de granules a ensuite été pressée sur une presse uni axiale à une pression égale à 100 MPa.
A l’étape c), les préformes obtenues ont ensuite été transférées dans un four de frittage où elles ont été portées, à une vitesse de 100°C/h, jusqu’à 1400°C. La température de 1400°C a été maintenue pendant 2 heures. La descente en température a été effectuée par refroidissement naturel.
Les tableaux 1, 2 et 3 suivants résument la composition des mélanges particulaires mis en œuvre à l’étape a), leurs caractéristiques et les caractéristiques des produits frittés obtenus, respectivement.

[Tableau 1]
poudres mélanges particulaires mis en œuvre dans les exemples (% massiques)
1(*) 2(*) 3 4 5(*)
zircone à 3 mol%Y2O3 94,7 - - - -
zircone à 2 mol%Y2O3 - 94,9 94,1 94 93,7
Al2O3 1,1 1,0 1,0 0,9 1,0
CeO2 - - 0,7 1 1,3
spinelle de fer, de cobalt et de chrome 4,2 4,1 4,2 4,1 4,0
(*) : Exemple hors invention
mélanges particulaires mis en œuvre dans les exemples
1(*) 2(*) 3 4 5(*)
Analyse chimique en pourcentages en masse sur la base des oxydes
ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2 Complément à 100%
Al2O3 1,1 1,0 1,0 0,9 1,0
Oxyde de fer exprimé sous la forme Fe2O3 1,7 1,6 1,7 1,6 1,6
Oxyde de cobalt exprimé sous la forme Co3O4 1,2 1,2 1,3 1,2 1,2
Oxyde de chrome exprimé sous la forme Cr2O3 1,3 1,3 1,2 1,3 1,2
Spinelle de fer et de cobalt et de chrome 4,2 4,1 4,2 4,1 4,0
impuretés 0,2 0,5 0,4 0,4 0,5
Analyse chimique en pourcentages molaires sur la base de ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2
Y2O3 3 2 2 2 2
CeO2 0 0 0,5 0,8 1
Autres caractéristiques du mélange particulaire
Taille médiane D50(µm) 0,23 0,25 0,22 0,24 0,23
Rapport (D90-D10)/D50 1,0 1,2 1,3 1,2 1,2
(*) : Exemple hors invention
Produit fritté obtenu à partir du mélange particulaire de l’exemple 1(*) 2(*) 3 4 5(*)
Analyse chimique en pourcentages en masse sur la base des oxydes
ZrO2 + HfO2 + Y2O3 + CeO2 Complément à 100%
Al2O3 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Oxyde de fer exprimé sous la forme Fe2O3 1,7 1,6 1,7 1,6 1,6
Oxyde de cobalt exprimé sous la forme Co3O4 1,2 1,2 1,3 1,2 1,2
Oxyde de chrome exprimé sous la forme Cr2O3 1,3 1,3 1,2 1,3 1,2
Spinelle de fer et de cobalt et de chrome 4,2 4,1 4,2 4,1 4,0
Impuretés 0,2 0,5 0,4 0,4 0,5
Analyse chimique en pourcentages molaires sur la base de ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2
Y2O3 3 2 2 2 2
CeO2 0 0 0,5 0,8 1
Autres caractéristiques du produit fritté
Masse volumique apparente (g/cm3) 6,00 6,00 6,00 6,01 6,02
Masse volumique relative (%) 99,6 99,7 99,6 99,5 99,6
Taille moyenne de grains (µm) 0,32 0,35 0,35 0,33 0,33
Ecart type de la distribution de la taille de grains 0,12 0,14 0,11 0,11 0,15
Fraction de zircone monoclinique (%) < 5 < 5 < 5 < 5 < 5
Ténacité (MPa.m1/2) 5,5 17 15 12,5 11
Résistance au vieillissement hydrothermal (fraction de zircone monoclinique après essai, en %) 25 52 21 15 10
(*) : exemple hors invention
Les mélanges particulaires des exemples 1 à 5 et les produits frittés obtenus à partir desdits mélanges particulaires sont sensiblement entièrement constitués d’oxydes.
Dans les mélanges particulaires des exemples 3 à 5, comme dans les produits frittés obtenus à partir desdits mélanges particulaires, sensiblement tout le cérium est présent sous la forme CeO2.
Les exemples 1 et 2 sont représentatifs de l’état de la technique.
L’exemple 5, hors invention, est fourni afin de servir de base de comparaison aux exemples selon l’invention.
Lorsque la ténacité est supérieure ou égale à 12 MPa.m1/2, de préférence supérieure à 13 MPa.m1/2et lorsque la fraction de zircone monoclinique après essai de vieillissement tel que décrit, est inférieure ou égale à 25%, de préférence inférieure ou égale à 20%, le produit est considéré comme satisfaisant.
Les exemples 1 et 2, représentatifs de l’état de la technique ne sont donc pas satisfaisants : l’exemple 1 présente une ténacité faible égale à 5,5 MPa.m1/2, et l’exemple 2 présente une faible résistance au vieillissement hydrothermale (fraction de zircone monoclinique après essai de vieillissement égale à 52%).
L’exemple 5, hors invention montre qu’une teneur en CeO2égale à 1%, en pourcentage en mole sur la base de ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2ne permet pas d’atteindre l’objectif en terme de ténacité : la ténacité obtenue est en effet égale à 11 MPa.m1/2.
Les exemples 3 et 4 illustrent l’invention. L’exemple 3 est l’exemple préféré d’entre tous.
Comme cela apparaît clairement à présent, les inventeurs ont découvert que la présence simultanée d’une faible teneur en oxyde d’yttrium, d'une faible teneur en oxyde de cérium, et d’un pigment oxyde, dans un mélange particulaire selon l’invention, permet avantageusement d'obtenir un produit fritté de zircone colorée présentant une ténacité supérieure ou égale à 12 MPa.m1/2et une fraction de zircone monoclinique après essai de vieillissement tel que décrit, inférieure ou égale à 25%.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits ci-dessus.

Claims (23)

  1. Mélange particulaire présentant la composition chimique suivante, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
    - ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
    - 0% ≤ Al2O3≤ 1,5% ;
    - oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 0,5% et 12% ;
    les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que
    - 1,8% ≤ Y2O3≤ 3% et
    - 0,1% ≤ CeO2≤ 0,9%,
    le mélange particulaire comportant entre 0,5% et 10% d’un pigment oxyde, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire,
    la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, étant inférieure à 2%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
  2. Mélange particulaire selon la revendication précédente constitué d’oxydes pour plus de 99% de sa masse.
  3. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plus de 95% du zirconium, de l’hafnium, du cérium, de l’yttrium et de l’aluminium est présent sous la forme de zircone, d’hafnie, de cérine, d’une zircone au moins partiellement stabilisée à Y2O3, d’yttrine, et d’alumine respectivement.
  4. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
    - la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, et/ou
    - la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, et/ou
    - la teneur en pigment oxyde est supérieure à 2% et inférieure 8%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
  5. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en Al2O3, en pourcentages en masse sur la base des oxydes, est supérieure ou égale à 0,2% et inférieure ou égale à 1,2%, ou inférieure à 0,1%.
  6. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les particules du pigment oxyde sont constituées pour plus de 95% de leur masse, en un matériau choisi parmi :
    - les oxyde(s) de structure pérovskite, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
    - les oxydes de structure spinelle, optionnellement remplacé(s), totalement ou en partie, par une quantité équivalente de précurseur(s) de ces oxydes,
    - les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par le fer, le chrome et les mélanges de fer et de chrome,
    - les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
    - et leurs mélanges.
  7. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pigment oxyde ne comporte pas l’élément cérium et/ou ne comporte pas l’élément yttrium et/ou ne comporte pas l’élément zirconium.
  8. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pigment oxyde est constitué pour plus de 95% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome, un spinelle de fer et de cobalt, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt, un spinelle de cobalt et de magnésium et de zinc et de chrome, un spinelle de cobalt et de nickel et de fer et de chrome, un spinelle de nickel et de manganèse et de fer et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome et de fer, un spinelle de manganèse et de fer, un spinelle de chrome et de fer et de nickel, un spinelle de cobalt et de chrome, un spinelle de cuivre et de chrome, un spinelle de cobalt et de titane, un spinelle de fer et de titane, un spinelle de zinc et de fer, un spinelle de zinc et de fer et de chrome, un spinelle de cobalt et d’étain, un spinelle de nickel et de fer, un spinelle de fer et de manganèse et de chrome, un spinelle de zinc et de manganèse et de chrome, et leurs mélanges.
  9. Mélange particulaire selon la revendication précédente, dans lequel le pigment oxyde est constitué pour plus de 95% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0, et inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et leurs mélanges.
  10. Mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant une taille médiane (D50) inférieure à 2 µm et/ou un rapport (D90-D10)/D50inférieur à 2.
  11. Produit intermédiaire constitué de particules liées au moyen d’un liant organique, lesdites particules formant ensemble, après déliantage du produit intermédiaire, un mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  12. Produit intermédiaire selon la revendication précédente, présentant la forme d’une pâte ou d’une poudre de granulés présentant une taille médiane supérieure à 1 mm et inférieure à 8 mm ou d’une poudre de granules présentant une taille médiane supérieure à 20 µm et inférieure à 100 µm.
  13. Procédé de fabrication d’un produit fritté de zircone colorée, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
    a) préparation d’une charge de départ comportant un mélange particulaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ou un produit intermédiaire selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, et optionnellement un ou plusieurs constituants organiques ;
    b) mise en forme de ladite charge de départ de manière à obtenir une préforme ;
    c) frittage de ladite préforme à une température supérieure ou égale à 1300°C, de manière à obtenir un produit fritté de zircone colorée.
  14. Produit fritté de zircone colorée présentant une analyse chimique telle que, en pourcentages en masse sur la base des oxydes :
    - ZrO2+ HfO2+ Y2O3+ CeO2: complément à 100% ;
    - 0% ≤ Al2O3≤ 1,5% ;
    - oxydes autres que ZrO2, HfO2, Y2O3, CeO2et Al2O3, ou « autres oxydes » : entre 0,5% et 12% ;
    les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que 1,8% ≤ Y2O3≤ 3% et 0,1% ≤ CeO2≤ 0,9%,
    entre 0,5% et 10% des phases oxydes étant en un pigment oxyde, en pourcentages massiques sur la base des oxydes,
    la teneur en oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde étant inférieure à 2%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
  15. Produit fritté de zircone colorée selon la revendication précédente dans lequel la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
  16. Produit fritté de zircone colorée selon l’une quelconque des revendications 14 à 15, dans lequel la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2.
  17. Produit fritté de zircone colorée selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel la teneur en pigment oxyde est supérieure à 2% et inférieure 8%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
  18. Produit fritté de zircone colorée selon la revendication l’une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel la fraction de zircone monoclinique est inférieure à 10%.
  19. Produit fritté de zircone colorée selon la revendication l’une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel
    - plus de 95% du cérium et de l’yttrium et du zirconium, en pourcentage massique, sont hors du pigment, sous forme d’une zircone au moins partiellement stabilisée, et
    - plus de 95% de l’aluminium, en pourcentage massique, est hors du pigment oxyde, sous forme d’alumine, et
    - le pigment oxyde est constitué pour plus de 95% de sa masse d’un matériau choisi parmi :
    - les oxyde(s) de structure pérovskite,
    - les oxydes de structure spinelle,
    - les oxydes de structure hématite E2O3, l’élément E étant choisi dans le groupe GE(1) formé par formé par le fer, le chrome et un mélange de fer et de chrome,
    - les oxydes de structure rutile FO2, l’élément F étant choisi dans le groupe GF(1) formé par les mélanges d’étain et de vanadium, les mélanges de titane et de chrome et de niobium, les mélanges de titane et de chrome et de tungstène, les mélanges de titane et de niobium et de manganèse, les mélanges d’étain et de chrome, les mélanges de chrome et de titane et d’antimoine, les mélanges de nickel et d’antimoine et de titane, et leurs mélanges,
    - et leurs mélanges.
  20. Produit fritté de zircone colorée selon l’une quelconque des revendications 14 à 19, constitué pour plus de 99% de sa masse d’oxydes, présentant une taille moyenne de grains inférieure à 2 µm, et présentant une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm,
  21. Produit fritté de zircone colorée selon l’une quelconque des revendications 14 à 20,
    - présentant une composition chimique telle que, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :
    - 0% ≤ Al2O3≤ 1,2% ;
    - oxydes qui sont des « autres oxydes » et qui ne sont pas inclus dans le pigment oxyde, de préférence impuretés : < 1%,
    les teneurs en Y2O3et CeO2, en pourcentages molaires sur la base de la somme de ZrO2, HfO2, Y2O3et CeO2, étant telles que la teneur en Y2O3est supérieure ou égale à 1,9% et inférieure ou égale à 2,5%, et la teneur en CeO2est supérieure ou égale à 0,3% et inférieure à 0,7%, et
    - contenant 3% à 7% d’un pigment oxyde constitué pour plus de 95% de sa masse d’un oxyde de structure spinelle choisi parmi un spinelle de fer et de chrome présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0 et inférieur à 3, un spinelle de fer et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 4, un spinelle de fer et de chrome et de cobalt présentant un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le chrome exprimé sous la forme Cr2O3, Fe2O3/Cr2O3supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et un rapport massique du fer exprimé sous la forme Fe2O3sur le cobalt exprimé sous la forme Co3O4, Fe2O3/Co3O4supérieur à 0,5 et inférieur à 3, et leurs mélanges ;
    - présentant une taille moyenne de grains inférieure à 1,5 µm, et une distribution de la taille des grains présentant un écart type inférieur à 0,15 µm
  22. Produit fritté de zircone colorée obtenu à partir du procédé de fabrication selon la revendication 13.
  23. Dispositif choisi dans le groupe formé par un bijou, une montre, un bracelet, un collier, une bague, une broche, une épingle de cravate, un sac à main, un téléphone, un meuble, un ustensile ménager, une poignée, un interrupteur, un bouton, un placage, une partie visible d’un équipement de bien de consommation, une partie de monture de lunettes, un article de vaisselle, un pion de soudage et un cadre, ledit dispositif comportant un produit fritté selon l’une quelconque des revendications 14 à 22 ou fabriqué à partir d’un procédé selon la revendication 13.
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