FR3116823A1 - Revêtement d’isolation thermique à base d’un Polymere PREcéramique pour améliorer les performances des moteurs thermiques - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une composition pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique comprenant : un précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et un composé porogène.

Description

Revêtement d’isolation thermique à base d’un Polymere PREcéramique pour améliorer les performances des moteurs thermiques
La présente invention concerne une composition pour la préparation d’un revêtement d’isolation thermique.
La réduction des émissions de CO2demeure un enjeu capital pour les constructeurs automobiles, les incitant à améliorer l’efficacité du système de combustion lui-même. Pour ce faire, la recherche d’un meilleur rendement du moteur est indispensable. Un des moyens d’amélioration connus des performances repose sur une réduction des pertes thermiques aux parois de la chambre de combustion, dite aussi « adiabatisation ».
L’adiabatisation de la chambre de combustion par revêtements à faible diffusivité peut palier ces problèmes et apporter des gains de rendement moteur.
Les revêtements (« coatings ») les mieux adaptés dans ce cas sont nécessairement des matériaux poreux. Par conséquent, l’état de la surface revêtue par le revêtement est dégradé par la structure intrinsèque d’un tel revêtement, ce qui rend cette surface propice à la création des hydrocarbures imbrûlés. Aussi, en voulant traiter le problème d’émission de CO2par une recherche de rendement plus élevé du moteur, on y substitue un problème d’émissions d’hydrocarbures imbrûlés.
Pour pallier ce problème de création des hydrocarbures imbrûlés, on peut prévoir un dépôt supplémentaire d’une couche d’étanchéité solide d’une très faible épaisseur pour obturer les pores du revêtement isolant servant de barrière thermique au niveau des parois de la chambre de combustion.
Le document de brevet EP2955251B1 fait connaître une telle solution. Ainsi, il décrit une structure de film d’isolation thermique comportant une surface de base constituée d’un alliage d’aluminium, sur laquelle est formé un premier revêtement d’oxydation anodique ayant une rugosité de surface moyenne Ra de 4 à 5 μm, et présentant une surface dans laquelle des pores sont formés. Un second revêtement d’étanchéité est ensuite formé sur le premier revêtement d’oxydation anodique de façon à en recouvrir la surface poreuse. Ce revêtement d’étanchéité comprend des particules d’une matière d’isolation thermique, les particules étant des particules de silice creuse ayant un diamètre de particule primaire moyen qui est plus grand qu’un diamètre extérieur des pores et plus grand que 30 nm et ayant un diamètre de particule secondaire moyen de moins de 1 μm. L’ensemble constitue ainsi une structure multicouches d’isolation thermique dans laquelle la rugosité de surface Ra est égale ou inférieure à 1 μm.
La structure multicouches d’isolation thermique selon ce document présente toutefois un gain en adiabatisation, et donc un gain en production de CO2, limité, car le second revêtement d’étanchéité qui est ajouté sur le premier revêtement isolant pour limiter la production d’hydrocarbures imbrûlés, due à la surface poreuse de ce premier revêtement, lui fait perdre une partie de ses propriétés thermiques. Autrement dit, la présence du revêtement d’étanchéité entraine une détérioration des propriétés thermiques de l’isolant, qui rend ce dernier moins efficace, et donc joue à nouveau défavorablement du point de vue de la production de CO2.
On connaît aussi du document US 6,240,912,B1 une méthode d’oxydation catalytique des hydrocarbures imbrûlés dans la chambre de combustion des moteurs à essence à injection indirecte. Cette méthode prévoit le dépôt de matériaux catalytiques tels que le platine, le palladium, le rhodium à la surface supérieure du piston. Toutefois, un inconvénient réside ici dans l’amorçage d’un catalyseur dans la zone à basse température (250 à 300°C). On évite ainsi de devoir trop dégrader le rendement de la combustion à froid pour chauffer le catalyseur en traitant dans une certaine mesure les hydrocarbures imbrûlés à la source. Toutefois, selon cette méthode, les hydrocarbures imbrûlés ne sont pas traités là où ils se concentrent majoritairement, c’est-à-dire au niveau de la hauteur de compression du piston. Or, le phénomène de piégeage des hydrocarbures imbrûlés dans les volumes morts de la chambre de combustion constitue une source majeure des émissions d’hydrocarbures imbrûlés. De surcroît, cette solution n’a aucune action de limitation des pertes thermiques à chaud, donc aucune action de limitation du CO2.
Aussi, un but de l’invention est de proposer un revêtement permettant d’obtenir une très bonne isolation thermique de la chambre de combustion d’un moteur thermique et donc de diminuer les émissions de CO2.
Un autre but de l’invention est d’obtenir de faibles émissions d’hydrocarbures imbrûlés dans les gaz de combustion du moteur, tout en maîtrisant les émissions de CO2et la consommation de carburant.
Un autre but de l’invention est de proposer un revêtement isolant thermiquement peu coûteux, facilement applicable, présentant une bonne durabilité et une très bonne accroche sur les surfaces métalliques.
Composition (C 1 )
A cette fin, l’invention concerne une composition (C1) pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique comprenant :
  1. un précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;
  2. une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
  3. un composé porogène.
Précurseur de polymère précéramique à base de silicium (a)
Le précurseur de polymère précéramique à base de silicium est un précurseur moléculaire qui sera traité thermiquement, généralement à une température comprise entre 150 et 300°C pour conduire, après polymérisation, à un polymère précéramique. Ce dernier pourra être ensuite, lors d’un deuxième traitement thermique ou lors d’un second plateau thermique à une température plus élevée généralement comprise entre 450 et 800 °C, converti partiellement ou complètement en céramique amorphe.
Le précurseur de polymère précéramique à base de silicium est notamment un monomère ou un pré-polymère, c’est-à-dire un oligomère susceptible de subir une polymérisation ultérieure.
Le précurseur de polymère précéramique peut notamment être appliqué sur la surface du substrat métallique à protéger, pour conduire, après traitement thermique à un revêtement céramique dérivé de polymère ou PDC pourPolymer Derived Ceramic.
De préférence, le précurseur de polymère précéramique à base de silicium est choisi parmi les précurseurs de polysiloxanes, polysilazanes, polycarbosilazanes, polycarbosilanes, polyborosiloxanes, polyborosilanes et polyborosilazanes. Après pyrolyse, ces polymères précéramiques conduiront respectivement à l’oxycarbure de silicium (SiCO), au nitrure de silicium (Si3N4), au carbonitrure de silicium (SiCN), et au carbure de silicium (SiC).
De façon préférentielle, le précurseur de polymère précéramique est un précurseur de polysiloxane.
Composition de fritte de verre contenant de l’oxyde de zinc (b)
La composition de fritte de verre selon l’invention comprend de l’oxyde de zinc (ZnO). L’oxyde de zinc permet avantageusement d’augmenter l’élasticité du revêtement selon l’invention et donc de diminuer le risque de fissuration.
Selon un mode de réalisation, la composition de fritte de verre a une température de ramollissement basse, notamment comprise entre 400 et 700°C, notamment entre 400 et 600°C.
Sans vouloir être liés par une théorie particulière, les inventeurs ont pu montrer qu’une température de ramollissement basse, notamment comprise dans la gamme ci-dessus, conjuguée à la présence de l’oxyde de zinc, permettait avantageusement de mieux absorber les contraintes mécaniques et donc d’améliorer la résistance du revêtement obtenu, notamment de diminuer l’apparition de fissures lors de l’utilisation.
Selon un autre mode de réalisation, la composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc comprend en outre un oxyde alcalin. Celui-ci est notamment un fondant qui va avoir pour effet de baisser la température de fusion de la composition de fritte de verre. A titre d’exemple, l’oxyde alcalin peut être choisi notamment parmi l’oxyde de bore (B2O3), l’oxyde de sodium (Na2O) ou l’oxyde de potassium (K2O).
Selon un mode de réalisation particulier, la fraction massique de l’oxyde de zinc (ZnO) représente au moins 5%, en particulier au moins 10% du poids total de la composition de fritte de verre, notamment entre 10 et 60 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, la fraction massique de l’oxyde alcalin, tel que l’oxyde de bore, (B2O3) représente entre 10 et 60 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, la somme des fractions massiques de l’oxyde de zinc (ZnO) et de l’oxyde alcalin représente entre 20 et 90% en poids, notamment entre 20 et 80 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition de fritte de verre comprend en outre de la silice (SiO2), de l’oxyde de sodium (Na2O), de l’oxyde de potassium (K2O), de l’alumine (Al2O3) et/ou de l’oxyde de zirconium (ZrO2).
Selon un autre mode réalisation particulier, la composition de fritte de verre comprend :
  • de 20% à 50% en poids de ZnO ;
  • de 20% à 50% en poids d’oxyde alcalin, notamment B2O3, Na2O, et/ou K2O ;
  • de 5% à 60% en poids d’un oxyde choisi parmi SiO2, Al2O3et/ou ZrO2.
Selon un mode de réalisation, la somme des pourcentages des différents constituants ci-dessus est égale à 100%.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition de fritte de verre présente une température de transition vitreuse (Tg), de préférence inférieure à la température de fusion de l’alliage corrosif, notamment inférieure à 700°C, en particulier à 500°C. En effet, plus cette température est basse, et plus le traitement thermique du polymère précéramique pourra être réalisé à basse température. La température de transition vitreuse est de préférence supérieure à 300°C et notamment supérieure à 450°C, de manière à ce que la céramique obtenue après traitement thermique présente bonnes propriétés de résistance thermique à des températures élevées.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la température de transition vitreuse est comprise entre 300°C et 700°C, notamment entre 450°C et 500°C.
La composition de fritte de verre est généralement sous forme de poudre, notamment de granulométrie telle que 50% des particules de la composition ont un diamètre inférieur à 10 µm, notamment compris entre 1 et 10 µm, c’est-à-dire un diamètre D50compris entre 1 et 10 µm.
Composé porogène (c)
Par composé composé porogène, on entend un composé qui va engendrer des pores dans le revêtement obtenu à partir de la composition C1.
Ces pores qui vont renfermer de l’air, vont ainsi permettre de créer une barrière thermique à la surface du substrat, par exemple sur les parois intérieure de la chambre de combustion d’un moteur thermique, c’est-à-dire une adiabatisation.
Le composé porogène peut notamment être choisi parmi une cire, une paraffine ou une résine méthacrylique.
Matériau catalytique
Selon un mode de réalisation, la composition comprend en outre des particules de matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique.
Le matériau catalytique peut être notamment un oxyde dopé donneur d’ions oxygène (O2 -), notamment choisi parmi les oxydes de zirconium (ZrO2) et de terres rares, en particulier les zircones dopées à l’yttrium ou au scandium, les cérines, c’est-à-dire un mélange de ferrocène et de dioxide de cerium, ou cérium seul, dopées à l’yttrium ou au gadolinium.
Proportion des constituants (a), (b) et (c) de la composition (C 1 )
Selon un mode de réalisation, le précurseur de polymère à base de silicium représente 10 à 40% du poids du constituant b) de la composition (C1).
Selon encore un autre mode de réalisation, le composé porogène représente de 1% à 40% du poids total des constituants a) et b) de la composition C1.
Selon encore un autre mode de réalisation, la composition C1est une composition comprenant :
  1. 10 à 30 % en masse de précurseur de polymère précéramique ;
  2. 50 à 70 % en masse d’une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
  3. 1% à 30 % en masse de composé porogène.
Selon encore un autre aspect, la composition C1est telle que :
  1. ledit précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;
  2. ladite composition de fritte de verre ; et
  3. ledit composé porogène,
sont dispersés, notamment en solution ou en suspension, dans un solvant organique.
La présence du solvant est notamment particulièrement utile pour déposer de façon homogène, la composition C1à la surface du substrat à revêtir. Après dépôt, le solvant est généralement éliminé par séchage ou étuvage. Le solvant peut être notamment choisi parmi le Diestone® ou la méthyléthylcétone (MEK).
Composition (C 2 )
Selon un deuxième objet, l’invention concerne une composition C2pour former un revêtement catalytique à la surface d’un revêtement d’isolation thermique formé à partir d’une composition C1telle que définie ci-dessus, comprenant :
  • un précurseur de polymère précéramique à base de silicium, tel que défini ci-dessus ; et
  • des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini ci-dessus ; et éventuellement
  • une composition de fritte de verre telle que définie ci-dessus ;
  • ladite composition C2ne comprenant pas de composé porogène.
Cette deuxième composition vise à recouvrir la surface poreuse formée par le revêtement d’isolation thermique issu de la composition C1, notamment à obturer les pores en surface, et ainsi à former une couche d’étanchéité permettant de limiter la formation d’hydrocarbures imbrûlés dans les pores à la surface. Pour cette raison, cette composition ne comprend pas de porogène. Par ailleurs, la présence de particules d’un matériau catalytique permet avantageusement de dégrader les hydrocarbures imbrûlés formés.
De préférence, la composition C2comprend en outre une composition de fritte de verre, cette composition de fritte de verre étant telle que définie ci-dessus à hauteur de la composition (C1).
Procédé pour former un revêtement d’isolation thermique
Selon encore un autre objet, l’invention concerne un procédé pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique comprenant les étapes consistant à :
  1. Déposer une composition C1telle que définie ci-dessus à la surface d’un substrat métallique ;
  2. Eventuellement, éliminer le solvant présent dans le dépôt de la composition C1;
  3. Traiter thermiquement, sous atmosphère inerte, le substrat métallique à une ou plusieurs température(s) permettant de convertir le précurseur de polymère précéramique en polymère précéramique et éventuellement de convertir en tout ou partie le polymère précéramique obtenu en céramique ; et éventuellement
  4. Récupérer le substrat métallique protégé par un revêtement d’isolation thermique ainsi obtenu.
Selon un aspect, la surface du substrat métallique est choisie parmi la paroi interne de la chambre de combustion, la paroi d’un piston, d’une culasse, ou d’une soupape d’un moteur thermique.
Selon un autre aspect, le substrat métallique peut être un matériau métallique dont la température de fusion est supérieure à la température de fonctionnement, notamment un acier, ou un aluminium.
Le procédé peut notamment comprendre une étape préalable à l’étape i) de dégraissage, par exemple avec de l’alcool ou de l’acétone, et/ou sablage de la surface du substrat destinée à être revêtue.
Selon encore un autre aspect, le procédé comprend une étape consistant à déposer, sur le premier revêtement formé à partir d’une composition C1telle que définie ci-dessus, une deuxième composition C2telle que définie ci-dessus, ladite composition C2étant déposée :
  • soit entre l’étape d’élimination du solvant ii) et de traitement thermique iii), le traitement thermique des dépôts de C1et C2étant alors réalisé au sein de la même étape (iii),
  • soit entre l’étape de traitement thermique iii), et l’étape de récupération iv), auquel cas cette étape de dépôt de C2est suivie d’un deuxième traitement thermique avant l’étape de récupération iv).
Selon encore un autre aspect, la composition C1ou C2est déposée à la surface du substrat métallique par pulvérisation, coulage en bande, trempage ou au pinceau.
Selon encore un autre aspect, le traitement thermique est réalisé à une température comprise entre 150 et 800 °C. Il peut notamment comprendre un ou plusieurs paliers de température dans cet intervalle de température. De préférence, ce traitement thermique comprend l’application d’une température, notamment un palier de température permettant de convertir, au moins partiellement le polymère précéramique en céramique, cela de manière à stabiliser le revêtement d’isolation thermique issu de (C1) et/ou le revêtement catalytique issu de (C2) à la température d’utilisation du substrat métallique, par exemple autour de 500°C lorsque le substrat métallique est un élément d’un moteur thermique.
Selon encore un autre aspect, le revêtement d’isolation thermique issu de la composition C1obtenu à l’étape iv) a une épaisseur comprise entre 10 et 200 µm. Le revêtement catalytique éventuellement présent, en deuxième couche, issu de la composition C2, peut avoir une épaisseur comprise entre 10 et 250 µm, de préférence entre 20 et 100 µm.
Selon encore un autre aspect, lorsque le procédé comprend l’application d’une composition C2à la surface d’un revêtement issu d’une composition C1, le procédé peut comprendre une étape subséquente au traitement thermique de la couche C2, de polissage de la surface de manière à réduire encore le risque de formation d’hydrocarbures imbrûlés.
Selon encore un autre aspect, le revêtement obtenu à l’étape iv) comprend en outre une étape de dépôt de particules catalytiques à la surface du revêtement issu du traitement thermique. Les particules peuvent notamment avoir une taille comprise entre 1 et 20 µm.
Le revêtement obtenu à l’étape iv) peut être un revêtement monochouche, d’isolation thermique issu de C1, ou un revêtement bicouche, issu de l’application d’une composition C2à la surface d’une première couche d’isolation thermique issue de C1.
Substrat revêtu par un revêtement d’isolation thermique
Selon un autre objet, l’invention concerne un substrat métallique dont au moins une surface est recouverte par un revêtement d’isolation thermique et éventuellement par un revêtement catalytique susceptible d’être obtenu selon le procédé tel que défini ci-dessus.
Le substrat peut être notamment la chambre de combustion, le piston, une soupape ou la culasse d’un moteur thermique.
Utilisations de C 1 et de C 2 pour former un revêtement d’isolation thermique/catalytique
Selon un autre objet, l’invention concerne une composition C1telle que définie ci-dessus pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique.
Selon encore un autre objet, l’invention concerne l’utilisation d’une composition C2telle que ci-dessus pour former un revêtement catalytique à la surface d’un substrat métallique recouvert d’un revêtement d’isolation thermique obtenu à partir d’une composition C1.
Selon un aspect de l’invention, la surface du substrat métallique est choisie parmi la paroi interne de la chambre de combustion, la paroi d’un piston, d’une culasse, ou d’une soupape d’un moteur thermique.
Revêtements
Selon encore un autre objet, l’invention concerne un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique, comprenant :
  1. Un polymère précéramique, éventuellement converti en tout ou partie en polymère céramique, obtenu à partir d’un précurseur de polymère précéramique à base de silicium;
  2. Une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
  3. Un composé porogène,
Le précurseur de polymère précéramique à base de silicium et les constituants b) et c) étant tels que définis ci-dessus.
Selon encore un autre objet, l’invention concerne un revêtement catalytique à la surface d’un substrat métallique revêtu d’un revêtement d’isolation thermique tel que défini ci-dessus, comprenant :
  • Un polymère précéramique, éventuellement converti en tout ou partie en polymère céramique, obtenu à partir d’un précurseur de polymère précéramique à base de silicium, tels que définis ci-dessus;
  • des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini ci-dessus ; et éventuellement
  • une composition de fritte de verre telle que définie ci-dessus ;
  • ledit revêtement ne comprenant pas de composé porogène.
Selon encore un autre objet, l’invention concerne un revêtement bicouche à la surface d’un substrat métallique comprenant :
  • Une première couche d’un revêtement d’isolation thermique tel que défini ci-dessus, directement au contact de la surface du substrat métallique ; et
  • Une deuxième couche d’un revêtement catalytique, déposée à la surface de ladite première couche, comprenant des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, le revêtement bicouche est un revêtement dans lequel la deuxième couche de revêtement catalytique est un revêtement issu de l’application d’une composition C2.
EXEMPLES
Exemple 1 :
Préparation du revêtement d’isolation thermique selon l’invention
a) Mélange des produits suivants :
Solubilisation du précurseur de polymère précéramique dans le solvant puis ajout et mélange des autres composants.
Précurseur de polymère précéramique (Silres MK 12% en masse) (entreprise Wacker)
+ Diestone (solvant)
+ fritte de verre (à base de ZnO, B2O3, SiO2, Na2O puis Al2O3, F et ZrO2) 60 % en masse (CSP2/2, température de ramollissement basse de 513°C et température de transition vitreuse de 475°C)
+ Porogène (cires ou résines méthacryliques) < à 30% en masse
+ Application par coulage en bande d’une épaisseur de 100 µm du mélange sur une plaque en acier (ici acier inoxydable 304L après sablage et dégraissage avec alcool et acétone)
+ traitement thermique 30 minutes à 200°C puis 1 heure à 430°C sous air.
Les étapes de polymérisation et de traitement thermique peuvent être regroupées dans un même cycle thermique avec ou non un plateau thermique, selon la vitesse de montée en température. Un plateau sera nécessaire si la montée en température est lente.
Propriétés du revêtement d’isolation thermique selon l’invention
  1. Conductivité thermique
Les mesures de conductivité thermique obtenues sur le matériau de type polymère précéramique chargé de fritte de verre et de porogènes permettent d’obtenir des valeurs de conductivité thermique entre 0,34 et 0,23 W.m-1.K-1à 300°C (λ < 0,2 W.m-1.K-1à 22°C) selon le taux de porogènes (porogènes < à 30% en masse).
A titre comparatif, les valeurs rapportées dans l’état de la technique sont :
  • une conductivité thermique comprise entre 0,5 à 0,8 W/mK à 300 °C, et
  • une capacité thermique volumique < 1100 kJ/m3K.
Par modélisation numérique avec un modèle 0D/1D couplé thermique paroi, les inventeurs ont pu estimer des gains de rendement moteur compris entre 0,1% et 0,3% selon le point de charge moteur et même supérieurs avec l’additivation catalytique, ceci pour une motorisation essence
  1. Tenue du revêtement
Les tests réalisés par la technique du plot collé selon la norme ASTM 4541sur le revêtement sans porogène montrent une tenue du revêtement > à 4,5 MPa (matériel de test : Elcometer 510) .
Ces résultats montrent que le revêtement d’isolation thermique selon l’invention présente une bonne durabilité et une très bonne accroche sur les surfaces métalliques.

Claims (34)

  1. Composition (C1) pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique comprenant :
    1. un précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;
    2. une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
    3. un composé porogène.
  2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le précurseur de polymère précéramique à base de silicium est choisi parmi les précurseurs de polysiloxanes, polysilazanes, polycarbosilazanes, polycarbosilanes, polyborosiloxanes, polyborosilanes et polyborosilazanes.
  3. Composition selon la revendication 2, dans laquelle le précurseur de polymère précéramique est un précurseur de polysiloxane.
  4. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la composition de fritte de verre a une température de ramollissement comprise entre 400°C et 700°C.
  5. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc comprend en outre un oxyde alcalin, notamment de l’oxyde de bore (B2O3).
  6. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la fraction massique de l’oxyde de zinc (ZnO) représente entre 10 et 60 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
  7. Composition selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans laquelle la fraction massique de l’oxyde alcalin représente entre 10 et 60 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
  8. Composition selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle la somme des fractions massiques de l’oxyde de zinc (ZnO) et de l’oxyde alcalin représente entre 20 et 90 % en poids par rapport au poids total de la composition de fritte de verre.
  9. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la composition de fritte de verre comprend en outre de la silice (SiO2), de l’oxyde de sodium (Na2O) de l’oxyde de potassium (K2O), de l’alumine (Al2O3) et/ou de l’oxyde de zirconium (ZrO2).
  10. Composition selon les revendications 1 à 9, dans lequel le composé porogène est une cire, une paraffine ou une résine méthacrylique.
  11. Composition selon les revendications 1 à 10, comprenant en outre des particules de matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique.
  12. Composition selon la revendication 11, dans lequel le matériau catalytique est un oxyde dopé donneur d’ions oxygène (O2 -), notamment choisi parmi les oxydes de zirconium (ZrO2) et de terres rares, en particulier les zircones dopées à l’yttrium ou au scandium, les cérines dopées à l’yttrium ou au gadolinium.
  13. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le composé porogène est choisi parmi une cire ou résine méthacrylique.
  14. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le précurseur de polymère à base de silicium représente 10 à 40 % du poids du constituant b) de la composition C1telle que définie à la revendication 1.
  15. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le composé porogène représente 1 à 40 % du poids total des constituants a) et b) de la composition C1.
  16. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    1. 10 à 30 % en masse de précurseur de polymère précéramique ;
    2. 50 à 70 % en masse d’une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
    3. 1 à 30 % en masse de composé porogène.
  17. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle :
    1. ledit précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;
    2. ladite composition de fritte de verre ; et
    3. ledit composé porogène,
    sont dispersés, notamment en solution ou en suspension, dans un solvant organique.
  18. Composition C2pour former un revêtement catalytique à la surface d’un revêtement d’isolation thermique formé à partir d’une composition C1telle que définie dans les revendications 1 à 17, comprenant :
    • un précurseur de polymère précéramique à base de silicium, tel que défini aux revendications 1 à 3 ; et
    • des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini aux revendications 11 et 12 ; et éventuellement
    • une composition de fritte de verre telle que définie à la revendication 1 ;
    • ladite composition C2ne comprenant pas de composé porogène.
  19. Procédé pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique comprenant les étapes consistant à :
    1. Déposer une composition C1telle que définie dans les revendications 1 à 18 à la surface d’un substrat métallique ;
    2. Eventuellement, éliminer le solvant présent dans le dépôt de la composition C1;
    3. Traiter thermiquement, sous atmosphère inerte, le substrat métallique à une ou plusieurs température(s) permettant de convertir le précurseur de polymère précéramique en polymère précéramique et éventuellement de convertir en tout ou partie le polymère précéramique obtenu en céramique ; et éventuellement
    4. Récupérer le substrat métallique protégé par un revêtement d’isolation thermique ainsi obtenu.
  20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel la surface du substrat métallique est choisie parmi la paroi interne de la chambre de combustion, la paroi d’un piston, d’une culasse, ou d’une soupape d’un moteur thermique.
  21. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 ou 20, dans lequel le substrat métallique est un acier, ou un alliage d’aluminium.
  22. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 21, dans lequel le procédé comprend une étape consistant à déposer, sur le premier revêtement formé à partir de ladite composition C1, une deuxième composition C2telle que définie à la revendication 18, ladite composition C2étant déposée :
    • soit entre l’étape d’élimination du solvant ii) et de traitement thermique iii), le traitement thermique des dépôts de C1et C2étant alors réalisé au sein de la même étape (iii),
    • soit entre l’étape de traitement thermique iii), et l’étape de récupération iv), auquel cas cette étape de dépôt de C2est suivie d’un deuxième traitement thermique avant l’étape de récupération iv).
  23. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 22, dans lequel la composition C1ou C2est déposée à la surface du substrat métallique par pulvérisation, coulage en bande, trempage ou au pinceau.
  24. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 23, dans lequel le traitement thermique est réalisé à une température comprise entre 150 et 800 °C.
  25. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 24, dans lequel le revêtement d’isolation thermique obtenu à l’étape iv) a une épaisseur comprise entre 10 et 250 µm, de préférence entre 20 et 100 µm.
  26. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 25, comprenant en outre une étape de dépôt de particules catalytiques à la surface du revêtement d’isolation thermique obtenu à l’étape ii).
  27. Substrat métallique recouvert par un revêtement d’isolation thermique et éventuellement par un revêtement catalytique susceptible d’être obtenu selon le procédé tel que défini aux revendications 19 à 26.
  28. Utilisation d’une composition C1telle que définie aux revendications 1 à 17 pour former un revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique.
  29. Utilisation d’une composition C2telle que définie à la revendication 18 pour former un revêtement catalytique à la surface d’un substrat métallique recouvert d’un revêtement d’isolation thermique obtenu à partir d’une composition C1selon l’une quelconque des revendications 1 à 17.
  30. Utilisation selon la revendication 29, dans laquelle la surface du substrat métallique est choisie parmi la paroi interne de la chambre de combustion, la paroi d’un piston, d’une culasse, ou d’un soupape d’un moteur thermique.
  31. Revêtement d’isolation thermique à la surface d’un substrat métallique, comprenant :
    1. Un polymère précéramique éventuellement converti en tout ou partie en polymère céramique, obtenu à partir d’un précurseur de polymère précéramique à base de silicium ;
    2. Une composition de fritte de verre comprenant de l’oxyde de zinc (ZnO); et
    3. Un composé porogène,
    Le précurseur précéramique et les constituants b) et c) étant tels que définis dans les revendications 1 à 17.
  32. Revêtement catalytique à la surface d’un substrat métallique revêtu d’un revêtement d’isolation thermique tel que défini à la revendication 31, comprenant :
    • Un polymère précéramique éventuellement converti en tout ou partie en polymère céramique, obtenu à partir d’un précurseur de polymère précéramique à base de silicium tel que défini à la revendication 1 ;
    • des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini aux revendications 11 et 12 ; et éventuellement
    • une composition de fritte de verre telle que définie à la revendication 1 ;
    • ledit revêtement ne comprenant pas de composé porogène.
  33. Revêtement bicouche à la surface d’un substrat métallique comprenant :
    • Une première couche d’un revêtement d’isolation thermique tel que défini à la revendication 31, directement au contact de la surface du substrat métallique ; et
    • Une deuxième couche d’un revêtement catalytique, déposée à la surface de ladite première couche, comprenant des particules d’un matériau catalytique apte à catalyser l’oxydation d’au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés présents dans la chambre de combustion d’un moteur thermique, le matériau étant tel que défini aux revendications 11 et 12.
  34. Revêtement bicouche selon la revendication 33, dans lequel la deuxième couche de revêtement catalytique est un revêtement tel que défini à la revendication 32.
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WO1982000827A1 (fr) * 1980-09-08 1982-03-18 Minnesota Mining & Mfg Composition de verre contenant du zinc
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