MX2011002827A

MX2011002827A - Proceso para elaborar un material sic poroso.

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Publication number: MX2011002827A
Application number: MX2011002827A
Authority: MX
Inventors: Christophe Augier; Ana Maria Popa; Jostein Mosby
Original assignee: Saint Gobain Ct Recherches
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-05
Also published as: EP2334617A1; FR2936512A1; CN102171163A; FR2936512B1; WO2010037963A1; US20110171099A1; JP2012504092A

Abstract

La invención se refiere a un proceso para obtener un material poroso hecho de SiC recristalizado, especialmente en la forma de una estructura para filtrar un gas cargado de particulados, comenzando de dos polvos de partículas de SiC gruesas y finas, mezcladas con un material orgánico que comprende un formador de poros orgánico y/o un aglutinante, en proporciones adecuadas y en la presencia de una cantidad suficiente de un solvente, tal corno agua, a fin de permitir la formación de dicha mezcla y encendido de la misma entre 1600°C y 2400°C, dicho proceso caracterizándose porque la diferencia entre la percentila d90 del polvo de partícula gruesa y la percentila d10 del polvo de partícula fina multiplicada por el volumen de material orgánico en la mezcla inicial, expresada como un porcentaje relativo al volumen total de los granos de SiC, es entre 250 y 1500. La invención también se refiere al material poroso hecho de SiC recristalizado que podrá obtenerse por dicho proceso.

Description

PROCESO PARA ELABORAR UN MATERIAL SiC POROSO La presente invención se refiere al área de materiales porosos con base de carburo de silicio recristalizado . Más particularmente, la invención se refiere a un proceso para elaborar un cuerpo o un elemento hecho de tal material poroso, las propiedades de resistencia mecánica de los cuales, se mejoran. Tal cuerpo o elemento puede ser utilizado especialmente en el área de filtración o sino en el área de soportes de encendido o encendedores cerámicos.

Los materiales refractorios o cerámicos porosos con base de carburo de silicio (SiC) obtenidos por aglutinación a temperatura muy alta, están siendo cada vez más utilizados en aplicaciones en las cuales su inertidad química alta y su refractariedad alta les permite soportar las altas tensiones mecánicas, particularmente tensiones t ermomecáni cas .

Importantes, pero no limitantes, los ejemplos son típicamente aplicaciones tales como filtros particulados en los tubos de escape de automóviles. En particular, generalmente es deseable para las aplicaciones de tratamiento de filtración de gas catalítico incrementar la porosidad, a fin de obtener el área de superficie de intercambio más alta posible, o para incrementar el tamaño promedio de los poros, a fin de limitar los efectos de caída de presión. En particular, puede ser posible depositar el revestimiento catalítico dentro del material poroso debido al hecho de que el material todavía tiene, después de dicha deposición, suficiente porosidad para permitir a los gases fluir a través de ello sin caída de presión excesiva.

Sin embargo, cuando el material es altamente poroso, es decir, cuando su porosidad abierta es mayor al 40% o 45% o aún 50%, y en una manera aún más pronunciada arriba del 50%, el elemento producido de tales materiales tiene una resistencia mecánica, y en consecuencia te rmome cán i ca , demasiado baja, esta debilidad siendo posiblemente la causa de que el material se deteriore rápidamente en servicio.

De la misma manera, para un material pretendido, por ejemplo, para ser utilizado como un soporte de encendido, es útil incrementar la porosidad mientras que todavía se mantenga la resistencia mecánica, a fin de reducir la masa térmica del soporte y en particular para reducir el consumo de energía necesario para las partes de encendido que se sitúan sobre dichos soportes.

Para el propósito de incrementar la porosidad de un material, el medio conocido más convencional consiste en utilizar los aditivos en la composición de inicia para obtener el cuerpo o la parte deseada. En particular, se utilizan los formadores de poros de origen orgánico, estos descomponiéndose durante una etapa de calentamiento intermedia o durante el encendido del material. Tal propósito se ha descrito, por ejemplo, en la solicitud de patente EP 1 403 231. Sin embargo, como se conoce, el utilizar los formadores de poros u otros materiales orgánicos conduce a que se desprendan gases tóxicos y además puede originar defectos en el material, tal como mi cro f i s u rac i ón , si los formadores de poros u otros materiales orgánicos no se remueven en una manera perfectamente controlada. Tales defectos pueden entonces ser altamente nocivos para las propiedades y la resistencia de los cuerpos porosos cuando se están utilizando, más particularmente los filtros particulados en un tubo de escape que se someten a fases de regeneración y filtración sucesivas, o para un soporte de encendido que tiene .que superar diversos ciclos térmicos sustanciales.

Por otra parte, también se conoce, para controlar y usualmente incrementar el diámetro de poro promedio del producto final, el aumentar el tamaño de las partículas de SiC presentes en la mezcla de inicio. El uso de partículas grandes, es decir, típicamente aquellas que tienen un diámetro medio mayor a 20 mieras, sin embargo conduce a una reducción inaceptable en resistencia mecánica.

Varias publicaciones recientes nombran el problema de obtener las estructuras de carburo de silicio de porosidad controlada de diversos polvos de, partículas de SiC en la mezcla inicial.

EP 1 686 107 describe, por ejemplo, un proceso para elaborar un cuerpo cerámico sinterizado de una mezcla de al menos dos polvos, un polvo consistiendo de granos de SiC gruesos y un polvo de granos de SiC finos, en los cuales1 la relación del tamaño promedio del polvo grueso al tamaño promedio del polvo fino es entre 8 y 250.

EP 1 652 831 describe cuerpos cerámicos sinterizados obtenidos de una mezcla de dos polvos de partícula de SiC que tienen un diámetro promedio entre 5 y 100 µ?? y entre 0.1 y 10 µp? respectivamente.

EP 1 839 720 describe un método para preparar filtros de SiC que tienen una dispersión pequeña alrededor de un valor objetivo promedio del diámetro de poro. Los dos polvos de SiC inicialmente utilizados de acuerdo a esta enseñanza, tienen un diámetro medio de 15 a 40 mieras respecto al polvo que consiste de las partículas más gruesas y 0.5 mieras respecto al polvo que consiste de las partículas más finas.

El objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para preparar y sintetizar un cuerpo hecho de un material cerámico de carburo de silicio re c r i s t a 1 i z ado , el cual es poroso y tiene el mejor compromiso entre sus ca acterísticas de porosidad (volumen de poro abierto, diámetro de poro medio) y sus ca ra ct e r i s t i ca s de resistencia mecánica y te rmomecánica .

Más particularmente, el objeto de la presente invención es un proceso para elaborar un producto refractorio o cerámico poroso con base de SiC sinterizado a una temperatura arriba de 1600°C, haciendo posible obtener un material que tiene un compromiso mejorado, en comparación con los métodos conocidos hasta ahora, entre sus propiedades de porosidad, en particular, su porosidad abierta y/o su diámetro de poro medio, y sus propiedades de resistencia mecánica y tertnomecánica .

La invención se basa en el descubrimiento hecho por el solicitante de que, para la porosidad sus tancialmente equivalente del material de SiC poroso, ciertos parámetros del proceso para obtener dicho material pudieran tener una influencia muy sustancial sobre las características de resistencia mecánica de dicho- material. Más particularmente, los experimentos llevados a cabo por el solicitante, algunos de los cuales se reportan en el resto de la presente descripción, han probado que las propiedades mecánicas del material, para la porosidad equivalente, pudieran ser muy sustancialmente mejoradas por control estricto y combinado: - por una parte, del tamaño y la distribución de .los granos de SiC presentes en la mezcla en polvo inicialmente utilizada en el proceso; y por otra parte, de la cantidad de material orgánico presente en la mezcla inicial antes del encendido.

De acuerdo a un aspecto particularmente ventajoso, al aplicar la presente invención, llega a ser posible, en comparación con las características de porosidad esperadas del material objetivo, modificar las etapas críticas del proceso a fin de obtener las características mecánicas más altas para tal tti'a te r i a 1.

Más precisamente, la invención se refiere a un proceso para obtener un material poroso hecho de SiC recri s t al i zado , especialmente en la forma de una estructura para filtrar un gas cargado de particulados, comprendiendo las siguientes etapas: a) preparación de una composición que comprende al menos dos polvos de partículas de SiC, las partículas de un primer polvo teniendo un diámetro medio d50 de menos de 5 mieras y las partículas de un segundo polvo teniendo un diámetro medio d50 de entre 5 y 100 .mieras, la diferencia entre el diámetro medio dso del segundo polvo y el diámetro medio dso del primer polvo siendo mayor a 5 mieras; b) mezclado de dicha composición con un material orgánico que comprende un formador de poros orgánico y/o un aglutinante, en proporciones adecuadas y en la presencia de una cantidad suficiente de un solvente, tal como agua, para permitir a dicha mezcla formarse, y formación de la mezcla obtenida a fin de obtener un cuerpo verde; c) preferentemente, el secado y la eliminación del material orgánico, especialmente por un tratamiento térmico intermedio y/o por el uso de microondas; y d) encendido del cuerpo a una temperatura de aglut inamiento entre 1600°C y 2400°C, preferentemente arriba de 1800°C o aún arriba de 2000°C, a fin de obtener un cuerpo poroso sinterizado.

En el proceso de acuerdo a la invención, la diferencia entre la percentila dgo del segundo polvo de partícula y la percentila dio del primer polvo de partícula multiplicado por el volumen de material orgánico en la mezcla inicial, expresado como un porcentaje relativo al volumen total de las partículas de SiC, es entre aproximadamente 250 y aproximadamente 1500, preferentemente entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1200.

El término "volumen de material orgánico" se entiende, dentro del contexto de la presente descripción, que significa el volumen total de todos los materiales orgánicos mezclados con los granos de SiC que constituyen la parte "mineral" de la mezcla. Este volumen total de material orgánico es relativo al volumen total ocupado por dichos granos de SiC en la mezcla .

Los materiales orgánicos incorporados en la mezcla son especialmente agentes que tienen una funcionalidad formadora de poros y agentes pre- formadores , tales como aglutinantes, p 1 a s t i f i ca n t e s , dispersantes y lubricantes, sin embargo, sin esta lista ser exhaustiva .

Preferentemente, el volumen de material orgánico (posibles agentes formadores de poros, aglutinantes, plastificantés, lubricantes, etc.) es entre 5 y 150%, o aún 20 a 110%, o aún 30 a 100%, como un porcentaje relativo al volumen total de los granos de SiC. Preferentemente, el volumen formador de poros es entre 0 y 120%, o 10 a 95% o aún 15 a 80%, como un porcentaje relativo al volumen total de los granos de SiC.

El término "polvo" se entiende convencionalmente, dentro del contexto de la presente invención, gue significa un ensamble de granos o partículas caracterizado por una distribución de diámetro de partícula (también llamado tamaño de partícula en la presente descripción) generalmente centrada y distribuida alrededor de un diámetro medio.

El término "grano" o el término "partícula" se entiende que significa un producto sólido individual en un polvo o una mezcla de polvo.

La expresión "curva de la distribución de tamaño de partícula acumulativa de los tamaños de partícula de un polvo o una mezcla de polvo" se entiende, dentro del contexto de la presente invención y de acuerdo con la práctica común en el área, se entiende la curva de distribución d.e tamaño de partícula que da: diagramada en el eje y, los porcentajes de tal manera que un porcentaje p% representa la fracción del polvo, por volumen, agrupando junto el p% de las partículas que tienen los diámetros o tamaños más grandes; y diagramada en el eje x, los diámetros o tamaños de partícula dp, generalmente expresados en µp?, dp siendo el tamaño de partícula más pequeño posible en la fracción de volumen del polvo representado por el porcentaje p% diagramado en el eje x.

Tal curva de tamaño de partícula puede especialmente ser convencionalmente obtenida utilizando un analizador de tamaño de partícula láser.

Se nombrará que dp, dentro del significado de la presente invención, es convencionalmente el diámetro de partícula (diagramado en el eje x en la curva anteriormente mencionada) correspondiente al porcentaje p% por volumen.

De esta manera, el dio de un polvo corresponde a un tamaño de partícula para el cual 10% por volumen de las partículas del polvo tienen un tamaño igual a o mayor a dio (Y/ en consecuencia, para lo cual 90% de las partículas, por volumen, tienen un tamaño estrictamente inferior a dio) · Se nombrará que dgo de un polvo corresponde al tamaño de partícula para el cual 90& por volumen de las partículas del polvo tienen un tamaño igual a o mayor a d90 (y, en consecuencia, para lo cual 10% de las partículas por volumen tienen un tamaño estrictamente más pequeño a d90) .

Con la misma definición, la percentila dso es frecuentemente llamada el diámetro medio de un pol o.

El proceso, de acuerdo a la invención, consiste por ejemplo en el mezclado de los polvos de partícula de SiC a fin de obtener la mezcla de partícula de tamaño seleccionado de acuerdo a la invención y después en la formación de esta mezcla, y ventajosamente hace posible obtener, después del encendido y aglut inamient o a temperatura alta, un producto cerámico refractorio poroso con base de SiC, las características de resistencia mecánica y de porosidad combinadas de las cuales se mejoran y podrán controlarse más fácilmente. De esta manera, el proceso de acuerdo a la invención hace posible obtener un cuerpo sinterizado poroso, del cual se garantiza la resistencia mecánica óptima.

Preferentemente, de acuerdo a la invención, la diferencia entre la percentila d90 del segundo polvo de partícula de SiC y la percentila dio del primer polvo de partícula de SiC es mayor a 1 miera y aún más preferentemente mayor a 3 mieras. Esta diferencia representa, de acuerdo a la invención, la cantidad de recubrimientos de la distribución de tamaño de partícula de los dos polvos .

Preferentemente, de acuerdo a la invención, la diferencia entre la percentila dgo del segundo polvo de partícula de SiC y la percentila dio del primer polvo de partícula de SiC es menor a 20 mieras, por ejemplo, igual a 15 mieras o menos o aún 10 mieras o menos.

Ventajosamente, el diámetro medio de las partículas del primer polvo de partícula de SiC es menor a 3 mieras y, preferentemente, menor a o igual a 1 miera. Sin alejarse del alcance de la invención, el diámetro medio de las partículas del primer polvo de SiC podría ser del orden de unas pocas decenas de nanómetros, o aún del orden de unos pocos nanóme tros.

Preferentemente, el diámetro medio de las partículas que constituyen el segundo polvo de partícula de SiC podría ser entre 5 y 60 mieras, preferentemente entre 5 y 30 mieras o aún entre 5 y 20 mieras. Por debajo de las 5 mieras, no se observó diferencia significativa en comparación con los materiales porosos obtenidos utilizando los procesos convencionales. Por arriba de las 60 mieras, la resistencia mecánica del cuerpo poroso cae enormemente .

Preferentemente, el diámetro medio de las partículas de Sic del segundo polvo es al menos cinco veces mayor al diámetro medio de las partículas de SiC del primer polvo, preferentemente al menos diez veces más.

Preferentemente, la diferencia entre el diámetro medio del segundo polvo y aquella del primer polvo es entre 8 y 30 mieras.

Típicamente, de acuerdo a la invención, la relación Ri de la diferencia entre las percentilas dio y .d90 al diámetro medio d50 del primer polvo : d10 — dgo KI ~ '— «50 es entre 0.1 y 10, preferentemente entre 0.3 y 5 y muy preferentemente entre 0.5 y 5.

De igual forma, de acuerdo a la invención, la relación R2 de la diferencia entre las percentilas dio y dgo al diámetro medio dso del segundo polvo: es típicamente entre 0.1 y 10, preferentemente entre 0.3 y 5 y muy preferentemente entre 0.5 y 5.

Preferentemente, el cuerpo poroso tiene una porosidad abierta de entre 35 y 65% y aún más prefere temente entre 40% y 60%. Especialmente, en la aplicación de filtro particulado, mientras más baja se conduzca una porosidad más alta será una caída de presión. Mientras más alta se conduzca una porosidad más bajo será un nivel de resistencia mecánica.

De acuerdo a la invención, el diámetro medio dso por volumen de los porosos que constituyen la porosidad del material . es entre 5 y 30 mieras y preferentemente entre 10 y 25 mieras .

En general, en la aplicación del material como constituyente de las paredes de filtración de un filtro particulado, generalmente se acepta que mientras más bajo se conduzca un diámetro de poro más alta será una caída de presión, considerando que mientras más alto se conduzca un diámetro de poro medio más escasa será la eficiencia de filtración.

Especialmente a fin de incrementar las propiedades de conducti idad eléctrica del cuerpo poroso o para incrementar la resistencia mecánica del cuerpo poroso, el polvo de SiC podrá estar hecho de SiC adulterado con un metal como aluminio.

Además, los polvos de SiC utilizados en el proceso, de acuerdo a la invención, son aquellos preferentemente de SiC en una forma cristalográfica esencialmente alfa, preferentemente SiC negro o SiC verde dependiendo de la pureza química de los polvos utilizados .

A fin de no cargar innecesariamente la presente descripción, todas las posibles combinaciones de acuerdo a la invención, entre las diversas modalidades preferidas de la invención, según se describe anteriormente, no se reportan, especialmente todas las posibles combinaciones que se dan como resultado de las características de los polvos de acuerdo a la invención arriba dadas. Sin embargo, se entiende que todas las posibles combinaciones de los rangos y valores iniciales y/o preferidos arriba descritos, se contemplan y deberán considerarse como que se describen por el solicitante dentro del contexto de la presente descripción (especialmente, dos, tres o más combinaciones) .

Típicamente, en la etapa b) , los formadores de poros y/o aglutinantes y opcionalmente p 1 a s t i f i can t e s , podrán agregarse. Estos aglutinantes o plastif icantes , por ejemplo, se eligen del rango de pol isacár idos y derivados de celulosa, PVAs , PEGs o aún derivados de lignona o agentes de fijación química tal como ácido fosfórico o silicato de sodio, con la condición de que estos sean compatibles con el proceso de encendido. El solicitante ha observado que la reología de la mezcla de plástico obtenida de esta manera, pueda ser fácilmente controlada por los experimentos rutinarios, incluyendo en el caso de adiciones sustanciales de agua.

Ventajosamente, en una etapa anterior, las partículas del primer polvo podrán aglomerarse con al menos una parte del segundo polvo o aún sin el último, utilizando un proceso conocido para la aglomeración o formación de gránulos, tal como los procesos de atomización o granulación convencionales. El aglutinante para producir estos gránulos, por ejemplo, puede ser una resina termoes table , elegida de resinas de epoxi, silicona, poliimida o poliéster, o preferentemente una resina fenólica, un PVA opcionalmente combinado con aglutinantes del tipo mineral u o ga nomi ne ra 1 , o una resina acrílica preferentemente elegida por razones ambientalmente agradables. La naturaleza del aglutinante y su cantidad, en general, se eligen de acuerdo a la distribución del tamaño de partícula de los polvos de SiC de inicio finos y al tamaño deseado de los gránulos de SiC obtenidos después de la aglomeración. El aglutinante debe proporcionar suficiente integridad mecánica en atención a que los gránulos no necesitan degradarse antes de cualquier tratamiento térmico de eliminación de aglutinante (etapa c) ) y por encima de todo durante la operación de formación (etapa b) ) .

Como se sabe, para obtener los niveles de porosidad de pared de la estructura que sean compatibles con uso como un filtro particulado, es decir, típicamente entre 35 y 65%, en general es necesario introducir adicionalmente , en la mezcla, los agentes formadores de poros orgánicos. Estos agentes formadores de poros orgánicos se vaporizan a temperatura relativamente alta durante el encendido. Los agentes formadores de poros tal como el polietileno, po 1 i e s t i reno , almidón o grafito se describen en las solicitudes de patente JP 08-281036 o EP 1 541 538.

La operación de la formación del producto poroso (etapa b) ) se lleva a cabo preferentemente a fin de producir las partes de diversas formas utilizando cualquier técnica conocida, por ejemplo, por presión, extrusión o vibración o por moldeo o fundición, ya sea bajo presión o no, por ejemplo en un molde de resina o un yeso poroso. De acuerdo a una posible modalidad, los tamaños de los gránulos que se dan como resultado de la aglomeración de las partículas finas del primer polvo de SiC y/o las partículas de SiC que constituyen el segundo polvo, se adaptan, dependiendo de las técnicas incluidas, al espesor de la parte a ser producida a fin de asegurar que se obtengan las propiedades de resistencia mecánica y porosidad y la apariencia necesaria para la aplicación deseada. Además, se ha observado que al reducir las cantidades de finos, aglomerados en forma de gránulo de acuerdo a la invención, es posible impedir que los moldes lleguen a atascarse durante la fundición o reducir los efectos de delaminación en el caso de mezclas de presión.

El solvente podrá removerse durante la etapa c) mediante un tratamiento térmico o alternativamente al utilizar microondas, por un tiempo lo suficientemente largo para traer el contenido de agua químicamente suelta a menos de 1% en peso. Por supuesto, otros medios conocidos equivalentes podrán contemplarse sin alejarse del alcance de la presente invención.

La operación de eliminación de aglutinante (etapa c) ) se lleva preferentemente a cabo en el aire y a una temperatura preferentemente por debajo de 700 °C a fin de asegurar la suficiente integridad mecánica antes del aglut inamiento y para impedir la oxidación no controlada del SiC.

El encendido se lleva a cabo a temperatura alta, es decir, a una temperatura arriba de 1600°C, o aún arriba de 1800°C y preferentemente arriba de 2000 °C y aún más preferentemente arriba de 2100 °C, pero por debajo de 2400°C. Preferentemente, dicho encendido se lleva a cabo en una atmósfera inoxidable, por ejemplo, una atmósfera de argón.

La invención también se refiere a un cuerpo poroso. hecho de SiC re c r i s t a 1 i z ado , preferentemente esencialmente en la forma-a, obtenida por un proceso según se describe anteriormente y a su uso como una estructura de filtro particulado en un tubo de escape de un motor de gasolina o diesel o como un soporte de encendido o como un encendedor cerámico.

En comparación con un cuerpo poroso de la misma forma y que tiene las características de porosidad que son comparables, pero obtenidas utilizando un proceso anterior en el cual la distribución de tamaño de partícula de los polvos de SiC y la cantidad de material orgánico no se correlacionan, el cuerpo poroso obtenido de acuerdo al proceso de la invención tiene una característica de resistencia mecánica más alta, en particular una MOR más al ta .

Las ventajas arriba descritas se ilustran por los ejemplos no limitantes que siguen, ilustrando ciertas modalidades de la invención. Los siguientes ejemplos permiten la comparación con los productos obtenidos de acuerdo a los procesos anteriores.

Ejemplos 1 a 3 : Las mezclas de los Ejemplos 1 a 3 de acuerdo a la invención, se produjeron de acuerdo a las composiciones en peso especificadas en la Tabla 2 de abajo en base a dos polvos de SiC de diferentes distribuciones de tamaño de partícula, llamados polvos gruesos y finos, con referencia al tamaño respectivo de las partículas de las cuales están compuestos. Un aglutinante pía s t i f i cant e , del tipo me t i 1 ce 1 ul os a , y un formador de poros orgánicos, del tipo de polietileno, en la forma de un polvo de diámetro medio de 15 mieras se agregaron a la mezcla de polvo de SiC. Las mezclas se mezclaron por 10 minutos en la presencia de agua en una mezcladora hasta que se obtuvo una pasta homogénea. La pasta se extrajo por 30 minutos a fin de hacerla plástica y para permitir la desaireación de la me z c 1 a .

En la Tabla 2, las adiciones de agua, el formador de poros y el aglutinante-plas ti ficante se expresan como porcentajes en peso en relación al peso de la mezcla seca. El formador de poros y los volúmenes de aglutinante se expresan en la ecuación Y de la Tabla 2 como un porcentaje por volumen relativo al volumen total de las partículas de SiC presentes .

Los monolitos alveolados se extruyeron por medio de un troquel con forma adecuada, haciendo posible obtener las características dimensionales de la estructura después de la extrusión según se indica en la Tabla 1 de abaj o : Tabla 1 De acuerdo a las t é en i cas de la técnica anterior, por ejemplo, aquellas descritas en las patentes EP 1 403 231, EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 o O 2004/090294, los productos extruidos se secaron a 110°C, se sometieron a la eliminación de aglutinante a 600°C en aire, y se encendieron en argón a 2200°C, se mantuvieron por un tiempo de 6 hrs .

Las características de resistencia mecánica y porosidad se determinaron en monolitos y estos se expresan en la Tabla 2.

La porosidad abierta se midió sobre los monolitos alveolados extruidos por inmersión y al vacio de acuerdo a la norma ISO 5017. El diámetro de poro medio se midió por porosimetría de mercurio.

La fuerza en la ruptura se midió a temperatura ambiente por cada ejemplo en diez especímenes de prueba correspondientes a los elementos individuales (monolitos) de un grupo de elaboración dado midiendo 25.4 cm en longitud por 36 mm en anchura. El sistema de curvatura de tres puntos de acuerdo a la norma NFB41-104 tuvo una distancia de 220 mm entre los dos soportes inferiores y la velocidad a la cual se descargó el golpe fue constante y alrededor de 5 mm/min.

Las características principales y los resultados obtenidos por los filtros de acuerdo a los Ejemplos 1 a 3, se dan en la Tabla 2.

Para comparación, se produjo otra mezcla (Ejemplo Comparativo le) utilizando las mismas etapas y el mismo protocolo experimental según se describe anteriormente y a fin de obtener las características de porosidad sustancialmente equivalentes a aquellos de los Ejemplos 1 a 3 de acuerdo a la invención, pero esta vez comenzando con un polvo a-SiC actualmente vendido por Saint-Gobain Materials bajo la referencia SIKA TECH PDF-C. El proceso de acuerdo al Ejemplo Comparativo le difiere de aquel que forma la materia objeto de la presente invención en que el parámetro caracterizante Y es demasiado bajo, debido a la muy poca diferencia entre el dgo del polvo de las partículas de diámetro más grueso y el dio del polvo de las partículas de diámetro más pequeño. Las características principales y los resultados obtenidos para el filtro de acuerdo al ejemplo comparativo también se dan en la Tabla 2.

La Tabla 2 muestra que los materiales de SiC re c r i s t al i z ado que constituyen los monolitos producidos de acuerdo a los Ejemplos 1 a 3 y el Ejemplo Comparativo le tienen sus t ancialmente las mismas características de porosidad (volumen de poro total y diámetro de poro medio) . Sin embargo, las estructuras de acuerdo a la invención de los Ejemplos 1 a 3 se caracterizan por una resistencia mecánica sus t ancialmente más alta que aquella del Ejemplo Comparativo le, así como los valores de resistencia de MOR respectivos obtenidos lo indican.

Tabla 2 No. de Ejemplo 1 2 3 le invención invención invención comparativo Preparación de la mezcla Polvo SiC grueso: 70 dso=25 µ?? dio_48 µ??; d9o-16.5 um polvo SiC grueso: 70 polvo SiC grueso: 70 polvo SiC grueso: 70 polvo SiC fino: 30 30 30 30 Formador de poros de polietileno: +5 +5 +5 +5 d50=15 um (wt%) Aditivo formador de metilcelulosa +8 +8 +8 +8 (% en peso) Adición de agua (% en agua) +22 +22 +30 +22 Características de la mezcla %vol . de formador de poros 37 37 3 37 agregado relativo al volumen total de SiC %vol. de aditivo de metilcelulosa 20 20 20 20 agregado relativo al volumen total de SiC [d (grueso) - dio (fino)] ?µ?a) 15 9 6.5 3.5 d50 (grueso) (µp?) 25 20 10 10 d50 (fino) (µp?) 0.5 0.5 0.5 ¦ 0.5 [d50 (grueso) - d50 (fino)] (µp?) 24.5 19.5 9.5 9.5 Características del material de SiC obtenido después de 2200°C/Ar/6 hrs de encendido Volumen de poro PV (%) 46 47 48 48 dso de los poros (µp?) 17.0 14.0 13.0 16.0 MOR (MPa) : medición de tres puntos 40 44 47 32 Parámetro de Proceso Y=[d90 (grueso) - dio (fino)] x 855.0 513.0 370.5 199.5 ( vol. de formador de poros + %vol de metilcelulosa] Ejemplos 4 a 6: Otras mezclas se produjeron utilizaron las mismas etapas y el mismo protocolo experimental según se describe anteriormente a fin de obtener monolitos que tengan las mismas dimensiones (cf . Tabla 1) . De acuerdo a estos ejemplos, la composición de las mezclas de polvo de SiC fino y grueso y la cantidad de material orgánico agregada a la mezcla inicial, se ajustaron a fin de incrementar las características de la porosidad del material poroso objetivo. La Tabla 3 da los detalles de la preparación de la mezcla, su composición y las características de porosidad del material finalmente obtenido después del encendido.

Como una comparación, se produjo otra mezcla (Ejemplo Comparativo 2c) utilizando las mismas etapas y el mismo protocolo experimental según se describe anteriormente, a fin de obtener las características de porosidad sustancialmente equivalentes a aquellos de los Ejemplos 4 a 6 de acuerdo a la invención. El proceso de acuerdo al Ejemplo Comparativo 2c se distingue de aquella que forme la materia objetivo de la presente invención en que el parámetro Y es demasiado bajo, principalmente debido a la proximidad entre el dgn del polvo de las partículas de diámetro más grueso y el dio del polvo de las partículas de diámetro más pequeño. El valor negativo del parámetro de proceso Y en el caso del Ejemplo 2c se explica de esta manera al existir un recubrimiento parcial entre las dos curvas de distribución de tamaño de partícula de los polvos.

Tabla 3 No. de Ejemplo 4 5 6 2c invención invención invención comparativo Preparación de la mezcla Polvo SiC grueso: 70 µp? polvo SiC grueso: 70 polvo SiC grueso: 70 70 d50=10 µ?? dl0=25 µp?; d90=5 (im polvo SiC fino: 30 30 30 polvo SiC fino: 30 Formador de poros de polietileno: +17 +15 +15 +17 d50=15 um (wt%) Aditivo formador de metilcelulosa +8 +8 +8 +8 (% en peso) Adición de agua (% en agua) +30 +30 +30 +30 Características de la mezcla %vol. de formador de poros 82 77 77 82 agregado relativo al volumen total de SiC %vol. de aditivo de metilcelulosa 20 20 20 20 agregado relativo al volumen total de SiC [d90 (grueso) - dio (fino)] (um) 9 3.5 7 -2.1 dso (grueso) (µp?) 20 10 15 10 d5o (fino) (um) 0.5 0.5 0.5 2 [d50 (grueso) - d5o (fino)] (um) 19.5 9.5 14.5 8 Características del material de SiC obtenido después de 2200°C/Ax/6 hrs de encendido olumen de poro PV (%) 61 60 61 62 d50 de los poros (um) 23.0 25.0 24.0 23.0 MOR ( Pa) : medición de tres puntos 10 9 12 5 Parámetro de Proceso Y=[d90 (grueso) - dio (fino)] x 918 339.5 679 -214 [%vol. de formador de poros + %vol de metilcelulosa] Los datos experimentales dados en la Tabla 3 muestran que los materiales de SiC recristali zado que constituyen los monolitos producidos de acuerdo a los Ejemplos 4 a 6 y el Ejemplo Comparativo 2c tienen s u s t a nc i a lmente las mismas características de porosidad (volumen de poro total y diámetro de poro medio) . Según previamente, las estructuras de acuerdo a la invención de los Ejemplos 4 a 6 se 5· caracterizan por una resistencia mecánica sustancialmeñte más .alta que aquella del Ejemplo Comparativo 2c, así como los valores de resistencia MOR respectivos obtenidos lo indican . '10 Ej emplo 7 : Se produjo otra mezcla utilizando las mismas etapas y el mismo protocolo experimental según se describe anteriormente a fin de 15 ' obtener monolitos que tengan las mismas dimensiones (cf . Tabla 1) . De acuerdo a este ejemplo, la composición de las mezclas de polvos de SiC finos y gruesos y la cantidad de material orgánico agregado a la mezcla inicial 20 se ajustaron a fin de nuevamente mejorar las características de porosidad del material poroso objetivo y especialmente el diámetro de poro de la estructura porosa. La Tabla 4 muestra a detalle la preparación de la mezcla, 25 su composición y las características de porosidad del material finalmente obtenido después del encendido.

Para comparación, se produjo otra mezcla (Ejemplo Comparativo 3c) utilizando las mismas etapas y el mismo protocolo experimental como aquel anteriormente descrito, sino a. fin de obtener las características de porosidad sustancialmente equivalentes a aquellas del Ejemplo 7 de acuerdo a la invención. El proceso de acuerdo al Ejemplo Comparativo 3c difiere de aquel que forma la materia objeto de la presente invención en que el parámetro Y es demasiado alta, primeramente debido a la gran diferencia entre el d90 del polvo de las partículas de diámetro más grueso y el di0 del polvo de las partículas de diámetro más pequeño y en segundo debido a la muy grande adición de agente formador de poros necesario para obtener los parámetros de porosidad objetivo (cf. Tabla 4 ) .

Tabla 4 No. de Ejemplo 7 3c invención comparativo Preparación de la mezcla Polvo SiC grueso: 70 µp? Polvo SiC grueso: 70 d50=30 µp? dl(>=45 um; d90=18 um polvo SiC fino: 30 30 Formador de poros de polietileno: +17 +19 d50=15 um (wt%) Aditivo formador de metilcelulosa (%wt) +8 +8 Adición de agua (% en agua) +30 +30 Características de la mezcla %vol . de formador de poros agregado relativo al 82 99 volumen total de SiC %vol. de aditivo de metilcelulosa agregado 20 20 relativo al volumen total de SiC [dSo (grueso) - di0 (fino) ) (um) 10.9 27.9 d50 (grueso) (um) 30 60 d50 (fino) (um) 2 2 (d5o (grueso) - d50 (fino)) (um) 28 58 Características del material de SiC obtenido después de 2200°C/Ar/6 hrs de encendido Volumen de poro PV (%) 62 63 dso de los poros (um) 30.0 36.0 MOR (MPa) : medición de tres puntos 6 2.5 Parámetro de Proceso Y=(d9o (grueso) - dio (fino)) x [%vol. de 1112 3320 formador de poros + %vol de metilcelulosa] Los datos experimentales dados en la Tabla 4 muestran que los materiales de SiC re cr i s t a 1 i z ado que constituyen los monolitos producidos de acuerdo al Ejemplo 7 y el Ejemplo 3c tienen las mismas características de porosidad (total de volumen de poro y diámetro de poro medio) . Sin embargo, la estructura del Ejemplo 7 de acuerdo a la invención se caracteriza por una resistencia mecánica sus t ancialment e más alta que aquella del Ejemplo Comparativo 3c, así como los valores de resistencia MOR respectivos obtenidos lo indi can .

Los ejemplos anteriores muestran la superioridad de las estructuras porosas obtenidas al aplicar el proceso de acuerdo a la invención, los niveles de rendimiento mecánico de los cuales se mejoran muy sustancialmente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para obtener un material poroso hecho de SiC re cri s t a 1 i z ado , especialmente en la forma de una estructura para filtrar un gas cargado de particulados, comprendiendo las siguientes etapas: a) preparación de una composición que comprende dos polvos de partículas de SiC, las partículas de un primer polvo teniendo un diámetro medio dso de menos de 5 mieras y las partículas de un segundo polvo teniendo un diámetro medio d5o de entre 5 y 100 mieras, la diferencia entre el diámetro medio d5o del segundo polvo y el diámetro medio d5o del primer polvo siendo mayor a 5 mieras; b) mezclado de dicha composición con un material orgánico que comprende un formador de poros orgánico y/o un aglutinante, en proporciones adecuadas y en la presencia de una cantidad suficiente de un solvente, tal como agua, para permitir a dicha mezcla formarse, y formación de la mezcla obtenida a fin de obtener un cuerpo verde; c) preferentemente, el secado y la eliminación del material orgánico, especialmente por un tratamiento térmico intermedio y/o por el uso de microondas; y, d) encendido del cuerpo a una temperatura de aglut inamiento entre 1600°C y 2400°C, preferentemente arriba de 1800°C o aún arriba de 2000°C, a fin de obtener un cuerpo poroso sinterizado; dicho proceso caracterizándose en que la diferencia entre la percentila d90 del segundo polvo de partícula y la percentila dio del primer polvo de partícula multiplicado por el volumen de material orgánico en la mezcla inicial, expresado como un porcentaje relativo al volumen total de las partículas de SiC, es entre 250 y 1500, preferentemente 300 y 1200.

2. El proceso según se reclama en la reivindicación 1, en el cual la diferencia entre la percentila d90 del segundo polvo de partícula de SiC y la percentila dio del primer polvo de partícula de SiC es mayor a 1 miera y aún más preferentemente mayor a 3 mieras.

3. El proceso según se reclama en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la diferencia entre la percentila d90 del segundo polvo de partícula de SiC y la percentila dio del primer polvo de partícula de SiC es menor a 20 mieras, por ejemplo, igual a 15 mieras o menos o aún 10 mieras o menos.

4. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el diámetro medio dso del primer polvo de partícula de SiC es menor a 3 mieras y, preferentemente, menor a 1 miera.

5. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el diámetro medio de las partículas del segundo polvo de partícula de SiC es entre 5 mieras y 60 mieras y preferentemente entre 5 mieras y 20 mi e as.

6. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el diámetro medio del segundo polvo de partícula de SiC es al menos cinco veces mayor al diámetro medio del primer polvo de partícula de SiC, prefe entemente al menos diez veces mayor al diámetro medio del primer polvo de partícula de SiC.

7. El proceso según sea reclama en una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual la diferencia entre el diámetro medio d5o del segundo polvo de partícula y el diámetro medio c o del primer polvo de partícula es entre 8 mieras y 30 mieras.

8. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual la relación Ri de la diferencia entre las percentilas dio y dg0 al diámetro medio d50 del primer polvo : es entre 0.1 y 10, preferentemente entre 0.3 y 5 y muy preferentemente¦ entre 0.5 y 5.

9. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual la relación R2 de la diferencia entre las percentilas dio y dgo al diámetro medio d50 del segundo polvo: R, = '90 50 es entre 0.1 y 10, preferentemente entre 0.3 y 5 y muy preferentemente entre 0.5 y 5.

10. El proceso según se reclama en una de las reivindicaciones 1 a 9, en el cual el aglutinante utilizado en la etapa b) se elige del grupo formado por resinas t e rmoe s tabl e s , en particular resinas de epoxi, silicona, poliimida o poliéster, o preferentemente una resina fenólica, y PVAs opcionalmente combinados con aglutinantes del tipo mineral u o rga nomine ral .

11. El proceso según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el cual las partículas de SiC se encuentran en la forma oc .

12. El proceso según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el cual el cuerpo verde se forma en la etapa b) por presión, extrusión o vibración o por moldeo o por fundición, ya sea bajo presión o no, por ejemplo, en un molde de resina o yeso poroso.

13. Un material poroso hecho de SiC r e cr i s t a 1 i z ado , el total de volumen de poro del cual se encuentra entre 35% y 65%, que podrá obtenerse por un proceso según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

14. El uso de un material poroso hecho de SiC recr i s t al i zado obtenido según se reclama en la reivindicación 13 para la elaboración de una estructura de filtro particulado que podrá utilizarse en el tubo de escape de un motor de gasolina o diesel.

15. El uso de un material poroso hecho de SiC re c ri s t a 1 i z ado obtenido según se reclama en la reivindicación 13 para la elaboración de un soporte de encendido o un encendedor cerámico .