Procédé de liaison directe céramique-métal

Abstract

 Procédé de liaison céramique-métal, pour revêtir une pièce métallique d'une couche céramique thermiquement isolante, dans lequel on coule du métal liquide dans un moule (1) contenant une pièce (2) en céramique ad­mettant sur la face (3) à imprégner un gradient de porosité ouverte décroissant de l'extérieur vers l'in­térieur.
La pièce (2) en céramique est obtenue par imprégnation d'une préforme en fibres compactées par une solution aqueuse de silice colloïdale et gélification de cette solution avec variation continue de l'acidité de la phase liquide par addition d'un acide, selon une loi de débit appropriée.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé pour réaliser une liaison céramique-métal.

[0002] Dans de nombreuses applications industrielles, il peut être intéressant de recouvrir une pièce métallique, qui peut être par exemple un piston de moteur à combustion interne, par un revêtement céramique jouant le rôle d'isolant thermique.

[0003] Plusieurs solutions ont déjà été proposées pour solida­riser des pièces en céramique et en métal.

[0004] C'est ainsi que le brevet US 4,404,262 décrit un procédé dans lequel on coule du métal liquide dans un moule con­tenant une pièce en céramique admettant sur sa face à imprégner un gradient de porosité ouverte décroissant de l'extérieur vers l'intérieur.

[0005] La présente invention a pour objet un procédé de ce genre dans lequel le gradient de porosité désiré est facile­ment obtenu.

[0006] Ce procédé caractérisé en ce que la pièce en céra­mique est obtenue par imprégnation d'une préforme en fi­bres compactées par une solution aqueuse de silice col­loïdale et gélification de cette solution avec variation continue de l'acidité de la phase liquide par addition d'un acide, selon une loi de débit appropriée.

[0007] La Figure Unique du dessin annexé montre schématiquement un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

[0008] Au dessin, on voit un moule 1 au fond duquel on a placé une pièce 2 en céramique qui, dans le cas représenté, est un disque, admettant une face supérieure 3 et une face infé­rieure 4. Le disque 2 présente une porosité ouverte décrois­sante de l'extérieur vers l'intérieur, à partir de la face supérieure 3 où elle est comprise entre 20 et 40%. On voit en 5 les pores de la céramique et on reconnait sur la figure que la porosité décroit régulièrement et devient nulle à une distance comprise entre 2 et 4 mm de la face supérieure.

[0009] On verse de l'aluminium liquide 6 au-dessus de la face 3 du disque 2. Pour forcer le liquide à pénétrer dans les pores ouverts 5 de la céramique, on exerce une pression sur la surface du liquide à l'aide d'un piston 7.

[0010] Après démoulage on obtient une pièce métallique munie d'un revêtement céramique avec une bonne adhérence à la liaison céramique-métal.

[0011] Pour obtenir la pièce en céramique 2, on réalise de préfé­rence une préforme en fibres compactées, préférentiellement en fibres d'alumine, on l'imprègne par une solution aqueuse de silice colloïdale à 30 ou 40% en masse de silice, et on procède ensuite à la gélification de la solution colloïdale d'imprégnation.

[0012] On sait que le gel d'une telle solution dépend de la con­centration, de la température et du pH et que la gélifica­tion se développe par déshydratation à partir de la surface libre au contact de l'air en s'étendant vers l'intérieur pendant une durée variant de quelques dizaines de minutes à plusieurs heures.

[0013] Pour obtenir un gradient de porosité on fait varier de façon continue l'acidité de la solution pendant la gélifica­tion; la décroissance du pH entraîne une diminution du taux de déshydratation avant la formation du gel.

[0014] De préférence on peut faire varier le pH d'une valeur voisine de 7 à une valeur voisine de 0,3 en introduisant dans la phase liquide un élément acide qui peut être de l'acide nitrique, selon une loi de débit déterminée empiri­quement.

[0015] La préforme imprégnée est ensuite séchée et frittée pour obtenir la pièce en céramique munie d'un gradient de poro­sité.

[0016] En définitive, dans ce mode de réalisation, le procédé qui fait l'objet de l'invention comporte les étapes suivantes.
- Préparation d'une préforme par compactage de fibres et imprégnation par une solution aqueuse de silice colloïdale.
- Gélification de la solution colloïdale, avec variation de l'acidité de la phase liquide par addition d'un acide selon une loi de débit appropriée.
- Séchage du gel.
- Frittage de la préforme imprégnée et obtention d'une céra­mique 2 présentant un gradient de porosité décroissant de l'extérieur vers l'intérieur à partir de la face 3 destinée à la liaison céramique-métal.
- Réalisation d'un moule de forme appropriée contenant la pièce 2 en céramique, la face 3 à imprégner de métal étant dirigée vers le haut.
- Coulée de métal liquide dans le moule.
- Application d'une pression sur la surface du liquide avec un piston 7, de manière à faire pénétrer le métal liquide dans les pores 5 de la céramique 2.

[0017] Il va de soi que la présente invention ne doit pas être con­sidérée comme limitée au mode de réalisation décrit et re­présenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes.

Revendications

1. Procédé de liaison céramique-métal, pour revêtir une pièce métallique d'une couche céramique thermique­ment isolante, dans lequel on coule du métal liquide dans un moule (1) contenant une pièce (2) en cérami­que admettant sur la face (3) à imprégner un gradient de porosité ouverte décroissant de l'extérieur vers l'intérieur,
caractérisé en ce que la pièce (2) en céramique est obtenue par imprégnation d'une préforme en fibres compactées par une solution aqueuse de silice colloï­dale et gélification de cette solution avec variation continue de l'acidité de la phase liquide par addition d'un acide, selon une loi de débit appropriée.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la variation d'acidité corres­pond au passage du pH d'une valeur voisine de 7 à une valeur voisine de 0,3.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que la céramique est séchée et frit­tée après la gélification.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu'après la coulée, à l'aide d'un piston (7), on exerce une pression propre à faire pé­nétrer le métal liquide dans les pores (5) de la céra­mique (2).

5. Procédé selon les revendications 1, 3 et 4,
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- Préparation d'une préforme par compactage de fibres et l'imprégnation par une solution aqueuse de silice colloïdale.
- Gélification de la solution colloïdale, avec varia­tion de l'acidité de la phase liquide par addition d'un acide selon une loi de débit appropriée.
- Séchage du Gel.
- Frittage de la préforme imprégnée et obtention d'une céramique (2) présentant un gradient de porosité décroissant de l'extérieur vers l'intérieur à par­tir de la face (3) destinée à la liaison céramique-­métal.
- Réalisation d'un moule de forme appropriée conte­nant la pièce (2) en céramique, la face (3) à impré­gner de métal étant dirigée vers le haut.
- Coulée de métal liquide dans le moule.
- Application d'une pression sur la surface du liquide avec un piston (7), de manière à faire pénétrer le métal liquide dans les pores (5) de la céramique (2).

Dessins