RELLENO PARA LA ELABORACION DE UN CUERPO CONFORMADO CERAMICO RESISTENTE AL FUEGO, PROCEDIMIENTO PARA SU PRODUCCION Y UTILIZACION DEL MISMO COMO FILTRO DE PARTICULAS DIESEL.

Relleno para la elaboración de un cuerpo conformado de RSiC cerámico resistente al fuego con una matriz porosa,

que contiene: 1.1 una granulación de carburo de silicio, 1.2 un aglutinante orgánico, y 1.3 por lo menos uno de los componentes siguientes: un componente de SiO2 puro o un componente que forma SiO2 bajo tratamiento térmico en una proporción comprendida entre 2 y 35% en masa, 1.4 presentando el carburo de silicio un distribución de grano bimodal con una porción de grano grueso comprendida entre 50 y 90% en masa y una porción de grano fino entre 10 y 50% en masa y 1.5 presentando el grano fino del carburo de silicio un tamaño de grano inferior a 2 μm, preferentemente entre 0,1 y 1 μm; 1.6 el componente de SiO2 está presente en forma de polvo; y 1.7 estando la porción de minerales arcillosos por debajo del 2% en masa

Relleno para la elaboración de un cuerpo conformado cerámico resistente al fuego, procedimiento para su producción y utilización del mismo como filtro de partículas diésel.

La invención se refiere a un relleno para la elaboración de un cuerpo conformado de RSiC cerámico resistente al fuego con una matriz porosa, a un procedimiento para la producción del cuerpo conformado así como a un cuerpo conformado de RSiC producido con él y su utilización como filtro de partículas diésel.

Los cuerpos conformados cerámicos resistentes al fuego con una matriz porosa se pueden producir en especial a partir de materiales de trabajo cerámicos no oxídicos. Los cuerpos de molde cerámicos resistentes al fuego, realizados en materiales de trabajo no oxídicos, se caracterizan por una elevada resistencia al fuego y una elevada resistencia física.

Como materiales de trabajo cerámicos no oxídicos se conocen en especial carburos, nitruros, boruros y siliciuros de elementos de grupos principales, por ejemplo silicio nitruro, carburo de boro, nitruro de boro y, en especial, carburo de silicio.

Éste último se sintetiza usualmente a partir de un componente de SiO₂ así como de uno de carbono, usualmente arena de cuarzo y coque de petróleo, de acuerdo con el procedimiento Acheson. Para ello se sintetiza una carga de una mezcla de arena de cuarzo y coque de petróleo a una temperatura de aproximadamente 2.400ºC durante varias horas para obtener carburo de silicio (SiC).

El material de SiC sinterizado es triturado y preparado con tamaños de grano diferentes.

El carburo de silicio sinterizado aparece en una modificación de baja temperatura (β-SiC) y en una modificación hexagonal de alta temperatura (α-SiC). Dado que únicamente las granulometrías de SiC muy finas poseen una capacidad de sinterización autónoma en el sentido cerámico, se trabaja en el caso de muchos materiales de trabajo resistentes al fuego de SiC, debido a la ausencia de capacidad de sinterización, con condiciones de tipo diferente, por ejemplo con un enlace oxídico o silícico (se cuecen mezclas de granulometrías de SiC y de arcilla, Al₂O₃ ó SiO₂ en atmósfera oxídica; las propiedades mecánicas así como la resistencia a la corrosión de los materiales de trabajo producidos con ellas están fuertemente limitadas por las fases oxídicas y silícicas entre los granos de SiC) o con sistemas de aglutinante nitrogenados. En el documento US nº 6.582.796 se describe un cuerpo conformado de SiC con un enlace de tipo diferente.

Una de las variantes de enlace de mayor calidad es el llamado enlace SiC de tipo propio en el cual una mezcla de granos de SiC bastos y de granos de SiC finos es conformada primero y, a continuación, es sinterizada en una atmósfera de gas de protección de argón o de nitrógeno, a altas temperaturas, para proporcionar SiC recristalizado (RSiC).

El cuerpo conformado cerámico sobre la base de RSiC elaborado con el mismo se caracteriza porque presenta una gran resistencia, conductibilidad térmica así como resistencia a los choques térmicos y a la corrosión. Los cuerpos conformados sobre la base de RSiC se pueden suministrar gracias a ello para diversas utilizaciones, en las cuales se necesitan materiales de trabajo altamente resistentes y, en especial, altamente resistentes al calor; se utilizan, por ejemplo, en la construcción de hornos como toberas de quemador, como rodillos o como medios auxiliares de cocción.

El comportamiento de consolidación del SiC de partícula fina se describe, por ejemplo, en Kriegesmann J. et al.: "El comportamiento de consolidación de carburo de silicio recristalizado de partícula especialmente fina". Keramische Zeitschrift, Friburgo, DE, tomo 51, nº 8, 1999, páginas 648-652 y en Kriegesmann J. et al.: "Caracterización de la consolidación de SiC bimodal de partícula fina" CSI, Ceramic Forum International, DE, tomo 79, nº 12; diciembre de 2002, página D23, E37, E44.

A causa de las altas temperaturas, de aproximadamente 2.400ºC, que son necesarias para sinterizar mineral de carburo de silicio en bruto para dar carburo de silicio recristalizado, los hornos utilizados para el cocción de sinterización están revestidos por su lado interior con grafito. La cocción no puede llevarse a cabo por ello en una atmósfera oxidativa, dado que en caso contrario el grafito se oxidaría y el revestimiento del horno sería destruido con ello.

Los aglutinantes orgánicos usuales, los cuales se necesitan para la conformación de materiales de trabajo cerámicos no oxídicos, pueden ser expulsados sin embargo regularmente del cuerpo conformado únicamente en una atmósfera de horno oxidativa.

Cuando para la conformación del cuerpo conformado de SiC deben utilizarse procedimientos de conformación en los cuales es necesaria una porción de aglutinante orgánico alta, como por ejemplo durante el moldeo por inyección, la extrusión o la fundición de hojas, debe retirarse el aglutinante de la cocción de sinterización en un proceso de cocción separado de manera oxidativa del cuerpo conformado. Ya que, si el aglutinante orgánico fuese tratado térmicamente en atmósfera de gas de protección, durante la cocción de sinterización, tendría lugar únicamente una pirólisis del aglutinante, de manera que el carbono contenido en el aglutinante craquearía e impediría la sinterización de los granos de SiC. Un cuerpo conformado de RSiC producido gracias a ello se caracterizaría por valores de resistencia al fuego notablemente empeorados.

Únicamente durante la conformación de un relleno de SiC mediante un procedimiento de colada de barbotina no es necesaria la utilización de un aglutinante orgánico. Mediante un procedimiento de colada de barbotina se pueden producir de forma económica, sin embargo, cuerpos geométricos de forma únicamente muy sencilla, por ejemplo placas o cuerpos huecos formados de manera sencilla.

En su caso se pueden utilizar rellenos de compresión con porciones de aglutinante orgánico muy reducidas; aquí se pueden producir también, sin embrago, únicamente formas muy sencillas, tales como cilindros o paralelepípedos.

Para la producción de cuerpos conformados sobre la base de SiC con estructuras complicadas y filigranas hay que recurrir por lo tanto a procedimientos de conformación tales como el moldeo por inyección, la fundición en caliente, la extrusión o la función de hojas lo que, sin embargo, como se ha expuesto anteriormente, exige un proceso de tratamiento con temperatura separado para la retirada oxidativa de la porción de aglutinante.

Para otros materiales de trabajo cerámicos no oxídicos es válido, ampliamente, lo expuesto anteriormente.

Otra técnica para la producción de cuerpos conformados sobre la base de SiC es la infiltración en relación con la unión mediante reacción. Para ello se impregna un cuerpo conformado de partículas de SiC, mediante una infiltración de mecha o de descarga, con silicio a temperaturas superiores a su punto de fusión (1410ºC), siendo llenados todos los poros con silicio y reaccionado el carbono con el silicio para dar SiC secundario. El material de trabajo que se forma al mismo tiempo está muy próximo a una porosidad inferior al 3%. Debido a esta porosidad baja no se considera el SiC infiltrado para innumerables aplicaciones, por ejemplo aplicaciones como filtro.

La invención se plantea el problema que consiste en proporcionar un relleno así como un procedimiento mediante los cuales se puedan producir cuerpos conformados de RSiC cerámicos porosos mediante únicamente un proceso de tratamiento con temperatura, y ello también cuando los cuerpos conformados presentan una geometría complicada.

Este problema se resuelve, por un lado, mediante un relleno para la elaboración de un cuerpo conformado de RSiC cerámico resistente al fuego con una matriz porosa que contiene

- una granulación de carburo de silicio,

- un aglutinante orgánico, y

- por lo menos uno de los siguientes componentes: un componente de SiO₂ o un componente que forma SiO₂ bajo tratamiento térmico en una proporción comprendida entre el 2 y el 35% en masa,

estando caracterizada la distribución y el tamaño de los granos según la reivindicación 1.

El problema se resuelve además mediante un procedimiento para la producción de un cuerpo conformado resistente...

1. Relleno para la elaboración de un cuerpo conformado de RSiC cerámico resistente al fuego con una matriz porosa, que contiene: