L’alumine fondue blanche (WFA) est une matière première essentielle dans la production de nombreuses céramiques en mousse hautes performances.
Qu’est-ce que l’alumine fondue blanche (WFA) ?
Tout d’abord, une brève définition : l’alumine fondue blanche est un matériau synthétique obtenu par fusion d’alumine calcinée de haute pureté (Al₂O₃) dans un four à arc électrique à des températures supérieures à 2 000 °C. Elle est ensuite refroidie, broyée et granulée en différentes granulométries. Ses principales caractéristiques sont les suivantes :
Haute pureté : généralement > 99 % Al₂O₃.
Dureté élevée : 9,0 sur l’échelle de Mohs.
Excellente réfractarité : Point de fusion élevé (~2050°C).
Bonne inertie chimique : Résistant aux acides et aux alcalis.
Granulométrie contrôlée : peut être broyé et tamisé avec précision.
Pourquoi le WFA est-il utilisé dans la céramique en mousse ?
Les mousses céramiques sont des structures légères et hautement poreuses, utilisées principalement comme filtres (pour les métaux en fusion) et matériaux isolants . Les exigences de ces applications correspondent parfaitement aux propriétés du WFA :
Résistance aux hautes températures : Les mousses céramiques utilisées pour filtrer l’aluminium, le fer ou l’acier en fusion doivent résister à des températures extrêmes (700 °C à 1 600 °C) sans se ramollir ni se dégrader. La haute réfractarité du WFA en fait un matériau idéal.
Inertie chimique : Le matériau ne doit pas réagir avec le métal en fusion filtré. Le WFA est extrêmement stable et n’introduit pas d’impuretés dans le métal fondu.
Résistance aux chocs thermiques : Le gradient thermique soudain lors de l’immersion du filtre dans le métal en fusion peut fissurer les matériaux de qualité inférieure. La formulation spécifique de la suspension céramique (comprenant du WFA et des liants) est conçue pour atténuer ce phénomène, et les propriétés intrinsèques du WFA contribuent à la robustesse de la structure.
Porosité et structure contrôlées : La structure de la mousse (taille, forme et ouverture des pores) est essentielle à son efficacité filtrante. Les grains WFA constituent le squelette solide et rigide qui maintient cette structure dans des conditions extrêmes.
Résistance mécanique élevée : Le filtre doit résister aux forces érosives et mécaniques du flux de métal en fusion. L’extrême dureté du WFA garantit sa stabilité dimensionnelle et l’absence de particules.
Comment le WFA est-il utilisé dans le processus de fabrication de mousse céramique ?
La méthode la plus courante pour fabriquer de la céramique expansée est la méthode de l’éponge polymère réplicative . Voici comment la WFA s’intègre dans ce procédé :
Préparation de la barbotine : De fines poudres d’alumine fondue blanche (et souvent d’autres additifs comme des liants, des argiles et des agents de frittage) sont mélangées à de l’eau pour former une barbotine visqueuse et crémeuse. La granulométrie de l’alumine fondue blanche est cruciale : elle doit être suffisamment fine pour enrober uniformément la mousse polymère, mais aussi contenir des grains plus grossiers pour contribuer à la solidité de la structure.
Imprégnation : Une mousse polymère à cellules ouvertes (par exemple, du polyuréthane) présentant la structure poreuse souhaitée (par exemple, 10, 20 ou 30 PPI – pores par pouce) est trempée dans la pâte. Elle est ensuite comprimée et relâchée à plusieurs reprises pour assurer un enrobage optimal de la pâte WFA sur toutes les entretoises du réseau polymère.
Élimination des excès : La mousse imprégnée est passée entre des rouleaux ou centrifugée pour éliminer l’excédent de pâte. Cette étape est cruciale pour garantir que les cellules (pores) restent ouvertes pendant le revêtement complet des parois en céramique .
Séchage : La mousse enduite est séchée lentement pour éliminer l’eau sans fissurer le revêtement céramique.
Brûlure du polymère : La pièce séchée est chauffée à une température modérée (environ 500 à 800 °C) pour brûler lentement et retirer le gabarit en mousse polymère. Il en résulte une réplique en céramique fragile et poreuse.
- Cuisson à haute température (frittage) : La pièce est ensuite cuite à très haute température (généralement entre 1 450 °C et 1 650 °C). À ce stade, les particules de WFA se frittent ; elles fusionnent à leurs limites sans fusion complète, formant ainsi un squelette céramique solide, monolithique et hautement réfractaire.
Spécifications clés du WFA pour les mousses céramiques
Lors de l’approvisionnement en WFA pour cette application, les fabricants recherchent :
Pureté (% Al₂O₃) : ≥ 99,0 % est la norme. La présence d’impuretés comme la soude (Na₂O) peut diminuer la réfractarité et affecter le frittage.
Granulométrie (maille/finesse) : Généralement broyé en poudres fines. Les distributions courantes sont F240, F280, F320, et même plus fines (valeurs d50 de 20 à 50 microns). Un mélange de granulométries est souvent utilisé pour optimiser la densité de tassement et la rhéologie de la suspension.
Chimie : Une faible teneur en Fe₂O₃, SiO₂ et Na₂O est essentielle pour garantir des performances à haute température et éviter la contamination des métaux filtrés.