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PROCEDE DE REACTION THERMIQUE POUR LA PRODUCTION D'AGGLOMERATS DE METAUX.
Beaucoup de problèmes techniques exigent des matériaux qui ' sont résistants aux hautes températures et/ou ehimiquement résistants. Dans ce but, on disposait jusqu'à présent.d'aciers fortement alliés ou de métaux frottés ou de matières céramiques qui ne suffisent pas pour beaucoup^de sol- licitations ou qui ne pouvaient pas être amenés à la forme voulue avec les agents dont on disposait. Par exemple, le rendement d'une turbine à. gaz augmenté avec la température du gaz à l'entrée dans la turbine. A une tem- pérature de 600 , on obtient un rendement de 24 %, à 950 un rendement de'
35 %, tandis qu'à 1500 , on obtiendrait un rendement de 45%. Jusqu''ici, on ne disposait pour ce but que de matériaux qui supportaient;;, une température maximum d'environ 1000 .
Un progrès important serait par exemple réalisé pour la solution de ce problème, si l'on possédait un matériau qui suppor- terait encore des sollicitations à des températures de 1500 , qu'exige une turbine à gaz. , , On a maintenant trouvé que l'on arrive à obtenir des maté- riaux résistants aux hautes températures et/ou résistants chimiquement, quand on projette sur un support un mélange d'un ou plusieurs métaux et/ou compo- sés métalliques sous forme pulvérulente, susceptible d'une réaction exother- mique dirigée et quanf, par un allumage initial, on amène ce mélange à réa- gir et à s'agglomérer.
Si on laisse de cette manière réagir entre eux des métaux et composés métalliques dosés, on obtient alors des agglomérats qui, par réaction des métaux et composés métalliques ou avec des gaz et du carbone additionnés, forment des corps qui sont réunis par une liaison d'adsorption.
Le complexe élémentaire de cet agglomérat est déterminant pour les propriétés caractéristiques du complexe total. On'-peut représenter par exemple le pro- cédé par l'équation générale de réactions '
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dans laquelle A, B, ... sont des métaux, , Ó,ss ,... d'autres éléments (gaz, etc..), a, b,... des nombres entiers et la partie de droite de l'équa- tion signifiant que la réaction se déroule exothermiquement et qu'aucune théorie ne sera élaborée sur la structure particulière du complexe.
Le procédé est réalise, par'exemple, en mélangeant un métal avec un composé d'un autre métal, par exemple, un oxyde métallique, dans une tuyère et en le projetant sur un point d'allumage à partir duquel la réac- tion est amorcée et se propage aux parties pulvérulentes projetées par après.
Un réallumage ultérieur n'est pas nécessaire vu que la réaction se déroule exothermiquement.
Une forme possible d'exécution du procédé est visible dans la figure en annexe. La notation de référence 1 représente un support, par exemple, un moule, sur lequel est prévu à l'endroit 2 un centre de chaleur pour un allumage initial. En face du moule, est disposée une tuyère 3, dans laquelle le mélange pulvérulent est introduit ou dans laquelle la poudre est mélangée et hors de laquelle elle est projetée en un mince jet sur l'endroit
2. Aussitôt que la réaction est amorcée à l'endroit 2, elle se propage dans la poudre projetée subséquemment, en sorte que le jet peut à présent être maintenu. Il se forme sur le support autour de son centre de chaleur un pro- duit de réaction, qui peu à peu remplit le moule à l'épaisseur désirée, et détermine la vitesse'de l'avancement du jet projeté.
Par le maintien du jet, la surchauffe d'endroits isolés peut être évitée et la réaction peut être contrôlée. Comme peuvent se produire aussi bien des oxydations et des réductions que des décompositions, les réactions se déroulent exothermiquement.
Leur intensité et leur déroulement sont d'importance pour la structure du complexe.
On peut, le cas échéant, favoriser ou conduire la réaction, en mettant en présence des catalyseurs d'amorçage de la réaction, par exem- ple en projetant des catalyseurs avec le mélange pulvérulent. Comme cata- yseurs qui servent à ce but, on peut citer en premier lieu les halogènes et composés halogénés, quoique cependant l'emploi d'autres substances comme catalyseurs ne doive pas être écarté. Par exemple, des additions d'iode ou de chlorure de mercure conviennent particulièrement, la partie constituante chlorée dans cette dernière agissant principalement comme catalyseur. En principe, on peut dire que les halogènes abaissent l'énergie d'activation du produit de la réaction et, de cette manière, agissent favorablement pour l'amorçage de la réaction exothermique.
Le cas échéant, on ajoute au mélan- ge projeté en premier lieu, des catalyseurs, jusqu'à ce que la réaction soit amorcée et on projette alors un mélange plus pauvre en catalyseur ou exempt'de celui-ci. On peut aussi influencer la nature de la réaction par des additions pendant la marche de la projection et, par ce moyen, projeter des couches de caractéristiques différentes.
Le procédé est rendu plus clair à l'aide des exemples simples suivants
1. On amène un mélange d'aluminium et d'oxyde de chrome sous forme pulvérulente, par exemple en quantités équivalentes, sous forme d'un gros jet sur un support qui est chauffe à l'endroit d'impact de façon que la réaction
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aluminium + oxyde de chrome ### oxyde d'aluminium + chrome
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soit amorcée.' ''On'obtient ainsi un aggloméral métallique qui possède une , très haute résistance à la température, supérieure à 1900 , et convient, par 'exemple, comme matériau pour des ailettes de turbine à gaz ;
2. Pour la production d'une matière résistant à chaud aux aci- des, on projette, par exemple, sur un endroit d'allumage, un mélange de zir- con et d'oxygène.
On obtient un agglomérat qui est résistant aux matières acides et alcalines jusqu'aux plus hautes températures.
Outre, des mélanges de métaux et de composés métalliques, par exemple, d'oxydes, on peut aussi employer des mélanges de métaux ou de com- posés métalliques avec du carbone.ou du silicium ou des combinaisons de ceux- ci, à condition que l'on mette en oeuvre des mélanges qui réagissent exother-
Iniquement.
Aussitôt que la réaction est amorcée, l'allumage initial peut être suspendu, puisque la réaction se propage subséquemment grâce à la chaleur réactionnelle.
Dans le cas où' la vitesse de réaction est si faible que la sui- te de la réaction peut être contrôlée, il est aussi possible de façonner d'avance le corps à préparer sous forme d'un mélange de poudres, avantageu- sement de le comprimer dans un moule et de l'allumer en un endroit, en sorte ,que la réaction se propage lentement dans l'entièreté du corps et le trans- forme en un agglomérat.
Il est dans tous les cas possible de réduire la vitesse de réaction de mélanges exothermiques en y ajoutant des produits d'addition ra- lentissant la réaction.
Comme tels produits d'addition, on peut ajouter préalablement, par exemple, des produits obtenus par la réaction.
3. Si on mélange de l'oxyde de fer et de l'aluminium en quantités équivalentes et si on allume ce mélange, il se produit, de manière con- nue, une réduction rapide de l'oxyde de fer et il se forme un bain de fer sur lequel surnage une scorie d'oxyde d'aluminium. Cependant, si on mélan- ge, suivant l'invention, l'oxyde de fer avec l'aluminium en quantités équi- valentes et additionnellemént de l'oxyde d'aluminium en quantité d'environ
10 % de l'entièreté du mélange, si on façonne ce mélange à la forme désirée et si on allume la pièce pressée en un endroit, il se produit une lente combustion et il se forme un agglomérat sans séparation de scorie.
Il est particulièrement avantageux d'exécuter la réaction sous vide, de préférence .sous vide élevéa On a établi que, dans de telles circonstances, l'agglomé- ration conduit à des corps particulièrement denses.
'Il est aussi bien possible d'allumer sous vide un mélange pulvérulent façonné d'avance, par exemple,pressé dans des moules, que d'ap- porter le mélange pulvérulent peu à peu à l'endroit d'allumage initial.
Cela peut, par exemple, se faire en amenant la poudre par une vis sans fin de'transport, dans le vide élevé, et en la laissant tomber peu à peu sur l'endroit d'allumage initial. Dans ce cas, il est avantageux de remuer d'a- bord la poudre amenée, à 1'-aide de pelles ou pallettes. Pour des mélanges pulvérulents.et des réactions.particulièrement sensibles, on procède, de pré- férence, en emplissant d'abord la chambre avec un gaz de protection et en éta- blissant ensuite le'vide, par exemple un vide élevé.
Il est aussi particulièrement avantageux d'amener le mélange pulvérulent dans le vide avec une vitesse élevée sur le support. Ainsi, on peut, par exemple, exécuter le processus de projection en accélérant le mélange pulvérulent dans un liquide et en le chassant grâce aux forces centrifuges se dévelôppant dans la turbine, dans une tuyère, dans le vide, sur le support où s'amorce l'allumage.
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L'invention prévolt enfin pour augmenter la densité et la ré- sistance des agglomérats métalliques, en particulier aussi pour faciliter la
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fabrication de corps moulés déterminés à partir de tels agglomérats, d'ame- ner le mélange pulvérulent devant subir la réaction exothermique contrôlée,-.. à l'état non combiné dans un moule de compression, à réagir et à s'agglomérer par allumage initial, puis de comprimer ce mélange à la forme voulue après l'allumage, la compression s'effectuant avantageusement pendant la combustion' du mélange.
Selon la nature du mélange à traiter et du corps à obtenir, on peut amorcer la compression soit directement après le début d'allumage du mélange, soit à un moment ultérieur pendant la combustion de ce mélange.
Dans certaines circonstances, il peut être avantageux de n'entreprendre la compression que quand le mélange a été amené entièrement en réaction et se trouve encore par suite de sa température sous un état compressible et moula- ble.
Les figures 2 et 3 des dessins illustrent ce procédé.
- Un moule 4 de compression cylindrique, qui est combiné avec une matrice 5 de compression, est à peu près complètement rempli avec un mé- lange 6 sous forme pulvérulente, susceptible d'une réaction exothermique con- trôlée, par exemple, avec un mélange d'aluminium et d'oxyde de chrome, à l'é- tat, non compressé, c'est-à-dire meuble. Ensuite, le mélange est allumé en un endroit quelconque par l'intermédiaire d'un quelconque moyen connu, par exemple, électrique ou par une tête d'ignition ou encore par une bande d'igni- tiono Dans l'exemple représenté, un produit 7 d'allumage, constitué par exem- ple, par de la poudre de magnésium, est disposé sur la surface supérieure du mélange 6, et par la chaleur engendrée, le mélange 6 s'allume (figure 2).
Préférentiellement, pendant la combustion du mélange, la ma- trice 5 de compression est enfoncée, en sorte que l'agglomérat métallique résultant est comprimé en un disque 8 plus ou moins mince (figure 3) qui possède une résistance et une densité extraordinairement élevées et, en même temps, les caractéristiques supérieures de l'agglomérat visé. La compression peut encore être entreprise''après la combustion complète du mélange, aussi longtemps que l'agglomérat formé se trouve encore sous un état compressible- et moulable.
La production d'une plaque cylindrique à partir d'un agglomé- rat métallique à uniquement été choisie comme exemple d'une forme d'exécu- tion pour simplifier la représentation ; onpeut aussi réaliser à partir de l'agglomérat métallique obtenu par le même procédé, des corps de formes com- pliquées par l'emploid'une simple matrice de pression. Il est dans ce cas pourtant essentiel que la quantité de mélange à amener en réaction soit suf- fisamment grande pour qu'elle remplisse complètement le moule à l'état agglo- méré et comprimé, et que la compression du mélange ou de l'agglomérat soit entreprise à un moment où ce mélange est encore malléable et moulable.
Les agglomérats, obtenus par le procédé suivant l'invention, sont aptes selon leur structure et le choix des composants à l'un ou l'autre but d'utilisation. Des agglomérats métalliques résistant aux températures élevées et/ou chimiquement résistants peuvent être réalisés. Il est cepen- dant également possible, selon le choix et la quantité des composants métal- liques ou composés oxydés ou autres, d'obtenir des agglomérats qui convien- nent comme matériau pour résistances électriques, comme conducteur de cha- leur,' comme semiconducteur ou aussi comme matériau d'outillage.
REVENDICATIONS.
1. Procédé, de production d'agglomérats métalliques, caractéri- sé en ce qu'un mélange sous forme pulvérulente susceptible d'une réaction exothermique contrôlée, d'un ou plusieurs métaux et' ou composés métalliques, est amené en réaction et à s'agglomérer par allumage initial.