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Procédé de fabrication d'objets frittes, objet' fabriquât suivant ce procédé, et dispositif pour sa mise en ceuvre.
Intimation concerne un procéda de fabrication d'objets frittes cane lequel on part de substances pulvérulentes à point de fusion élevé, tel que la Poudre d'oxydes, de carbura , ou de mélanges de ceux-ci, de métaux à point de fusion élevé et d'allia- Ces de ces métaux, ces substances pulvérulentes étant soumises dans une matrice, entre deux poinçons, à une pression et subît- tant pendant au mina une partie du processus un traitement ther- nique nécessaire au frittage pendant la compression,
L'invention concerne de même un objet obtenu par la mise en oeuvre du procédé, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé,
La frittage sous pression de substances pulvérulentes
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est connu et peut être utilisé pour la fabrication d'objets à grande densité. Ce procédé réduit la température et le temps de
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frittage d'objets comprimés d'avance. De plue, il permet d'ému* la croissance de graine.
On peut partir par exemple d'oxydes, de
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carbures et de métaux à point de fusion élevée à l'état pulvérulente par exemple l'oxyde d'aluminium, le dioxyde d'uranium, le Utanat. de baryum, le carbure de tungstène, le molybdène, le tungstérie eto#i ainsi que des mélanges de ces substances*
Les procédés connus requièrent de grandes forces pour éjecter de la matrice l'objet fritte sous pression* Cette éjection
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peut provoquer la rupture de l'objet fritte ou l' endommageaient de la paroi de la matrice. Ces grandes force* peuvent être ndots- saires par suite des réactions chimiques entre la paroi de la matrice et 1objets fritter et par suite de la différence de coefficient de dilatation de l'objet à fritter et de la paroi de la matrice.
De plus, la matière à fritter peut s'imprégner dans les pores de la paroi de la matrice. On peut éviter la réaction chimique en rev&tant la paroi de la matrice,, par exemple, d'une mince couche de platine.
Outre les frais élevés que cela entraîne,
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il se produit, après une ou quelques compressions déjà# un sérieux enaommaement du revêtements car la.résistance mécanique de celui-ci est assez faible. ;
Fait étonnant, on a trouvé que l'on peut éliminer l'inconvénient mentionné lorsque, conformément à l'invention, on
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fait glisser la poudre soumise à compression , travers la matrice, opération au cours de laquelle elle subit le traitement thermique désiré pendant le passage d'une zone de chauffage* Il s'est avéré que l'éjection de l'objet ne présente alors aucune difficulté* Etant donné que la pouare glisse à travers la matrice,
la zone de chauffage peut être très étroite.
Le procédé connu ne permet que de réaliser des objets : dont la dimension dans le sens de la compression est limitée par rapport à la dimension perpendiculaire au sens de compression. Si
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le rapport de ce* dimensions est trop grand, il se produit, pensant la compression, un grand frottement de paroi et les forces de , compression requises sont plus grandes ce qui entraîne une plus grande contrainte dans la.paroi de la matrice; de plus, la densité de l'objet n'est pas homogène. Le procédé conforme a l'invention se prête par excellence à la fabrication d'objets d'une longueur quelconque désirée.
A cet effet, conformément à l'invention, après que le contenu de la matrice a passé partiellement la zone de chauffage, on soulève un poinçon et la cavité de la matrice est à nouveau remplie de poudre qui subit un même traitement de frittage nous pression alors que la surface terminale de la partie déjà frittée fait office de poinçon pour la contre-pression, ce procès aux étant poursuivi jusqu'à l'obtention d'un objet fritte de la longueur désirée, Au besoin, le matériau pulvérulent peut être introduit dans la matrice à l'état précomprimé, par exemple sous forme de tablettes, La poudre amenée dans la matrice est supportée par la partie déjà frittée de l'objet, de sorte qu'un poinçon, normalement le poinçon inférieur,
peut se déplacer de plus en plus loin de la matrice* Etant donné que pour chaque remplissage le rapport de la hauteur à la section transversale est limite, on obtient un objet à très bonne répartition de la densité, tandis que la pression utilisée peut rester limitée. Etant donné que toute la pouare d'un remplissage précédent n'a pas encore traversa la zone de chauffage, et n'est donc pas encore frittée, le frittage en un tout de remplissages successifs s'effectue facilement. On peut donc réaliser ainsi ces objets frittes a'une section trans- versale quelconque, à grande densité homogène, et de toute on- gueur désirée. Les dimensions de l'objet dans le sens transversal sont en outre fixes.
Les poinçons ne sont pas introduits dans la zone de chauffage et ne sont donc pas sujets à grande usure.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procède comprend une matrice et doux poinçons, des organes de chauffage étant prévus pour obtenir une température désirée dans la matrice; il est carac-
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térisé en ce que l'un des poinçons est muni d'organes d'entraîne- ment qui déplacent ce poinçon, pendant le frittage tous pression, dans un sens encartant de la matrice, tandis que l'autre poinçon est muni d'organes d'entraînement qui exercent,
pendant l'opéra- tion de frittage une pression désirée sur le remplissage de la matrice et qui peuvent déplacer le poinçon jusqu'au dehors de la cavité de .La matrice. Cotit ainsi qu'un poinçon inférieur peut être déplacé, entre autres à l'aide d'un accouplement par vis, lentement dans un sens écartant de la matrice. Le poinçon supé- rieur peut être, par exemple, à commande hydraulique.
Dans les dispositifs connus, les poinçons doivent épouser très exactement la paroi de la matrice pour réaliser des objets en forme de tablette présentant la forme requise. Toutefois, de la poudre s'infiltre entre les poinçons et la matrice, poudre qui est soumise à une pression très élevée et qui peut donc se fritter, mime à des températures assez basses. De ce fait, dans les dis- positifs connus, il se produit un très grand frottement entre les poinçons et la paroi de la matrice* Dans une forme de réalisation préférée selon l'invention, les deux poinçons ont beaucoup do jeu dans la cavité de la matrice.
Dans le cas d'une matrice disposée verticalement, on peut poser sur le poinçon inférieur une mince plaquette de fermeture en matériau réfractaire en vue d'empêcher l'écoulement vers le bas de la poudre au débat du processus. Etant donné qu'un objet à réaliser à l'aide de plusieurs remplissages ne doit pas nécessairement présenter une surface terminale de forme rigoureusement déterminée, il n'est pas nécessaire que le poinçon supérieur s'adapte exactement dans la cavité de la matri- ce, De plus, comme le poinçon supérieur ne se déplace pas jusque dans la zone de chauffage et que, par suite du grand jeu, la poudre se trouvant entre la paroi de la matrice et le poinçon supé- rieur n'est pas comprimée à une pression très élevée, le frottement est faible* Aussi,
la matrice et les poinçons peuvent-ils être d'une réalisation bon marché. Au cours d'un second remplissage
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l'on obtient dans celle-ci une zone de chaînage de longues réduite. '
Un poinçon supérieur 17, qui peut @raverser la bague de centrage 3, est fixé à une tige de piston 18 d'un cylindre hydraulique 19, @e poinçon supérieur 17 peut être soulevé jusqu'au-dessus de la plaque 8. Un poinçon inférieur 20 repose sur une tige filetée 21 qui pénètre dans une douille taraudée 22. La douille 22 est bloquée contre tout déplacement axial.
Sur. la douille 22 est fixé un engrenage 23 pouvant être entraîne par un pignon 24 dont l'axe 25 est accouplé a un moteur, non représenté sur le dessin. Lorsque le moteur fait tourner la douille 22 par l'intermédiaire du pignon 24 et de l'engrenage 23, la tige filetée 21 se déplace vers le haut ou vers le bas dans la douille et transmet ce mouvement au poinçon inférieur 20.
Le poinçon supérieur et le poinçon inférieur s'adaptent avec un grand jeu dans la matrice. C'est ainsi que pour une matrice à cavité de 19 mm de diamètre, on peut utiliser des poinçons de 17 mm de diamètre.
Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante.
Après que le poinçon supérieur 17 a été soulevé jusqu'au dessus de la plaque 8 et que le poinçon inférieur 20 a été amené dans la zone ce chauffage, on remplit partiellement de poudre la cavité de la matrice. Une plaquette réfractaire 26, par exemple une plaquette d'amiante, disposée sur le poinçon inférieur, em- pêche la poudre de s'écouler entre le poinçon inférieur et la matrice* La poudre peut être constituée par exemple par un ferrite au nickel-zinc que l'on peut utiliser pour la fabrication d'une tige de ferroxeube. a matrice peut alors avantageusement être faite en oxyde d'aluminium.
A l'aide du cylindre hydraulique 19, le poinçon supérieur est introduit dans la cavité de matrice et la poudre est comprimée; en déplaçant ensuite lentement vers le bas le poinçon inférieur et le poinçon supérieur, la poudre de ferrite au nickel-zinc glisse à travers la zone de chauffage et est frittée sous pression. Avant que tout le remplissage de la ma-
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et de remplissages suivant , la partie déjà frittée de l'objet fait office de poinçon inférieur. Pans une presse ayant servi pour des essais, la matrice avait un diamètre de 19 mm et le poings un diamètre de 17 mm.
Dans une autre forme do réalisation de l'invention, les organes de chauffage ne sont disposée que sur une partie de la longueur de la matrice, Le chauffage, qui peut s'effectuer par . exemple à l'aide de tiges résistantes, peut donc être réalise d'une manière simple et bon marche, tandis que, par le déplacement des poinçon., on obtient néanmoins un bon traitement thermique de l'objet entier.
La description du dessin annexa, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisa les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu partie de l'invention.
La dispositif comprend une matrice 1 disposée entre des bagues de centrage 2 et 3. La bague de centrage 2 traverse par une extrémité 4 une ouverture ménagée dans une plaque inférieure
5 et s'applique par un fiasque 6 contre la plaque intérieure, La bague de centrage 3 traversa, par l'extrémité 7, une plaque supé- rieure 8 et s'appliquer par un flasque 9, contre la plaque supé- rieur.. La plaque inférieure % repose sur des supports 10 qui sont portés par un châssis 11 du dispositif* Pans la plaque intérieurs 5 sont fixées des brochas 12 qui traversent des ouvertures ménagées dans la plaque supérieure 8.
Entre la plaque supérieure 8 et les cuvettes 13, fixées de manière réglable autour de chacune des broches 12, on a prévu des ressorts 14 qui exercent une pression sur la plaque supérieure 8 et font en sorte que la matri- ce 1 soit serrée entre les bagues de centrage 2 et 3.
La matrice 1 est entourée d'un tour 15 à éléments chauf- fants 16 qui peuvent être constitués par des tiges de résistances électriques ou par un fil électrique; on peut également recourir au chauffage par Induction, Les éléments chauffants 16 ne sont disposes que sur une partie limitée de la matrice, de sorte que
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triée soit amené dans la zone de chauffage on soulève le poinçon 17 et on remplit à nouveau la .matrice de poudre. Le poinçon supérieur est ensuite ramené dans la matrice et le fritta- ge sous pression se poursuit.
Etant donné que le premier remplis sage n'était pas encore entièrement fritte, le frittage en un tout de chargea successives s'effectue très facilement. On répète le processus jusque l'obtention d'une tige ayant la longueur désirée. Le poinçon inférieur 20 peut se déplacer jusqu'à l'extérieur de la matrice et au-aelà de la plaque inférieure 5.
La partie déjà frittée sous pression de l'objet à réaliser et se trouvant à l'intérieur de la matrice fait alors office de poinçon inférieur.
Le déplacement continu au remplissage au travers de la matrice ne demande pas de grandes forces. Aucun endommagament de la paroi de la matrice et du produit fritte sous pression ne se produit pas pendant la fabrication. Seul le poinçon inférieur 20 se déplace, pendant un court instante jusque dans la zone de chauf- fage; les poinçons ne sont donc pratiquement pas soumis à usure.
Etant donna que les poinçons s'adaptent avec un grand jeu dans la cavité de la matrice, jour fabrication est bon marché. La pouqre qui s'infiltrerait entra la paroi de la matrice et le poinçon supérieur n'y subit pas, par suite du grand jeu, de grande compres- sion, n'est en outre pas chauffée ot ne se fritte donc pas en cet endroit, de sorte que le frottement de paroi reste faible. Ce n'est qu'a titre d'exempte que la disposition de la presse a été choisie verticale.
Le procédé décrit permet de réaliser par frittage sous pression des objets de longueur quelconque et de section quelconque.
La section dépend uniquement de la forme de .La matrice et des poinçons. De plus, on atteint une grande uniformité de dimensions de la section de l'objet. ;
Comme il a déjà été mentionna, par suite de sa grande résistance à des températures inférieures à 1300 C, l'oxyda d'alu-
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minium constitue un matériau très approprie pour la matrice, entre autres aussi par sa grande dureté et par sa grande capacité d'absorption de tensions thermiques. Pour des températures de frittage élevées, la matrice peut être constituée par exemple . par de la stellite ou du carbure de silicium.
Une matrice en carbure de silicium peut avantageusement être utilisée pour le frittage sous pression de tungstène et de molybdène. bon tiges en ces matériaux, réalisées suivant le procédé décrit, ont une répartition de densité très avantageuse et les pressions utilisées peuvent être limitées* fanai les matériaux de départ les plus importants pour la fabrication d'objets suivant le processus décrite il y a lieu de mentionner l'oxyde d'aluminium, le bioxyde d'uranium et le titanate de baryum. four les deux derniers maté- riaux mentionnés, on a atteint des densités de 95 à 99%.