CH370475A - Corps comprenant un squelette de fibres métalliques et utilisation de ce corps - Google Patents
Corps comprenant un squelette de fibres métalliques et utilisation de ce corpsInfo
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Description
Corps comprenant un squelette de fibres métalliques et utilisation de ce corps La présente invention a pour objet un corps comprenant un squelette métallique constitué par une masse de fibres métalliques emmêlées, réunies entre elles par agglomération, caractérisé en ce que au moins une substance de nature chimique différente de celle desdites fibres est disséminée dans la masse emmêlée.
L'invention a également pour objet l'utilisation de ce corps, pour la fabrication de balais électriques. Les articles en fibres métalliques conformes à la présente invention peuvent être divisés en au moins cinq classes générales Classe 1 : un squelette de fibres métalliques pré formé traité avec dies métaux, ou alliages, à l'état liquide.
Classe 2 : un squelette de fibres métalliques traité avec des métaux, ou alliages pulvérisés.
Classe 3 : un squelette de fibres métalliques traité avec des composés carbonés ou résineux.
Classe 4 : un squelette de fibres métalliques com biné avec des substances inorganiques non métalli ques, et classe 5 : des squelettes de fibres métalliques sont amenés à réagir avec des gaz ou des vapeurs métal liques.
Les cinq classes indiquées ci-dessus seront exa minées individuellement en détail dans la suite du présent mémoire descriptif.
Classe 1 : un squelette de fibres métalliques pré formé est traité avec des métaux ou des alliages, à l'état liquide.
L'imprégnation des. squelettes de fibres métalli ques avec des métaux ou alliages à l'état liquide est particulièrement utile dans la fabrication<B>d'élé-</B> ments structurés qui doivent avoir une combinaison de propriétés que me possèdent pas individuellement l'un ou l'autre des composants du matériau structuré.
Par exemple, la technique est particulièrement appli cable à la fabrication d'éléments structurés à partir de fibres qui ont un module d'élasticité naturellement élevé telles que les fibres de fer ou d'acier, en combinaison avec des, métaux tels que le cuivre et le magnésium qui fourmssent la ductilité,
la résis tance à la corrosion et une faible densité à l'ensemble terminé.
Par exemple, on a soumis à l'imprégnation un squelette de fibres d'acier inoxydable ayant une poro sité initiale élevée avec du magnésium métallique à l'état liquide jusqu'à ce que la porosité de l'en semble soit réduite sensiblement à zéro.
Le corps résultant possédait une haute résistance mécanique, due principalement à la résistance du squelette, il avait aussi un faible poids spécifique en raison de l'emploi du magnésium comme substance de rem plissage.
Comme autre exemple, on peut produire des élé ments particulièrement convenables comme éléments de paliers, en employant un squelette ayant une masse spécifique élevée, et constituée, par exemple, de fibres d'acier ou de molybdène qui ont été im prégnées avec un métal ayant une basse résistance à l'écoulement tel que, par exemple,
un métal anti- friction.
Comme autre exemple, l'agent d'imprégnation peut être choisi de manière à ce qu'il ait des carac téristiques d'alliage favorables pour le métal des fi bres ; le meilleur exemple de ce type de structure est constitué par un squelette ferreux et le cuivre comme matière d'imprégnation.
Le cuivre fondu est susceptible die dissoudre une partie du squelette ferreux et de former des, alliages de surface avec celui-ci. Après solidification, le cuivre ou les alliages de cuivre qui en résultent remplissent pratiquement les vides présents originairement dans le squelette de fibres ferreux.
Ce type de structure est particulière ment utile dans la fabrication de corps résistant à l'oxydation, conformés de façon à présenter des for mes compliquées, tel que cela peut se produire, par exemple, dans la fabrication des ailettes de turbines. Le fait que la partie squelette de l'ailette peut être réalisée par un procédé de feutrage, se prête. particu lièrement à la fabrication de formes d'ailes complexes de ce type.
Classe 2 : un squelette constitué de fibres métal liques traitées avec des métaux, ou alliages pulvérisés. Dans certains cas, il est désirable de traiter le squelette préformé avec une suspension, ou disper sion, de poudre de métal ou d'alliage. Ce type d'opé ration peut "être employé, par exemple, dans la fabrication de balais électriques constitués par un squelette de molybdène ou de matière similaire et une substance de remplissage constituée par de l'ar gent ou autre corps bon conducteur de l'électricité.
Dans ce cas, le squelette en fibres de molybdène est établi avec une porosité initiale relativement éle vée et imprégné avec une poudre d'argent. Le sque lette et la poudre sont alors comprimés pour former une masse cohérente, rigidement liée.
Une autre technique encore, dans cette classifi cation générale consiste à confectionner un sque lette métallique de manière usuelle en emmêlant une masse de fibres métalliques, à agglomérer les fibres ensemble,
puis à soumettre l'ensemble à une impré gnation sous vide ou à une injection de remplissage avec une suspension des poudres métalliques dans un courant d'un gaz convenable. Les interstices de l'ensemble de fibres. métalliques sont, de ce fait, remplis et le squelette agit comme filtre pour retenir les particules du courant d'air.
Après remplissage, le corps composite de fibres métalliques rempli au moyen de poudres de métaux, peut être pressé dans des conditions convenables de température et de pression pour produire un corps composé.
En addition à la fabrication de balais électriques, ce type de procédés se prête aussi à la fabrication d'éléments structurés tels que ceux constitués par un squelette d'acier inoxydable rempli de poudre de ma gnésium, ou un squelette ferreux rempli de poudre de cuivre.
Classe 3 : un squelette de fibres métalliques traité avec des composés carbonés ou résineux.
La classe la plus importante de matériau entrant dans cette catégorie est probablement celle des élé ments de paliers. Par exemple, un excellent matériau de palier est fourni en imprégnant un squelette de fibres métalliques d'acier inoxydable avec une dis persion dans l'eau<B>de</B> résine synthétique teille que le polytétrafluoroéthylène. De façon analogue,
des squelettes de fibres de molybdène peuvent être im prégnés avec du polytétrafluoroéthyl'ene particulière ment pour être utilisés comme paliers résistant à des températures élevées. Des paliers économiques peuvent être fabriqués à partir d'ensembles de fibres de bronze et de différentes imprégnations de résines synthétiques telles que le nylon ou résine analogue. Dans certaines applications pour des paliers, il est particulièrement important d'éviter la friabilité.
Pour ces emplois, on peut utiliser un squelette de, fibres de fer impré gné avec du nylon. Dé tels masses ou ensembles peuvent être produits, par exemple, par moulage par injection du nylon dans un squelette de fibres de fer alors que le nylon est à l'état chauffé, ou en imprégnant le squelette ferreux préformé avec une suspension liquide. de résine de nylon.
Une autre classe de matériaux tombant dans cette désignation sont les ensembles dans lesquels le car bone est déposé dans les interstices des ensembles de fibres métalliques préformés. A titre d'exemple, un squelette de fibres métalliques peut être imprégné avec des composés carbonn@sables et carbonisés in situ pour laisser un, dépôt de carbone dans les inters tices.
Par exemple, un squelette à faible densité peut être imprégné avec des particules de carbone fine ment divisées en combinaison avec de la poix ou asphalte minéral et chauffé à une température suf fisante pour décomposer les hydrocarbures présents dans la poix en laissant une masse carbonée dans laquelle le squelette est enrobé.
Classe 4 : un squelette de fibres métalliques en combinaison avec d'e:s corps non métalliques inorgani ques.
Les matériaux entrant dans cette classe sont ceux qui sont utilisés comme éléments de paliers et comme éléments structurés, particulièrement pour des mi lieux à haute température. A titre d'exemple d'élé ments de paliers, un ensemble préformé de fibres métalliques, composés de fibres de molybdène, avec ou sans l'addition de molybdène en poudre, peut être comprimé avec un lubrifiant tel que le bisulfure de molybdène, et aggloméré à une température appro priée,
pour amener les particules de sulfure de molyb dène à remplir pratiquement les interstices de la masse.
Une catégorie particulièrement importante de matériaux entrant dans cette classe est celle des matériaux céramiques métalliques, dans lesquels un composé non métallique, réfractaire, habituellement un oxyde, est combiné avec un squelette de fibres métalliques réfractaires.
Par exemple, on a préparé avec succès des éléments structurés à haute tempéra ture à partir de la combinaison d'un ensemble de fibres préformé constitué par un alliage de chrome et de nickel, du type Nichrome , en comprimant les fibres emmêlées légèrement avec de la poudre d'alumine.
De façon analogue, d'autres matériaux utilisables aux hautes températures ont été obtenus au moyen de la combinaison d'ensembles de fibres de molybdène comprimés avec du silicium et/ou des poudres de carbure de silicium. A titre d'autre va riante, le squelette ou armature de fibres métalliques traitées par agglomération peut être. imprégné avec un silicate liquéfié ou autre corps non métallique réfractaire, de façon analogue à celle employée pour l'imprégnation avec dies composés métalliques.
D'autres domaines d'emploi des compositions conformes à des caractéristiques de l'invention com prennent les domaines dans lesquels une masse active doit être supportée à l'intérieur d'une structure de support relativement solide. De telles compositions se présentent, pair exemple, dans le domaine des éléments pour les batteries nickel-cadmium, et comme catalyseurs pour différents types de processus chimiques.
Ce type de matériau peut aisément être préparé en imprégnant des squelettes de fibres mé talliques avec les masses actives, puis en chauffant, si nécessaire, pour entraîner les substances porteuses ou le milieu de dispersion.
Comme autre exemple encore, on peut faire réa gir les squelettes métalliques avec des composés mé talliques ou inorganiques pour fournir un revêtement interne du produit de réaction à l'intérieur des inters tices du squelette ou armature. A titre d'autre va riante, on peut employer des corps de fibres pré- oxydées,
particulièrement en aluminium qui peut être travaillé et aggloméré pour obtenir une densité égale, sensiblement, à la densité théorique de l'alu minium métallique. Ce type de structure est avanta geux en raison de la caractéristique de résistance mécanique excellente et du faible poids de l'alumi nium, et elle le protège contre une oxydation ulté rieure par le fin revêtement d'oxyde d'aluminium préformé qui apparaît sur les fibres.
Classe 5 : un squelette, ou armature, de fibres métalliques, mis en réaction avec des gaz ou des va peurs.
Comme autre variante encore, des squelettes de fibres métalliques peuvent réagir avec des gaz ou des vapeurs, de façon à changer les propriétés phy siques de ces masses ou ensembles. Par exemple, des squelettes ferreux peuvent être nitrurés avec de l'ammoniaque ou des gaz similaires, soumis au trai tement de cracking, qui pénètrent à l'intérieur du squelette et provoquent une légère, mais importante augmentation de volume dans le corps du squelette et, de ce fait, ferment - partiellement au moins - les vides existants.
Comme autre alternative de l'invention, un sque lette de fibres métalliques constitué par un matériau à haut module peut être allié en surface par décom position sur celle-ci des halogénures volatils et des carbonyles (par exemple, du tétrachlorure de titane).
Dans tous les exemples qui précèdent, les pro priétés physiques choisies ont été améliorées par l'addition d'un composé ou de composés à la masse de fibres préformée. Dans pratiquement tous les cas, la porosité du squelette de fibres est réduite par l'addition ou la synthèse du composé à l'intérieur des pores de l'ensemble. Dans le cas d'imprégnation avec des métaux et substances analogues, la porosité peut être réduite sensiblement à zéro.
Les proportions des ingrédients employés. dépen dent principalement des propriétés désirées pour l'ar ticle final. Par exemple, une quantité aussi faible que 2 % de la substance de remplissage peut con venir lorsqu'il suffit de réaliser un revêtement ou un alliage superficiel des fibres métalliques dans l'en semble.
D'autre part, lorsque les articles fabriqués doivent avoir une densité approchant de la densité théorique du métal du squelette, jusqu'à 90 % de l'en- semble, terminé pourrait par exemple être constitué par le métal ou l'alliage d'imprégnation.
Des résultats particulièrement bons ont été obtenus par l'emploi de fibres métalliques ayant un diamètre de 0,0064 mm jusqu'à environ 0,25 mm et des longueurs variant d'environ 0,051 mm à 51 mm ou même plus.
D'une façon générale, une fibre doit avoir une longueur au moins égale à en- viTon 10 fois sa dimension; moyenne en coupe, de façon à constituer des ensembles suffisamment résis tants mécaniquement.
Les fibres sont de préférence feutrées par tous moyens convenables de feutrage, pour produire une masse emmêlée de façon. lâche qui peut être agglo mérée directement, ou pressée avant l'agglomération, pour obtenir la densité désirée.
Le renforcement des ensembles de fibres de métal est obtenu de préférence en agglomérant les ensembles à des @tem- pératures appropriées et pendant des périodes de temps convenables pour provoquer une liaison auto gène aux points de contact des fibres,
voisines. D'au tres moyens pour réunir les fibres peuvent cependant être employés. tels que le revêtement des fibres avec un composé de brasage, avant le façonnage de l'en, semble, suivi d'un traitement à chaud d'une intensité et d'une durée suffisantes pour provoquer l'écoule ment du composé de brasage autour des jonctions entre les fibres.
Les exemples suivants indiquent quelques cas particuliers de mise en oeuvre de la présente in- vezution. <I>Exemple 1</I> Un matériau de faible densité, à module élastique élevé et à résistance moyenne à la température, a été préparé en imprégnant un squelette<B> & </B> fibres d'acier avec du magnésium.
Un corps de SAE 430 de laine d'acier a été feutré, pressé et aggloméré jusqu'à une densité de 50 à<B>55%,</B> c'est-à-dire une porosité de 45 à-<B>50%.</B> Le traitement par agglomé ration a été accompli en atmosphère d'hydrogène sec à 11841, C.
Le corps poreux a alors été placé sur un lit de poudre d'alumine et de poudre de ma gnésium avec un petit bloc de magnésium propre placé à la partie supérieure de l'ensemble poreux. Lorsque cet ensemble a été chauffé à 746o C dans une atmosphère d'argon ou d'hydrogène, une bonne imprégnation a été obtenue.
Alors que la résistance à la traction du corps poreux d'acier était supposée être d'environ 560 kg/em2, le corps partiellement imprégné avait une résistance mécanique de 2240 kg/ cm2 environ. Le module d'élasticité du corps a été trouvé égal 1,103 X 106 kg/cmü. Ce corps avait une densité de 4,
79 grammes par cm3 et contenait 51,6 % en volume de fer, 41,6 % en volume de magnésium et 6,8 % de porosité.
<I>Exemple II</I> Des éléments de paliers perfectionnés, ont été réa lisés de la manière suivante: les fibres d'acier inoxy dable (AISI type 430) ayant une épaisseur moyenne d'environ 0,0625 mm et une largeur moyenne com prise entre 0,127 mm et 0',25 mm ont été coupées en longueurs d'environ 12,7 mm et ont été chargées dans une matrice à l'état sec.
Les fibres. ont été pressées à une pression de 4710 kg/cm2 et les en sembles ont été traités par agglomération dans une atmosphère d'hydrogène sec à 1184 C.
La densité moyenne des corps après traitement par aggloméra tion était d'environ<B>50%.</B> Ces ensembles ont été imprégnés avec une dispersion dans l'eau de poly- tétrafluoroéthylème,
par exemple Teflon marque déposée en utilisant un procédé de pressions multiples sous vides. L'imprégnation a été répétée jusqu'à ce que les squelettes. aient été apparemment complète ment remplis. Après imprégnation, les corps ont été traités à 260o C pendent une heure.
Ces corps ont une dureté de fibres de 148 V.P.N. et des propriétés de remplissage caractéristiques de la résine employée.
<I>Exemple III</I> Un matériau convenant pour être utilisé comme matériau de freins <I>poux</I> avions a été préparé au moyen de fils de molybdène, de poudre de carbure de silicium et de poudre de carbone. Les fils de molybdène avaient un diamètre moyen d'environ 0,127 mm et les fils, ont été coupés à une longueur moyenne de 12,7 mm.
Les fils ont été mélangés avec de la poudre de carbure- de silicium, et dans certains cas, avec un peu de carbone additionnel, la fraction de carbone du total de la poudre variant entre 0 et<B>50,%.</B> Ces agrégats ont alors été pressés à l'état chaud dans des matrices de carbone à une température de 1427 C en utilisant une pression de mise en compact de 427 kg/cm- environ.
L'ensemble a été chauffé à la température de pression sans arrêt, et le corps a été refroidi dans la matrice sous pression. Dans certains, cas, de la poudre de silicium métal lique a été ajoutée à la composition. Il a été néces saire de meuler la plupart des corps de façon à les façonner,
mais les corps contenant le silicium métal lique pouvaient être percés.
Exeple <I>IV</I> Des ensembles constructeurs de l'électricité ont été préparés à partir d'une combinaison de fils de molybdène métallique et de poudre de bisulfure de molybdène. Les fils avaient un diamètre moyen de 0,127 mm et une longueur d'environ 12,7 mm. La quantité<B>de</B> poudre<B>de</B> bisulfure de molybdène va riait entre 0 et 50 volumes pour cent.
Les agrégats ytaient pressés à chaud dans des matrices en carbone entre des températures de 1093o C et 1371 C à la pression de 427 kg/cm2. Les masses pressées ont eté refroidies dans la matrice sous pression. Les corps avaient des densités très voisines de la densité théorique et pouvaient être traités sur machines- autils.
<I>Exemple V</I> Un matériau du type céramique-métal a été produit de la manière suivante: des fils de Ni- chrome comportant à l'analyse <B>80%</B> de nickel et 20% de chrome, ayant un diamètre de 0,051 mm et une longueur de 12,7 mm ont été mélangés avec de l'alumine. Le contenu en métal était d'environ 70 % en poids et le reste était constitué par de l'alumine. Le contenu en métal comprend des fibres dont la quantité varie de 50 à 100 %, le reste étant de la poudre de métal de, la même composition.
Des corps pressés à froid ont été comprimés sous des pressions de 50 tonnes par pouce carré, c'est-à-dire 8070 kg/cm= dans des matrices en métal et traités par agglomération à la température de 1184 C ce pendant une heure, dans l'air ou dans l'hydrogène humide. D'autres corps ont été pressés à l'état chaud dans des matrices de carbone à la température de 1255 C sous une pression de 427 kg/cm2. Il a été nécessaire d'employer une opération de meulage pour façonner les corps obtenus par l'un ou l'autre des procédés.
Le matériau résultant avait une force de résistance aux chocs (pour une concentration de 50 % d'alumine en volume) de 8,6 kg/cm. Par con tre, un matériau employant seulement les poudres, sans les fibres, avait une résistance maximum à l'im pact de 3,4 kg par cm environ.
<I>Exemple VI</I> Un ensemble ayant un faible coefficient de frot tement a été préparé de la manière suivante: un squelette a été réalisé au moyen de fibres de molyb dène ayant un diamètre de 0,127 mm et une lon- gueur d'environ 12,7 mm. Ces fibres ont été pressées à froid sous une pression de 6420 kg/cm2 et la masse comprimée a été agglomérée (1038 C dans l'hydro gène sec pendant une heure) et non aggloméré.
Du soufre fondu a été introduit dans les squelettes par deux procédés : 1) par simple immersion, et 2) par imprégnation sous vide. Dans les deux cas, le soufre a été amené à la température d'environ 260,1 C. Un certain nombre d'imprégnations ont été exécutées pour obtenir la plus haute densité possible.
Des corps analogues ont été réalisés en utilisant des fils d'argent ayant un diamètre de 0,127 à 0,254 mm et des longueurs de 12,7 mm. Ceux-ci ont été pressés à froid dans des matrices métalliques à une pression de 3220 kg/cm2 et ils ont été imprégnés avec du soufre de la même manière que les fibres de mo- lybdène. Les squelettes de: molybdène et les sque lettes d'argent imprégnés avec le soufre avaient de faibles coefficients de frottement.
Des matériaux convenant pour les éléments de batteries d'accumulateurs ont été réalisés de la ma nière suivante: des fibres de nickel ont été utilisées pour constituer les squelettes, ces fibres ayant une largeur comprise entre 0,11 et 0,54 mm et une épaisseur d'environ 0,063 mm.
Les fibres ont été coupées à des longueurs comprises entre 12,7 mm et 25,4 mm. Les fibres ont été mises en suspension dans de la glycérine et agitées dans un mélangeur à haute vitesse.
Après l'agitation, les fibres ont été soumises à une succion et feutrées sur un écran de toile de bronze, ce quia permis de former des ma trices d'environ<B>50'</B> mm d'épaisseur, ayant une densité de 5 % environ. Ces corps feutrés ont été pressés à froid dans des matrices en utilisant des, taux de compression compris entre 1 et 15.
La densité des corps comprimés variait entre 2 et 25 %. Les pro duits ont été agglomérés à 1184o C pendant trente minutes dans l'hydrogène sec. Subséquemment, cer- tains de ces produits. ont été étampés à froid après avoir été agglomérés et les produits finaux avaient encore des densités comprises entre 3 et 25 %.
Des squelettes ou armatures tels que décrits pré cédemment peuvent être imprégnés avec des matières actives de batteries. Il a été découvert que les sque lettes eux-mêmes peuvent résister avec succès à des flexions répétées d'un arc d'environ 270, ce qui in dique, en particulier, que ces corps peuvent être utiles dans la construction des batteries d'accumu lateurs.
Claims (1)
- REVENDICATIONS I. Corps comprenant un squelette métallique constitué par une masse de fibres métalliques. em mêlées réunies entre elles par agglomération, carac- térisé en ce que au moins une substance de nature chronique différente de celle desdites fibres est dissé- minée dans la masse emmêlée. II.Utilisation du corps salon la revendication I, pour la fabrication, de balais. électriques. SOUS-REVENDICATIONS 1. Corps selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite substance :es un agent de remplissage placé dans les interstices de la masse pour diminuer la porosité de l'ensemble. 2.Corps selon; la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance est un agent de remplissage métallique. 3. Corps selon la sous-revendication 2, caracté- risé en ce que l'agent d'imprégnation métallique a une densité sensiblement inférieure à la densité du métal des fibres. 4.Corps selon la sous-revendication 2, caracté risé en ce que l'agent d'imprégnation métallique a une bonne conductibilité électrique. 5. Corps selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite substance est un agent d'imprégnation résineux. 6.Corps salon la revendication I, caractérisé en ce que ladite substance est un agent d'imprégnation céramique réfractaire. 7. Corps selon lu, revendication I, caractérisé en ce que ladite substance est un dépôt carboné dans les interstices de la masse.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH4224357A CH370475A (fr) | 1957-02-01 | 1957-02-01 | Corps comprenant un squelette de fibres métalliques et utilisation de ce corps |
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| CH370475A true CH370475A (fr) | 1963-07-15 |
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