CH721902A2

CH721902A2 - Procédé pour la fabrication d'un composant horloger en céramique

Info

Publication number: CH721902A2
Application number: CH000628/2024A
Authority: CH
Inventors: Le Loarer Thibaut
Original assignee: Mft Dhorlogerie Audemars Piguet Sa
Priority date: 2024-06-11
Filing date: 2024-06-11
Publication date: 2025-12-30

Abstract

La présente invention porte sur un procédé pour la fabrication d'un composant horloger (10) en matériau céramique. Le procédé comporte les étapes suivantes : une étape (S3) consistant à déposer dans un moule (M) au moins deux poudres de céramiques (P1, P2) de différentes compositions en les disposant selon un arrangement souhaité de sorte à former un assemblage (A) d'au moins deux poudres non-mélangées, dans lequel lesdites poudres sont en contact ; une étape (54) consistant à réaliser un frittage dans des conditions permettant de produire une pièce solide (B) à partir de l'assemblage (A) de poudres non-mélangées afin que ladite pièce solide (B) comporte plusieurs zones visibles comprenant des céramiques (C1, C2) de différentes compositions procurant un aspect visuel distinct à chacune des zones avec une démarcation visuelle franche entre chacune desdites zones; une étape (S5) consistant à démouler ladite pièce solide (B) pour obtenir une pièce démoulée; et une étape d'usinage pour obtenir le composant horloger (10).

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un composant horloger à base de plusieurs céramiques de compositions différentes et comprenant notamment une opération de frittage. Le procédé est adapté afin que le composant horloger obtenu présente plusieurs zones visibles revêtant différentes teintes avec une démarcation franches entres ces zones.

Etat de la technique

[0002] Les procédés utilisant notamment une opération de frittage de poudres de céramiques pour la fabrication de composants horlogers en céramique sont bien connus. L'obtention d'une carrure de montre nécessitant une étape de frittage est par exemple décrit dans la publication CH718069.

Bref résumé de l'invention

[0003] Un but de la présente invention est de proposer un procédé pour la fabrication d'un composant horloger constitué de plusieurs céramiques de compositions différentes, selon une solution alternative.

[0004] Ce but est au moins en partie atteint notamment par un procédé pour la fabrication d'un composant horloger en matériau céramique comportant les étapes suivantes :

–

une étape consistant à déposer dans un moule au moins deux poudres de céramiques de compositions différentes en les disposant selon un arrangement souhaité de sorte à former un assemblage d'au moins deux poudres non-mélangées, dans lequel lesdites poudres sont en contact,

–

une étape consistant à réaliser un frittage, dans des conditions de température et de pression déterminées pour qu'aucune des poudres de céramiques ne soit calcinée, permettant de produire une pièce solide à partir de l'assemblage de poudres non-mélangées afin que ladite pièce solide comporte plusieurs zones visibles comprenant des céramiques de différentes compositions procurant un aspect visuel distinct à chacune des zones avec une démarcation visuelle franche entre chacune desdites zones,

–

une étape consistant à démouler ladite pièce solide pour obtenir une pièce démoulée, et

–

une étape d'usinage pour obtenir le composant horloger.

[0005] Dans une forme de réalisation, le frittage est de type flash ou SPS.

[0006] Dans une forme de réalisation, ladite démarcation visuelle franche à la jonction des différentes zones possède un gradient de concentration nul ou limité à moins de 10 micromètres ou 5 micromètres, voire moins de 1 micromètre.

[0007] Dans une forme de réalisation, au moins une des poudres de céramique est choisie parmi une poudre à base d'alumine, de zircone, de carbure de silicium, de nitrure de silicium, de nitrure de bore et de nitrure d'aluminium.

[0008] Dans une forme de réalisation, au moins une des poudres de céramique est un composite choisi parmi les trois composites suivants: Zircone à matrice d'alumine (ZTA), Alumine à matrice Zircone (ATZ) et Zircone stabilisée au moins partiellement à l'Yttrium (Y-TZP).

[0009] Dans une forme de réalisation, au moins une des poudres de céramique est composée d'un mélange de Zircone à matrice d'alumine (ZTA), d'Alumine à matrice Zircone (ATZ), et de Zircone stabilisée au moins partiellement à l'Yttrium (Y-TZP).

[0010] Dans une forme de réalisation, chaque poudre de céramique comporte au moins un pigment de préférence sélectionné parmi de préférence un oxyde de fer, un oxyde d'aluminium, un oxyde de bismuth, un oxyde de cobalt et un oxyde de chrome.

[0011] Dans une forme de réalisation, les poudres de céramique sont disposées dans le moule de sorte à former plusieurs couches en alternance.

[0012] Dans une forme de réalisation, les poudres de céramique sont disposées dans le moule de sorte à ce qu'une ou plusieurs poudres de céramique soient noyées dans une poudre principale.

[0013] Dans une forme de réalisation, l'étape consistant à déposer dans le moule lesdites au moins deux poudres de céramiques est précédée par une étape d'atomisation d'un premier matériau en céramique afin d'obtenir l'une des deux poudres de céramiques et par une seconde étape d'atomisation d'un second matériau en céramique afin d'obtenir l'autre des deux poudres de céramiques de composition différente.

[0014] Un autre aspect de l'invention porte sur une pièce d'horlogerie comportant au moins un composant horloger obtenu par le procédé selon l'une des formes de réalisation susvisées.

[0015] Dans une forme de réalisation, le composant horloger est une pièce d'habillage, de préférence une carrure, une lunette ou un fond d'une boite de montre.

Brève description des figures

[0016] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures suivantes :

–

la figure 1 illustre une vue schématique des différentes étapes du procédé selon un mode de réalisation de la présente invention,

–

la figure 2 illustre une vue schématique du procédé selon un autre mode de réalisation de la présente invention.

Exemples de mode de réalisation de l'invention

[0017] Le procédé pour la fabrication d'un composant horloger 10 en matériau céramique, selon une première forme de réalisation illustrée par la figure 1, comporte une première étape S1 consistant à atomiser l'un des matériaux en céramique C1' sous forme d'une première poudre P1. Dans la présente description, le terme „atomiser“ désigne toute opération adéquate permettant de réduire en une poudre le matériau en céramique considéré. Elle peut consister ou comprendre une étape de broyage. La poudre obtenue peut être constituée de particules plus ou moins fines. Les particules sont par exemple de taille micrométrique, soit de diamètre moyen de l'ordre de 1 µm à 500 µm, ou de 10 à 100 µm. Les particules peuvent être alternativement sub-micrométriques, soit d'un diamètre moyen inférieur au micromètre.

[0018] Selon les céramiques sélectionnées, la poudre de céramique P1 obtenue par atomisation peut par exemple être de la poudre d'alumine, de zircone, de carbure de silicium, de nitrure de silicium, de nitrure de bore ou de nitrure d'aluminium. La poudre de céramique P1 peut également être un composite sélectionné notamment parmi la zircone à matrice d'alumine

[0019] (ZTA), l'alumine à matrice zircone (ATZ) et la zircone stabilisée au moins partiellement à l'Yttrium (Y-TZP).

[0020] Le procédé comporte une étape S2 d'atomisation d'un second matériau en céramique C2' permettant de produire une seconde poudre P2 de composition différente de la première poudre P1. Le second matériau en céramique C2' peut par exemple être choisi afin d'obtenir l'une des poudres susvisées. Les conditions de l'atomisation peuvent être identiques ou différentes de celles de l'atomisation du premier matériau en céramique C1'. La taille moyenne des particules formant la seconde poudre de céramique P2 peut être identique ou similaire à celle formant la première poudre P1. Alternativement, des particules de taille différentes peuvent constituer les première et seconde poudres P1, P2.

[0021] Il est entendu que les étapes d'atomisation des premier et second matériaux en céramique sont effectuées séparément l'une de l'autre, de sorte que des poudres distinctes P1, P2 soient obtenues. En particulier, le procédé selon la présente invention ne comporte aucune étape de mélange de ces première et seconde poudres P1, P2. Plus particulièrement, le procédé selon la présente invention inclut toutes les dispositions permettant de ne pas mélanger les première et seconde poudres P1, P2. Il peut même être prévu que les premier et second matériaux en céramiques C1', C2' soient atomisés dans des endroits différents de sorte à éviter ou limiter les contaminations de l'un vers l'autre.

[0022] Selon un mode de réalisation, un ou plusieurs des matériaux utilisés dans le présent procédé peuvent être sélectionnés directement sous forme d'une poudre de sorte que les étapes S1, S2 d'atomisation correspondantes ne soient pas nécessaires.

[0023] Le procédé selon la présente description comporte une étape S3 consistant à disposer les première et seconde poudres P1, P2 dans un moule de frittage M. Les première et seconde poudres P1, P2 sont disposées de manière séquentielle de sorte à ne pas se mélanger. Ces poudres peuvent être disposées chacune de sorte à former un lit de poudre, ou un amas de poudre ou selon différents arrangements tels que sous forme de couches, de figures géométriques ou aléatoires. En fonction des besoins, une ou plusieurs des première et seconde poudres P1, P2, et le cas échéant de poudres additionnelles Pi peuvent être utilisées à plusieurs reprises, par exemple pour former plusieurs amas, ou plusieurs couches en alternance avec d'autres poudres.

[0024] Selon la forme de réalisation illustrée par la figure 1, les deux poudres P1, P2 sont réparties dans le moule M afin d'obtenir un assemblage A de poudre non-mélangées. Les deux poudres peuvent par exemple être réparties de sorte à présenter une inclinaison ou des formes complémentaires afin de former une interface sans gradient (ou quasi-nul) de concentration entre les deux poudres P1, P2.

[0025] Les première et seconde poudres P1, P2 peuvent être utilisées dans des proportions variables, par exemple en égales quantités de sorte que le composant horloger 10 obtenu par le procédé, typiquement la carrure de montre dans l'exemple illustré, comprenne autant du premier matériau en céramique C1 que du second matériau en céramique C2, ce indépendamment de leur répartition.

[0026] Une fois l'assemblage A de poudres non-mélangées réalisé, celuici est soumis au frittage dans une étape S4. Les conditions de frittage impliquent une température de frittage Tf. Elles comprennent en outre une pression de frittage Pf pouvant être une pression mécanique.

[0027] La température de frittage Tf est déterminée de sorte qu'aucune des poudres de l'assemblage de poudres A ne soit calcinée dans les conditions du frittage. La température de frittage adéquate peut être évaluée en fonction de la pression de frittage Pf, de sorte à ne pas atteindre ou ne pas dépasser, ou à rester inférieure aux températures de calcination des première et seconde poudres P1, P2 de céramique à la pression de frittage. De préférence, la température de frittage est déterminée de sorte à rester inférieure à la plus basse des températures de calcination des première et seconde poudres P1, P2 de céramique dans les conditions du frittage.

[0028] De préférence, les conditions du frittage sont celles d'un frittage flash, également connu sous le terme de frittage SPS (spark plasma sintering). Cette opération est un procédé qui s'apparente au pressage isostatique à chaud mais qui utilise l'effet joule pour chauffer une poudre pré-compactée dans un moule entre deux électrodes en . Le moule comprenant la poudre pré-compactée est soumis à une pression de plusieurs mégapascals sous l'action d'une presse hydraulique. Un courant continu ou alternatif de plusieurs kiloampères, pulsé ou non, est appliqué entre les électrodes avec une tension de quelques volts.

[0029] Typiquement, l'opération de frittage SPS présente une durée comprise entre 2 et 60 minutes, préférentiellement entre 5 et 30 minutes, en fonction de la nature des réactifs et des conditions opératoires retenues. Elle peut être réalisée tandis que le moule est maintenu sous vide ou sous atmosphère contrôlée (par exemple sous argon, hydrogène ou azote).

[0030] La température de frittage SPS est inférieure à 2000°C, voire inférieure à 1500°C, par exemple comprise entre 1000°C et 1300°C.

[0031] La pression de frittage SPS peut être comprise entre 20 et 180 N/mm<2>ou entre 50 et 100 N/mm<2>. D'autres valeurs de pression peuvent être préférées en fonction des composants sélectionnés et/ou de la qualité requise du composant horloger.

[0032] L'opération de frittage SPS permet d'obtenir une pièce frittée d'une densité comprise entre 98 et 100%, préférentiellement entre 99% et 99,99%, préservant la finesse de la granularité de la céramique, ce qui pour avantage d'optimiser les propriétés mécaniques, notamment la dureté et la ténacité par rapport à un cycle de frittage conventionnel.

[0033] On notera que dans le cas du frittage SPS, l'utilisation de liants n'est pas nécessaire.

[0034] Une fois le frittage effectué, une pièce solide B, obtenue sur la base de l'assemblage de poudres A, est démoulée dans une étape S5. La pièce solide B est inhomogène et comporte donc des compositions différentes correspondant chacune à la première et seconde céramiques C1, C2 utilisées. On notera encore que le terme composition ne se réfère pas seulement à la nature des matériaux ou poudres utilisées mais tient également compte de leurs proportions. Ainsi, deux compositions demeureront différentes si elles utilisent des matériaux ou poudres de même nature mais dans des proportions différentes.

[0035] Selon une forme de réalisation, les poudres de céramique peuvent comporter des pigments de différentes natures afin que le procédé de frittage SPS puisse révéler différentes couleurs ou teintes réparties en fonction de la disposition des différentes céramiques de l'assemblage.

[0036] On pourra par exemple utiliser, à titre non limitatif, un oxyde de fer (coloration rouge, ou brune à noire en fonction du degré d'oxydation du fer), un oxyde d'aluminium (coloration blanche), un oxyde de bismuth ou de cobalt (coloration bleue) et/ou un oxyde de chrome (coloration verte).

[0037] La pièce solide démoulée peut correspondre au composant final. Cependant, il peut être requis que la pièce démoulée nécessite une ou plusieurs interventions ultérieures propres à en améliorer la qualité ou l'aspect esthétique ou à modifier la pièce obtenue pour obtenir le composant horloger 10. Une étape d'usinage S6 peut par exemple permettre de redimensionner la pièce solide démoulée. L'usinage peut être effectué par toute technique adaptée, qu'elle soit de type mécanique, par laser, par jet d'eau ou tout équivalent.

[0038] Le composant horloger 10 peut notamment être un composant d'habillage, notamment une carrure de montre, une lunette, un fond d'une boite de montre, un cadran ou tout autre élément visible d'un utilisateur. Le composant horloger peut également faire partie du mouvement horloger tel qu'un rouage.

[0039] Une ou plusieurs étapes de finition (non-illustrées) peuvent en outre être envisagées. Ces étapes, qui sont optionnelles, consistent à réaliser sur une ou plusieurs régions au niveau de la surface du composant horloger, en particulier sur le flanc d'une carrure 10, une décoration par une opération mécanique et/ou chimique. L'opération mécanique peut être notamment un polissage, un sablage, un satinage du type rectiligne, circulaire ou colimaçon, un microbillage, un guillochage, un perlage, une finition côte de Genève ou une gravure main.

[0040] Selon une seconde forme de réalisation illustrée par la figure 2, le procédé utilise au moins une céramique additionnelle C3', atomisée en une poudre additionnelle P3 dans une étape d'atomisation additionnelle S3. Selon une variante, le procédé peut comporter plusieurs céramiques additionnelles C3'...Ci. Elles sont sélectionnées parmi notamment les céramiques mentionnées plus haut, ou leur combinaison. La ou les poudres additionnelles Pi obtenues sont traitées et manipulées dans les conditions déjà décrites pour les première et seconde poudres P1, P2. En particulier, les dispositions adéquates sont prises pour qu'elles ne se mélangent pas avec d'autres poudres.

[0041] Dans le cas d'espèce, trois poudres de céramiques P1, P2, P3, sont disposées dans un moule M de sorte qu'une ou plusieurs poudres de céramiques, par exemple deux poudres de céramique P2, P3 de même composition ou de compositions différentes, soient noyées dans une poudre principale ou prépondérante P1 de céramique afin d'obtenir un assemblage de poudre A. Les poudres de céramiques noyées P2, P3 ne sont par conséquent pas mélangées à la poudre de base P1, c'est-à-dire que le gradient à l'interface des différentes poudres est nul ou quasi-nul.

[0042] Une opération de frittage de l'assemblage de poudre A est ensuite réalisée à l'étape S4 dans les conditions requises, de sortes à obtenir une pièce solide B comprenant les différences céramiques C2, C3 noyées dans la céramique principale C1. Les conditions de température et de pression du frittage sont celles déjà évoquées pour l'assemblage A d'aux moins deux céramiques de compositions différentes de la forme de réalisation illustrée par la figure 1. En particulier, la température de frittage Tf est déterminée pour qu'aucun des poudres de céramique C1, C2, C3 ne soit calcinée lors du frittage. La pièce solide B peut être démoulée pour obtenir une pièce solide. Une ou plusieurs des opérations post démoulage décrites plus haut peuvent être mises en œuvre.

[0043] La pièce résultant du procédé ici-décrit est ainsi produite par une opération de frittage unique bien qu'elle comporte plusieurs céramiques de différentes compositions. La démarcation des couleurs et des motifs géométriques reste en outre franche et nette. En particulier, les gradients de concentration à la jonction des différentes céramiques sont nuls ou limités à moins de 10 micromètres ou 5 micromètres, voire moins de 1 micromètre. Les motifs produits sont directement implémentés dans la masse du composant.

[0044] Les motifs s'entendent ici comme toute variation de couleur ou de teinte, toute forme bi-ou tri-dimensionnelle prise dans la masse du composant ou tout autre aspect visuel et/ou esthétique ou d'ornementation. Les motifs coïncident avec les interfaces des différents matériaux du composant. Du fait de la variation de composition locale, ces motifs peuvent s'accompagner de variations locales des propriétés mécaniques, notamment en termes de dureté.

Claims

1. Procédé pour la fabrication d'un composant horloger (10) en matériau céramique comportant les étapes suivantes : – une étape (S3) consistant à déposer dans un moule (M) au moins deux poudres de céramiques (P1, P2 ; P1, P2, P3) de compositions différentes en les disposant selon un arrangement souhaité de sorte à former un assemblage (A) d'au moins deux poudres non-mélangées, dans lequel lesdites poudres sont en contact, – une étape (S4) consistant à réaliser un frittage, dans des conditions de température et de pression déterminées pour qu'aucune des poudres de céramiques ne soit calcinée, permettant de produire une pièce solide (B) à partir de l'assemblage (A) de poudres non-mélangées afin que ladite pièce solide (B) comporte plusieurs zones visibles comprenant des céramiques (C1, C2; C1, C2, C3) de différentes compositions procurant un aspect visuel distinct à chacune des zones avec une démarcation visuelle franche entre chacune desdites zones, – une étape (S5) consistant à démouler ladite pièce solide (B) pour obtenir une pièce démoulée, et – une étape d'usinage pour obtenir le composant horloger (10).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le frittage est de type flash ou SPS.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite démarcation visuelle franche à la jonction des différentes zones possède un gradient de concentration nul ou limité à moins de 10 micromètres ou 5 micromètres, voire moins de 1 micromètre.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des poudres de céramique (P1, P2; P1, P2, P3) est choisie parmi une poudre à base d'alumine, de zircone, de carbure de silicium, de nitrure de silicium, de nitrure de bore et de nitrure d'aluminium.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des poudres de céramique (P1, P2 ; P1, P2, P3) est un composite choisi parmi les trois composites suivants : Zircone à matrice d'alumine (ZTA), Alumine à matrice Zircone (ATZ) et Zircone stabilisée au moins partiellement à l'Yttrium (Y-TZP).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des poudres de céramique (P1, P2 ; P1, P2, P3) est composée d'un mélange de Zircone à matrice d'alumine (ZTA), d'Alumine à matrice Zircone (ATZ), et de Zircone stabilisée au moins partiellement à l'Yttrium (Y-TZP).

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des poudres de céramique (P1, P2 ; P1, P2, P3) comporte au moins un pigment de préférence sélectionné parmi un oxyde de fer, un oxyde d'aluminium, un oxyde de bismuth et un oxyde de chrome.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les poudres de céramique sont disposées dans le moule (M) de sorte à former plusieurs couches en alternance.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les poudres de céramique (P1, P2, P3) sont disposées dans le moule (M) de sorte à ce qu'une ou plusieurs poudres de céramique (P2, P3) soient noyées dans une poudre principale (P1).

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape (S3) consistant à déposer dans le moule (M) lesdites au moins deux poudres de céramiques (P1, P2 ; P1, P2, P3) est précédée par une étape (S1) d'atomisation d'un premier matériau en céramique (C1') afin d'obtenir l'une des deux poudres de céramiques et par une seconde étape (S2) d'atomisation d'un second matériau en céramique (C2') afin d'obtenir l'autre des deux poudres de céramiques de composition différente.

11. Pièce d'horlogerie comportant au moins un composant horloger (10) obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes.

12. Pièce d'horlogerie selon la revendication 11, dans lequel le composant horloger est une pièce d'habillage, de préférence une carrure, une lunette ou un fond d'une boite de montre.