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"Procédé et dispositif pour la production.de pièces de forme en béryllium et en autres métaux, ainsi qu'en matières céra- Iniques. 11 .
.La. présente invention est relative à la production de pièces de forme en poudres frittées ou concrétées, et elle concerne plus particulièrement: les moules ainsi que les compositions et procédés propres à une telle fabrication, ainsi que les moyens d'utilisa- tion de tels moules en vue de la fabrication, à partir de poudres, de pièces de formes prédéterminées.
Dans ce qui suit, le terme "poudre" est utilisé pour dési- gner des métaux, des alliages de métaux, ainsi que des matières céramiques et autres sous forme finement divisée, et de préférence de tels métaux, alliages de métaux et matières céramiques soit seuls, soit en combinaison aveo un liant, susceptible d'être con-
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formés en pièces possédant une grande résistance, à la suite d'un traitement de concrétion ou de frittage à température élevée.
Sont particulièrement intéressantes aux fins de l'invention, les poudres telles que celles à base de béryllium, de tantale, de titane, de ziroonium, de tungstène, de chrome, de oolombium, de molybdène, ainsi que d'autres métaux à point de fusion élevé ou réfraotaires, ainsi que leurs oxydes et me llides à partir desquels il était diffioile sinon impossible, jusqu'ici,de fabri- quer des pièces de forme par les techniques conventionnelles de moulage de tels métaux, à l'état de fusion, dans des moules ré- fractaires appropriés.
Sont également visée par l'invention les autres métaux à point de fusion élevé, leurs alliages, ou encore les familles de métaux à oxydes dispersés, ainsi que les matières céramiques telles que le quartz, le verre, la porcelaine, et au- tres, comme.on la verra plus loin.
En ce qui oonoerne le béryllium, l'oxyde de béryllium ou les berrylides par exemple, on n'avait pu jusqu'ici les utiliser à une grande échelle, du fait des frais élevés entraînés par la fabrication des pièces de formes différentes désirées. Par exem- ple, ce métal trouve une large utilisation dans les réacteurs nucléaires, les miasiles et d'autres application encore, du fait de son poids spécifique extrêmement faible, de sa haute résistan- ce et de sa rigidité aux températures élevées, pour ne citer que certaines des propriétés très intéressantes de ce métal.
Lorsqu'on veut l'utiliser en vue de la réalisation d'une piè- oe de forme, ou quand il s'agit de produire des pièces de forme à partir de ce métal, la pratique actuelle consiste à réduire le mé- tal sous une forme pulvérulente. Cette poudre est alors placée dans un moule de forme cylindrique ou rectangulaire uniforme, en vue de.la oomprimer entre des platines, de façon à densifier la poudre, après quoi tout l'ensemble est porté à une température élevée, pour réaliser un frittage et obtenir des bloos rectangu- laires ou cylindriques.de dimensions relativement importantes, formés du métal fritté.
Quand on veut fabriquer des pièces de forme, ces bloos sont
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découpée en ébauohes, qui sont ensuite soigneusement usinées jus- qu'à la forme exacte désirée, Les quantités de métal perdues au cours de l'usinage, le soin à apporter à oelui-oi, et les précau- tions qui sont requises en vue de protéger les ouvriers de la pous- sière de béryllium sont tels qu'un temps considérable est perdu dans la fabrioation de ces pièces de forme, et que le prix de re- vient de telles pièces à partir de blocs préoonformés atteint fréquemment un multiple du prix de la matière même, limitant ainsi pratiquement les utilisations possibles de ce métal.
L'expérience aoquise aveo le béryllium oonoerne seulement les oxydes de béryllium, les béryllides et autres métaux, oxydes métalliques et métallides tels que ceux du tantale, du titane, du nickel.TD, du tungstène et de la famille des métaux à oxydes dispersés,
Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé nouveau et perfectionné ainsi que des compositions et des élé- ments propres à la mise en oeuvre d'un tel procédé, grâce auxquels les pièces de forme correspondant approximativement à la forme désirée peuvent être obtenues par moulage de tels métaux, oxydes, métallides ou matières oéramiques, à un prix de revient relative- ment bas, en utilisant un procédé permettant d'obtenir des produits de la forme désirée.
Un autre objet est de réaliser un prooédé du type en question qui peut être mis en oeuvre de façon à assu- rer des rendements élevés, avec le minimum de frais et dans le minimum de temps, sans exiger 1',utilisa%ion d'une main-d'oeuvre hautement spécialisée ni des équipements coûteux, procédé grâce auquel un produit pressentant les propriétés physiques et mécani- ques désirées peut être ainsi obtenu à un prix relativement bas.
Ces objets, d'autres objets encore, et les avantages de l'in- vention ressortiront de la description donnée ci-après à l'appui des dessins annexés, à simple titre illustratif et nullement limitatif, d'une forme de réalisation de l'invention, Dans ces dessins :
La figure 1 est une vue en ooupe transversale d'une portion de moule préparé suivant les moyens de l'invention.
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La, figure 2 est une vue en coupe analogue à la figure 1, mon- trant cette partie de moule remplie de béryllium métallique pulvé- rulent, et
La figure 3 est une vue en coupe transversale de la pièce en béryllium métallique moulée par application den moyens de l'invention,
Celle-ci consiste essentiellement dans l'utilisation du métal, d'un alliage de ce métal, d'un oxyde de ce métal, d'un métallide ou d'une matière céramique, sous forme finement divisée, préparé soit sous forme d'une composition coulante (une bouillie) fluide ou de préférence aqueuse, soit sous forme d'une poudre très flui- de ou mobile, en vue de l'intrduction dans les cavités de moules spécialement préparés à partir de matériaux ohoisis,
propres à supporter de telles poudres ou bouillies, en vue de leur confor- mation et du maintien de leur forme jusqu'4 ce que la composition soit chauffée à la température de frittage, de manière à concré- ter cette poudre pour donner la pièce de forme désirée, sans pro- voquer des altérations, indésirables du métal chauffé, tout en permettant au produit fritte d'être facilement et commodément ex- trait des moules, de manière à obtenir la pièce de forme à base de béryllium, d'oxyde de béryllium, de béryllides, ou d'un autre métal, alliage de métal ou matière céramique du type décrit.
Le procédé suivant l'invention peut être subdivisé en deux phases, la première concernant la préparation des moules spéciaux et des compositions employées dans cette préparation, et qu'on appellera plus loin la "phase du moule", l'autre concernant la formulation des poudres et les techniques de production des pièces de forme au moyen des moules spéciaux ainsi préparés, cette phase étant, dans la suite, appelée la "phase de production".
Conformément à la pratique de la présente invention, et en ce qui concerne la phase du moule, au moins la partie interne, et de préférence la totalité de la section transversale des parois du moule, est formée par une matière graphitique constituée à la surface du modèle ou forme, susceptible d'être éliminée par l'action de le chaleur ou par un autre moyen, et comportant une
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série de couches intégrées les unes aux autres, obtenues les unes par trempage et les autres par stucage, et dans laquelle les ma- tières solides fondamentales de la composition de trempage ainsi que du stuc, y compris le liant, oonatituant au moins les portions intérieures du moule, sont toutes de nature graphitique, ainsi qu'on le décrira plus loin..
La "phase du moule" sera décrite ci-après en se référant aux oompositions utilisées et au prooédé de fabrication correspon- dant à une tourne de mise En oeuvre illustrative de l'invention.
Dans la desoription qui va suivre, les expressions "forme" et "grappe" seront indifféremment utilisées pour désigner le modè- le en cire ou en matière plastique, ou une ombelle ou grappe for- mée par une multiplicité de telles "formes" ou modèles individuels.
On comprend d'autre part que des modifications pourront être apportées aux détails des compositions, aux matériaux et aux opé- rations, sans pour cela sortir de l'esprit et du cadre de l'inven- tion.
EXEMPLE 1
EMI5.1
Pr6pa-ratîon des formes en cire et des 62apres
La forme 12 est faite des matériaux habituels, susceptibles d'être éliminés par la chaleur ou par voie chimique, de la maniè- re oonnue dans certains procèdes de moulage, Dans l'exemple re- présenté, la forme est obtenue sous pression, dans des moules mé- talliques appropriés, par injection de cire fondue remplissant le moule. En variante, la forme pourra être obtenue en partant d'une matière thermoplastique résineuse synthétique, ou encore en partant de combinaisons de telles matières plastiques et de cire.
Si le moule doit être constitué autour de plus d'une forme, toutes ses cavités correspondant à ces formes seront reliées par des canaux communiquant tous avec un orifice de coulée, de manière à constituer une ombelle ou grappe, ainsi qu'on l'a décrit dans le Prevet Etats-Unis 2.961.751 du 29 Novembre 1960. Si, ainsi qu'il en est dans le procédé en question, une telle grappe doit être plongée de façon répétée dans une bouillie, de façon à créer
1
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des couches de trempage, il sera désirable de prévoir une tige de suspension, destinée à supporter cette grappe, et permettant de la suspendre en vue de son séchage, et à d'autres fins analo- gues.
EXEMPLE 2
Composition de revêtement par trempage
2,77 % en poids de matière solide constituée par du graphite colloïdal 13 (22 % de matière solide en un milieu aqueux "Aquadag" de la National Carbon Company)
37,8% en poids de matière solide constituée par de la fleur de graphite 11 (granulométrie inférieure à 200 mailles)
0,174 % en poids d'un agent émulsifiant (gomme adragante)
0,00325 % en poids d'un agent mouillant anionique (heptadéoyle- sulfate de sodium) le reste étant constitué par de l'eau.
Comme graphite colloïdal, il est jugé préférable d'employer des particules colloïdales de graphite de dimension inférieure à 1 micro. En vue de réduire :Les frais de fabrication, on pourra utiliser une composition d'un tel graphite colloïdal mélangé jusqu'à 30 % en poids, et de préférence jusque seulement 30 % en poids, à du graphite semi-colloïdal, d'une grosseur de parti-, ouïes intermédiaires entre 1 et 20 microns.
La proportion de graphite colloïdal dans le bain de trempage peut varier, mais il a.été reoonnu désirable d'utiliser une pro- portion supérieure à 0,5 % en poids et inférieure à 5 % en poids,', et de préférence une proportion comprise entre 1 et 3,0% en poids.,
Dans les compositions de bain de trempage correspondant à la formulation ci-dessus, des agents émulsifiants et des agents mouillants anioniques sont.souhaitables, mais non essentiels.
Au lieu de gomme adragànte, on pourra utiliser aussi d'autres col- loides hydrophiles, comme par exemple les gommes, les gélatines, les alginates et produits analogues, et lorsqu'on les emploiera, les agents émulsifiants seront utilisés en une proportion comprise entre 0,01 et 0,5 % en poids. Au lieu d'utiliser comme agent mouillant l'heptadéoyle-sulfate de sodium, on pourra employer aussi
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d'autres agents tensio-actifs anioniques, comme par exemple les
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allyle-sulfatos et les allyle-aryle-sulfonates, ainsi que leurs sels, Si on les utilise, la proportion de tels agents tensio- aotifs pourra varier entre 0,01 et 0,5 % en poids de la composi- tion.
Le bain de trempage devra avoir un pH compris entre 8,8 et 9,4 et une viscosité entre 25-35 seo., mesurée conformément au Brevet Etats-Unis 3.011.986 du 5 Décembre 1961.
La teneur en matières solides, pour autant qu'il s'agisse de graphite colloïdal ou semi-colloïdal et de fleur de graphite, pourra varier entre des limites très étendues. Il est seulement néoessaire d'obtenir une visoosité telle qu'on puisse convenable- ment revêtir les formes, en utilisant le graphite colloïdal ou semi-colloïdal dans une proportion suffisante pour obtenir la liai-. son désirée.
A cet effet, il a été estimé suffisant que ce gra- phite soit présent en une quantité telle qu'il existe plus de 1,5 % en poids de matière solide graphiteuse dans la composition de revêtement par trempage, et il est habituellement indésirable et peu économique d'adopter une proportion de graphite colloïdal ou semi-colloïdal plus grande que 10 % en poids du.graphite appar- tenant à la composition de revêtement par trempage. On comprendra toutefois que le graphite oorrespondant essentiellement à 100 % des matières solides, danc la composition de revêtement par trem- page pourra être seulement du graphite colloïdal ou du graphite colloïdal et semi-oo moidal.
Application de la composition de revêtement par trempage.
La forme en cira, ou la grappe de formes, est tout d'abord vérifiée en vue d'en retirer les salissures, corps étrangers, ou autres, susoeptibles d'adhérer aux surfaces des formes en oire et qui, si on les y laissait, affecteraient la préparation d'un moule satisfaisant, et conduiraient à un moulage imparfait. La grappe ainsi nettoyée est immergée dans la composition de revête- ment par trempage maintenue sous agitation, afin de reoouvrir les surfaces de cette grappe, à l'exception de l'orifice de coulée.
Afin d'aider à l'élimination des bulles d'air, il est désirable
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de faire tourner la grappe pendant qu'elle eet immergée dans la oomposition de revêtement par trempage, Au lieu d'immerger la grappe dans la bouillie de revêtement par trempage maintenue sous agitation, afin d'en recouvrir la totalité des surfaces des for- mes, la composition de revêtement peut être appliquée, de façon à obtenir la oouohe désirée, par projection ou pulvérisation de cette composition sur les surfaces des formes. En appliquant cette technique de pulvérisation, la quantité ou poids de oomposi- tion de revêtement pourra être augmentée ou diminuée, si on le désire, par comparaison avec la quantité de matières de revête- ment retenue sur les surfaces par immersion.
Après qu'elles ent été complètement revêtues, le formes ou grappes sont suspendues de façon à permettre l'écoulement ou drainage de l'excès de com- position de revêtement par trempage. Au cours de cet égouttage, la grappe peut être inspectée pour rechercher les poches d'air, qui pourront être éliminées en dirigeant un jet d'air sur les por- tions, de surface non revêtues, puis en faisant oouler sur les zones encore découvertes la bouillie de composition de revêtement par trempage. Pendant que la grappe subit cet égouttage, elle devra être tenue à différentes positions, de façon à assurer un revêtement uniforme de toutes ses surfaces.
En général, ce drai- nage pourra être achevé en quelques minutes,, mais en tout cas il devra être effectué en un temps plus court que celui qui permet- trait à la composition de revêtement par trempage de se prendre, de se gélifier ou de sécher, ce qui empêcherait que la surface retienne le stuc de la façon uniforme désirée.
EXEMPLE 3
Stucage
Après que la grappe a été ainsi soumise à l'égouttage ou drainage pendant une beève période de temps, et pendant que sa surface est toujoure humidifiée par la composition de revêtement par trempage, cette surface est revêtue d'un stuc de particules de graphite 14 présentant la granulométrie suivante :
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EMI9.1
Grosseur de tamis Tvler Pourgenta"etg,,t,e
EMI9.2
<tb> 65 <SEP> 62
<tb>
<tb> 100 <SEP> 29
<tb>
<tb> 150 <SEP> 7
<tb>
<tb> 200 <SEP> 1
<tb>
<tb> le <SEP> reste <SEP> 1
<tb>
Le graphite sera ci-après oonsidéré comme présentant une grosseur de particules supérieure à 150 mailles, mais inférieu- re à 35 mailles.
Les particules de graphite sont amenées à oouler sur la surface des formes, jusqu'à ce que cette surface humide soit pratiquement revêtue complètement.
Application de la couche de stuc Apres que l'uniformité du revêtement aété assurée en ce qui concerne la composition de revêtement par trempage, le stuc est projeté sur la surface humide, en même temps qu'on modifie- ra constamment la position de la grappe, de façon à recouvrir de manière pratiquement uniforme par une couche de stuo la cou- ohe déjà obtenue par trempage, tout en réduisant en même temps le coulage de la composition du revêtement par trempage car, au- trement, des irrégularités pourraient se produire.
En pratique, les partioules de graphite sont distribuées par le haut ou par gravità, à travers un tamis qui est constamment alimenté par un transporteur vibrant, Les particules de graphite adhèrent à la couche encore humide, et sont partiellement enrobées dans celle- ci, pour s'intégrer à la couche déjà formée sur les formes en cire.
Si la composition de revêtement par trempage est telle que sa prise s'effectue au cours d'une brève période de temps, la grappe revêtue de stuc ne devra pas nécessairement être laissée en repos en vue de séchage. Toutefois, il est jugé préférable .de ralentir la prise ou gélifioation de la couche de trempage, de façon à pouvoir disposer d'une marge de temps suffisante en vue de l'égouttage ou drainage, et de l'application du stuc. Ainsi, il est désirable de prévoir un séchage à l'air pendant une pério- de de temps pouvant varier entre 10 et 25 minutes. On oomprendra que le temps de séchage peut être indéfiniment prolongé au-delà
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de cette période de temps, sans inconvénient pour la structure.
Si on le.désire, le séchage des couches combinées pourra être aooéléré, dans une ohambre où circulera de l'air à une humidité contrôlée, chauffé à une température pouvant s'élever jusqu'à environ 40 C
La grosseur de particules de la couche de graphite, ou stuc, n'est pas déterminante, et cette granulométrie du graphite pourra être modifiée entre des limites assez larges. Toutefois, en vue de la meilleure mise en oeuvre de l'invention, il est jugé préférable d'utiliser un graphite possédant une grosseur de par- ticules supérieure à 150 mailles, et inférieure à 20 mailles.
L'opération est répétée, c'est-à-dire que les formes sont à, nouveau immergées dans la composition de revêtement par trempage, puis reoouvértes de fines particules de graphite, de façon à oons- tituer une seconde oouohe composite. Dans la mise en oeuvre pré- férés de l'invention, il est jugé désirable, quoique non essen- tiel, C 'aire préoéder l'immersion des formes revêtues, dans la composition de revêtement:
par trempage, par une phase de pré- mouillage, en vue de laquelle la composition de pré-mouillage comportera pratiquement les m8mes constituants que la composition de revêtement par trempage, mais sera d'une viscosité plus faible, du fait que cette composition de pré-mouillage oomprendra une pro- portion supérieure d'eau, dans une mesure suffisante pour réduire la teneur totale en matières solides à environ 25-75 % de oelle des matières solides dans la composition de revêtement par trempa- ge.
Ainsi, les formes déjà recouvertes sont tout d'abord plongées dans la composition de pré-mouillage, afin de bien mouiller la surface revêtue après quoi, et presque immédiatement, ces formes seront immergées dans la composition de revêtement par trempage, puis on procédera aux opérations de drainage, de stucage au moyen de fines particules de graphite, puis de séchage, De cette fa- çon, les différentes couches seront mieux intégrées les unes aux autres, afin d'obtenir une struoture,oomposite solide.
précèdent Ces opérations de pré-mouillage, si on les adopte,/le revê- tement par trempage, le stucage au moyen de partioules sèches de
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graphite, et le séchage, pourront être répétées plusieurs fois, jusqu'à donner naissance à un moule 10 de l'épaisseur et de la solidité désirée, ainsi constitué autour des formes ou grappes de formes.
Bien qu'un moule de plus grande solidité soit obtenu si les particules de graphite sont d'une granulométrie pouvant varier entre plus de 150 mais moins de 20 mailles, pour former entière- ment le moule, il est jugé préférable d'employer des particules de graphite de plus fortes dimensions, pour constituer la couche de stuoage après la seconde couche par trempage, et de préférence après la cinquième couche. Pour ces couches extérieures, on pour- ra utiliser avantageusement du graphite présentant la répartition suivante de grosseur de particules.
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<tb>
Grosseur <SEP> de <SEP> tamis <SEP> Tyler <SEP> pourcent <SEP> ge <SEP> retenu <SEP> sur <SEP> le <SEP> tamis
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 65
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 65 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> reste <SEP> 1
<tb>
Le graphite sera ci-après considéré comme présentant une grosseur de.particules supérieure à 35 mailles, mais inférieure à 8 mailles.
Au lieu de fabriquer le moule entièrement en matière graphi- tique, la portion int une de ce moule, avoisinant immédiatement les formes, pourra et') préparée en.utilisant de façon presque exclusive des matières graphitiques alors que la majeure partie de la paroi du moule constituant la portion extérieure de celle- oi sera formée en utilisant les matières céramiques habituelles, en couches successives de trempage et de stuoage, ou bien en oouohes de trempage préparées de façon à contenir du graphite col- loldal comme liant, ainsi que des matières céramiques courantes, en fleur, comme on le décrira, plus loin, le stuc comprenant lui- même des matières céramiques telles que le ziroon, l'alumine, la silioe, et autres matières analogues.
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Les phases de pré-mouillage, si on les adopte, de revêtement par trempage, et de stucage au moyen des particules de graphite du type indiqué, pourrot être répétées une ou plusieurs fois, mais conformément à une variante de mise en oeuvre de l'invention, après la seoonde, la troisième ou la quatrième opération par ex- emple, le reste de l'épaisseur de la paroi du moule, oonstituant la majeure partie de oelle-oi, sera formé en utilisant des oom.. positions de revêtement par trempage et de stucage à base de ma- tières inorganiques ou oéramiques. On indiquera ci-après des oompositions de revêtement par treapage et de stucage susceptibles d'être utilisées, pour constituer ainsi le reste de la paroi du moule.
EXEMPLE 4
EMI12.1
CompoUition de rev8tement'par trempare
EMI12.2
<tb> Silice <SEP> colloïdale <SEP> (à <SEP> 30 <SEP> %, <SEP> poids <SEP> spécifique <SEP> 1,198) <SEP> 8.000 <SEP> ce
<tb>
<tb> Zircon <SEP> (99 <SEP> % <SEP> infériez <SEP> à <SEP> 325 <SEP> mailles) <SEP> , <SEP> 75 <SEP> kg
<tb>
<tb> Eau <SEP> 6.150 <SEP> om3
<tb>
<tb> Fluorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 110 <SEP> gr
<tb>
EXEMPLE 5
Composition de stuoa
Alumine tabulaire, sous forme de grosses particules d'une granulométrie supérieure à 14 mailles, aveo moins de 10 % infé- rieure à 50 mailles.
Au lieu d'utiliser une composition de revêtement par trem- page constituée presque,entièrement par des matières cérmulques ou de matières inorganiques, ainsi qu'on l'a indiqué dans 1' Exemple 4, certains avantages pourront être obtenus, ainsi qu'on le verra plus loin, en utilisant pour créer les couches suivantes, une composition de revêtement par trempage, dans laquelle le gra- phite colloïdal sera retenu comme composant, en combinaison aveo des matières céramiques inorganiques, couramment employées sous forme de fleur et de façon analogue, dans les compositions de re-
EMI12.3
vêtement par trempage. On donneràfiofi-aprés une composition de revêtement par trempage de ce genre.
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EXEMPLE 6
EMI13.1
<tb> Eau. <SEP> distillée <SEP> 5 <SEP> kg
<tb>
<tb> Dispersion <SEP> à <SEP> 22 <SEP> % <SEP> de <SEP> graphite <SEP> colloïdal <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> 4 <SEP> kg
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> ziroonium <SEP> de <SEP> moins <SEP> de <SEP> 325 <SEP> mailles <SEP> 40 <SEP> kg
<tb>
<tb> Agent <SEP> mouillant <SEP> anionique <SEP> (heptadécyle-sulfate
<tb>
<tb> de <SEP> sodium) <SEP> .. <SEP> 200 <SEP> om3
<tb>
Les compositions de revêtement par trempage, données dans les Exemples 4 et 6 ainsi que le stuc suivant l'Exemple 5, pour- ront être utilisés pour créer les oouohes recouvrant les couches précédemment constituées en utilisant des matériaux graphitiques, et en procédant ainsi qu'on l'a décrit cidessus
Un moule 10 d'une épaisseur de paroi variant entre 6 et 1?.
mm environ est habituellement suffisant pour le moulage en utilisant des bouillies coulées, le moulage sans pression, et autres procédés analogues, quoique des moules d'une épaisseur de paroi plus forte puissent être constitués, lorsqu'une solidi- té plus grande sera requise, notamment en vue du moulage de piè- ces de.fortes dimensions. L'épaisseur normale de la paroi du moule pourra être complétée en utilisant les compositions déori- tes, après 5 à 10 cycles de revêtement par trempage, stucage et séchage.
Lorsque les portions intérieures de la paroi du moule doivent être constituées de graphite, et les autres portions de matières.céramiques, conformément aux variantes de réalisation décrites, l'épaisseur normale ces parois du moule pourra être obte- nue en utilisant les compositions.décrites, après deux à quatre cycles de revêtement par trempage, stucage et vieillissement, en employant les compositions graphitiques des Exemples 2 et 3, et de trois à huit oouohes additionnelles à base de matières oérami- ques correspondant aux Exemples 4 à 6. Au lieu d'utiliser l'alu- mine pour le stuoage, on pourra employer aussi l'alundon, le ziroon, la silice et autres matières analogues.
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EXEMPLE
Elimination de la cire
Après que le moule composite a été ainsi obtenu, les formes en sont extraites, afin de libérer la cavité de moulage dans laquelle la matière à mouler pourra être introduite. L'élimina- tion des formes, qui sera ci-après appelée "évacuation", pourra être effectuée de plusieurs manières : (a) on pourra procéder à une évacuation rapide, dans laquel- le l'ensemble est porté à une température élevée, dépassant de beaucoup la température de fusion de la cire ou de la matière plas- tique.
Dans une forme préférée de mise en oeuvre de cette évaou- ation rapide, l'ensemble est porté à une température supérieure à 430 C et de préférence à une température comprise entre 430 et 1,200 C, pendant,un temps suffisant pour évaouer la cire et pour cuire le moule.. Lorsque ce moule est exposé à une tempéra- ture dépassant 430 C, au cours de l'évacuation et de la cuisson, il est @@airable qu'il soit environné par une atmosphère réductrice non oxydante, car autrement le liant de graphite pourrait se oon- sumer.
(b) l'évacuation peut aussi être exécutée en appliquant un procédé qu'on peut appeler "évaouation au sable ohaud", suivant lequel du sable porté à une température de 200-430 C, est versé autour de l'ensemble, pour se trouver en contact intime aveo la surface externe du moule, grâce à quoi un transfert rapide de oha- leur s'effectue jusqu'à l'intérieur de celui-'ci, afin de provoquer la fusion de la cire. Le sable chaud peut être coulé autour dit moule, ou bien le moule pourra être introduit dans le sable chaud.
Au lieu de sable, on pourra utiliser aussi un métal ou un alliage de métaux à bas point de fusion, comme par exemple, les alliages eutectiques, et autres.
(o) l'évacuation peut aussi être effectuée en utilisant la vapeur, lorsque les formes sont faites en un matériau dont le point de fusion est inférieur à 100 0; à cet effet, l'ensemble pourra être placé dans une ohambre ou dans un autoclave dans lequel de la vapeur sera introduite, ou bien de la vapeur à une pression
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relativement élevée pourra être projetée sur l'ensemble, suspendu dans une enceinte avec son orifioe de coulée, dirigé vers le bas afin de permettre 1'évacuation de la cire fondue.
(d) l'évacuation pourra enfin être effectuée dans un four chauffé à vne température supérieure au point de fusion de la ci- re, mais inférieure à la temp4rature d'oxydation du graphite, et de préférence à une température comprise entre 120 et 450oC, en une opération qu'on appellera 'évacuation à basse température", sans devoir créer une atmosphère réductrice.
Le moule est en suite cuit, par chauffage à une température supérieure à 430 0 et de préférence à. une température intermédiai- re entre 430 C et 1.200 C. Cette ouisson peut être faite en ex- posant le moule à la température de sson pendant 15 minutes ou plus, mais il est jugé préférable de cuire le moule à une tempé- rature intermédiaire entre 430 et 1.20000 pendant une période de temps variant entre 15 et 120 minutes. Cette cuisson peut avoir lieu en même temps que l'évacuation de la cire, si l'on adopte un prooédé d'évacuation à haute température tel que celui précisé en (a) ci-dessus.
Attendu que le graphite se consumerait s'il était chauffé à une température' supérieure à 430 C dans une atmos- phère oxydante, l'évacuation à haute température, et la cuisson, seront effectuées dans une atmosphère inerte, et de préférence dans une atmosphère réductrice. A cet effet, on pourra utiliser l'hydrogène, ou une atmophère de monoxyde de carbone.
En raison de la @ceur des parois du moule, et de la haute conductibilité thermiaux du graphite, la chaleur pénètre très rapidement jusqu'à l'intérieur du moule, pour réduire en fusion la partie de la cire constituant les formes qui se trouve immédia- tement au voisinage des surfaces intérieures de la cavité du mou- le, avant même,que le reste des formes ait été porté à la tempéra- ture de fusion, Ainsi, la partie liquéfiée de la cire libère un espace suffisant pour permettre l'expansion du reste des formes en cire, lorsque la totalité de la masse de ces formes se trouve portée à température élevée, supprimant ainsi la création de con- traintes dans le moule, qui risqueraient autrement de provoquer
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sa rupture.
Le moule, après cuisson, est refroidi depuis la température de cuisson jusqu'à une température inférieure à 430 C avant d'être exposé à l'atmosphère, pour la poursuite de son refroidissement et les opérations ultérieures.
Jusqu'à présent, on a déorit la "phase du moule" au cours de laquelle les portions intérieures du moule, venant en contact aveo le métal versé, sont faites entièrement de graphite, savoir de graphite colloïdal ou de fleur de graphite provenant de la composition de revêtement par trempage, et de particules de gra- phite provenant du stuc, alors que les autres portions du moule, qui sont hors de oontaot aveo le méwal versé, sont formées elles- mêmes de graphite ou des matières céramiques habituelles, afin de doubler et de renforcer les couches de graphite.
On déorira maintenant la "phase de production" conforme à l'invention, dans laquelle on utilise le moule nouveau et perfeo- tionné ainsi établi en vue de la fabrioation de pièces de forme . par des procédés tels que le moulage à partir de bouillie coulée, le moulage sans pression et autres procédés analogues, afin d'ob- tenir des pièces faites en métal, en matières céramiques ou en autres matériaux analogues, dont beaucoup ne sont pas susoeptibles d'être conformés pour donner des pièces moulées, par les procédés et en utilisant les matériaux aotuels.
Une caractéristique importante de l'invention réside dans le type même du moule ainsi constitué. Le moule de graphite con- forme à l'invention, en effet, est susceptible d'être proprement et.complètement éliminé, de façon à dégager une pièce moulée net- te, simplement par exposition à haute température dans une atmos- phère oxydante, comme par exemple par un chauffage à l'air, grâce auquel le graphite sers brûlé, Le moule tout entier est suscep- tible d'être consuma à une température supérieure à 430 C dans une atmosphère oxydante, mais il a été reconnu qu'il était suffi- sant de brûler partiellement le graphite, attendu que le reste pouvait ensuite être facilement détaché, en vue de complètement dégager la pièce.
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L'utilisation d'un tel moule de graphite éliminable contri- bue matériellement à la possibilité d'emploi de tels moules en vue du moulage en ooulée ou du moulage sans pression, propres à à l'obtention de pièces faites en matières céramiques, en oermets, en verre et en autres matériaux qui ne possèdent pas une solidité suffisante pour permettre la destruction du moule par les prooé- dés habituels de brisure, le moule pouvant être rapidement et efficacement éliminé en appliquant la méthode décrite de aombus- tion, afin d'en libérer le contenu.
Dans ces conditions, le moule de graphite sert de support pour la pièce moulée céramique, jus- qu'à ce que le graphite ait été éliminé par oxydation, Le pièce céramique, ou autre pièce moulée, acquiert une consistance suffi- sante pendant que le graphite est consumé.
Le moule de graphite conforme à invention réalise ainsi une combinaison de caractéristiques qui permettent des applica- tions nouvelles et utiles dans l'obtention de pièces moulées par application des techniques de moulage en coulée, ces pièces étant constituées par des matières qu'il a été jusqu'à présent diffici- le de mettre en,forme, comme par exemple.les pièces moulées à ba- . se de nickel TD, de nickel, de tungstène, de béryllium, de tantale, de titane, de métaux de la famille à oxydes dispersés, et de ma- tières céramiques.
Les bouillies coulantes faites de tels métaux ou de matières céramiques, peuvent être versées dans la cavité du moule en graphi- te, afin d'obtenir des pièces moulées par application du procédé de moulage en coulée, moule dans lequel la paroi en graphite poreu- se faite en graphite de haute résistance, absorbe une quantité suffisante du support liquide pour assurer la prise de la bouillie à l'intérieur du moule..
On donnera ci-après, à titre d'exemple, certaines oomposi- tions de bouillies de moulage à base de métaux.
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EXEMPLE 8 Nickel
EMI18.1
<tb> Graphite <SEP> colloïdal <SEP> 0,88 <SEP> g.
<tb>
Niokel <SEP> de <SEP> granulométrie <SEP> inférieure <SEP> à
<tb> 325 <SEP> mailles <SEP> 440 <SEP> g.
<tb>
<tb> Eau <SEP> distillée <SEP> 376 <SEP> g.
<tb>
EXEMPLE 9 Acier inoxydable 316
EMI18.2
<tb> Graphite <SEP> colloïdal <SEP> 1. <SEP> g.
<tb>
<tb>
<tb>
Acier <SEP> inoxydable <SEP> 316 <SEP> de <SEP> tranulométrie
<tb>
<tb>
<tb> inférieure <SEP> à <SEP> 325 <SEP> mailles <SEP> 680 <SEP> g.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Eau <SEP> distillée <SEP> 50 <SEP> g.
<tb>
EXEMPLE 10 Silice
EMI18.3
<tb> Graphite <SEP> colloïdal <SEP> 5 <SEP> g,
<tb>
<tb> Silice <SEP> 500 <SEP> g.
<tb>
<tb>
<tb> Eau. <SEP> distillée <SEP> 40 <SEP> g.
<tb>
Modeopératoire
Les bouillies sont versées dans le moule cuit, en quantité suffisante pour combler la cavité du moule, et de préférence en tenant compte de la. quantité nécessaire pourremplacer le volume de matière absorbée par les parois poreuses adjacentes du moule de graphite. L'humidité est absorbée, hors de la bouillie de mou- lage, par capillarité, dans les pores des parois de graphite du moule, de façon à provoquer rapidement la prise de la bouillie coulée dans la cavité du moule. Après que cette oavité a été ainsi remplie, et la masse solidifiée, une ou plusieurs additions de bouillie ayant été faites, si nécessaire, l'ensemble est séché à température élevée, par exemple allant jusqu'à 100-18000.
Dans le oas de bouillies métalliques oorrespondant aux Exemples 7 et 8, l'ensemble est porté jusqu'à la température de frittage ou concrétion du métal, à l'intérieur du moule de graphite.
La température de frittage variera selon le métal et la composi- tion de la pièce, c'est-à-dire par exemple en tenant oompte du fait qu'un métal de liaison à température de fusion plus basse appartient à la oomposition, Par exemple, dans la composition à
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base de nickel de l'Exemple 8, ou d'acier inoxydable suivant l'Exemple 9, le temps et la température de frittage seront choi- sis dans la marge de 1.200-1.370 C, et d'une demi-heure à plusieurs heures. Il est jugé préférable d'effectuer ce frittage dans le vide, ou dans une atmosphère réductrice.
- Pour la composition céramique de l'Exemple 10, l'ensemble pourra être chauffé à la température de frittage.
La composition suivant l'Exemple 10 réalise une combinaison originale, dans laquelle le graphite colloïdal agit comme liant intermédiaire susceptible d'être ensuite aisément éliminé par combustion, par exposition à une température élevée, afin de don- ner une pièce moulée en silice pure, ou matière analogue, Cette caractéristique est spécialement avantageuse dans la prépa- ration de noyaux, où il est désira'!:
..,.,. d'obtenir une pièce faite en une.matière pure à point de fusion élevé, comme par exemple la silice, l'oxyde d'aluminium, ou autre produit analogue, A cet égard, on comprendra que des matières céramiques autres que le quartz ou l'oxyde de silicium pourront être utilisées à la place de la silice, dans l'Exemple 10, comme par exemple l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de ziroonium et autres corps analogues, afin d'obtenir une pièce moulée ou noyau en matière céramique pure.
Après le frittage, et après que la pièce moulée a été refroidie, le moule est brisé pour dégager cette pièce. Si l'on veut consu- mer le liant . de graphite afin de faciliter la libération de la pièce moulée, le moule chauffé pourra être exposé à une atmosphère oxydante, à une ternit rature supérieure à 73000.
Quand du graphie colloïdal est utilisé, la proportion de ce graphite colloïdal dans la composition de bouillie de moulage pourra .varier, mais il est désirable d'utiliser une quantité d'au moins 0,25 % en poids, alors qu'il est indésirable d'employer une quantité dépassant environ 3 % en poids. La proportion préférée de liant à,base de graphite, dans la composition de la bouillie de moulage, est intermédiaire entre 0,5 et 1,5 % en poids. Avec des aoiers tels que l'acier inoxydable, le graphite du liant pourra entrer en combinaison avec l'acier lui-même, à la température de
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frittage, donnant ainsi un produit nouveau et amélioré.
Des tem- pératures supérieures ou inférieures à la marge de 1.200-1.370 C pourront être adoptées en vue du frittage, selon les matières cons- tituant la pièce moulée, et selon aussi la présence de métaux de liaison ou d'euteotoldes à point de fusion plus bas.
Une caractéristique importante de l'invention réside dans le procédé et dans les moyens grâce auxquels des pièces de forme à base de béryllium pourront être obtenues dans les moules de gra- phite du type de ceux préparés conformément à l'invention.
Dans la préparation de pièces do forme en béryllium, le mou,. le. de graphite est obtenu en partant d'une forme présentant la oonformation de la pièce désirée, plus les tolérances oaloulées en vue de compenser le retrait qui se produit quand le béryllium métallique est refroidi depuis la température de frittage jusqu'à la température ambiante. Après que le moule de graphite a été obtenu et cuit, la cavité de ce moule est remplie de béryllium réduit à un état finement divisé, est de préférence d'une granulo- métrie inférieure à environ 20 mailles, et de préférence encore inférieure à environ 100 mailles.
La poudre coule librement dan.e la oavité du moule, en vue de la combler mais, pour assurer un remplissage parfait et ainsi qu'une densification maximale, il est estimé préférable de bourrer ou de vibrer le moitié. Après que la poudre métallique a été ainsi tassée dans le moule, celui-ci est placé dans une enoeinte sous le vide, et chauffé sous un vide éle- vé, à la température de frittage. Pour le béryllium, cette tempé- rature de frittage peut être intermédiaire entre 1.200 0 et 1.22000 environ, et ce chauffage sera poursuivi pendant un temps suffisant pour ohauffer à ooeur la pièce métallique, ot donner ainsi nais- sanoe à une pièce de forme frittée, dont la densité pourra avoi- siner 90 % ou davantage de la densité théorique.
L'ensemble est ensuite séché sous le- vide, jusqu'à une température inférieure à 43000. Ensuite, l'ensemble peut être abandonné au refroidisse- ment, jusqu'à la température ambiante, dans l'enoeinte sous le vide, ou à l'air libre.
Du fait du retrait important du béryllium, la pièce moulée
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risque de briser le moule, au cours de la période de refroidisse- ment libérant ainsi du moule la pièce moulée, la séparation complè- te pouvant être aisément effectuée, après que la pièce moulée a été refroidie jusqu'à environ la température ambiante.
Le graphite adjacent à la surface du métal et le vide oréé, agissent pour protéger le métal se trouvant à température élevée, et le moule de graphite est d'autre part susceptible de bien sup- porter la matière moulée, à la température très élevée nécessaire au frittage. D'autre part, le moule & ': graphite est caractérisé par une solidité suffisante pour supporter la pièce moulée, au cours des phases de conformation, de frittage et de refroidisse-* ' ment. mais sa solidité est insuffisante pour provoquer des endom- magements de la pièce de métal obtenue, en présence de contrac- tions inégales au cours de la phase de refroidissement.
Ainsi, une pitié moulée peut être obtenue, à base de béryl- lium, d'oxyde de béryllium, de bérylldes, et de métaux similai- res, tels que le tantale, le titane, le nickel TD, et autres mé- taux analogues, les pièces ainsi fabriquées pouvant être de tou- tes formes compliquées désirées, ou se rapprocher beaucoup de la forme désirée, de façon à ne plus nécessiter ensuite qu'un faible usinage, ou aucun usinage. La pièce de forme est obtenue avec un minimum de matière, et avec un minimum de déchet, une économie sensible étant réalisée dans la finition, si bien que non seule- ment on réalise une réduction des frais d'obtention de la pièce moulée, mais qu'encore il est possible de fabriquer des pièces moulées qu'il avait été jusqu'ici impossible de produire.
On oomprendra par ce qui précède qu'on a réalisé un piocédé et des moyens propres à la produotion de pièces de forme en métal à peu de frais et aveo un rendement élevé, le procédé et les moy- ens de l'invention permettant d'obtenir des pièces de forme en oertains matériaux que, jusqu'ici il n'avait pas été possible de .fabriquer, ou pour le moins de fabriquer à un faible prix de re- vient.
On oomprendra encore que des modifications pourront être ap- portées aux détails de réalisation et de mise en oeuvre de l'in-
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vention, sans sortir de son oadre,
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R E V E N D ! A T Z 0 N S A.- procédé de moulage de pièces de forme en métaux réactifs, leurs alliages, leurs oxydes ou leurs métallides, et de préférence en béryllium ou oxyde de béryllium ou béryllides, comprenant les opérations de préparation d'un moule formé de graphite, au moins la portion intérieure de ce moule, délimitant la cavité de moulage, comprenant (les oouohes de graphite colloïdal et de fleur de graphi- te alternant aveo des oouohes de graphite obtenues par stucage, de remplissage de la cavité du moule au moyen de poudres de béryl- lium finement divisées,
choisies dans le groupe oomprenant le bé- ryllium métallique, l'oxyde de béryllium, et les béryllides, de ohauffage de l'ensemble pour provoquer le frittage ou concrétion du béryllium versé dans le moule, et de maintien d'une atmosphère
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non ax3ra te- au cours du chauffage assurant le fri1:#.ge, après quoi l'ensemble est refroidi.
B.- Procédé de moulage suivant le paragraphe A, en outre caractérisé par les modalités suivantes, prises séparément ou en combinaison !
1.- le moule est formé d'une matière graphitique dans une partie de la seotion transversale de la paroi du moule, alors que le reste de cette section transversale est formé de matières cé- ramiques courantes.
2.- le moule est formé en ooupe transversale, et en partant de l'intérieur, de matières graphitiques s'étendant sur au moins la moitié de la section transversale de la paroi du moule, alors que des matières céramiques contenant du graphite comme liant cons- tituent le reste de l'épaisseur de la paroi du moule.
3.- on prévoit une percussion du moule, durant son remplissa- ge au moyen des poudres finement divisées, afin de densifier les poudres à l'intérieur de la cavité du moule.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.