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"Fils' métalliques très fins et produit magnétique pour hautes fréquences".
Les fils métalliques très fins ont été obtenus jusqu'à présent à partir d'un fil d'ébauche par tréfilages successifs de ce fil à travers des filières de plus en plus petites. La fines- se du fil rend cette opération très difficile pour les très petits diamètres. De plus, la production horaire des machines qui est à peu près proportionnelle à la section du fil tombe à de très faibles valeurs pour ces diamètres, ce qui en rend le prix de revient très élevé.
Il en résulte que les fils de diamètre iinférieur à 50 microns ne sont utilisés à l'heure actuelle que dans les applications où ils sont indispensables et où la quan-
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tité requise est assez petite pour que le prix ne grève pas trop lourdement le prix total de l'appareil, ce qui est le cas, par exemple, pour les bobinages de cadres des appareils de mesure électriques.
L'un des domaines où il serait le plus désirable de disposer de procédésde fabrication des fils métalliques très fins à des prix de revient modérés est celui des matériaux magnéti- ques pour installations à courant alternatif de haute fréquence.
Ces matériaux doivent, en effet,être divisés pour limiter l'ac- tion nuisible des courants de Foucault. Ces courants provoquent d'une part une perte d'énergie qui diminue le facteur de quali- té des bobinages et d'autre part un champ magnétique antagoniste qui s'oppose au champ principal et réduit ainsi l'effet inductif du matériau. On démontre que cette action nuisible est propor- tionnelle au carré de la fréquence et au carré de l'épaisseur des bandes ou du diamètre des fils constituant les éléments. On pour- ra donc utiliser les matériaux à des fréquences d'autant plus élevées qu'ils sont formés de fils plus fins,. A titre d'exemple, il faudrait pour fabriquer des noyaux d'inductance de bonne qua- lité disposer de fils d'un diamètre de l'ordre de 15 microns pour 100 kc et de 6 microns pour 250 kc.
Conformément à la présente invention, on fabrique des fils très fins en tréfilant les fils enfermés dans une enveloppe métallique dont ils sont éventuellement espacés au moyen d'une matière telle qu'un solide friable, une poudre à grains très fins ou même simplement une couche d'oxyde ou d'autre composé déposée sur les fils. Cette matière de séparation peut également servir à éviter l'adhérence entre fils ou entre fils et enveloppe et à isoler électriquement les fils. L'enveloppe pouvant présenter un diamètre nettement plus grand que celui du ourles fils intérieurs, on évite ainsi les difficultés provenant de la finesse des fils à tréfiler.
D'autre part, on peut évidemment par ce procédé tré- filer simultanément un grand nombre de fils enfermés sous une me-
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me enveloppe, ce qui entraide mne diminution consieérable du prix de revient des fils.
La description qui suit du mode de réalisation de l'in- vention vise plus particulièrement la fabrication d'un matériau destiné aux noyaux et enroulements magnétiques. Il est bien pré- cisé, toutefois, que cette invention s'applique également à tous autres usages des fils métalliques très fins tels que les bobina- ges de cadres pour appareils de mesure électriques, les câbles à conducteurs très souples pour appareils mobiles, les fils et tissus, etc... ainsi qu'à toutes autres réalisations nécessitant l'emploi de fils métalliques très fins.
L'invention s'appuie sur la constatation expérimentale que, en tréfilant sous une même enveloppe cylindrique des fils métalliques longitudinaux nus, ou séparés par une matière fria- ble ou pulvérulente, l'ensemble finit par s'étirer d'un seul bloc comme s'il s'agissait d'une matière homogène.
L'insertion d'une matière séparatrice entré les fils est utile pour évier les collages si l'on envisage de les séparer après l'opération. Il est à noter, d'ailleurs, que si l'on doit tréfiler simultanément plusieurs fils et si l'on veut qu'ils conservent une section circulaire, il est nécessaire d'insérer entre les fils une quantité de matière séparatrice assez impor- tante pour évier l'aplatissement de ces fils les uns par les autres. Dans les noyaux magnétiques pour courants alternatifs, il est nécessaire, pour la limitation des pertes par courants de Foucault, que, dans le produit terminé, les fils individuels soient isolés électriquement les uns des autres. Un tel isolement peut être appliqué sur les fils tréfilés au diamètre d'utilisa- tion.
D'après une autre caractéristique de l'invention, le mode de fabrication envisagé permet aussi d'obtenir directement de= faisceaux de fils électriquement isolés les uns des autres. A cet effet, il suffit d'utiliser comme matière de séparation entre
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les fils d'ébauche une matière électriquement isolante.
La matière de séparation devra, en outre, pouvoir suppor- ter sans perdre sas caractéristiques, la température de recuit des métaux, des fils et de l'enveloppe.
On utilisera par exemple comme matière séparatrice les oxydes métalliques tels que la magnésie, l'alumine, l'oxyde de cuivre, l'oxyde de zinz, l'oxyde de fer ou des sels métalliques stables à haute température tels que les silicates ou encore des mélanges d'oxyde et de sels.
La matière de séparation pourra être mise enlace par tous procédés connus. On pourra, par exemple, en faire un lait de consistance adéquate par solution ou mise en suspension dans un liquide. Les fils sont alors trempés dans ce lait et séchés. On peut également enfiler sur le fil des tubes creux ou des pastil- les trouées faites en matière friable ou en poudre comprimée. Si l'oxyde ou un sel de métal constituant les fils peut être employé comme matière séparatrice, on pourra simplement oxyder ou trans- former ce fil par l'action de la chaleur et/ou par voie chimique avant ou après la mise en place sous l'enveloppe. On peut aussi revêtir le fil métallique d'une couche d'un autre métal qui est ensuite oxydé ou transformé comme ci-dessus.
Les fils éventuellement revêtus de la matière séparatri- ce sont mis en faisceau et ce faisceau est placé dans l'enveloppe qui est constituée par exemple par un tube métallique. On peut d'ailleurs pendant la formation du faisceau et sa mise en place dans l'enveloppe ajouter une certaine quantité de matière sépa- ratrice en poudre de façon à bien remplir cette enveloppe.
L'insertion du faisceau dans l'enveloppe pourra être grandement facilitée en utilisant comme enveloppe un tube fendu longitudinalement. Un tel tube sera aisément réalisé en repliant longitudinalement une bande métallique autour du faisceau des fils d'ébauche. On pourra également réaliser un tube portant deux fentes longitudinales en repliant autour du faisceau deux bandes
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dont chacune couvre une moitié de la périphérie. Nous avons constaté que la présence des fentes longitudinales ne constitue pas un obstacle pour le tréfilage.
Pour éviter que les fils ou la matière séparatrice sor- tent par la ou les fentes, on pourra éventuellement recouvrir la première enveloppe fendue d'une deuxième enveloppe fendue en prenant soin que la ou les fentes de la deuxième enveloppe ne tombent pas en face de la ou des fentes de la première enveloppe.
L'enveloppe contenant les fils est ensuite tréfilée, avec recuits intermédiaires suivant les procédés connus. Si l'on veut obtenir des fils très fins, il pourra être avantageux, pour éviter de descendre à de trop petits diamètres de tréfilage, de d'arrêter à un certain diamètre, d'enlever éventuellement l'en- veloppe par l'une des méthodes décrites ci-après et de constituer au moyen de plusieurs faisceaux ainsi obtenus éventuellement réisolés par l'une des méthodes décrites ci-dessus, un nouveau faisceau qui sera placé dans une enveloppe de plus grand diamè- tre sur laquelle on recommencera le tréfilage. Cette opération pourra être recommencée autant de fois qu'il sera jugé nécessai- re.
S'il est nécessaire d'enlever la ou les enveloppes métalliques tubulaires on procèdera par voie chimique, mécanique ou thermique.
Si l'on procède par voie chimique, l'enveloppe sera dissoute dans un réactif approprié. Cette méthode présente l'in- convénient d'exposer à l'action du réactif la matière de sépara- tion et les fils, à moins que la réaction ne soit arrêtée juste au moment à où l'attaque de l'enveloppe se termine. Sinon, il y aura lieu d'utiliser des métaux différents pour l'enveloppe et les fils et de choisir un réactif qui n'attaque pas les fils.
On pourra par exemple, tréfiler des fils d'alliage magnétique fer-nickel dans des enveloppes en fer et dissoudre ensuite le
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fer dans l'acide sulfurique qui n'attaque pas l'alliage fer-nickel.
Mais dans un tel cas, il sera en général nécessaire, si les fils sont destinés à constituer un noyau ou enroulement ihagnétique de reconstituer leur isolement par vernissage ou émaillage par exemple .
Si l'on procède par voie mécanique, on pourra utiliser une machine analogue à celles qui sont employées pour le dépouille- ment des câbles électriques sous gaine de plomb, c'est-à-dire qui incise le tube aux deux extrémités d'un diamète et enlève ensuite, en les écartant, les deux bandes ainsi formées. Ce procédé sera évidemment facilité par l'utilisation des enveloppes fendues men- tionnées ci-dessus.
Si l'on procède par voie thermique on utilisera pour la constitution de la ou des enveloppes un métal possédant une tem- pérature de fusion plus basse que celle des fils et de la matière séparatrice. On pourra alors enlever la ou les enveloppes par.fu- sion en faisant passer le faisceau enveloppé dans un four porté à une température intermédiaire entre le point de fusion de la ou des enveloppes et celle des fils et de la matière séparatrice.
On pourra également transformer l'enveloppe en un oxyde ou un sel du métal dont elle est constituée qui soit sans action gênante pour la mise en oeuvre ultérieure et/ou l'utilisation du produit terminé.
Si l'on utilise une bande fendue pour le tréfilage des fils destinés à constituer un matériau magnétique, il sera possi- ble, sous certaines conditions, de laisser l'enveloppe en place autour du faisceau. Le tube métallique non fendu devait être en- levé car il aurait constitué un chemin de circulation de grand diamètre pour les courants de Foucault. Si, en revanche, on uti- lise un tube fendu, ce chemin de circulation pourra être interrom- pu en isolant électriquement les uns des autres les bords de la ou des fentes. Ceci pourra être obtenu, par exemple, en revou-
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vrant d'un oxyde ou sel métallique isolant la partie de la bande qui vient du côté des fils et en donnant aux bords un léger recou- vrement ou encore en laissant entre eux un petit intervalle.
On pourra encore insérer entre les bords de la fente une bande d'un autre métal qui sera transformé après tréfilage en un oxyde ou un sel électriquement isolant.
Pour que la présence de l'enveloppe n'augmente pas les courants de Foucault, il faut encore que l'épaisseur de cette bande dans le produit terminé soit du même ordre que le diamètre des fils. Si l'on utilise par exemple le procédé décrit ci-dessus qui consiste à rassembler les faisceaux au cours du tréfilage, on pourra, par exemple, utiliser comme enveloppe des fils d'ébauche une bande dont l'épaisseur sera du même ordre que le diamètre des fils et laisser cette bande en place. Lorsqu'on placera ensuite l'ensemble des faisceaux sous une enveloppe commune, il sera en général nécessaire d'utiliser une bande d'épaisseur supérieure au diamètre des fils. Il sera alors préférable d'enlever cette se- conde enveloppe après achèvement du tréfilage.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut utiliser comme produit d'ébauche de la poudre métallique au lieu de fils métalliques. On choisira de préférence dans ce but une pou- dre à gtains assez gras et de grosseur assez uniforme. On réalise alors un mélange bien homogène de poudre métallique et de poudre séparatrice et on remplit avec ce mélange le tube formant envelop- pe qui est ensuite tréfilé. Les grains de poudre s'allongent sous l'effet du tréfilage en prenant la forme de fibres. Toutes les autres considérations développées ci-dessus au sujet de la fabri- cation à partir de fils d'ébauche sont également applicables à la fabrication à partir de poudre.
Les fils très fins obtenus par le procédé suivant l'in- vention peuvent être séparés pour être utilisés individuellement.
Ils peuvent aussi, après séparation et réisolement éventuel, être regroupés en faisceaux ou filés par les procédés connus de l'in-
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dustrie textile.
Comme il a été indiqué ci-dessus, les faisceaux obtenus par tréfilage peuvent également être utilisés directement pour certaines applications et, en particulier, pour la réalisation de noyaux ou enroulements magnétiques. On pourra xxxxx dans ce cas augmenter au besoin la résistance mécanique du faisceau en lui donnant une légère torsion. Si l'on désire donner au faisceau une forme différente de la forme circulaire, teUequ'une forme de ban- de, on pourra y parvenir en terminant le tréfilage par une ou plusieurs passes de laminage. On pourra également augmenter la résistance au frottement et l'isolement superficiel du faisceau par tout procédé connu comme par exemple le vernissage ou l'é- maillage.
Si les faisceaux sont utilisés pour réaliser des bobi- nes d'inductance ou de transformateurs, on pourra augmenter la résistance mécanique de ces noyaux en les comprimant dans des moules et/ou en les imprégnant d'un vernis isolant comme il est procédé pour les bobines Pupin.
R¯E¯S¯U¯M¯E.
1. Procédé de fabrication de fils métalliques très fins, caractérisé en ce qu'on tréfile des fils métalliques enfermés dans une enveloppe métallique avec séparation éventuelle des fils entre eux et avec l'enveloppe par une substance friable ou une poudre très fine.
2. Procédé de fabrication de fils métalliques très fins ou fibres métalliques très fines, caractérisé en ce qu'on tréfile de la poudre métallique enfermée dans une enveloppe métallique avec séparation des grains de poudre métallique entre eux par une poudre séparatrice très fine.
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"Very fine metallic wires and magnetic product for high frequencies".
Very fine metal wires have hitherto been obtained from a roughing wire by successive drawing of this wire through smaller and smaller dies. The thinness of the wire makes this operation very difficult for very small diameters. In addition, the hourly production of the machines, which is roughly proportional to the section of the wire, falls to very low values for these diameters, which makes the cost price very high.
As a result, wires with a diameter of less than 50 microns are only used at present only in those applications where they are essential and where the quantity.
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The required unit is small enough so that the price does not add too much to the total price of the apparatus, which is the case, for example, for the frame windings of electrical measuring apparatus.
One of the areas where it would be most desirable to have very fine wire manufacturing processes at moderate cost is that of magnetic materials for high frequency alternating current installations.
These materials must, in fact, be divided in order to limit the harmful action of eddy currents. These currents cause, on the one hand, a loss of energy which reduces the quality factor of the windings and, on the other hand, an antagonistic magnetic field which opposes the main field and thus reduces the inductive effect of the material. It is shown that this harmful action is proportional to the square of the frequency and to the square of the thickness of the bands or of the diameter of the wires constituting the elements. We will therefore be able to use the materials at frequencies all the higher as they are formed of finer wires. For example, in order to manufacture good quality inductance cores, it would be necessary to have wires with a diameter of the order of 15 microns per 100 kc and 6 microns per 250 kc.
In accordance with the present invention, very fine wires are produced by drawing the wires enclosed in a metal casing from which they are optionally spaced by means of a material such as a friable solid, a very fine-grained powder or even simply a layer. oxide or other compound deposited on the wires. This separation material can also be used to prevent adhesion between wires or between wires and casing and to electrically insulate the wires. Since the casing may have a diameter markedly greater than that of the inner son hems, the difficulties arising from the fineness of the wires to be drawn are thus avoided.
On the other hand, it is obviously possible by this process to simultaneously wire a large number of threads enclosed under one
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envelops me, which helps each other a considerable reduction in the cost price of the threads.
The following description of the embodiment of the invention relates more particularly to the manufacture of a material intended for magnetic cores and windings. It is well specified, however, that this invention also applies to all other uses of very fine metal wires such as the coils of frames for electrical measuring devices, cables with very flexible conductors for mobile devices, cables. threads and fabrics, etc ... as well as to all other productions requiring the use of very fine metallic threads.
The invention is based on the experimental finding that, by drawing under the same cylindrical envelope bare longitudinal metal wires, or separated by a friable or pulverulent material, the assembly ends up stretching in a single block as if it was a homogeneous material.
The insertion of a separator material between the wires is useful to drain out the bondings if one plans to separate them after the operation. It should be noted, moreover, that if several wires are to be drawn simultaneously and if we want them to retain a circular section, it is necessary to insert between the wires a fairly large quantity of separating material. aunt to sink the flattening of these threads by each other. In magnetic cores for alternating currents, for the limitation of eddy current losses, it is necessary that in the finished product the individual wires are electrically insulated from each other. Such insulation can be applied to wires drawn to the working diameter.
According to another characteristic of the invention, the mode of manufacture envisaged also makes it possible to obtain directly de = bundles of electrically insulated wires from each other. For this purpose, it suffices to use as a separating material between
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the preform wires an electrically insulating material.
The separating material must also be able to withstand without losing its characteristics the annealing temperature of the metals, the wires and the casing.
Metal oxides such as magnesia, alumina, copper oxide, zinz oxide, iron oxide or metal salts stable at high temperature such as silicates or else metal salts which are stable at high temperature, such as silicates or else mixtures of oxide and salts.
The separation material can be placed in place by any known process. It is possible, for example, to make a milk of suitable consistency by solution or suspension in a liquid. The threads are then soaked in this milk and dried. It is also possible to thread on the wire hollow tubes or perforated pellets made of friable material or compressed powder. If the oxide or a metal salt constituting the wires can be used as a separating material, this wire can simply be oxidized or transformed by the action of heat and / or chemically before or after the installation under the envelope. It is also possible to coat the wire with a layer of another metal which is then oxidized or transformed as above.
The son optionally coated with the separating material are bundled and this bundle is placed in the casing which consists for example of a metal tube. It is also possible, during the formation of the bundle and its positioning in the envelope, to add a certain quantity of powdered separating material so as to fill this envelope well.
The insertion of the bundle into the casing can be greatly facilitated by using a longitudinally split tube as casing. Such a tube will easily be produced by folding a metal strip longitudinally around the bundle of preform wires. We can also make a tube carrying two longitudinal slits by folding around the bundle two bands
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each of which covers half of the periphery. We have found that the presence of the longitudinal slots does not constitute an obstacle for wire drawing.
In order to prevent the threads or the separating material from coming out through the slot (s), it is possible to cover the first split envelope with a second split envelope, taking care that the slot (s) of the second envelope do not fall opposite the slot or slots of the first envelope.
The envelope containing the wires is then drawn, with intermediate annealing according to known methods. If we want to obtain very fine wires, it may be advantageous, in order to avoid going down to too small drawing diameters, to stop at a certain diameter, possibly removing the envelope by one. of the methods described below and of constituting by means of several beams thus obtained possibly re-isolated by one of the methods described above, a new beam which will be placed in an envelope of larger diameter on which the drawing will be restarted . This operation can be repeated as many times as is deemed necessary.
If it is necessary to remove the tubular metal casing (s), this will be done by chemical, mechanical or thermal means.
If this is done chemically, the envelope will be dissolved in an appropriate reagent. This method has the disadvantage of exposing the separating material and the threads to the action of the reagent, unless the reaction is stopped just when the attack on the shell ends. Otherwise, it will be necessary to use different metals for the casing and the wires and to choose a reagent which does not attack the wires.
It is possible, for example, to draw wire of iron-nickel magnetic alloy in iron casings and then dissolve the
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iron in sulfuric acid which does not attack the iron-nickel alloy.
But in such a case, it will generally be necessary, if the wires are intended to constitute a core or ihagnetic winding, to reconstitute their insulation by varnishing or enamelling for example.
If this is done mechanically, a machine similar to those used for stripping lead-sheathed electrical cables can be used, that is to say which incises the tube at both ends of a diamète and then removes, by separating them, the two bands thus formed. This process will obviously be facilitated by the use of the split envelopes mentioned above.
If the process is carried out thermally, a metal having a lower melting temperature than that of the wires and of the separating material will be used for the constitution of the shell (s). The envelope or envelopes can then be removed by fusion by passing the enveloped bundle in an oven brought to a temperature intermediate between the melting point of the envelope or envelopes and that of the wires and of the separating material.
It is also possible to transform the casing into an oxide or a salt of the metal of which it is constituted which is without hindering action for the subsequent processing and / or the use of the finished product.
If a slotted strip is used for drawing the wires intended to constitute a magnetic material, it will be possible, under certain conditions, to leave the envelope in place around the bundle. The unsplit metal tube had to be removed as it would have provided a large diameter circulation path for the eddy currents. If, on the other hand, a split tube is used, this circulation path can be interrupted by electrically insulating the edges of the slot or slots from one another. This can be achieved, for example, by
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glassing with a metal oxide or salt insulating the part of the strip which comes from the side of the wires and giving the edges a slight overlap or even leaving a small gap between them.
It is also possible to insert between the edges of the slot a strip of another metal which will be transformed after drawing into an electrically insulating oxide or salt.
So that the presence of the envelope does not increase the eddy currents, the thickness of this strip in the finished product must also be of the same order as the diameter of the wires. If one uses for example the method described above which consists in bringing together the bundles during the drawing, one could, for example, use as envelope of the roughing wires a strip whose thickness will be of the same order as the wire. diameter of the wires and leave this band in place. When all of the bundles are then placed under a common envelope, it will generally be necessary to use a strip of thickness greater than the diameter of the wires. It will then be preferable to remove this second casing after completion of the drawing.
According to another characteristic of the invention, metal powder can be used as the preform product instead of metal wires. For this purpose, a fairly fatty cake powder of fairly uniform size will preferably be chosen. A very homogeneous mixture of metal powder and of separating powder is then produced and the tube forming an envelope is filled with this mixture, which is then drawn. The grains of powder elongate under the effect of drawing by taking the form of fibers. All of the other considerations developed above with respect to manufacture from preform yarns are also applicable to manufacture from powder.
The very fine threads obtained by the process according to the invention can be separated for use individually.
They can also, after separation and possible re-isolation, be grouped together into bundles or spun by methods known from the industry.
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textile industry.
As indicated above, the beams obtained by wire drawing can also be used directly for certain applications and, in particular, for the production of magnetic cores or windings. In this case, xxxxx can be increased if necessary the mechanical strength of the beam by giving it a slight twist. If it is desired to give the beam a shape other than the circular shape, such as a strip shape, this can be achieved by terminating the wire drawing with one or more rolling passes. It is also possible to increase the friction resistance and the surface insulation of the bundle by any known process such as for example varnishing or meshing.
If the bundles are used to make inductor coils or transformers, the mechanical resistance of these cores can be increased by compressing them in molds and / or by impregnating them with an insulating varnish as is the procedure for them. Pupin coils.
ABSTRACT.
1. A method of manufacturing very fine metal son, characterized in that wire-drawn metal son enclosed in a metal casing with possible separation of the son between them and with the casing by a friable substance or a very fine powder.
2. A method of manufacturing very fine metal son or very fine metal fibers, characterized in that the metal powder is drawn enclosed in a metal casing with separation of the metal powder grains between them by a very fine separating powder.