CH303970A - Procédé d'élaboration d'un matériau composite céramique-métal et appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. - Google Patents

Description

  Procédé d'élaboration d'un matériau composite     céramique-métal    et appareillage  pour la mise en     #uvre    de ce procédé.    Il est. connu, d'une part, d'utiliser pour la  fabrication d'organes de machines thermiques  et plus spécialement des turbines<B>à</B> gaz des  alliages métalliques réfractaires façonnés au  moyen de, tout procédé métallurgique connu,  <B>y</B> compris le frittage.  



  <B>Il</B> est. connu, d'autre part,     dutiliser    des  compositions non métalliques appelées      #céra-          miques .     



  <B>Il</B> est enfin connu de combiner ces deux  familles de matériaux par frittage de poudres  <B>de</B> matériaux composites:     céramique-métal.          Les    avantages de ces matériaux sont nom  breux, mais de sérieux inconvénients en limi  tent l'application. Les constituants en poudre  sont en effet soumis<B>à</B> la pression et, au chauf  fage soit simultanés, soit subséquents. Les  presses les plus puissantes ne permettent de  concentrer la pression que sur quelques cen  timètres carrés dans des moules de formes spé  ciales. Il est impossible d'étendre le procédé  <B>à</B> des pièces de grandes dimensions compor  tant. en particulier des variations importantes  de section et de profil.  



  La présente invention a pour objet un  procédé d'élaboration d'un matériau compo  site     cérainique-métal,    selon lequel on projette,       au    moyen     dun    Jet de gaz sous pression, le    constituant céramique et le constituant métal  lique<B>à</B> l'état divisé, préalablement fondu on  ramolli, sur un support où ils s'agglomèrent.

         La        description        qui        va        suivre,        en        reg        gard.        du     dessin annexé, donné<B>à</B> titre d'exemple, fera  bien comprendre comment l'invention peut  être réalisée. Sur ce dessin:  La     fig.   <B>1</B> représente schématiquement un  mode de réalisation d'un appareil propre<B>à</B> -la  mise en     #uvre    de l'invention.  



  La     fig.    2 montre -une variante.  



  Dans le mode -de réalisation de la     fig,   <B>1,</B>  un pistolet<B>1</B> du type usuel pour la métalli  sation par projection comporte un     chalu-          ineau    intérieur,     oxy-acétyléniql--te    par exem  ple,     alinienté    en oxygène et acétylène par les  tuyaux<B>3</B> et en air sous pression par le tuyau  3a. Le métal arrive<B>à</B> ce pistolet sous la forme  d'un fil 4, entraîné vers le chalumeau par  les moyens habituellement prévus dans ce type  de pistolet. De la tubulure<B>5</B> du pistolet sort  un jet de gaz véhiculant les grains de métal  fondu qui sont projetés sur le support<B>6.</B>  



  Un autre pistolet<B>7</B> comporte de même en  son intérieur un chalumeau     oxy-acétylénique          alimentk    par les tuyaux<B>8.</B> Un constituant<B>cé-</B>  ramique en poudre contenu dans la, trémie<B>9</B>  est entraîné dans<B>k</B> pistolet par de l'air sous      pression arrivant par le tuyau<B>10.</B> La     tuyè-re     7a du pistolet,<B>7</B> projette donc sur le support  <B>6</B> des grains de céramique chauffés.  



  Sur<B>le</B> dessin, les deux pistolets sont     sujp-          posés    fonctionner en même temps. Les grains  de métal et de céramique sont donc mélangés  sur le support. et sont assez ramollis par la       flammedes    chalumeaux pour     s'agglbmérer    les       uns    aux autres.  



  Les pistolets peuvent aussi être mis en  marche alternativement pour obtenir sur le  des couches feuilletées de métal et de  céramique soudées les unes aux autres.  



  Les pistolets peuvent être soit tenus<B>à</B> la  main, soit fixés sur un montage approprié.  L'état de surface     du    support est, tel que  le matériau composite finalement obtenu  puisse en être séparé après refroidissement.  <B>Il</B> v a avantage<B>à</B> porter le support<B>à</B>     -une     certaine température pendant la projection,  ce qui peut se faire au moyen d'un four<B>11</B>  installé sous le support.  



  Le constituant métallique projeté par le,  pistolet<B>1</B> est choisi parmi les métaux et  alliages réfractaires pour présenter les     meil-          leures    qualités<B>de</B> liaison avec le constituant  céramique par lequel il sera protégé de la cor  rosion par la suite. Ce peut être un acier ou  alliage contenant du nickel,     du    chrome,     du     cobalt,     etc.     



  Le constituant céramique projeté par le  pistolet<B>7</B> est. un mélange de grains réfrac  taires en forte proportion par exemple et, d'un  liant capable d'établir des liaisons avec le  constituant métallique. Les grains réfractai  res sont soit un oxyde, soit un carbure, soit un  borure, soit -Lui     nitr-Lire,    soit un mélange de  ces corps.  



  Le liant céramique peut comporter des  agents     vitrifiants,    par     exemphe   <B>à</B> base de     bo-          rax    ou d'oxyde de lithium.  



  Industriellement, il<B>y</B> a avantage, comme  indiqué<B>à</B> la     fig.    2,<B>à</B> employer plusieurs pis  tolets fixes pour chacun des constituants et  <B>à</B> effectuer les dépôts sur un support<B>6</B> défi  lant sous ces pistolets de     facon    continue (ta  pis roulant ou va-et-vient., suivant les dimen  sions),    Sur la     fig.    2, le support<B>6</B> est une table  qui repose sur les galets 12 et, est entraînée  par eux     d'un    mouvement (le va-et-vient sous  les pistolets qui déposent ainsi sur une même  zone, de la table, alternativement du métal ci  de la céramique.  



  Les proportions relatives<B>de</B> céramique ;3t  de métal peuvent être<U>réglées</U> en agissant     s-rw     le débit des pistolets respectifs ou sur les du  rées relatives (le projection de     la    céramique  et. du métal, ou en variant le nombre de     p13-          tolets    affectés respectivement<B>à</B> la céramique  et ait métal.

      Le support récepteur peut être soit     -Lui     moule en métal ou en matière réfractaire d'où  le matériau composite est retiré après élabora  tion, soit un montage formant ébauche de la  pièce<B>à</B> réaliser, dans laquelle le support res  tera inclus définitivement, soit un noyau     en     un alliage fusible     qui    sera fondu dans un  traitement ultérieur et s'écoulera par des  trous de coulée convenablement disposés (pro  <B>cédé à</B> cire perdue).  



  L'application du présent procédé     ii'e.qt     donc pas limitée en dimensions (surface et  épaisseur).  



  L'usinage des ébauches peut être réalisé  dès la fin de l'élaboration du matériau par  tous<B>lies</B> moyens mécaniques en usage et l'on  constate l'avantage     dLin    tel procédé sur     eelui     du frittage par pressage     qui    ne donne que des  matériaux friables avant cuisson, trop durs  après, ne se prêtant pas<B>à</B> des reprises d'usi  nage.  



  Le matériau ainsi élaboré peut être en  suite soumis<B>à</B> des traitements thermiques, en  atmosphère contrôlée (neutre ou réductrice)  destinés<B>à</B> éliminer les gaz occlus,<B>à</B> augmenter  la cohésion en améliorant     l'aeeroeha-e    cérami  que sur métal et<B>à</B> relaxer les contraintes mé  caniques qui auraient pu se produire pendant  l'élaboration. La température de ces traite  ments peut varier entre<B>800</B> et<B>15000 C.</B> Avec  les très hautes températures, on obtient un  ramollissement du métal qui rend le maté  riau très résistant.           L'un    des constituants étant, ramolli, on  peut soumettre le matériau aux effets d'une  vibration au moyen notamment     d'ultra-sons.     



  Les traitements thermiques peuvent se faire  de     faeon    homogène dans un four, soit par  ]"échauffement du constituant métallique pro  voqué par induction     d'un    courant électrique  <B>à</B> haute     iréquence,    soit par l'échauffement     du          (!011,stituaiit    céramique     par    pertes     diélectri-          (lues.     



  Le matériau composite peut également  être     soumi.s   <B>à</B> des traitements     thermoe-himiques     tel.,; que cémentation au carbone     ou    cémenta  tion métallique,     nitruration,        cyanuration,        etc.     



  <B>il</B> peut aussi être traité par plongée dans       un    bain     #de    métal fondu, dans le but de le re  vêtir ou de l'imprégner dans sa masse d'un  métal susceptible de lui conférer des     caracté-          ristiques    particulières.  



  Les constituants du matériau composite  sont choisis en fonction de l'emploi qui en     e-it     fait. Le métal ou alliage sera     #d'un    type plus  ou moins résistant<B>à</B> l'oxydation et au     fluage     selon la, température d'utilisation: le     eonsti-          tuant    céramique sera plus     ou    moins réfrac  taire.  



  Le matériau composite se prête     particu.-          lièrement    aux utilisations<B>à</B> chaud.,<B>à</B> des     teni-          pératures        pl-Lis    élevées que celles admises pour  les 'métaux et alliages métalliques.  



  La forme et le     dimensionnement    des pièces  n'étant plus limités par lie pressage', ce maté  riau présente un champ d'application très  étendu.  



  On peut, -utiliser par exemple:  les qualités mécaniques<B>à</B> chaud du     maté-          riait,    formé de constituants réfractaires ayant  des modules     dYoung    différents (meilleure     r--          sistance    aux efforts alternés et amortissement  (les déformation-,, ce qui est précieux pour les  <B>s</B> de turbines<B>à</B> gaz par exemple);  ailette, in  les qualités     physiql--Les    du matériau feuil  leté, qui est résistant et perméable     magnéti-          quement    et<B>à</B> faibles pertes magnétiques,<B>si</B> le  métal -utilisé est magnétique;

    les qualités chimiques du matériau, qui est  résistant<B>à</B> la corrosion grâce<B>à</B> son     consfi-          tuant,    céramique.    <B>Il</B> est<B>à</B> remarquer     que    la présence des  grains de céramique et     ide    métal permet de  réunir des possibilités, isolément connues dans  des domaines très éloignés les uns des autres.

    Par exemple:  <I>a,)</I> si le constituant céramique est en par  tie fusible, on peut, par un traitement appro  prié, faire exsuder le constituant fusible<B>à</B> la  surface du matériau     (autoémaillage);     <B>b)</B> si la porosité obtenue est suffisante, on  peut soit<B>à</B> froid, soit<B>à</B> chaud, imprégner     d'un     lubrifiant fluide;  <B>c)</B> ou bien, on peut encore utiliser<B>à</B> la  fois la porosité du matériau et la nature chi  mique du constituant céramique pour remplir  les pores     dun    lubrifiant solide (par exemple-.  graphite     utilis6    pour le problème des roule  ments<B>à</B> chaud).  



  D'autre part, la texture en grains juxta  posés de métal et de céramique permet soit au  cours<B>de</B> l'élaboration du matériau, soit au  cours de traitements ultérieurs, de régler la  grosseur des grains et leur écartement.  



  Ainsi se trouve résolu<B>le</B> problème prati  que de lia réalisation de matériaux poreux des  tinés<B>à</B> la fabrication de pièces dites      trans-          pirantes .     



  On sait que de telles pièces en contact avec  des gaz<B>à</B> haute température, peuvent être pro  tégées par le passage d'un fluide qui les tra  verse en allant du milieu froid au milieu  chaud. La couche limite est modifiée, le trans  port des calories par convection des gaz vers  la pièce est freiné, la température de la sur  face de cette pièce est donc diminuée. Dans le  cas où le fluide injecté est un liquide, l'ab  sorption de calories correspondant<B>à</B> la cha  leur de vaporisation du liquide vient encore  abaisser la température de surface en même  temps qu'il se forme     un    écran absorbant des  radiations calorifiques.  



  Par ailleurs, le liquide peut être choisi de  telle façon qu'après décomposition par la     clia-          leur,    l'un de ses éléments chimiques ait une  action sur l'allure de la combustion.  



  On peut préciser que l'une des façons d'ob  tenir un matériau poreux par le procédé     ci-          dessus    consiste<B>à</B> remplacer partiellement l'un      ou l'autre constituant par un troisième aug  mentant la porosité.  



  Ce troisième constituant peut être soit     une     matière organique,     organo-métallique,        -Lm    sel  minéral volatil ou soluble ou décomposable<B>à</B>  chaud,     etc.    (tels que matière plastique, sili  cones,     flûorure    de     silieiiiin,        etc.).     



  La forme et, la proportion des vides     lais-          s6s    par le départ de tout ou partie du troi  sième constituant sont déterminées par sa na  ture, son pourcentage, le mode d'élimination  <B>C</B>  et les traitements ultérieurs.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS: I. Procédé d'élaboration d'un matériau composite céramique-métal, caractérisé en ce que leconstituant céramique et le constituant métallique sont projetés<B>à</B> l'état divisé, préala blement fond-Li ou ramolli, et au moyen d'un jet de gaz sous pression, sur un support où ils s'agglomèrent.

   <B>Il.</B> Appareillage pour la. mise en #uvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il. comporte au moins un pistolet<B>à</B> chalumeau pour la projection du constituant métallique et au moins un pistolet<B>à</B> chalu meau pour la projection du constituant céra mique, ces pistolets étant combinés avec un support disposé pour recevoir les projections des pistolets. SOUS-REVENDICATIONS: <B>1.</B> Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que les constituants sont projetés en même temps et sont a-insi mélangés dans le matériau composite obtenu. 2.

   Procédé selon la revendication<B>1,</B> carac térisé en ce que les constituants sont projetés successivement de manière<B>à</B> former des cou ches feuilletées forte-ment adhérentes. <B>Ô.</B> Procédé, selon la revendication<B>1,</B> carap- téris6 en ce que l'état de surface du. support est tel que le matériau composite n'y adhère que faiblement, et en ce que ledit matériau est séparé dudit support. 4.

   Procédé suivant la revendication<B>1,</B> ca ractérisé en ce cl-Lie le support est ferniemeiit adhérent au matériau composite et<B>y</B> est main- tenu lié de faç ,on <B>à</B> former un noyau perma- nent <B>à</B> l'intérieur de ce matériau.

   <B>5.</B> Procédé selon la revendication I, carac- térLsé en ce que le support est en matière fu sible que l'on élimine par fusion et écoulement par des trons de coulée. <B>6.</B> Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé en ce que la projection de chacun des constituants se fait en les déplaçant dans un chalumeau qui les fond ou les ramollit, puis en les projetant sur le support au moyen d'un jet de gaz sous pression.

   <B>7.</B> Procédé suivant. la revendication I, ca ractérisé en ce que lie matériau composite obtenu est soumis<B>à</B> un traitement thermique, <B>à</B> une température comprise entre<B>800</B> et 1500o<B>C.</B> <B>8.</B> Procédé suivant la sous-revendication <B>7,</B> caractérisé en ce que le traitement, thermique est fait en atmosphère neutre.

   <B>9.</B> Procédé selon la sous-revendication <B>7,</B> caractérisé en ce que<B>le</B> traitement, thermique est fait. en atmosphère réduetrice. <B>10.</B> Procédé suivant la revendication<B>1,</B> ea- ractérisé en ce que le matériact composite est rendu poreux en adjoignant aux deux consti tuants projetés susdits iiii troisième constituant décomposable par la chaleur, puis en procé dant ensuite<B>à</B> la décomposition complète de ce troisième constituant.

   <B>11.</B> Appareil. selon la revendication<B>H.,</B> en- ractérisé en ce que le support est fixe. 12. Appareil selon la revendication II, ca ractérisé en ce que le support petit être<B>dé-</B> placé devant les pistolets.