Procédé de fabrication de particules ou filaments métalliques, appareil pour la mise en #uvre de ce procédé et particules et filaments métalliques obtenus au moyen ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de particules ou filaments métalliques à partir d'un métal en fusion.
Ce procédé est carac térisé en ce que l'on dirige au moins un jet de métal fondu sur une surface de révolution concave et lisse d'un bloc de refroidissement tournant autour de l'axe de ladite surface, et en ce que l'on règle la vitesse d'éjection et la vitesse de rotation, de façon que le métal demeure sur la surface du bloc de refroidisse ment pendant une durée moindre que celle d'une révolution complète.
L'invention se rapporte également à un appareil pour la mise en #uvre dudit procédé. Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend un bâti, un bloc de refroidissement présentant une surface de révo lution concave et lisse et monté sur ledit bâti à rotation autour de l'axe de ladite surface, des moyens d'entraînement dudit bloc, et un organe de projection d'un jet de métal fondu sur ladite sur face, monté sur ledit bâti.
L'invention se rapporte enfin aux particules et filaments métalliques obtenus au moyen dudit pro cédé.
Le dessin montre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention pour la mise en #uvre d'une forme d'exécution du procédé faisant l'objet de cette invention.
La fig. 1 est une vue en plan de cette forme d'exécution de l'appareil pour la mise en #uvre du procédé.
La fig. 2 en est une coupe longitudinale agrandie selon la ligne 2-2 de la fig. 1. L'appareil représenté comprend une base 3 sur laquelle est monté un bloc de refroidissement rotatif 4 constitué par un matériau ayant une forte con- ductibilité thermique et une résistance mécanique élevée et dont la température de fusion est supé rieure à celle du métal travaillé, la masse de ce bloc étant suffisante pour dissiper la chaleur de refroi dissement du métal jusqu'à son point de solidifica tion, ainsi que sa chaleur latente de fusion.
Le bloc de refroidissement 4 doit avoir une sur face de révolution concave très lisse, polie, préfé- rablement sphérique ou ellipsoïdale 5.
Le bloc de refroidissement 4 est entraîné autour de son axe vertical qui est le même que celui de la cavité par un moteur à vitesse élevée 6, monté sur la base 3. Il est désirable que la vitesse du moteur puisse varier pour couvrir une gamme étendue, car il a été découvert que les vitesses d'approximative- ment 10 à 30.000 révolutions par minute ont con duit à des résultats efficaces.
La hauteur des rugosites de la surface du bloc peut être comprise entre 0,025 micron à 25 microns. Un jet continu de métal fondu dirigé vers la sur face 5 est obtenu au moyen d'un tube éjecteur 7 pourvu à une extrémité d'un ajutage amovible 8 ayant une buse d'éjection avec un orifice restreint 9. L'extrémité opposée du tube éjecteur porte un capuchon 10 pourvu d'une ouverture connectée à un tuyau 11 d'entrée de gaz sous pression, destiné à éjecter le métal fondu par l'orifice 9, sur la sur face tournante 5.
Sa vitesse force le métal à entrer en contact avec la surface 5, de sorte que de la cha- <I>Légende</I> M = matériau D = diamètre du bloc de refroidissement (mm) p = poids (kg) RC = rayon de courbure de la surface de refroidissement (mm) F = fini de la surface en millionièmes de mm (mu) d = diamètre de l'orifice d'éjections en microns (R.) .AT = différence entre la température d'éjection et le point de fusion du métal (0 C) TS = tension superficielle du fluide (dyn/cm)
EMI0002.0007
<I>A.
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EMI0003.0007
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<tb> 30 <SEP> 0,21 <SEP> 15 <SEP> 30 <SEP> 100 <SEP> 1200 <SEP> 30 <SEP> m leur dudit métal est transmise par conduction, ce qui entraîne la solidification du métal.
Le métal fondu, dont la température peut être augmentée pour en augmenter la fluidité, est fourni au tube 7 par un réservoir 12, avec un débit réglable au moyen d'une vanne 13.
Le tube 7 est porté d'une façon inclinée au moyen d'un large support 14 fixé à la base 3, et une glissière à queue d'aronde 15 est prévue entre ledit support et le tube pour permettre le déplace ment de ce dernier par glissement pour varier le point de contact du métal et l'amener en différen tes positions entre l'axe de rotation du bloc 4 et sa périphérie.
Le métal est éjecté du tube 7 sous forme d'un jet liquide qui frappe la surface concave du bloc de refroidissement. Après solidification, il est projeté hors de la surface 5 par la force centrifuge produite par le bloc de rotation, le métal demeurant sur la surface du bloc pendant une durée moindre que celle d'une révolution complète du bloc. Aucune solution de continuité n'existe entre le métal se trouvant dans le tube 7, le jet de métal, le métal liquide et le métal solide se trouvant sur ladite surface et le métal qui a déjà quitté le bloc, car on peut déter miner les variables ci-dessous de façon à produire un filament continu.
D'une façon générale, plus la température du métal fondu est élevée, plus faible doit être la vi tesse d'éjection de celui-ci, avec une dimension d'ori fice et une vitesse de surface du bloc données, et plus fin est le filament obtenu. D'autre part, toutes autres choses égales, plus la vitesse d'éjection se rapproche de la vitesse de ce bloc de refroidisse ment au point d'un contact, plus grande est la con tinuité du filament. Enfin, toutes autres choses éga les, plus grande est la dimension de l'orifice, plus le filament est large.
L'expérience montre que si la vitesse du bloc de refroidissement au point d'impact est fixée et si le point d'impact est maintenu à une distance constante du centre de rotation, pour une dimen sion donnée de l'orifice, la longueur ainsi que la largeur des filaments sont constantes. Cependant, deux autres variables peuvent encore intervenir, à savoir : la température du métal en fusion et sa vitesse d'éjection. Si la température du métal éjecté est maintenue constante alors que l'on augmente la vitesse d'éjection, on constate une tendance du métal à s'accumuler sur le bloc de refroidissement, ce quia pour résultat d'augmenter l'épaisseur du filament.
Inversement, lorsque ladite vitesse d'éjec tion est diminuée, l'accumulation diminue jusqu'au point où à une vitesse donnée sera obtenu le fila ment continu le plus fin possible pour une tempéra ture donnée du métal ; une certaine vitesse d'éjec tion aboutit à la production de filaments discon tinus. Une vitesse d'éjection plus faible produit des filaments de plus en plus courts jusqu'à ce que le rapport de la longueur à la largeur du filament se rapproche de l'unité et que le filament dégénère en une particule de poudre ou flocon.
Dans le cas où l'on désire obtenir une variation de l'épaisseur du filament, sans modifier la vitesse d'éjection, on peut faire varier la température du métal éjecté. A température plus élevée, la fluidité du métal est augmentée et sa tension superficielle diminuée. L'excédent de chaleur devant être absorbé avant que le métal se solidifie, celui-ci demeurera plus longtemps sous forme liquide et le métal sera filé en un filament continu plus fin.
Ainsi, pour produire le filament le plus fin pos sible, il faut une température élevée du métal éjecté à une vitesse minimum et une grande vitesse de rotation du point d'impact.
Dans le cas où la température, la vitesse d'éjec tion, la dimension de l'orifice et la vitesse de rota tion du bloc de refroidissement sont toutes main tenues constantes, il est encore possible de changer la vitesse du point d'impact par translation du dis positif d'éjection. Si l'on suppose que le filament continu le plus fin est produit avec un point d'im pact placé à mi-distance du centre et du bord, le déplacement du point d'impact vers le centre de rota tion du bloc 4 continuera à produire un filament continu, mais qui deviendra progressivement plus épais, tandis qu'inversement, la translation de l'aju- tage vers la périphérie du bloc produira des fila ments discontinus de longueur décroissante, jusqu'à obtenir un matériau en poudre.
Il doit aussi être noté qu'un long filament continu mais d'épaisseur croissante peut être obtenu en déplaçant le point d'impact lentement vers le centre de la surface du bloc tandis que ledit filament est en cours de for mation.
Si l'angle d'incidence du jet de métal éjecté est légèrement modifié, aucun effet apparent sur le fila ment n'est observé. Cependant, l'angle d'incidence selon lequel le métal solide quitte la surface est fonction de la continuité du filament, de son épais seur et de sa largeur.
En utilisant des vitesses de surface de contact variant de 1,50 mètre à 300 mètres/seconde, des filaments ont été produits dont les dimensions mi nima s'étagent entre approximativement 1,8 à 4,0 microns en largeur et en épaisseur, et pouvant attein dre des longueurs de 600 mètres. Dans ces condi tions, idéales, des filaments ayant une épaisseur mi nimum de 1 micron et une largeur minimum de 1 micron peuvent être produits.
On doit encore noter qu'avec la production d'un filament, il est nécessaire de prévoir un refroidisse ment du bloc, sinon la longueur du filament produit lors d'une coulée de métal est limitée.
Les plus grandes épaisseurs et largeurs produites dans un filament continu atteignent 0,1 mm pour l'épaisseur et 5 mm pour la largeur. La plus grande épaisseur et la plus grande largeur produites dans un filament discontinu atteignent 0,7 mm pour l'épaisseur et 6 mm pour la largeur. Un filament métallique fondu obtenu par le pro cédé décrit peut être distingué d'un filament pro duit par d'autres procédés comme, par exemple, éti rage à froid, étirage à froid et traitement thermique, par la microstructure du métal. Un filament fondu a un grain non uniforme, de grandes dimensions et de formes non uniformes tandis qu'un filament tra vaillé a un grain qui est uniformément petit. De plus, la microstructure du filament fondu est cons tituée d'une phase hétérogène, par opposition à celle des filaments formés par d'autres procédés.
On indique dans les tableaux des pages 2 et 3 des conditions opératoires convenant à la mise en oeuvre du procédé pour la fabrication de filaments de divers métaux et les dimensions des filaments ainsi produits.
On peut également produire des filaments de cadmium, bismuth, indium, magnésium, aluminium et de divers alliages de ces métaux tels que les allia ges Pb-Sn 32-68, 50-50, 60-40 ; Zn-Sn 50-50 ; Cu- Zn 70-30, 90-10 ; Al-Si 97-3 ; Al-Cu 97-3. Les nom bres donnés après les métaux de l'alliage indiquent le pourcentage pondéral respectif de chaque métal dans l'alliage.
Les filaments ainsi produits peuvent être utilisés pour l'armature de matières plastiques, de matières céramiques et de métaux, dans l'industrie chimique comme désoxydants ou comme catalyseurs, pour la fabrication de masses filtrantes ou, par compression et frittage, pour la fabrication d'articles de forme tels que plaques d'éléments électrochimiques.
Il est possible d'augmenter considérablement la production de petits éléments métalliques en utilisant un appareillage permettant de projeter simultanément plusieurs jets sur la même surface.