CH619887A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne un objet résistant formé d'alumine a-monocristalline et destiné à offrir un bord d'usure, et notamment une lame de raclage utilisée pour le retrait des débris portés par les bandes magnétiques.

L'industrie des bandes magnétiques nécessite le nettoyage des bandes magnétiques par retrait des impuretés qui peuvent adhérer au revêtement de ferrite de la bande. Ce nettoyage est surtout important dans le cas des bandes utilisées dans les calculateurs, afin que l'enregistrement des données ne soit pas erroné. On a utilisé du saphir et d'autres matières, souvent sous forme de prismes, constituant des lames de raclage permettant la réalisation de bords ayant une faible usure et une qualité élevée dans les applications du type précité. Autant qu'on puisse le savoir, un rodage très poussé est réalisé à la main par des ouvriers expérimentés et éventuellement d'autres opérations sont actuellement utilisées pour la formation de bords présentant une faible usure et ayant une qualité élevée sur du saphir, ces bords ne devant pratiquement pas avoir de détérioration à l'intersection des faces du prisme.

En l'absence d'une telle manipulation soigneuse et très expérimentée, les bords d'usure des objets en saphir actuellement connus présentent des risques de fracture à la suite de la déformation au cours de la préparation et lors de l'utilisation.

L'objet en alumine a-monocristalline défini dans la revendication 1 offre un bord d'usure de qualité élevée et résistant à la fracture. Il peut être formé par mise en œuvre des procédés classiques de rectification et de polissage d'alumine.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés sur lesquels :

les fig. la et lb représentent un objet d'alumine a-monocristal-line selon l'invention ;

les fig. 2a et 2b représentent la structure de l'alumine a-monocristalline;

la fig. 2c représente un dispositif ayant la forme d'un prisme et obtenu à partir d'une matière monocristalline du type représenté sur la fig. 2b;

la fig. 3 représente de l'alumine a-monocristalline destinée à la préparation d'un objet selon l'invention;

les fig. 4a à 4d illustrent les étapes de la fabrication d'un objet selon l'invention, et la fig. 5 représente l'emplacement des divers plans cristallogra-phiques dans l'objet selon l'invention.

L'objet qui va être décrit est préparé dans de l'alumine a-monocristalline, par exemple du saphir monocristallin, et a un bord d'usure qui est pratiquement parallèle à l'axe C du corps monocristallin. L'objet a des surfaces planes qui se recoupent au bord d'usure avec un angle pratiquement égal à 60 ou 120° environ, et chaque surface plane est disposée afin qu'elle soit alignée sur un plan m [1010], [TOIO], [OlTO], [OllO], [Tl00], [1100]. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le corps d'alumine a-monocristalline a la configuration d'un prisme équilatéral dont l'axe longitudinal est parallèle (à ±5° près) à l'axe C de la matière monocristalline et dont chacune des faces est alignée (à ± 5° près environ) sur un plan m de la matière monocristalline, les faces se recoupant avec un angle de 60°. Les fig. la et lb représentent ce mode de réalisation dans lequel un prisme équilatéral formé d'alumine a-monocristalline, par exemple de saphir, porte la référence 10 et a un bord d'usure 12 (et d'autres bords d'usure 12' et 12")- L'axe longitudinal 14 du prisme 10 est aligné sur l'axe C de la matière monocristalline, comme indiqué, et chaque face plane du prisme 16, 16', 16" est alignée sur un plan m [ÎÔTO] de la matière monocristalline. Un tel corps a des bords d'usure de qualité élevée 12, 12', 12", et il peut être réalisé par mise en œuvre de procédés classiques de rectification mécanique qui sont relativement peu coûteux, comme décrit dans la suite du présent mémoire, et ils peuvent constituer des dispositifs de raclage et des dispositifs analogues destinés à retirer les débris des bandes magnétiques, comme indiqué schématiquement par la référence 18 sur les fig. la et lb. La bande magnétique est tirée sur un bord d'usure de la manière qui est actuellement utilisée de façon classique pour les dispositifs disponibles de raclage. Non seulement les techniques mécaniques classiques de rectification peuvent être utilisées pour la fabrication sans détérioration du bord d'usure, mais encore le bord réalisé résiste très bien à la détérioration par les fractures en cours d'utilisation. Ces caractéristiques sont dues à l'orientation cristallographique originale de l'objet, comme décrit dans la suite.

La fig. 2a représente un cristal d'alumine a, par exemple de saphir, en perspective, et elle indique diverses faces et axes du cristal ayant les désignations classiques (comme décrit aussi dans l'article «Acta Metallurgica», vol. 5, 1957, de M.L. Kronberg). La fig. 2b est une vue en plan du cristal de la fig. 2a. On note, sur la fig. 2b, que les faces 20, 20',... des plans m (une seule est représentée sur la fig. 2a pour raison de clarté) ont une configuration hexagonale autour de l'axe C du cristal. Ainsi, on peut former à partir d'un tel cristal un prisme équilatéral 22 ayant des faces planes, par exemple 20, 24, 26, qui sont alignées sur un plan m du cristal, l'axe longitudinal et les bords étant parallèles à l'axe C du cristal, comme indiqué sur la fig. 2C.

On peut facilement obtenir cette configuration à partir d'un barreau d'alumine a-monocristalline, indiqué par la référence 30 sur la fig. 3, l'axe longitudinal 32 du barreau étant parallèle à l'axe C 34 de l'alumine a-monocristalline. Par exemple, le barreau peut être découpé au cours d'une opération de routine dans une boule 35 formée par croissance suivant le procédé de Czochralski décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3715194. L'orientation des plans m du barreau est identifiée par les techniques classiques de radiographie et le barreau 30 est monté à l'aide de cire 33 sur une plaque 40 de rectification Mee-hanite, comme indiqué sur la fig. 4a, avec un plan m disposé comme représenté. La partie supérieure du barreau est alors rectifiée, par exemple avec une rectifieuse ayant une meule dia-mantée, afin qu'une surface plane 42 soit formée, comme indiqué sur la fig. 4b. La surface plane 42 est ainsi alignée sur un plan m du barreau 30. Ce dernier est ensuite retiré de la plaque 40 et il est tourné de 60° par disposition dans la plaque 40, comme repré5

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senté sur la fig. 4c. La nouvelle face supérieure du barreau 30 est alors rectifiée comme précédemment et forme une surface plane 46 qui, étant donné la symétrie hexagonale des plans m, est alignée sur un plan m du barreau 30. Celui-ci peut ensuite être tourné de 60°, comme indiqué sur la fig. 4d et peut subir une rectification comme indiqué précédemment, afin qu'il possède une surface plane 48 qui est aussi alignée sur un plan m du barreau 30. Le prisme résultant est du type représenté sur la fig. 1 et a des bords parallèles à l'axe C et des surfaces planes alignées sur les plans m. Cette orientation originale permet la formation de bords d'usure de qualité élevée sans fracture, par mise en œuvre des procédés classiques de rectification mécanique, et les bords obtenus résistent à la fracture lors de l'utilisation sous forme de dispositifs de raclage et analogues, par exemple de couteaux pour le support de fléaux, et de prismes à réflexion totale.

On pense que ces avantages sont dus à l'emplacement symétrique obtenu dans l'objet selon l'invention pour les plans m [lTOO], r[lT02], s[10Tl] et d[1014], lors de l'utilisation d'un rapport des axes C/A de 2,73. (Les indices sont déterminés d'après la maille élémentaire.) On a suggéré que les plans précités avaient tendance à provoquer plus facilement la fracture que d'autres dans le saphir monocristallin («Journal of the American Ceramic Society», vol. 52, N° 9, septembre 1969, «Fracture of Sapphire» de S. M. Wiederhorn). Dans l'objet selon l'invention, les plans précités sont disposés symétriquement, avec leurs axes disposés dans un plan normal aux surfaces planes des prismes de l'objet, comme indiqué sur la fig. 5. On constate que cette configuration est primordiale pour que la fracture des bords soit minimale au cours de la fabrication et de l'utilisation. Des objets ayant la même configuration de prisme, mais ayant une orientation quelconque, présentent régulièrement une fracture des bords lors de la rectification et en cours d'utilisation.

Un avantage particulier de l'objet est que les vitesses de rectification et de polissage sont pratiquement les mêmes et sont prévisibles raisonnablement pour toutes les faces du même prisme et pour des prismes différents puisque les faces sont toutes alignées sur des plans m. En outre, la dureté et d'autres propriétés mécaniques sont pratiquement les mêmes sur toutes les faces, pour la même raison.

On considère maintenant un exemple donné à titre purement illustratif.

On prépare une boule monocristalline de saphir par mise en œuvre du procédé de Czochralski ayant une orientation cristallo-graphique connue comme étant une orientation à 90°, dans laquelle l'axe C du cristal fait un angle de 90° avec l'axe longitudinal de la boule. On utilise une mèche diamantée creuse montée sur la broche d'une fraiseuse avec une circulation coaxiale d'eau de refroidissement pour la formation de barreaux de saphir ayant un diamètre nominal de 7,92 mm et des longueurs d'environ 50,8 mm, à partir d'une boule disposée, comme indiqué par radiographie, afin que les barreaux aient leur axe longitudinal

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parallèle à l'axe C, à 1D près. Un diffractomètre de rayons X permet l'orientation des barreaux individuels suivant un plan m, les barreaux étant marqués au crayon avec une précision inférieure à 2°. On place alors les barreaux ainsi marqués, comme représenté sur la fig. 4a, sur une plaque de rectification afin que le plan m soit parallèle à la surface de la plaque. On fixe les barreaux avec de la cire, et on rectifie une surface plane d'environ 5,59 mm de largeur sur le groupe de barreaux avec circulation d'eau de refroidissement et avec une meule diamantée à grains compris entre 67 et 82 |i.

On dispose la plaque ayant les barreaux dans une rôdeuse et la surface rectifiée plate de chaque barreau est polie avec de la poudre abrasive diamantée de 5 |x dans un véhicule huileux donnant une finition de surface d'environ 0,025 CLA après retrait d'environ 0,15 mm de saphir de la surface rectifiée. Les barreaux sont ensuite retirés de la plaque, sciés et rectifiés afin que leur longueur soit de 19,05 ±0,005 mm. On les monte alors à nouveau sur le dispositif de rectification et de polissage, comprenant plusieurs gorges en V de précision à 60°, disposées radialement (avec un dégagement convenable au sommet des gorges), du type représenté sur les fig. 4a à 4c. L'emplacement de la partie dégagée est indiqué sur les figures. La face polie est utilisée comme face de référence pour le montage sur la plaque. Celle-ci, qui porte les barreaux, est alors remise sur la rectifieuse et une seconde face d'environ 5,1 mm de largeur est formée sur la rectifieuse. La plaque est alors remise en position sur la machine de polissage, et la seconde face est polie par retrait de 0,15 mm de matière de la surface rectifiée. Au raccord de la première surface polie et de la seconde, il se forme un bord net sans éclat. On retire alors l'élément partiellement formé, ayant la configuration d'un prisme, du dispositif de polissage et de rectification et on le replace dans la position indiquée sur la fig. 4d. On remet alors la plaque portant les barreaux sur la machine de rectification, comme indiqué sur la fig. 4d et une rectification finale, réalisée avec une très faible avance (2,5 n par passe), est utilisée pour la formation de la face finale du prisme sans détérioration au raccord de la face rectifiée et des deux faces polies. La plaque est alors retirée de la rectifieuse et remise sur la polisseuse. La face finale du prisme est formée par retrait d'environ 0,15 mm, afin que le prisme ait la configuration géométrique finale telle que les faces latérales ont une largeur d'environ 4,83 mm. Les bords formés dans cette opération sont aussi nets et dépourvus d'éclats.

Bien qu'on ait décrit précédemment des objets ayant un angle inclus à 60° entre les surfaces formées par des plans m, un objet ayant un angle inclus de 120° entre les surfaces des plans m peut aussi être réalisé selon l'invention. Un tel objet peut être obtenu sous forme de l'élément indiqué par la référence 28 sur la fig. 2b.

L'expression alumine a utilisée dans le présent mémoire désigne le saphir et le rubis, par exemple l'alumine oe contenant 0,01 à 1,0% en poids d'oxyde de chrome environ.

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3 feuilles dessins

Claims (3)

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1. Objet destiné à offrir un bord d'usure, notamment pour le nettoyage d'une bande magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps d'alumine a-monocristalline ayant un bord d'usure pratiquement parallèle à l'axe C du corps d'alumine a-monocristalline et ayant des surfaces planes se recoupant au bord d'usure, chacune des surfaces planes étant alignée sur un plan m du corps d'alumine a-monocristalline.

2. Objet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il forme un prisme équilatéral ayant trois bords d'usure sensiblement parallèles à l'axe C et trois surfaces planes, ces surfaces planes étant alignées chacune sur un plan m du corps d'alumine a-monocristalline.

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REVENDICATIONS

3. Procédé de réalisation de l'objet destiné à offrir un bord d'usure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le montage d'un barreau d'alumine a-monocristalline dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe C de l'alumine a-monocristalline sur une plaque de rectification, en direction longitudinale, la rectification d'une première partie longitudinale du barreau, afin qu'elle forme une première surface plane qui est parallèle à un plan m du barreau, et la rectification d'une seconde partie longitudinale du barreau suivant une seconde surface plane qui recoupe la première avec un angle de 60°.