CH674556A5 - Paire d'elements d'etancheite. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION La présente invention conceme des éléments d'étanchéité où l'étanchéité est assurée par un finissage précis des éléments d'étanchéité. Ces éléments d'étanchéité sont mobiles et en contact mutuel direct, sans joint souple interposé. Les plaquettes en matériau dur utilisées pour régler le débit de fluide dans les robinets sont habituellement faites en oxyde ou en silicates d'aluminium frittés et elles sont soumises à une opération de finissage jusqu'à réfléchir la lumière, leur rugosité étant à ce moment de 0,2 à 0,4 micromètres. Ce traitement de surface précis permet d'employer ces plaquettes pour régler efficacement le débit de l'eau. En outre, du fait de leur dureté qui est de l'ordre de 23 000 N/mm, elles ont une grande durabilité et elles peuvent résister à des matériaux étrangers, même lorsqu'ils sont durs comme par exemple les grains de sable qui viennent en contact avec elles sans les endommager. Cependant, du fait de leur usinage très précis et de l'absence de lubrification, ces plaquettes ont tendance à coller ensemble, provoquant ainsi une augmentation importante de leur friction en glissement - qui est supérieure à celle normalement prévisible d'après le coefficient de friction de ce matériau, déjà élevé (environ 0,12). Pour assurer un fonctionnement sans à-coups des robinets ayant de telles plaquettes en matériau dur, celles-ci sont enduites d'une fine couche de graisse de silicone qui réduit la friction en glissement. Cependant, avec le temps et le frottement mutuel des plaquettes, cette graisse est graduellement expulsée et la friction augmente jusqu'à atteindre des valeurs inacceptables. Dans des cas extrêmes, le robinet peut se bloquer. Des tentatives ont été faites pour réaliser ces plaquettes en matériau dur en utilisant du carbure de tungstène, mais les coûts de production et de traitement ce sont avérés prohibitifs. On a également proposé de fabriquer les paires de plaquettes pour les robinets en un matériau constitué de carbure de silicium (SiC), le même matériau servant à réaliser les deux petites plaques. Le carbure de silicium est connu sous différentes formes cristallines, il a une dureté située entre 28 000 et 35 000 N/mm et un coefficient de friction proche de 0,05, qui est donc meilleur que celui des matériaux normalement utilisés pour cette application. D'autre part, ce matériau diminue la tendance à l'adhésion entre des surfaces à finissage poussé, si bien qu'au début, on a une réduction dans certaines limites de la friction entre les plaques de réglage du débit qui coopèrent dans le robinet. Cependant, il a été trouvé qu'en usage prolongé, la friction entre les plaquettes faites en carbure de silicium avec de telles caractéristiques augmentait considérablementjusqu'à atteindre des valeurs inacceptables. On a également proposé de réaliser une paire de plaquettes pour le réglage du fluide dans un robinet en un matériau dur ayant diverses caractéristiques, mais où au moins une des plaquettes est faite en carbure de silicium (SiC). Les deux plaquettes peuvent différer quant à leur degré de dureté et/ou le fini de leur surface. Avec ce procédé, on peut obtenir une réduction considérable dans la friction entre les plaquettes de matériau dur. Enfin, on a proposé de réaliser une paire d'éléments d'étanchéité où les deux éléments sont faits en un matériau au moins modérément dur d'un type susceptible de subir un finissage précis, où au moins un des éléments est couvert d'une fine couche de matériau d'une dureté plus élevée déposée en phase gazeuse par un procédé physique ou chimique et où les surfaces des deux éléments qui coopèrent sont de nature différente et ont un fini différent. Cependant il a également été trouvé que, lorsque les éléments d'étanchéité étaient exposés pendant un certain temps à la chaleur, leur coefficient de friction augmentait d'une manière importantejusqu'à atteindre des valeurs de friction lors de la séparation initiale qui étaient inacceptables. Des exigences similaires à celles mentionnées pour les plaquettes de réglage du débit des robinets peuvent également se rencontrer avec d'autres éléments d'étanchéité faits en matériau dur et glissant par contact mutuel direct. La présente invention surmonte les désavantages des éléments d'étanchéité antérieurs connus du type utilisé dans les robinets, grâce à la mise au point d'un moyen qui empêche une augmentation du coefficient de friction entre les éléments d'étanchéité, même après leur exposition prolongée à la chaleur. Les éléments d'étanchéité coopérants de la présente invention comprennent un élément d'étanchéité fait en carbure de silicium, I'autre élément d'étanchéité étant fait en un matériau de base modérément dur portant en revêtement une couche d'un matériau plus dur appliquée de préférence par déposition en phase gazeuse par un procédé physique ou chimique. Le premier élément d'étanchéité en carbure de silicium peut être fabriqué par un procédé de frittage, un procédé d'infiltration et/ou un procédé par réaction chimique. Un procédé particulièrement avantageux pour la fabrication du premier élément est le procédé Lagan, où l'élément en carbure de silicium est obtenu en soumettant une forme semi-finie en matériau carboné à une siliconisation à une température élevée. On peut fabriquer des plaquettes de dimensions précises bon marché, car la forme carbonée semi-finie peut facilement être travaillée et la siliconisation ne déforme ni ne modifie l'élément. Plusieurs matériaux à haute dureté peuvent être utilisés pour réaliser le second élément d'étanchéité, en particulier le carbure de silicium, les carbures métalliques et les nitrures, ainsi que le carbone à réseau cristallin cubique. Divers procédés physiques et chimiques de déposition en phase gazeuse connus permettant de réaliser un dépôt peuvent s'adapter au carbure de silicium et aux autres matériaux. Le second élément d'étanchéité est donc réalisé d'une manière économique avec des dimensions précises à partir d'un matériau modérément dur portant un revêtement en un matériau de dureté plus élevée appliqué par déposition en phase gazeuse par procédé physique ou chimique. Bien qu'un finissage précis et fin des éléments d'étanchéité soit nécessaire pour assurer l'étanchéité des robinets, il a été trouvé que le second élément d'étanchéité n'a pas besoin d'être aussi résistant à l'érosion et à l'usure. Dans le second élément d'étanchéité qui porte un revêtement appliqué par déposition en un matériau plus dur, le matériau qui en forme le corps ne constitue qu'un support, alors que l'aptitude à assurer l'étanchéité est assurée par le matériau de revêtement plus dur. Dans ces conditions, le second élément d'étanchéité peut être fait en un matériau qui, tout en pouvant supporter le finissage requis et conserver sa forme pendant l'utilisation, serait inacceptable tout seul en tant qu'élément d'étanchéité. Parmi les exemples de tels matériaux, on peut citer la stéatite, les matériaux céramiques de qualité moyenne, les métaux et certains matériaux synthétiques. La seconde plaque, qui reçoit le dépôt de matériau à haute dureté, peut être polie ou subir une opération de finissage avant l'application de la couche de revêtement. ll convient donc de choisir un matériau de base qui soit suffisamment dur pour supporter l'opération de finissage, mais pas au point de rendre cette opération difficile, coûteuse, ou nécessitant un équipement et des technologies spéciaux. Couvrir les éléments d'étanchéité avec carbure de silicium a l'avantage de donner une stabilité chimique de ce composé, ainsi que l'aptitude de résister à la corrosion et à l'usure provoquées par l'eau. Le carbure de silicium présente également des caractéristiques exceptionnelles de résistance à l'oxydation. Des caractéristiques similaires peuvent être apportées par d'autres matériaux, tels que le carbure de titane et le carbone à réseau cristallin cubique. Ce dernier matériau, qui ne convient pas à la fabrication du corps de l'élément d'étanchéité, est avantageux à cause de son coefficient de friction bas (env. 0,02). L'invention permet un mouvement aisé et sans à-coups d'un appareil utilisant de tels éléments d'étanchéité sans qu'il faille de lubrifiants. Ce fonctionnement sans à-coups est assuré pendant une très longue période de temps et il n'est pas affecté par des températures élevées. En outre, le coût de la fabrication des élé- ments d'étanchéité décrits ici est équivalent à celui des autres procédés connus. Cette invention est particulièrement utile dans les robinets du type ayant une paire de plaquettes d'étanchéité coopérant ensemble, du type ayant trois disques coopérant ensemble, ou du type ayant un seule plaque coopérant avec des éléments d'étanchéité cylindriques. Cependant, I'utilisation de la présente invention ne se limite pas aux robinets, mais elle peut également être mise en oeuvre sur des valves industrielles, par exemple les valves à plaquettes utilisées dans les pompes à injection de carburant des moteurs diesel. La description qui précède a été donnée uniquement pour expliquer d'une manière claire l'invention, et aucune limitation non nécessaire ne saurait en être déduite, car certaines modifications sont évidentes à l'homme de l'art.
Claims (7)
- REVENDICATIONS 1. Paire d'éléments d'étanchéité destinés à régler le débit de fluide dans une vanne, caractérisée en ce que le premier élément d'étanchéité est fait en un matériau de carbure de silicium et que le second élément d'étanchéité a une base faite en un matériau modérément dur avec une couche de revêtement d'un matériau plus dur que le matériau de base.
- 2. Paire d'éléments d'étanchéité selon la revendication 1, où la base du second matériau d'étanchéité est faite en un matériau modérément dur choisi dans le groupe comprenant la stéatite, un matériau céramique, un métal etun matériau synthétique.
- 3. Paire d'éléments d'étanchéité selon la revendication 2, où le matériau de revêtement du second élément d'étanchéité est choisi dans le groupe comprenant le carbure de silicium, les carbures métalliques, les nitrures métalliques et le carbone à réseau cristallin cubique.
- 4. Procédé de fabrication d'une paire d'éléments d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par l'obtention de la couche de revêtement grâce à une déposition de vapeur.
- 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier élément d'étanchéité est fait par siliconisation à haute température d'une forme semi-finie faite d'un matériau carboné.
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier élément d'étanchéité est fait en utilisant le procédé Lagan.
- 7. Utilisation d'une paire d'éléments d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le second éléments d'étanchéité sont utilisés pour coopérer dans un robinet dans le but de régler le débit de l'eau d'un robinet, la couper et régler son mélange.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |