CH708177B1 - Composant d'habillage horloger fabriqué dans un matériau composite à matrice métallique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un composant d’habillage horloger comprenant un matériau composite à matrice métallique caractérisé en ce qu’il comprend une matrice en titane ou alliage de titane et des fibres composites (1), chaque fibre comprenant une fibre de carbure de silicium enduite de titane ou de l’alliage de titane. Un procédé de fabrication dudit composant est également décrit. Le matériau composite à matrice métallique permet de tirer parti de l’excellente rigidité et résistance en traction des fibres de carbure de silicium tout en conservant la ductilité et l’usinabilité du métal de base. Il est ainsi possible de diminuer l’épaisseur du composant tout en conservant une bonne résistance mécanique ou encore d’augmenter les caractéristiques mécaniques à épaisseurs égales.

Description

Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne l’utilisation d’un matériau composite à matrice métallique, notamment une pièce d’horlogerie en matériau composite à matrice métallique.

Etat de la technique [0002] Dans la plupart des montres bracelets connues actuellement, on trouve un organe appelé le boîtier, qui cumule les deux fonctions consistant à maintenir le mouvement enferme dans un espace clos, en général étanche, et a le relier au bracelet afin de permettre de porter la montre aisément au poignet. Il peut être avantageux que la carrure et/ou le fond du boîtier de la montre soit mince et léger.

[0003] Dans le brevet EP 0 691 595, une montre-bracelet ultra-mince est obtenue par l’utilisation d’un fond-carrure et une glace, les deux étant réalisés en matière plastique. Une armature métallique de renforcement est ajoutée au fond-carrure et sert en outre de platine sur laquelle est fixée au moins un tenon central autour duquel pivote une chaussée portant l’aiguille des minutes.

[0004] Dans le document US 4 967 402, un boîtier de montre très plat et léger est réalisé à l’aide d’une pièce extérieure mince, en métal précieux et ne supportant pas de contrainte importante, et une pièce intérieure rigide en métal ou plastique et qui a pour fonction de supporter les parties structurelles de la montre.

[0005] Le document JP 57 112 930 décrit un boîtier mince formé d’une partie extérieure en métal précieux par emboutissage.

[0006] Enfin, le brevet GB 166 824 divulgue un boîtier de faible épaisseur dont la rigidité est assurée au moyen de rainures formées à même le boîtier.

Bref résumé de l’invention [0007] Un but de la présente invention est de proposer un composant d’habillage horloger exempt des limitations des documents connus de l’état de la technique.

[0008] Un autre but de l’invention est de proposer un composant d’habillage horloger ayant une faible épaisseur tout en ayant une bonne résistance mécanique.

[0009] Selon l’invention, ces buts sont atteints au moyen d’un composant d’habillage horloger comprenant les caractéristiques de la revendication 1, des modes de réalisation particuliers étant en outre indiqués dans les revendications dépendantes.

[0010] En particulier, ces buts sont atteints au moyen d’un composant d’habillage horloger comprenant un matériau composite à matrice métallique, le matériau composite comprenant une matrice en titane ou alliage de titane et des fibres composites, chaque fibre comprenant une fibre de carbure de silicium enduite de titane ou de l’alliage de titane.

[0011] L’invention concerne également un procédé de fabrication du composant en matériau composite à matrice métallique.

[0012] Le matériau composite à matrice métallique permet de tirer parti de l’excellente rigidité et résistance en traction des fibres de carbure de silicium tout en conservant la ductilité et l’usinabilité du métal de base.

[0013] Il est possible de diminuer l’épaisseur du composant tout en conservant une bonne résistance mécanique ou encore d’augmenter les caractéristiques mécaniques à épaisseurs égales.

Brève description des figures [0014] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: la fig. 1 illustre une méthode d’enduction à grande vitesse d’un alliage de titane sur une fibre de sorte à fabriquer une fibre composite; la fig. 2 montre une nappe de fibres composites découpée (fig. 2a) ainsi qu’un détail de la nappe (fig. 2b), selon un mode de réalisation; la fig. 3 montre une vue en éclaté d’un moule de compactage, selon un mode de réalisation; la fig. 4 montre une vue en coupe du moule de compactage, selon un mode de réalisation; la fig. 5 illustre le moule de compactage soudé, selon un mode de réalisation; la fig. 6 représente une vue en coupe du moule de compactage selon la direction A-A' de la fig. 5 selon un mode de réalisation; et la fig. 7 illustre une pièce constituant un exemple de réalisation d’un composant d’habillage selon l’invention. Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0015] La fig. 1 illustre une méthode d’enduction d’un l’alliage de titane sur une fibre 1 de carbure de silicium SiC de manière à obtenir un matériau composite à matrice métallique pour la fabrication d’un composant d’habillage horloger selon l’invention. Ce matériau composite à matrice métallique comprend un entremêlement de fibres de carbure de silicium liées dans une matrice d’un métal ou d’un alliage métallique. Selon l’invention, la matrice comprend le titane et/ou un alliage de titane. Une matrice comprenant le titane et/ou un alliage de titane a l’avantage de rendre le matériau composite suffisamment léger pour s’assurer une certaine rentabilité technologique (et économique).

[0016] Avantageusement, ce matériau composite à matrice métallique a une plus grande résistance que la seule matrice en métal ou alliage et est plus léger.

[0017] La fabrication de ce composite est relativement complexe dans la mesure où l’on doit assurer une bonne cohésion matrice/renfort et avoir simultanément une fabrication avec la matrice en phase liquide ou semi-solide pour assurer une fluidité suffisante pendant l’infiltration, ainsi qu’une température de fusion de la matrice peu élevée pour ne pas détériorer les renforts et éviter toute réaction entre la matrice et les renforts.

[0018] Selon la méthode d’enduction à grande vitesse exemplaire de la fig. 1, la fibre céramique 1 est entraînée à une vitesse de plusieurs mètres par seconde à travers un bain liquide d’alliage de titane 2 en lévitation électromagnétique. La lévitation évite tout contact avec le moule 3 et permet de conserver la pureté de l’alliage et ainsi de préserver les caractéristiques mécaniques. L’enduction de l’alliage de titane sur la fibre en carbure de silicium peut cependant être effectuée de diverses manières, par exemple, par dépôt de métal en phase vapeur sous un champ électrique, par électrophorèse à partir de poudre métallique ou encore par enduction de fibres au trempé dans un bain de métal liquide.

[0019] Dans une variante non illustrée, un fil très fin de carbone ou de tungstène peut s’étendre au centre de la fibre, le long de son axe. Ce fil de carbone est enrobé de carbure de silicium, tandis qu’une fine couche de carbone est prévue à l’interface entre la fibre et le métal, pour assurer une fonction de barrière de diffusion et de tampon lors de la relaxation thermique différentielle qui intervient au moment du refroidissement du métal liquide déposé sur la fibre.

[0020] Une nappe 4 de fibres composites 1 (voir fig. 2) est ensuite formée, par exemple à l’aide d’une opération d’ourdissage. Dans un mode de réalisation non illustré, une pluralité de bobines, chacune pouvant supporter un faisceau de fibres composites, sont dévidées en direction d’un module d’ourdissage, comparable à un module d’ourdissage utilisé dans le domaine du tissage, de façon à former une nappe de fibres composites. Le module d’ourdissage peut comprendre des moyens de guidage permettant de disposer les fibres composites, tendues, parallèlement les unes aux autres, en une couche dans un même plan, sans chevauchement entre elles, en contact les unes avec les autres; l’objectif étant de constituer une nappe plane 4 de fibres composites 1 parallèles en contact les unes avec les autres.

[0021] La configuration des fibres composites 1 dans la matrice peut être arrangée de façon à obtenir des caractéristiques structurelles et/ou esthétiques recherchées pour le composant d’habillage horloger. Par exemple, les fibres composites peuvent être arrangées de façon unidirectionnelle ou multidirectionnelle dans la matrice suivant le sens d’application des efforts.

[0022] La formation de la nappe 4 des fibres composites 1 peut être suivie par la réalisation de points de soudure afin d’assurer une solidarisation des fibres composites entre elles, en vue de constituer une nappe liée. Les points de soudure peuvent être réalisés à l’aide de soudage par laser, par exemple, avec un laser de type YAG (Yttrium Aluminium Garnet) dopé au néodyme (Nd), de préférence dans une atmosphère neutre, par exemple dans une atmosphère d’argon.

[0023] Selon un mode de réalisation, la nappe de fibres composites 4 est ensuite découpée selon une forme géométrique donnée (rond, carré, etc.). La fig. 2 montre une telle nappe 4 découpée en carré (fig. 2a) ainsi qu’un détail d’une telle nappe 4 (fig. 2b).

[0024] Encore selon un mode de réalisation, la nappe découpée 4 est disposée dans un réceptacle 5 d’un moule de compactage 12 afin de compacter la nappe 4. Le moule de compactage 12 et la nappe 4 sont représentés à titre illustratif à la fig. 3, selon une vue en éclaté, et à la fig. 4, selon une vue en coupe. Le réceptacle 5 comporte une cavité 6 prévue pour recevoir la nappe de fibres composites 4 découpée. De préférence, la cavité 6 est conforme avec la forme géométrique de la nappe découpée 4. On rapporte alors un couvercle 7 sur le réceptacle 5, le couvercle 7 venant en appui sur la nappe 4 lorsque celui-ci est fermé sur le réceptacle 5. Avantageusement, le couvercle 7 peut comprendre une saillie 8 conforme avec la forme de la cavité 6 et destinée à venir presser contre la nappe 4 contenue dans la cavité 6 lorsque le couvercle 7 est fermé sur le réceptacle 5. L’ensemble réceptacle 5 et couvercle 7 formant le moule de compactage 12 est alors soudé, de préférence par soudage par faisceaux d’électrons sous vide, puis compacté de façon isostatique à chaud. De façon avantageuse, le réceptacle 5 comprend une rainure 10 permettant au vide de se propager jusque dans la cavité 6. Le cordon de soudure 13 crée l’étanchéité nécessaire pour conserver la dépression (vide) dans la cavité 6. La fig. 5

Claims (12)

1. illustre le moule de compactage 12 avec son cordon de soudure 13. Le réceptacle 5, et possiblement le couvercle 7, sont de préférence dans le même métal que l’enrobage des fibres enduites, ici en titane et/ou alliage de titane. [0025] La nappe 4 comprise dans le moule de compactage 12 soudé est alors compactée par pressage. Dans une variante, le compactage est réalisé à haute pression, par exemple à 1000 bars, et à haute température, par exemple à 1000 °C. Le compactage induit la formation d’une pièce semi-finie 11 en matériau composite avec une matrice métallique au sein de laquelle s’étendent des fibres céramiques 1. En particulier, il s’agit d’un matériau composite avec une matrice métallique à renforts discontinus. La fig. 6 représente une vue en coupe selon l’axe A-A' du moule de compactage de la fig. 5 et montrant la pièce semi-finie 11 entre le réceptacle 5 et le couvercle 7. [0026] Il est alors possible d’usiner la pièce semi-finie 11 de manière à obtenir la pièce finale en matériau composite à matrice métallique. Par exemple, la pièce semi-finie 11 peut être usinée de sorte à obtenir une pièce d’horlogerie, telle qu’un composant d’habillage horloger, notamment une carrure, une lunette ou un fond. L’usinage de la forme finale du composant final peut être réalisé en localisant la nappe de fibres au niveau de la zone à renforcer. L’exemple de la fig. 7 illustre une partie d’un boîtier 14 de montre comprenant un fond 15 et une carrure 16. Dans cet exemple particulier, la pièce semi-finie 11 obtenue par le procédé de fabrication décrit ci-dessus est disposée au niveau du fond 15 du boîtier 14. [0027] La pièce semi-finie 11 peut être en fait la pièce finale, par exemple, dans le cas où la cavité 6 et le couvercle 7 avec la saillie 8 servent de moule donnant à la pièce sa forme souhaitée. Dans ce cas, le procédé de fabrication de la pièce finale correspond à un procédé de moulage à moule fermé. [0028] Un tel composant d’habillage horloger fabriqué dans le matériau composite à matrice métallique peut avoir un ratio résistance-poids jusqu’à 50% supérieur au ratio obtenu pour la pièce réalisé dans un matériau métallique monolithique. Les propriétés obtenues pour le matériau composite à matrice métallique sont même supérieures à celles des pièces réalisées en superalliages. Le composant en matériau composite à matrice métallique pourra donc avoir une structure plus légère et être plus mince que le même composant en métal monolithique, pour obtenir le même degré de résistance. Avantageusement, dans le cas particulier d’un fond de montre, ce dernier pourra être avantageusement relativement très mince pour une résistance mécanique donnée. Numéros de référence employés sur les figures [0029] 1 fibre céramique 2 bain liquide d’alliage de titane 3 moule 4 nappe de fibres composites 5 réceptacle 6 cavité 7 couvercle 8 saillie 9 entretoise 10 rainure 11 pièce semi-finie 12 moule de compactage 13 cordon de soudure 14 boîtier de montre 15 fond du boîtier 16 carrure Revendications

   1. Composant d’habillage horloger comprenant un matériau composite à matrice métallique caractérisé en ce que le matériau composite à matrice métallique comprend une matrice en titane ou alliage de titane et des fibres composites (1), chaque fibre comprenant une fibre de carbure de silicium enduite de titane ou de l’alliage de titane.
2. 2. Composant selon la revendication 1, dans lequel les fibres composites (1) sont entremêlées de façon à former une nappe (4).
3. 3. Composant selon la revendication 2, dans lequel les fibres composites (1) sont arrangées de façon unidirectionnelle ou multidirectionnelle dans la nappe (4).
4. 4. Composant selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la nappe de fibres composites (1) comprend des points de soudure afin d’assurer une solidarisation des fibres entre elles et de constituer une nappe (4) liée.
5. 5. Composant selon l’une des revendications de 1 à 4, comprenant une partie extérieure du boîtier d’une montre (14).
6. 6. Composant selon la revendication 5, dans lequel ladite partie extérieure comprend un fond de montre (15).
7. 7. Procédé de fabrication du composant selon l’une des revendications de 1 à 6 en matériau composite à matrice métallique, comprenant les étapes suivantes: fournir des fibres en carbure de silicium; enduire lesdites fibres de carbure de silicium d’une couche de titane ou d’un alliage de titane de façon à obtenir des fibres composites (1), ladite enduction étant réalisée par une méthode d’enduction à grande vitesse, par dépôt de métal en phase vapeur sous un champ électrique, par électrophorèse à partir de poudre métallique ou encore par enduction de fibres au trempé dans un bain de métal liquide; agencer les fibres composites (1) de manière à former une nappe (4); compacter la nappe (4) de façon isostatique à chaud de façon à obtenir le composant en matériau composite à matrice métallique.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape consistant à compacter la nappe (4) comprend les sous-étapes suivantes: - disposer ladite nappe (4) dans une cavité (6) d’un réceptacle (5) arrangé pour recevoir un couvercle (7); et - rapporter le couvercle (7) sur le réceptacle (5) de façon à ce qu’une saillie (8) du couvercle (7) vienne en appui sur la nappe (4).
9. 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre une sous-étape consistant à souder l’ensemble réceptacle (5) et le couvercle (7).
10. 10. Procédé selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel ladite étape consistant à compacter est réalisée à une pression d’environ 1000 bars et une température d’environ 1000 °C.
11. 11. Procédé selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel ladite étape consistant à compacter est réalisée sous vide.
12. 12. Procédé selon l’une des revendications 7 à 10, comportant en outre l’étape suivante: usiner le composant de manière à obtenir la pièce finale en matériau composite à matrice métallique.