CH712838A2 - Process for obtaining a carbo-nitrided zirconia article - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d’obtention d’un article (1) fini ou semi-fini à base de zircone, la surface de l’article (2) ayant un aspect extérieur métallique et une conductivité électrique non-nulle, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à: se munir d’au moins un article en zircone préalablement conformé dans sa forme finie ou semi-finie; disposer ledit article dans une enceinte dans laquelle un mélange de gaz à base d’hydrogène, de carbone et d’azote est chauffé; chauffer ledit article et le mélange de gaz à l’aide d’éléments résistifs en métal réfractaire parcourus d’un courant électrique ou à l’aide d’un plasma jusqu’à obtenir une dissociation des molécules des gaz à base d’hydrogène, de carbone et d’azote ainsi qu’une élévation de la température dudit article; et maintenir ledit article dans l’atmosphère réactive ainsi créée pour avoir une diffusion des atomes de carbone et d’azote dans la surface extérieure dudit article. Le traitement résulte en une couleur de la surface de la pièce allant du platine à l’or, en passant par le bronze et l’or rose, en fonction des concentrations relatives de carbone et d’azote dans le mélange gazeux injecté dans l’enceinte pendant le procédé.The present invention relates to a process for obtaining a finished or semi-finished article (1) based on zirconia, the surface of the article (2) having a metallic external appearance and a non-zero electrical conductivity, characterized in that it comprises the steps of: providing at least one zirconia article previously shaped in its finished or semi-finished form; disposing said article in an enclosure in which a mixture of gas based on hydrogen, carbon and nitrogen is heated; heating said article and the gas mixture by means of refractory metal resistive elements traversed by an electric current or with the aid of a plasma until a dissociation of the molecules of the hydrogen-based gases is obtained, carbon and nitrogen and an increase in the temperature of said article; and maintaining said article in the reactive atmosphere thus created to have a diffusion of carbon and nitrogen atoms in the outer surface of said article. The treatment results in a color of the surface of the piece going from the platinum to the gold, while passing by the bronze and the pink gold, according to the relative concentrations of carbon and nitrogen in the gaseous mixture injected into the pregnant during the process.
Description
Description [0001] La présente invention concerne un article à base de zircone, notamment frittée, et en particulier un tel article dont la structure chimique est transformée sur une partie de son épaisseur pour conférer à cet article une surface extérieure ayant un aspect métallique ainsi qu’une conductivité électrique non-nulle. L’invention concerne également une utilisation d’un tel article comme élément d’habillage d’un article tel qu’une montre-bracelet, un bijou ou tout autre article de l’industrie du luxe pouvant faire appel à ce genre de produit, en particulier pour réaliser des éléments de construction de boîtes de montre ou de bracelets. La présente invention concerne enfin un procédé d’obtention d’un tel article.Description: [0001] The present invention relates to an article based on zirconia, in particular sintered, and in particular such an article whose chemical structure is transformed over part of its thickness to give this article an outer surface having a metallic appearance as well as a non-zero electrical conductivity. The invention also relates to a use of such an article as an element of clothing of an article such as a wristwatch, a jewel or any other item of the luxury industry that can use this kind of product, in particular for producing construction elements of watch cases or bracelets. The present invention finally relates to a method for obtaining such an article.
ART ANTÉRIEURPRIOR ART
[0002] Parmi tous les matériaux connus, les métaux sont très largement utilisés à cause de certaines propriétés très intéressantes: grande résistance mécanique, ténacité élevée, conductivité électrique, etc. En outre, leur éclat caractéristique est très recherché pour les applications décoratives. Leur dureté est toutefois inférieure à celle des céramiques, ce qui peut conduire à une usure et une corrosion importantes dans de nombreuses conditions d’utilisation courantes, par exemple, lorsque ces matériaux sont utilisés pour réaliser des pièces d’habillage d’horlogerie comme des boîtes de montre ou des bracelets.Among all the known materials, metals are very widely used because of some very interesting properties: high mechanical strength, high tenacity, electrical conductivity, etc. In addition, their characteristic luster is highly sought after for decorative applications. Their hardness is however lower than that of ceramics, which can lead to significant wear and corrosion in many common conditions of use, for example, when these materials are used to make watchmaking pieces such as watch boxes or bracelets.
[0003] Il est connu des procédés de mise en forme et de polissage de céramiques afin d’obtenir des pièces d’habillage dont la dureté ainsi que la résistance à l’usure et à la corrosion sont largement supérieures à celles des métaux.It is known processes for shaping and polishing ceramics to obtain trim parts whose hardness and resistance to wear and corrosion are much higher than those of metals.
[0004] Il est connu un procédé pour modifier une telle pièce en céramique à base de zircone (Zr02) dans le but de lui conférer des propriétés métalliques dont une couleur grise et une brillance proches de celles du platine ainsi qu’une conductivité de surface non-nulle, tout en conservant sa dureté et sa résistance à l’usure et à la corrosion supérieures à celles des métaux. Ce procédé permet l’obtention d’un article en zircone fini ou semi-fini ayant un cœur en ZrC^ partiellement réduite et un aspect extérieur métallique. Il comprend les étapes consistant à: - se munir d’au moins un article en zircone préalablement conformé dans sa forme finie ou semi-finie: - disposer ledit article dans une enceinte dans laquelle on crée un plasma obtenu à partir d’un mélange d’hydrogène, d’un gaz neutre, et de traces de carbone, et - maintenir ledit article à proximité du plasma pendant un temps d’environ 15 à 240 minutes, la température moyenne de l’article s’établissant dans ces conditions entre environ 600 et 1300 °C, afin d’obtenir une diffusion des atomes de carbone dans ledit article.It is known a method for modifying such a ceramic piece based on zirconia (Zr02) in order to give it metallic properties including a gray color and a brightness close to those of platinum and a surface conductivity non-zero, while maintaining its toughness and resistance to wear and corrosion superior to those of metals. This method makes it possible to obtain a finished or semi-finished zirconia article having a partially reduced ZrC 4 core and an external metallic appearance. It comprises the steps of: - providing at least one zirconia article previously shaped in its finished or semi-finished form: - arranging said article in an enclosure in which a plasma is created from a mixture of hydrogen, a neutral gas, and traces of carbon, and - maintain said article near the plasma for a time of about 15 to 240 minutes, the average temperature of the article being established in these conditions between about 600 and 1300 ° C to obtain a diffusion of carbon atoms in said article.
[0005] Un tel procédé permet ainsi de produire une pièce en zircone ayant une couche extérieure en carbure de zirconium ZrC avec un aspect et des propriétés métalliques, i.e. une surface brillante et conductrice, tout en conservant ses propriétés avantageuses par rapport à une pièce en métal.Such a method thus makes it possible to produce a zirconia piece having an outer layer of zirconium carbide ZrC with a metallic appearance and properties, ie a shiny and conductive surface, while retaining its advantageous properties with respect to a piece of metal. metal.
[0006] Aussi, avantageusement par rapport à des procédés de dépôts de couches minces décoratives d’aspect métallique par PVD ou CVD ou d’autres méthodes de déposition, la couche extérieure d’aspect métallique produite par ce procédé de carburation est solidaire du cœur de la pièce, résultant en une accroche parfaite de la couche avec un risque de délaminage nul.Also, advantageously with respect to methods of depositing decorative thin layers of metallic appearance by PVD or CVD or other deposition methods, the outer layer of metallic appearance produced by this carburizing process is integral with the core. of the piece, resulting in a perfect grip of the layer with a risk of zero delamination.
[0007] Finalement, ce procédé permet d’obtenir des pièces finies ou semi-finies avec les propriétés avantageuses du carbure de zirconium ZrC sur sa surface sans devoir produire des pièces en ZrC massif, ce qui impliquerait des procédés de frittage à haute température, éventuellement sous pression. Aussi, le ZrC est plus de 10% plus dense que le Zr02, de sorte que des pièces en Zr02 carburées par le procédé susmentionné sont plus légères que des pièces de même géométrie en ZrC massif. Enfin, le ZrC étant beaucoup plus dur (typiquement 25 GPa) que le Zr02 (typiquement 13 GPa), des pièces en ZrC massif seraient beaucoup plus dures à usiner et polir après frittage que les mêmes pièces en Zr02. Le procédé susmentionné pallie ce problème en permettant de reporter la transformation de la surface de la pièce en ZrC après l’usinage et le polissage de la pièce en Zr02.Finally, this method makes it possible to obtain finished or semi-finished parts with the advantageous properties of zirconium carbide ZrC on its surface without having to produce solid ZrC parts, which would imply high-temperature sintering processes. possibly under pressure. Also, the ZrC is more than 10% denser than the ZrO 2, so that ZrO 2 parts carbureted by the above process are lighter than parts of the same ZrC solid geometry. Finally, since ZrC is much harder (typically 25 GPa) than ZrO 2 (typically 13 GPa), solid ZrC parts would be much harder to machine and polish after sintering than the same ZrO 2 parts. The aforementioned method overcomes this problem by allowing to postpone the transformation of the workpiece surface ZrC after machining and polishing the Zr02 part.
[0008] Ce procédé peut être adapté pour obtenir une couche de nitrure de zirconium ayant aussi un aspect métallique et une conductivité électrique non-nulle ainsi qu’une accroche parfaite, mais de couleur jaune proche de l’or. Pour cela, le plasma est obtenu à partir d’un mélange d’hydrogène, d’un gaz neutre, et de traces d’azote.This method can be adapted to obtain a zirconium nitride layer also having a metallic appearance and a non-zero electrical conductivity and a perfect grip, but yellow color close to gold. For this, the plasma is obtained from a mixture of hydrogen, a neutral gas, and traces of nitrogen.
[0009] Toutefois, on constate que le spectre de couleur possible pour ces procédés de carburation/nitruration est assez limité. En effet, la carburation permet d’obtenir un effet métallique avec une coloration typée platine alors que la nitruration permet d’obtenir un effet métallique avec une coloration typiquement dorée. Or, il existe un besoin d’augmenter le niveau de personnalisation d’articles comme les téléphones ou montres ou bijoux et cette personnalisation passe par l’augmentation des coloris disponibles.However, it is found that the possible color spectrum for these carburizing / nitriding processes is quite limited. In fact, the carburation makes it possible to obtain a metallic effect with a platinum-type coloration, whereas the nitriding makes it possible to obtain a metallic effect with a typically golden coloration. However, there is a need to increase the level of personalization of items such as phones or watches or jewelry and this customization requires the increase in available colors.
RÉSUMÉ DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
[0010] L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur en fournissant un procédé d’obtention d’un article en zircone permettant la formation de couches de carbo-nitrure de zirconium sur l’épaisseur de sa surface avec les mêmes propriétés esthétiques, électriques et de résistance mécanique et chimique que les couches obtenues par procédé plasma, mais avec une gamme de coloris allant du platine pour une carburation pure au doré pour une nitruration pure, en passant par le bronze et l’or rose, en fonction de la stœchiométrie (ou concentration) relative du carbone C et de l’azote N qui ont diffusé dans la zircone, ladite stœchiométrie relative dépendant à son tour de la concentration relative en carbone et azote dans l’atmosphère de l’enceinte.The invention aims to overcome the disadvantages of the prior art by providing a method of obtaining a zirconia article for the formation of carbo-nitride zirconium layers on the thickness of its surface with the same aesthetic, electrical and mechanical and chemical resistance as the layers obtained by plasma process, but with a range of colors ranging from platinum for pure carburation to gold for a pure nitriding, through bronze and pink gold as a function of the relative stoichiometry (or concentration) of the carbon C and nitrogen N which have diffused into the zirconia, said relative stoichiometry being in turn dependent on the relative concentration of carbon and nitrogen in the atmosphere of the enclosure .
[0011] A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’obtention d’un article fini ou semi-fini à base de zircone, l’article ayant un aspect extérieur métallique et une conductivité électrique non-nulle en surface, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à: - se munir d’au moins un article en zircone préalablement conformé dans sa forme finie ou semi-finie; - disposer ledit article dans une enceinte dans laquelle un mélange gazeux est injecté, ce mélange gazeux comprenant au moins un premier composé de gaz à base d’hydrogène et de carbone dans une première concentration et un second composé de gaz à base d’hydrogène et d’azote dans une seconde concentration, et - chauffer ledit mélange gazeux jusqu’à obtenir une dissociation des molécules des premier et second composés et maintenir ledit article dans l’enceinte contenant les gaz chauffés pour le chauffer aussi et obtenir une diffusion des atomes de carbone et d’azote dans la surface extérieure dudit article.For this purpose, the subject of the invention is a process for obtaining a finished or semi-finished article based on zirconia, the article having a metallic external appearance and a non-zero electrical conductivity at the surface, characterized in that it comprises the steps of: - providing at least one zirconia article previously shaped in its finished or semi-finished form; placing said article in an enclosure in which a gaseous mixture is injected, this gaseous mixture comprising at least a first hydrogen and carbon-based gas compound in a first concentration and a second hydrogen-based gas compound and nitrogen in a second concentration, and - heating said gaseous mixture until a dissociation of the molecules of the first and second compounds and maintain said article in the chamber containing the heated gases to heat it also and obtain a diffusion of the atoms of carbon and nitrogen in the outer surface of said article.
[0012] Le procédé selon l’invention permet avantageusement de fournir une autre option de couleur pour la coloration d’un élément en céramique, cette couleur pouvant être ajustée en fonction de la concentration du premier composé et du second composé dans le mélange gazeux.The method according to the invention advantageously provides another color option for coloring a ceramic element, this color can be adjusted according to the concentration of the first compound and the second compound in the gas mixture.
[0013] Dans un premier mode de réalisation avantageux, le mélange gazeux est chauffé et ses molécules sont dissociées par au moins un élément résistif en métal réfractaire traversé par un courant électrique et disposé dans l’enceinte de sorte à chauffer le mélange gazeux et les articles à traiter de manière homogène.In a first advantageous embodiment, the gaseous mixture is heated and its molecules are dissociated by at least one refractory metal resistive element through which an electric current flows and disposed in the chamber so as to heat the gas mixture and the items to be treated in a homogeneous way.
[0014] Dans un second mode de réalisation avantageux, le mélange gazeux est chauffé et ses molécules sont dissociées par un plasma produit dans l’enceinte de sorte à chauffer le mélange gazeux et les articles à traiter de manière homogène.In a second advantageous embodiment, the gas mixture is heated and its molecules are dissociated by a plasma produced in the chamber so as to heat the gas mixture and the articles to be treated in a homogeneous manner.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0015] Les buts, avantages et caractéristiques du dispositif selon la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante d’au moins une forme de réalisation de l’invention donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels: la fig. 1 représente schématiquement l’article selon l’invention; la fig. 2 représente schématiquement l’enceinte permettant d’opérer le procédé selon l’invention.The objects, advantages and features of the device according to the present invention will appear more clearly in the following detailed description of at least one embodiment of the invention given solely by way of non-limiting example and illustrated by the accompanying drawings. in which: FIG. 1 schematically represents the article according to the invention; fig. 2 schematically represents the enclosure for operating the method according to the invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION
[0016] A titre d’exemple sur la fig. 1, on se munit d’un objet de départ formé par un article 1 en zircone ayant une configuration cristallographique tétragonale (oxyde de zirconium, Zr02), par exemple, de couleur blanche et qui est réalisé selon les techniques usuelles de fabrication d’articles en céramique, par exemple par frittage.By way of example in FIG. 1, it is provided with a starting object formed by a zirconia article 1 having a tetragonal crystallographic configuration (zirconium oxide, ZrO 2), for example, of white color and which is produced according to the usual techniques of manufacturing articles. ceramic, for example by sintering.
[0017] Cet article peut être un produit fini ayant la forme finale dans laquelle il va être utilisé, par exemple une pièce de forme généralement parallélépipédique ayant déjà subi un polissage miroir et destinée à constituer un élément de l’habillage d’une montre, par exemple un maillon de bracelet. Bien entendu, le cas échéant, l’article peut être un produit semi-fini sur lequel des opérations d’usinage ultérieures pourront être réalisées afin d’adapter cet article à son utilisation finale. L’article 1 pourra être une partie d’une montre ou d’un bijou ou de tout article lié à l’industrie du luxe pouvant faire appel à ce genre d’élément d’habillage.This article may be a finished product having the final shape in which it will be used, for example a piece of generally parallelepiped shape having already undergone a mirror polishing and intended to constitute an element of the dressing of a watch, for example a bracelet link. Of course, where appropriate, the article may be a semi-finished product on which subsequent machining operations may be performed in order to adapt this article to its end use. Section 1 may be a part of a watch or jewel or any item related to the luxury industry that may use this type of clothing element.
[0018] Cet article est ensuite introduit dans une enceinte 10 dans laquelle il sera traité comme visible à la fig. 2. Le traitement qui sera appliqué est un traitement simultané de carburation et de nitruration, aussi appelé carbo-nitruration. Un point essentiel du procédé est qu’il s’agit d’une transformation de la surface de l’article sur une faible épaisseur, de l’ordre de 10 à 1000 nm, la zircone (oxyde de zirconium) dans la région extérieure 2 visible à la fig. 1 étant transformée en carbo-nitrure de zirconium ZrCxNy ayant un aspect métallique. Il s’agit donc d’une modification superficielle de la structure de la zircone en une nouvelle structure cristallographique correspondant à celle d’un carbo-nitrure de zirconium et non d’un revêtement rapporté susceptible d’être arraché ou de se désolidariser de la surface de l’article, notamment lorsque celui-ci est soumis à des conditions d’usure importante. Plus particulièrement, la région extérieure de la couche superficielle qui présente la structure du carbo-nitrure de zirconium s’étend à partir de la surface sur une profondeur comprise entre 20 et 200 nm.This article is then introduced into a chamber 10 in which it will be treated as visible in FIG. 2. The treatment that will be applied is a simultaneous treatment of carburation and nitriding, also called carbo-nitriding. An essential point of the process is that it is a transformation of the surface of the article to a small thickness, of the order of 10 to 1000 nm, zirconia (zirconium oxide) in the outer region 2 visible in fig. 1 being converted to zirconium carbo-nitride ZrCxNy having a metallic appearance. It is therefore a superficial modification of the structure of zirconia in a new crystallographic structure corresponding to that of a carbo-nitride of zirconium and not a reported coating likely to be torn or to separate from the surface of the article, especially when it is subject to significant wear conditions. More particularly, the outer region of the surface layer which has the structure of zirconium carbo-nitride extends from the surface to a depth of between 20 and 200 nm.
[0019] Pour effectuer un traitement de carbo-nitruration, il est nécessaire que l’enceinte 10 renferme une atmosphère A chargée en gaz contenant de l’hydrogène, du carbone et de l’azote, et soit munie de moyens de chauffage 20, ces moyens de chauffage permettant d’activer le traitement.To perform a carbonitriding treatment, it is necessary that the enclosure 10 contains an atmosphere A charged with gas containing hydrogen, carbon and nitrogen, and is provided with heating means 20, these heating means for activating the treatment.
[0020] Selon l’invention, l’enceinte renferme un mélange gazeux comprenant au moins un premier composé et un second composé. Le premier composé est un gaz à base d’hydrogène et de carbone du type CH4 se trouvant dans une première concentration C1 dans ladite enceinte. Le second composé est un gaz à base d’hydrogène et d’azote du type NH3 se trouvant dans l’enceinte dans une seconde concentration C2.According to the invention, the enclosure contains a gaseous mixture comprising at least a first compound and a second compound. The first compound is a gas based on hydrogen and carbon of the CH4 type found in a first concentration C1 in said enclosure. The second compound is an NH3-type hydrogen and nitrogen gas in the chamber in a second concentration C2.
[0021] L’élévation de température dans l’enceinte permet que le traitement de l’article en zircone puisse avoir lieu. En effet, cette élévation de la température de l’atmosphère de l’enceinte entraîne une dissociation des gaz de sorte que les atomes d’hydrogène H, de carbone C et d’azote N soient libres, et une élévation de la température de la pièce en zircone. Sous l’effet combiné de la chaleur et de l’atmosphère d’hydrogène, une partie de l’oxygène contenu dans la zircone diffuse vers sa surface pour quitter la zircone.The temperature rise in the chamber allows the treatment of the zirconia article can take place. Indeed, this rise in the temperature of the atmosphere of the chamber causes a dissociation of the gases so that the hydrogen atoms H, carbon C and nitrogen N are free, and a rise in the temperature of the chamber. piece of zirconia. Under the combined effect of the heat and the hydrogen atmosphere, part of the oxygen contained in the zirconia diffuses towards its surface to leave the zirconia.
[0022] Cette réduction partielle de la zircone par diffusion d’une partie de son oxygène vers sa surface est concomitante à une diffusion des atomes de carbone et d’azote de la surface vers le cœur de l’article. En effet, sous l’effet de la chaleur, les atomes de carbone et d’azote dissociés du mélange de gaz de l’enceinte vont diffuser dans la zircone partiellement réduite. Cette diffusion des atomes de carbone et d’azote entraîne l’apparition d’une couche superficielle de ces atomes recombinés avec la zircone partiellement réduite pour obtenir une couche de carbo-nitrure de zirconium.This partial reduction of the zirconia by diffusion of a portion of its oxygen to its surface is concomitant with a diffusion of carbon and nitrogen atoms from the surface to the core of the article. Indeed, under the effect of heat, the dissociated carbon and nitrogen atoms of the gas mixture of the enclosure will diffuse into the partially reduced zirconia. This diffusion of the carbon and nitrogen atoms causes the appearance of a surface layer of these recombined atoms with the zirconia partially reduced to obtain a zirconium carbo-nitride layer.
[0023] Selon une caractéristique de l’article selon l’invention, la couche superficielle comprend une région de transition située entre le cœur en zircone partiellement réduite et la région extérieure traitée carburée et nitrurée (carbo-nitrurée). En effet, étant donné que le mélange gazeux de l’atmosphère comprend un premier composé à base de carbone et un second composé à base d’azote, l’article est carburé et nitruré simultanément et la région de transition comprend simultanément des oxycarbures et des oxynitrures de zirconium. On remarque donc que la composition chimique de la couche superficielle varie en fonction de la profondeur mesurée à partir de la surface de l’élément d’habillage et passe de façon continue du carbo-nitrure de zirconium stœchiométrique (ZrCx-Ny) en surface à une région de transition comprenant des oxycarbures et des oxynitrures de zirconium, puis finalement au cœur de la pièce en oxyde de zirconium sous-stœchiométrique (zircone partiellement réduite).According to a feature of the article according to the invention, the surface layer comprises a transition region between the partially reduced zirconia core and the outer treated carburized and nitrided (carbo-nitride). Indeed, since the gaseous mixture of the atmosphere comprises a first carbon-based compound and a second nitrogen-based compound, the article is carburized and nitrided simultaneously and the transition region simultaneously comprises oxycarbides and oxynitrides of zirconium. It is thus noted that the chemical composition of the surface layer varies as a function of the depth measured from the surface of the covering element and continuously passes from stoichiometric zirconium carbo-nitride (ZrCx-Ny) to a transition region comprising oxycarbides and zirconium oxynitrides, and finally at the heart of the sub-stoichiometric zirconium oxide part (partially reduced zirconia).
[0024] Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, la teneur en carbone-azote des oxycarbures-oxynitrures de zirconium dans la région de transition diminue avec la profondeur tandis que leur teneur en oxygène augmente avec la profondeur. La région de transition comprend donc des oxycarbures-oxynitrures de zirconium dont la teneur en carbone/ azote diminue graduellement lorsque l’on progresse vers le cœur de l’article alors que la présence d’oxygène augmente progressivement sous la forme de composés du type ZrOzCx-ZrOzNy, pour atteindre progressivement le cœur de l’article qui est constitué essentiellement de zircone partiellement réduite du type Zr02.x. On comprendra bien entendu que la transition entre ces diverses régions se fait graduellement.According to another preferred feature of the invention, the carbon-nitrogen content of oxycarbide oxynitride zirconium in the transition region decreases with depth while their oxygen content increases with depth. The transition region therefore comprises zirconium oxycarbide-oxynitrides, the carbon / nitrogen content of which gradually decreases when progressing towards the core of the article while the presence of oxygen increases gradually in the form of ZrOzCx-type compounds. -ZrOzNy, to progressively reach the core of the article which consists essentially of partially reduced zirconia type Zr02.x. It will of course be understood that the transition between these various regions is gradual.
[0025] Bien entendu, le degré de carburation-nitruration de l’article dépendra des concentrations du premier composé et du second composé dans le mélange gazeux injecté dans l’enceinte. En effet, celles-ci ne sont pas forcément identiques de sorte que, suivant le rapport existant entre la concentration du premier composé et la concentration du second composé dans le mélange gazeux, l’article sera plus carburé que nitruré ou inversement. Or, ce mélange de la carburation et de la nitruration permet audit article de présenter une couleur extérieure peu ordinaire résultant du mélange entre la couleur platine due à la carburation et la couleur dorée due à la nitruration. Le spectre de couleur obtenu va alors s’étendre de la couleur platine à la couleur or jaune, en passant par la couleur bronze et la couleur de l’or rose. La couleur finale dépend alors de la concentration initiale des premier et second composés de sorte que plus la concentration C1 du composé à base de carbone est élevée relativement à la concentration C2 du composé à base d’azote, plus la couleur finale de la pièce tendra vers le bronze, voire le platine. Inversement, plus la concentration C2 du composé à base d’azote est élevée relativement à la concentration C1 du composé à base de carbone, plus la couleur finale de la pièce tendra vers l’or rose, voire l’or jaune. Préférentiellement, la concentration C1 est comprise entre 5 et 100 sccm (standard cubie centimeter per minute) alors que la concentration C2 est comprise entre 250 et 5000 sccm.Of course, the degree of carburetion-nitriding of the article will depend on the concentrations of the first compound and the second compound in the gas mixture injected into the chamber. Indeed, these are not necessarily identical so that, depending on the relationship between the concentration of the first compound and the concentration of the second compound in the gas mixture, the article will be more fuel than nitride or vice versa. However, this mixture of carburation and nitriding allows said article to have an unusual outer color resulting from the mixture between the platinum color due to carburation and the golden color due to nitriding. The color spectrum obtained will then range from platinum color to yellow gold color, passing through the bronze color and the color of the pink gold. The final color then depends on the initial concentration of the first and second compounds so that the higher the C1 concentration of the carbon compound is raised relative to the C2 concentration of the nitrogen-based compound, the more the final color of the piece will tend to towards bronze, even platinum. Conversely, the higher the C2 concentration of the nitrogen-based compound relative to the C1 concentration of the carbon-based compound, the more the final color of the piece will tend towards the pink gold or even the yellow gold. Preferentially, the concentration C1 is between 5 and 100 sccm (cubic standard centimeter per minute) while the concentration C2 is between 250 and 5000 sccm.
[0026] Les articles obtenus par ce procédé acquièrent certaines nouvelles propriétés, notamment une conductivité électrique non-nulle en surface, une couleur proche du bronze ou de l’or rose et un éclat métallique tout en conservant les propriétés des céramiques, en particulier leur très grande dureté ainsi que leur résistance à l’usure et à la corrosion.The articles obtained by this process acquire certain new properties, including a non-zero electrical conductivity surface, a color close to bronze or pink gold and a metallic luster while retaining the properties of ceramics, particularly their very high hardness as well as their resistance to wear and corrosion.
[0027] Dans un premier mode d’exécution, les moyens de chauffage permettant d’activer le traitement comprennent au moins un élément résistif réalisé en un métal réfractaire. Un tel élément résistif utilise un courant électrique le traversant pour produire de la chaleur via l’effet Joule. Les moyens de chauffage 20 peuvent ainsi comprendre un seul élément résistif agencé dans ladite enceinte pour chauffer les gaz et les pièces à traiter de façon homogène ou alors une multitude d’éléments résistifs indépendants répartis pour assurer une distribution de chaleur homogène, comme visible aux figures 3 et 4 respectivement.In a first embodiment, the heating means for activating the treatment comprise at least one resistive element made of a refractory metal. Such a resistive element uses an electric current passing through it to produce heat via the Joule effect. The heating means 20 may thus comprise a single resistive element arranged in said enclosure for heating the gases and the parts to be treated homogeneously or a multitude of independent resistive elements distributed to ensure a homogeneous heat distribution, as can be seen in FIGS. 3 and 4 respectively.
[0028] Dans un second mode d’exécution, les moyens de chauffage sont un plasma. Un tel plasma est obtenu à partir de l’ionisation du mélange gazeux à base d’hydrogène, de carbone et d’azote et le cas échéant d’un gaz neutre. Ce plasma est obtenu par exemple à l’aide d’une décharge électrique. Bien entendu, selon des variantes du procédé de l’invention d’autres moyens pour engendrer le plasma peuvent être envisagés. A titre d’exemple, le plasma peut être obtenu par radiofréquences (RF) ou encore par micro-ondes.In a second embodiment, the heating means are a plasma. Such a plasma is obtained from the ionization of the gas mixture based on hydrogen, carbon and nitrogen and optionally a neutral gas. This plasma is obtained for example by means of an electric discharge. Of course, according to variants of the method of the invention, other means for generating the plasma can be envisaged. For example, the plasma can be obtained by radio frequency (RF) or by microwave.
[0029] Selon la méthode utilisée pour obtenir le plasma, l'utilisation de l’argon comme gaz neutre est avantageuse. Bien entendu, l’utilisation d’autres gaz neutres tel que le néon est envisageable.According to the method used to obtain the plasma, the use of argon as a neutral gas is advantageous. Of course, the use of other neutral gases such as neon is possible.
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CH01097/16A CH712838B1 (en) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | Process for obtaining an article based on carbonitrided zirconia. |
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CH (1) | CH712838B1 (en) |
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- 2016-08-26 CH CH01097/16A patent/CH712838B1/en unknown
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CH712838B1 (en) | 2023-03-15 |
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