CH716392B1 - Matériau composite. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un matériau composite (1) composé d'une matrice (2) à base de verre métallique et de renforts (3) à base de fibres. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un tel matériau.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des matériaux composites. L'invention porte également sur le procédé d'obtention d'un tel matériau et sur l'utilisation d'un tel matériau pour réaliser des pièces d'horlogerie.

Etat de la technique

[0002] On connaît les matériaux composites classiques composés de fibres dans une matrice polymère. On peut citer par exemple les matériaux à base de fibres de carbone, d'aramide ou de verre, combinées à une résine polymère. Ces matériaux sont légers et présentent de bonnes propriétés mécaniques. En revanche, ils ont une dureté faible et une résistance moyenne à l'abrasion et aux rayures. Par ailleurs, même si de la poudre d'or peut être ajoutée à la résine en faible quantité, ces matériaux ne peuvent pas être qualifiés de précieux.

[0003] Les métaux précieux sont lourds et ne présentent pas tous une bonne résistance aux rayures.

[0004] Des composites céramique-métallique ont récemment été développés comme décrit dans le brevet US2016060180. Ils sont à la fois précieux, légers et résistants aux rayures mais restent fragiles.

[0005] On connaît également les verres métalliques aussi appelés BMG (Bulk Metallic Glass) qui présentent une haute résistance à l'abrasion et peuvent être précieux. En revanche ils sont lourds et ont un comportement fragile à cause de leur structure amorphe.

[0006] Il existe des verres métalliques composites décrits par exemple dans la demande US20160361897 où une couche de verre métallique est laminée avec une couche de matériau composite constitué de fibres tissées et de résine polymère.

[0007] Il existe encore des verres métalliques dits composites dans le sens où le matériau comporte des phases amorphes et d'autres phases dites ductiles. Un exemple de ce type de matériau est décrit dans la demande CN102181809.

[0008] Il existe enfin des verres métalliques composites constitués d'une matrice en verre métallique et de particules ou agrégats de différentes natures comme le graphite décrit dans la demande US2009194205 ou du métal à mémoire de forme décrit dans la demande KR20150141103.

[0009] Il existe un besoin pour un matériau, de préférence précieux, présentant à la fois une excellente résistance mécanique, une bonne résistance à l'abrasion et aux rayures tout en restant léger.

[0010] Le but de l'invention est de proposer un tel matériau permettant la réalisation de pièces pour l'horlogerie, notamment des pièces d'habillage.

Divulgation de l'invention

[0011] Ce but est atteint par un matériau composé d'un renfort constitué d'une base de fibres ou d'un mélange de fibres, la ou les fibres n'étant pas tissées entre elles, et d'une matrice constituée d'un verre métallique liant les fibres entre elles.

[0012] Le matériau composite selon l'invention conserve les propriétés mécaniques d'un verre métallique (BMG) et présente les avantages d'être moins fragile et plus léger qu'un BMG.

[0013] Selon un autre aspect avantageux, le matériau composite selon l'invention permet de réaliser des pièces ayant un état de surface structuré. De plus, les fibres peuvent être choisies de manière à avoir une couleur proche de la matrice (BMG Au 18 et et fibres de basalte) ou différente (BMG Pd et fibres d'aramide).

[0014] Un procédé de fabrication du matériau composite selon l'invention consiste, dans une première étape, à ajouter des fibres aux éléments constitutifs d'un alliage BMG puis à poursuivre les étapes de fusion et de refroidissement d'un procédé de fabrication classique d'un BMG.

[0015] Selon une variante avantageuse de l'invention, les fibres sont ajoutées en continu lors de la coulée du BMG dans le moule.

[0016] Selon une autre variante avantageuse, les fibres utilisées pour la réalisation du matériau composite de l'invention ont une longueur comprise entre 1 et 30mm, de préférence entre 2 et 6mm.

[0017] Selon une autre variante avantageuse, le matériau composite de l'invention comporte au moins deux types de fibres différents.

[0018] Selon une autre variante avantageuse, les fibres utilisées n'ont pas toutes la même longueur.

[0019] Selon une autre variante avantageuse, le ratio en poids renfort (fibres) / matrice (BMG) est compris entre 1% et 75%, de préférence entre 5% et 65%.

Brève description des dessins

[0020] D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente un matériau selon l'invention ou le ratio matrice/fibres est de 85/15 en poids, La figure 2 présente une pièce d'horlogerie selon l'invention.

Mode de réalisation de l'invention

[0021] L'invention propose un matériau composite 1 qui a la particularité d'être composé d'une matrice 2 à base de verre métallique et de renforts 3 à base de fibres.

[0022] Les renforts 3 sont de préférence des fibres ou un mélange de fibres. De manière non exhaustive, les fibres utilisées comme renfort peuvent être choisies parmi les matériaux suivants : carbone, aramide, basalte, polymère à cristaux liquide, verre, PBO, polyéthylène haute densité, bore, etc.

[0023] La longueur des fibres de renfort est de préférence comprise entre 1 et 30mm, de manière préférée, entre 2 et 6mm.

[0024] La matrice 2 utilisée dans le matériau composite de l'invention est un verre métallique qui, de préférence, contient un élément précieux choisi parmi les éléments Au, Pt, Ag, Pd. Dans une forme préférée de l'invention, l'élément précieux est de l'or (Au) ayant une part massique dans le matériau composite de 75%.

[0025] De préférence, la part massique de verre métallique par rapport aux renforts est comprise entre 99% et 25%, préférentiellement entre 95% et 35%.

[0026] Un tel matériau est obtenu en ajoutant des renforts 3 à base de fibres aux composants constitutifs d'un alliage de verre métallique avant l'étape de refroidissement qui s'effectue par exemple par coulage dans un moule refroidi. Le moule présente la forme d'un bloc ou d'une préforme ou la forme finale de la pièce que l'on souhaite obtenir.

[0027] Le moule suit ensuite un cycle de température adapté à la formation d'un verre métallique. Ces cycles dépendent directement de l'alliage choisi et peuvent être modifiés en fonction du taux de renfort ajouté. Par cycle de température on entend chauffage, pallié(s) et refroidissement.

[0028] Dans une première variante les renforts sont mélangés aux éléments constituants le verre métallique avant que le mélange ainsi obtenu ne soit fondu.

[0029] Dans une seconde variante, les renforts sont ajoutés aux éléments constituants le verre métallique alors que ceux-ci ont déjà été fondus et se trouvent à l'état liquide. Dans une sous variante, les renforts sont ajoutés lors de la coulée dans le moule. Dans ce cas, le moule présente une ouverture qui permet de couler le verre métallique avec les fibres. Dans une autre sous variante, les renforts sont placés dans le moule avant la coulée du verre métallique.

[0030] Le ratio en poids fibres/BMG peut varier selon les propriétés mécaniques et esthétique souhaitées. De préférence, le ratio en poids fibres/BMG est compris entre 1% et 65%, de préférence entre 5% et 75%.

[0031] D'autres variantes de fabrication avec des plages de pressions, temps et températures sont possibles.

[0032] Le tableau suivant donne des exemples de gain de poids entre un verre métallique contenant du platine (ref.1) et des matériaux composites en verre métallique selon l'invention (ref. 2 et 3) 1 BMG Pt - 0 12.0 - 2 Carbone 30 8.9 26% 3 Aramide 5 11.5 4%

[0033] Dans un premier exemple de fabrication d'un matériau composite selon l'invention, des éléments constitutifs d'un verre métallique Palladium sont placés dans un moule avec la répartition massique suivante : Pd 61.0% Cu 22.9% Ni 7.8% et P 8.3% ; la densité de cette composition est de 9.32g/cm3. Ces éléments constituent la matrice.

[0034] Des fibres de carbone AC 0101 de longueur 6mm sont ajoutées dans le moule, de manière aléatoire, à hauteur de 25% en poids par rapport aux ingrédients de la matrice. Ces fibres constituent le renfort.

[0035] Le moule est fermé puis placé dans un four pour subir un cycle de chauffe et de refroidissement adapté permettant l'obtention d'un matériau amorphe.

[0036] Le moule est ouvert et le bloc formé est extrait.

[0037] Le bloc est ensuite usiné par des méthodes connues de l'homme de l'art pour fabriquer des composants horlogers.

[0038] Dans un deuxième exemple de fabrication, les éléments constitutifs d'un verre métallique platine sont réduits en poudre puis introduit dans un creuset.

[0039] La répartition massique est la suivante : Pt 51.4%, Pd 18.7% Cu 17.6% Ni 6.0%, P 6.3%

[0040] En parallèle, des fibres de basaltes de longueur comprises entre 1 et 4mm sont introduites dans un moule qui est le négatif d'un composant horloger, par exemple une lunette.

[0041] La masse de fibres représente 15% de la masse finale de la pièce, la part de la matrice platine verre métallique représente les 85% restant.

[0042] Le mélange de poudre est chauffé jusqu'à l'obtention d'une phase liquide.

[0043] Le liquide métallique est ensuite coulé avec une surpression dans le moule, lui-même refroidi de manière à figer la phase amorphe et obtenir un verre métallique.

[0044] Une fois la pièce à température ambiante, le moule est ouvert et la pièce extraite du moule.

[0045] La pièce est ensuite reprise mécaniquement pour obtenir les aspects de surface souhaités, par polissage, sablage ou satinage par exemple.

Claims (13)

1. Matériau composite (1) caractérisé en ce qu'il est composé d'une matrice (2) à base de verre métallique et de renforts (3) à base de fibres, la matrice liant les fibres entre elles, et en ce que les fibres ne sont pas tissées entre elles.

2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les renforts (3) sont choisis parmi les fibres de carbone, d'aramide, de basalte, polymère à cristaux liquide, verre, PBO, polyéthylène haute densité, bore ou l'un de leur mélange.

3. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les renforts (3) sont des fibres d'une longueur comprise entre 1 et 30mm, de préférence entre 2 et 6mm.

4. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matrice est un verre métallique contenant un élément précieux choisi parmi les éléments Au, Pt, Ag, Pd.

5. Matériau composite selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le métal précieux est de l'or (Au) et que sa part massique dans le matériau composite est de 75%.

6. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la part massique de verre métallique par rapport aux renforts est comprise entre 99% et 25%, préférentiellement entre 95% et 35%.

7. Composant horloger réalisé dans un matériau composite selon l'une des revendications 1 à 6, notamment composant de bracelet de montre, composant d'habillage carrure, lunette, fonds et/ou composant de mouvement roue, pont, platine.

8. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon l'une des revendications 1 à 6, comportant les étapes de : i. Mélanger les renforts aux éléments constituants le verre métallique ; ii. Fondre le mélange obtenu à l'étape i ; iii. Refroidir le mélange.

9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel le mélange à l'état liquide obtenu à l'étape ii est transféré dans un moule pour y être refroidi.

10. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon l'une des revendications 1 à 6, comportant les étapes de : i. Fondre les éléments constituants le verre métallique ; ii. Introduire les renforts dans le liquide obtenu à l'étape i ; iii. Refroidir le mélange obtenu à l'étape ii.

11. Procédé de fabrication selon la revendication 10 dans lequel l'étape iii se déroule dans un moule.

12. Procédé de fabrication selon la revendication 11 dans lequel l'étape ii se déroule lors de la coulée du verre métallique dans le moule.

13. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel le renfort est placé dans le moule avant la coulée du verre métallique.