EP1392468A2 - Lattes de soudure en materiau composite. - Google Patents

Lattes de soudure en materiau composite.

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Publication number
EP1392468A2
EP1392468A2 EP02743344A EP02743344A EP1392468A2 EP 1392468 A2 EP1392468 A2 EP 1392468A2 EP 02743344 A EP02743344 A EP 02743344A EP 02743344 A EP02743344 A EP 02743344A EP 1392468 A2 EP1392468 A2 EP 1392468A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive
chosen
batten
composite material
conductive particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02743344A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Mocellin
Thierry Mazet
Gérard Le Caer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
CRITT METALL 2T
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRITT METALL 2T, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical CRITT METALL 2T
Publication of EP1392468A2 publication Critical patent/EP1392468A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • B23K37/06—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for positioning the molten material, e.g. confining it to a desired area

Definitions

  • the present invention relates to welding slats made of composite material.
  • Welding laths are accessories used during welding operations. They are also designated in the technical field by support or welding support. They serve as a support for the weld material and are placed at the joint between two parts to be welded, to prevent the molten weld metal from escaping. They are generally in the form of a ribbon having a variable section.
  • the properties sought for a material used for the preparation of a weld strip are a high melting point, good mechanical resistance, good thermal conductivity, a low degree of hygroscopicity, inertia with respect to the base metal. constituting the parts to be welded and the filler metal, and a low production cost. To meet these criteria, mineral oxides or mixtures of oxides were used for the production of the welding laths.
  • cordierite 2Mg0.2A1 2 0 3 .5Si0 2
  • mullite 3Al 2 0 3 .2Si0 2
  • the use of these weld strips has some drawbacks due to their insulating nature.
  • sparks and instability arise from the spacing between the parts to be welded when they are very long. These phenomena make the welding irregular and require the direct and manual intervention of qualified personnel. Automation that would reduce costs and increase productivity is therefore very difficult to implement, if not impossible.
  • the object of the present invention is to provide welding bars which no longer have these drawbacks.
  • the subject of the present invention is a weld strip, characterized in that it is constituted by a composite material comprising a matrix consisting of at least one non-conductive phase and conductive particles distributed within the matrix, the concentration in conductive particles being at least equal to the percolation threshold.
  • the percolation threshold corresponds to the volume fraction of conductive phase present in the material, below which the material cannot be traversed by a current, and from which the material can convey an electric current when it is subjected to a potential difference.
  • non-conductive phase comprises a single oxide, mixed oxide, or a mixture of one or more simple oxides and / or one or more oxides mixed, each of the constituents to be chemically compatible with the metal (or metals) likely to come into contact with it during the welding operation.
  • Mixed oxides constitute a very broad category of compounds and include binary oxides and ternary oxides.
  • - silicates in particular binary compounds such as Na 2 O.Si0 2 , Na 2 0.2Si0 2 , K 2 0.2Si0 2 , MgO.Si0 2 , mullite (3Al 2 0 3 .2Si0 2 ), forsterite 2MgO.Si0 2 , pseudowollastonite CaO.Si0 2 , fayalite (2FeO.Si0 2 ); and ternary compounds such as Na 2 ⁇ .Al0 .2Si0 2 , K 2 O.Al 2 ⁇ 3 .4Si ⁇ 2 1 'anorthite CaO.Al 2 0 3 .2Si0 2 , cordierite (2Mg0.2Al 2 0 3 .5Si0 2 ), gehlenite (2CaO.Al 2 0
  • oxides 5 are compounds derived from the preceding by partial replacement of the metal or metalloid element, such as 2 (Mg l _ x Fe x ) O.2Al 2 0 3 .5SiO 2 ) , (CaO) x (MgO) ⁇ _ x .2Si0 2 ,
  • the material constituting the weld strip may contain oxides in crystallized form, oxides in amorphous form or a mixture of the two forms.
  • the amorphous shape 15 is present when the material constituting the slat has undergone firing during production. Slats made of a material in which the non-conductive phase is in crystallized form are particularly preferred.
  • the conductive particles consist of one or more metallic phases consisting of an element chosen from Fe, Cr, Ni, Cu, Mn, Zn, Pb, V, Ti and Sn, or by several of these elements in the form of intermetallic compounds or alloys.
  • the metal phases can be in amorphous form or not.
  • Conductive particles. 5 can also consist of one or more conductive compounds such as carbides, borides, silicides and nitrides. Mention may in particular be made of TiC, TiN, TiB 2 , MoSi 2 or ⁇ -FeSi 2 . Mixed compounds can be used in which the element C, N or Si is partially replaced by at least one other element of the same nature, the presence of a small amount of oxygen being tolerated.
  • a compound TiC ⁇ - x - y N x O y with 0 ⁇ x + y ⁇ l.
  • These compounds, in particular Sic, can also be used in doped form.
  • the conductive particles can also consist of certain oxides which are conductive at the temperature of use of the welding strip.
  • oxides such as ⁇ alumina, doped zirconia (unless 20 mole% by CaO, Y 2 0 3 , MgO or Ce0 2 ) are conductive by ion transport above a certain temperature.
  • Semiconductors which are conductive by electronic transport can also be used, for example 5 TiO, Ti 2 0 3 , VO, V 2 0 3 , Fe 3 0 4 .
  • the composite material constituting the welding laths can be prepared by the usual methods for producing ceramics or by the conventional methods of powder metallurgy.
  • natural mineral raw materials can be used such as clays (containing A1 2 0 3 and / or Si0 2 ), limestone or dolomite (Ca x Mg ⁇ _ x ) C0 3 , zircon ZrSi0 4 or talc (containing MgO). You can also use materials
  • purified synthetics for example A1 2 0 3 , Si0 2 or MgO.
  • product * recycling for example scrap or mill scale which provide mixtures Fe / FeO, dairy or metallurgical slag, the composition is in the system Si0 2 -CaO-MgO-Al0 3 and 0 sometimes contains FeO and / or MnO in minority concentration.
  • Such materials can be modified by adding appropriate additives to obtain the desired phase or phases, for example the cordierite or mullite phase.
  • volcanic rocks such as basalts can be used.
  • the conductive particles can be incorporated into the material forming the weld strip either in the form of pure compounds, or in the form of industrial waste, for example machining sludge or calamines.
  • the dry processes with or without binders
  • the wet processes which use the starting materials in the form of paste or suspension
  • methods employing controlled recrystallization from a vitrified liquid are particularly useful.
  • the powder metallurgy processes generally include wet or dry (possibly high energy) grinding, mixing, setting up form, consolidation heat treatment (with or without debinding).
  • the grinding / mixing and heat treatment stages allow the properties of the final material to be adjusted.
  • the grinding and mixing conditions are adapted
  • the slats of the invention which have good electrical conductivity, • also show improved thermal conductivity over a latte
  • Example 1 5 Various samples of a composite material A1 2 0 3 were prepared, some from a mixture containing 26.2% by mass of Al and 73.8% by mass of Cr 2 0 3 , the others from a mixture of 50.5% by mass of Cr and 49.5% by mass of A1 2 0 3 . 0 In all cases, the constituents were mixed by high energy grinding in air. The mixing was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel, for a total duration of 55 hours, by sequences of 1 h of grinding at a speed of 360 rpm rotation followed by a 15 min stop. During grinding, each jar contained 50 g of grinding powder and 15 steel balls (500 g) 20 mm in diameter. At the end of the grinding / mixing operations, the material was shaped, either by uniaxial pressing, or by natural sintering.
  • Uniaxial pressing was carried out hot in a graphite matrix at 1400 ° C for about 30 min. It makes it possible to obtain a fully densified product which has a microstructure consisting of a metallic Cr phase in the form of more or less spherical particles in a ceramic matrix A1 2 0 3 , the size and distribution of which
  • the materials obtained are in the form of pellets having a thickness of 5-6 mm and a diameter of approximately 30 mm.
  • the samples were characterized by X-ray diffraction.
  • FIG. 1 gives the curves showing the variation of the thermal diffusivity D (in mm 2 / s) as a function of the temperature T (° C) for each of the materials (curve (a): pure iron (99.98%); 0 curve (b): A1 2 0 3 - Cr; curve (c): cordierite).
  • FIG. 2 represents the X-ray diffraction diagram (Co radiation, K ⁇ i ) of a sample obtained by sintering.
  • the lines marked • correspond to Cr
  • the lines marked O correspond to A1 2 0 3 . 5
  • a cordierite - Fe composite material (at 25% by volume of Fe) was obtained from presynthesized cordierite and pure iron powder. The material was obtained by high energy grinding followed by natural sintering.
  • the components were mixed by high energy grinding in air.
  • the mixing was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel.
  • Four samples were prepared under the same conditions with different grinding times (1/2 h , 1 a.m., 2 a.m. and 6 a.m.).
  • the 10 .. grinding cycle includes 1 h of grinding followed by 15 min of stopping.
  • the total duration of the preparation is therefore 2 h 15 min, and 7 h 30 min.
  • each jar contained 50 g of powder
  • the material was put into the form of pellets having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, by cold uniaxial pressing in a mechanical press with a compaction rate of 65%, then consolidated by cooking 0 under secondary vacuum (10 ⁇ 4 Torr) at temperatures between 1350 ° C and 1400 ° C for 1 hour. After sintering, the material is completely densified and has a microstructure consisting of a metallic iron phase in the form of spheroidal particles in a ceramic cordierite matrix. Only the sample having undergone a grinding time of 6 h is conductive of the electric current.
  • FIG. 3 represents the X-ray diffraction diagram (Co radiation, K ⁇ l ) of the sample obtained after 6 hours of grinding and sintering.
  • the lines marked • 0 correspond to Fe, the lines marked O correspond to cordierite.
  • a mullite-Fe composite material (30% vol. Fe) was obtained from a mixture of industrial mullite powder and pure iron powder. The material was obtained by high energy grinding followed by natural sintering.
  • the grinding was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel for a grinding duration of 2 h, in cycles including 1/2 h of grinding and 1/2 h of stopping, for a total duration of 4 h.
  • each jar contained 50 grinding powder and 15 steel balls (500 g) 20 mm in diameter.
  • the material was put into the form of pellets having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, by cold uniaxial pressing in a mechanical press with a compaction rate of 65%, then consolidated " through
  • the material obtained is magnetic and conductive of the electric current.
  • FIG. 4 represents the X-ray diffraction diagram (Co radiation, K ⁇ ⁇ ) of the sample obtained.
  • the lines marked • correspond to Fe
  • the lines marked O 0 correspond to mullite.
  • a mullite - Fe composite material (containing 30% by volume of Fe) was prepared from a mixture of industrial mullite powder and pure iron powder, according to the procedure described in Example 3, but by adding water as a binder to the mixture before uniaxial pressing, in order to facilitate demolding.
  • the material After sintering, the material is completely densified and has a microstructure and an electrical conductivity 0 similar to that of the material of Example 3.
  • Pellets of mullite-iron composite material obtained according to the procedure of Example 3 were used as a welding strip for welding two steel sheets 5 8 mm thick.
  • the parts to be assembled is large. In the present case, it is the “mullite + iron” material which ensures the conductivity between the parts to be assembled and the electrode. The use of this material allows ignition between the electric arc regardless of the position of the electrode relative to the edges of the
  • Example 6 5 A weld strip was prepared and used for welding steel sheets under the same conditions as in Example 5, but using pellets of material obtained in accordance with the procedure described in Example 4 and by polishing the lath with sandpaper before use, to improve electrical conductivity.

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Abstract

L'invention concerne une latte de soudure.La latte de soudure est constituée par un matériau composite comprenant une matrice constituée par au moins une phase non conductrice, et des particules conductrices réparties au sein de la matrice, la concentration en particules conductrices étant au moins égale au seuil de percolation.

Description

Latte de soudure en matériau composite
La présente invention a pour objet des lattes de soudure en matériau composite.
Les lattes de soudure sont des accessoires utilisés lors des opérations de soudage. Elles sont également désignées dans le domaine technique par soutien ou support de soudure. Elles servent de support au matériau de soudure et sont placées à la jointure entre deux pièces à souder, pour éviter que le métal de soudure en fusion ne s'échappe. Elles se ' présentent généralement sous forme d'un ruban ayant une section variable. Les propriétés recherchées pour un matériau utilisé pour l'élaboration d'une latte de soudure sont un point de fusion élevé, une bonne résistance mécanique, une bonne conductivité thermique, un degré d'hygroscopicité faible, une inertie vis à vis du métal de base constituant les pièces à souder et du métal d'apport, et un coût de production faible. Pour répondre à ces critères, on a utilisé, pour l'élaboration des lattes de soudure, des oxydes minéraux ou des mélanges d'oxydes. A titre d'exemple, on peut citer la cordiérite (2Mg0.2A1203.5Si02) et la mullite (3Al203.2Si02) . L'utilisation de ces lattes de soudure présente cependant quelques inconvénients du fait de leur caractère isolant. Lors d'un soudage à l'arc, il se produit par exemple des étincelles et une instabilité qui provient notamment de l'écartement entre les pièces à souder lorsqu'elles sont de grande longueur. Ces phénomènes rendent la soudure irrégulière et nécessitent l'intervention directe et manuelle d'un personnel qualifié. L'automatisation qui permettrait 'de réduire les coûts et d'augmenter la productivité se trouve ainsi très malaisée à mettre en œuvre, voire impossible.
Le but de la présente invention est de proposer des lattes de soudure qui ne présentent plus ces inconvénients. C'est pourquoi la présente invention a pour objet une latte de soudure, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un matériau composite comprenant une matrice constituée d'au moins une phase non conductrice et des particules conductrices réparties au sein de la matrice, la concentration en particules conductrices étant au moins égale au seuil de percolation.
Le seuil de percolation correspond à la fraction volumique de phase conductrice présente dans le matériau, en dessous de laquelle le matériau ne peut être traversé par un courant, et à partir de laquelle le matériau peut acheminer un courant électrique lorsqu'il est soumis à une différence de potentiel.
Il est généralement recommandé d'utiliser, ' pour ' l'élaboration d'une latte de soudure selon l'invention, un matériau composite contenant de 50 à 90% (de préférence de 60 à 85%) en volume de phase non conductrice et de 50 à 10 % (de préférence de 40 à 15%) en volume de particules conductrices. La phase non conductrice contient un oxyde simple, un oxyde mixte, ou un mélange d'un ou plusieurs oxydes simples et/ou d'un ou plusieurs oxydes ' mixtes, chacun des constituants devant être chimiquement compatible avec le métal (ou les métaux) susceptible (s) d'arriver à son contact lors de l'opération de soudage. Parmi les oxydes simples, on peut citer notamment A120, MgO, Zr02, Ti02, Si02, Cr203, Y203, SrO, Fe203, BaO et CaO.
Les oxydes mixtes constituent une catégorie très vaste de composés et ils comprennent des oxydes binaires et des oxydes ternaires. On peut citer à titre d'exemple : - les silicates, notamment les composés binaires tels que Na2O.Si02, Na20.2Si02, K20.2Si02, MgO.Si02, la mullite (3Al203.2Si02) , la forstérite 2MgO.Si02, la pseudo- wollastonite CaO.Si02, la fayalite (2FeO.Si02) ; et les composés ternaires tels que Na2Û.Al0 .2Si02, K2O.Al2θ3.4Siθ2 1 ' anorthite CaO.Al203.2Si02, la cordiérite (2Mg0.2Al203.5Si02) , la gehlenite (2CaO.Al203.2Si02) , les oxydes de fer (2CaO.Fe203, Ca0.Fe203 ou Ca0.2Fe203), la sapphirine (4MgO.5A1203.2Si02) ; les aluminates tels que par exemple MgAl204, ou l'hercynite FeO.Al203 ; les titanates tels que par exemple Al203.Tiθ2 ; les phosphates tels que par exemple A1203.P205, 2CaO.P205, 3CaO.P205, 4CaO.P205, (Zr02)x (Th02) ι-x. P205, 2Zr02.P205, 2MgO.P205, 3MgO.P205.
On peut également citer les solutions solides d'oxydes 5 qui sont des composés dérivés des précédents par remplacement partiel de l'élément métal ou métalloïde, tel que 2 (Mgl_xFex)O.2Al203.5SiO2) , (CaO)x(MgO) ι_x.2Si02,
2 (CaxMgι_x) 0. Si02, le pyroxène (MgxFe!_x) 0. Si02, l'olivine 2(MgxFe!-.x)O.Si02, [Na^^O]!-^.A1203.6Si02, ' la 10. magnesiowustite (MgxFeι__x) 0, 2 (CaxFeι_x) 0. Si02, la wollastonite (CaxFeι_x)O.Si02, avec 0 < x < 1
Le matériau constituant la latte de soudure peut contenir des oxydes sous forme cristallisée, des oxydes sous forme amorphe ou un mélange des deux formes. La forme amorphe 15 est présente lorsque le matériau constituant la latte a subi une cuisson au cours de l'élaboration.' Les lattes constituées par un matériau dans lequel la phase non conductrice est sous forme cristallisée sont particulièrement préférées.
Les particules conductrices sont constituées par une ou 0 plusieurs phases métalliques constituées par un élément choisi parmi Fe, Cr, Ni, Cu, Mn, Zn, Pb, V, Ti et Sn, ou par plusieurs de ces éléments sous forme de composés intermétalliques ou d'alliages. Les phases métalliques peuvent être sous forme amorphe ou non. Les particules conductrices. 5 peuvent également être constituées par un ou plusieurs composés conducteurs tels que les carbures, les borures, les siliciures et les nitrures. On peut citer en particulier TiC, TiN, TiB2, MoSi2 ou α-FeSi2. On peut utiliser des composés mixtes dans lesquels l'élément C, N ou Si est partiellement 0 remplacé par au moins un autre élément de même nature, la présence d'une faible quantité d'oxygène étant tolérée. A titre d'exemple, on peut citer un composé TiCι-x-yNxOy, avec 0<x+y<l . Ces composés, en particulier Sic, peuvent en outre être utilisés sous forme dopée. 5 Les particules conductrices peuvent aussi être constituées par certains oxydes qui sont conducteurs à la température d'utilisation de la latte de soudure. Ainsi, des oxydes tels que les alumines β, les zircones dopées (à moins de 20% en mole par CaO, Y203, MgO ou Ce02) sont conducteurs par transport ionique au-dessus d'une certaine température. Des semi-conducteurs qui sont conducteurs par transport électronique peuvent également être utilisés, par exemple 5 TiO, Ti203, VO, V203, Fe304.
Le matériau composite constituant les lattes de soudure peut être préparé par les procédés habituels d'élaboration de céramiques ou par les procédés classiques de la métallurgie des poudres.
10. Comme produits de départ pour la phase non conductrice, on peut utiliser des matières premières minérales naturelles telles que des argiles (contenant A1203 et/ou Si02) , le calcaire ou la dolomie (CaxMgι_x) C03, le zircon ZrSi04 ou le talc (contenant MgO) . On peut également utiliser des matières
15 synthétiques purifiées, par exemple A1203, Si02 ou MgO. On peut en outre utiliser des produits de* recyclage, par exemple des ferrailles ou de la calamine qui fournissent des mélanges Fe/FeO, les laitiers ou scories métallurgiques dont la composition se trouve dans le système Si02-CaO-MgO-Al03, et 0 contient parfois FeO et/ou MnO en concentration minoritaire. De tels matériaux peuvent être modifiés par addition d'additifs appropriés pour obtenir la ou les phases désirées, par exemple la phase cordiérite ou mullite. De manière analogue, on peut utiliser des roches volcaniques telles que 5 les basaltes.
Les particules conductrices peuvent être incorporées au matériau formant la latte de soudure soit sous forme de composés purs, soit sous forme de déchets industriels, par exemple des boues d'usinage ou des calamines. 0 Parmi les procédés conventionnels d'élaboration de la céramique, on peut citer les procédés par voie sèche (avec ou sans liants), les procédés par voie humide (qui mettent en œuvre les produits de départ sous forme de pâte ou de suspension) , et les procédés mettant en œuvre une 5 recristallisation contrôlée à partir d'un liquide vitrifié.
Les procédés de la métallurgie des poudres comprennent généralement des étapes de broyage humide ou à sec (éventuellement à haute énergie) , de mélange, de mise en forme, de traitement thermique de consolidation (avec ou sans déliantage) . Les étapes de broyage/mélange et de traitement thermique permettent d'ajuster les propriétés du matériau final. Les conditions de broyage et de mélange sont adaptées
5 aux caractéristiques des matières premières, notamment à la granulométrie, la composition et la morphologie.
Les lattes selon l'invention, qui ont une bonne conductivité électrique, • présentent également une conductivité thermique améliorée par rapport à une latte de
10. l'art antérieur qui serait constituée uniquement par le matériau isolant constituant la matrice du matériau utilisé dans la présente invention. Cette amélioration de la conductivité thermique provoque une diminution du risque de rupture sous l'effet du choc thermique que subit le matériau
15 lors de l'opération de soudage. Une éventuelle interaction entre le matériau constituant la latte" de soudure d'une part, les pièces à souder et le métal d'apport d'autre part, se trouve ainsi réduite.
Les exemples 0 La présente invention est décrite plus en détail ci- après, par référence aux exemples qui sont donnés à titre d'illustration et auxquels l'invention n'est cependant pas limitée.
Exemple 1 5 Divers échantillons d'un matériau composite A1203 ont été préparés, les uns à partir d'un mélange contenant 26,2 % en masse d'Al et 73,8% en masse de Cr203, les autres à partir d'un mélange de 50,5% en masse de Cr et 49,5% en masse de A1203. 0 Dans tous les cas, les constituants ont été mélangés par broyage à haute énergie sous air. Le mélange a été effectué dans un broyeur planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par la société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116, pendant une durée totale de 5 5 heures, par séquences de 1 h de broyage à une vitesse de rotation de 360 tr/min suivie d'un arrêt de 15 min. Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 g de poudre à broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre. A l'issue des opérations de broyage/mélange, le matériau a été mis en forme, soit par pressage uniaxial, soit par frittage naturel.
Le pressage uniaxial a été effectué à chaud dans une 5 matrice en graphite à 1400°C pendant 30 min environ. Il permet d'obtenir un produit totalement densifié qui présente une microstructure constituée d'une phase métallique de Cr sous forme de particules plus ou moins sphériques dans une matrice céramique A1203, dont la taille et la distribution
10. peuvent être ajustées en fonction des modalités de broyage mises en œuvre. Les matériaux obtenus se présentent sous forme de pastilles ayant une épaisseur de 5-6 mm et un diamètre d'environ 30 mm. Les échantillons ont été caractérisés par diffraction des rayons X. La conductivité
15 thermique des échantillons a été déterminée et comparée à celle du fer pur et à celle d'une cordiérite. La figure 1 donne les courbes montrant la variation de la diffusivité thermique D(en mm2/s) en fonction de la température T(°C) pour chacun des matériaux (courbe (a) : fer pur (99,98%) ; 0 courbe (b) : A1203 - Cr ; courbe (c) : cordiérite) .
Le frittage naturel a consisté à mettre en forme des pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 50%, puis à consolider les 5 pastilles par cuisson sous vide secondaire (10~4 Torr) à des températures entre 1400°C et 1500°C pendant 1 heure. La densité des matériaux ainsi obtenus est plus faible que celle des matériaux densifiés à partir des poudres broyées à haute énergie. Une densité relative d'au moins 80% confère 0 cependant au matériau une conductivité électrique. La figure 2 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Kαi) d'un échantillon obtenu par frittage. Les raies marquées • correspondent à Cr, les raies marquées O correspondent à A1203. 5 Exemple 2
Un matériau composite cordiérite - Fe (à 25% en volume de Fe) a été obtenu à partir de cordiérite présynthétisée et de poudre de fer pur. Le matériau a été obtenu par broyage à haute énergie suivi d'un frittage naturel.
Les constituants ont été mélangés par broyage à haute énergie sous air. Le mélange a été effectué dans un broyeur 5 planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par la société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116. Quatre échantillons ont été préparés dans les mêmes conditions avec différentes durées de broyage (1/2 h, 1 h, 2 h et 6 h) . Pour les temps de broyage supérieurs à 1 h, le 10.. cycle de broyage comprend 1 h de broyage suivie de 15 min d'arrêt. Pour une durée de broyage effectif de 2, respectivement 6 h, la durée totale de la préparation est par conséquent de 2 h 15 min, et de 7 h 30 min.
Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 g de poudre
15 à broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre.
A l'issue du broyage, le matériau, a été mis sous forme de pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 65%, puis consolidé par cuisson 0 sous vide secondaire (10~4 Torr) à des températures entre 1350°C et 1400°C pendant 1 heure. Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure constituée d'une phase métallique de fer sous forme de particul.es sphéroïdales dans une matrice céramique de 5 cordiérite. Seul l'échantillon ayant subi une durée de broyage de 6 h est conducteur du courant électrique.
La figure 3 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Kαl)de l'échantillon obtenu après 6 heures de broyage et frittage. Les raies marquées • 0 correspondent à Fe, les raies marquées O correspondent à la cordiérite.
Exemple 3
Un matériau composite mullite - Fe (à 30% en vol. de Fe) a été obtenu à partir d'un mélange de poudre de mullite 5 industrielle et de poudre de fer pur. Le matériau a été obtenu par broyage à haute énergie suivi d'un frittage naturel.
Le broyage a été effectué dans un broyeur planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par la société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116 pendant une durée de broyage de 2 h, par cycles comprenant 1/2 h de broyage etl/2 h d'arrêt, soit une durée totale de 4 h.
Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 de poudre à 5 broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre.
A l'issue du broyage, le matériau a été mis sous forme de pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 65%, puis consolidé " par
10. cuisson sous vide secondaire (10~4 Torr) à des températures entre 1350°C et 1400°C pendant 1 heure. Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure constituée d'une phase métallique de fer sous forme de particules sphéroïdales dans une matrice céramique
15 de mullite. Le matériau obtenu est magnétique et conducteur du courant électrique.
La figure 4 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Kαι) de l'échantillon obtenu. Les raies marquées • correspondent à Fe, les raies marquées O 0 correspondent à la mullite.
Exemple 4
- Un matériau composite mullite - Fe (à • 30% en volume de Fe) a été préparé à partir d'un mélange de poudre de mullite industrielle et de poudre de fer pur, selon le mode 5 opératoire décrit dans l'exemple 3, mais en ajoutant de l'eau en tant que liant au mélange avant le pressage uniaxial, dans le but de faciliter le démoulage.
Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure et une conductivité électrique 0 analogues à celles du matériau de l'exemple 3.
Exemple 5
Des pastilles de matériau composite mullite-fer obtenues selon le mode opératoire de l'exemple 3 ont été utilisées comme latte de soudure pour le soudage de deux tôles d'acier 5 de 8 mm d'épaisseur.
Quinze pastilles ont été découpées de manière à obtenir des pastilles rectangulaires identiques, et placées côte à côte pour former une latte d'environ 20 cm. Les tôles à assembler ont été placées bord à bord, avec un espace variant entre 5 et 15 mm. La latte a été placée sous les tôles à assembler, le long de leurs bords en regard, et maintenue par les moyens appropriés. La soudure a ensuite
5 été réalisée sur la face du montage opposée à la latte.
L'on a constaté, lors de l'opération de soudage, une grande stabilité de l'arc électrique sur toute la longueur des pièces à assembler. De manière générale, cette caractéristique est d'autant plus utile que l'espace 'entre
10. les pièces à assembler est grand. Dans le cas présent, c'est le matériau « mullite + fer » qui assure la conductivité entre les pièces à assembler et l'électrode. L'utilisation de ce matériau permet l'amorçage entre l'arc électrique quelle que soit la position de l'électrode par rapport aux bords des
15 pièces à assembler, contrairement aux matériaux non conducteurs des lattes de l'art antérieur.
Les avantages des lattes de l'art antérieur sont conservés, notamment en ce qui concerne l'absence de collage des lattes à la surface du cordon de soudure et la pénétration du 0 matériau constituant la latte dans le matériau constituant la soudure. Il est observé que la qualité du cordon de soudure obtenu après le soudage est améliorée, dans la mesure où le nombre et la taille de la porosité sont diminués.
Exemple 6 5 Une latte de soudure a été préparée et utilisée pour le soudage de tôles d' acier dans les mêmes conditions que dans l' exemple 5 , mais en utilisant des pastilles de matériau obtenues conformément au mode opératoire décrit dans l ' exemple 4 et en polissant la latte au papier abrasif avant 0 l' utilisation, en vue d' améliorer la conductivité électrique .
L' analyse métallographique du j oint , après soudage, montre que la qualité du j oint est , en termes de porosité et de pénétration, identique à celle de l ' échantillon de l' exemple 5 . 5

Claims

Revendications
1. Latte de soudure constituée par un matériau composite, caractérisé en ce que le matériau composite comprend une matrice constituée par au moins une phase non
5 conductrice, et des particules conductrices réparties au sein de la matrice, la concentration en particules conductrices étant au moins égale au seuil de percolation.
2. Latte selon l'a" revendication 1, caractérisée en' ce que le matériau composite contient de 50 à 90% en volume de
10. phase non conductrice et de 50 à 10% en volume de particules conductrices .
3. Latte selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau composite contient de 60 à 85% en volume de phase non conductrice et de 40 à 15% en volume de particules
15 conductrices.
4. Latte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la phase non conductrice contient un oxyde simple, un oxyde mixte, ou un mélange d'un ou plusieurs oxydes simples et/ou d'un ou plusieurs oxydes mixtes compatibles avec le 0 métal ou les métaux susceptibles d'arriver en contact lors du soudage .
5. Latte selon la revendication 4, caractérisée en ce que les constituants de la phase non conductrice sont sous forme cristallisée. 5
6. Latte selon la revendication 4, caractérisé en ce la phase non conductrice contient un ou plusieurs oxydes choisis parmi A1203, MgO, Zr02, Ti02, Si02, Cr203, Y203, SrO, Fe203, BaO et CaO.
7. Latte selon la revendication 4, caractérisé en ce 0 que la phase non conductrice contient au moins un oxyde mixte binaire ou ternaire choisi parmi les silicates, les phosphates, les aluminates et les titanates.
8. Latte selon la revendication 4, caractérisée en ce que la phase non conductrice contient la cordiérite 5 2Mg0.2A1203.5Si02, la mullite 3A1203.2Si02, ou une combinaison des deux.
9. Latte de soudure selon la revendication 4, caractérisée en ce que la phase non conductrice contient une solution solide d'oxydes choisie parmi 2 (Mgι-xFex) 0.2A1203.5Si02) , (CaO) x (MgO) !_x.2Si02,
2 (CaxMgι_x)O.Si02, l'olivine 2 (MgxFeι_x) 0. Si02,
[Na20]x[K2θ]ι_x. l2θ3.6Si0 , la magnesiowϋstite (MgxFeι_x) 0, 5 2 (CaxFeι_x) 0. Si02, la wollastonite (CaxFeι_x) O. Si02, avec 0 < x < 1.
10. Latte selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules conductrices sont constituées par une' ou plusieurs phases métalliques constituées par un élément
10., choisi parmi Fe, Cr, Ni Cu, Mn, Zn, Pb, V, Ti et Sn, ou par plusieurs de ces éléments sous forme de composés intermétalliques ou d'alliages.
11. Latte selon la revendication 10, caractérisée en ce que les particules métalliques sont constituées par un acier.
15 12. Latte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les particules conductrices sont ' constituées par un ou plusieurs composés conducteurs choisis parmi les carbures, les borures, les siliciures et les nitrures.
13. Latte selon la revendication 12, caractérisée en ce 0 que les particules conductrices sont constituées par TiC,
TiN, TiB2, MoSi2 ou α-FeSi2.
14. Latte selon la revendication 12, caractérisée en ce que les composés conducteurs sont des composés mixtes dans lesquels un élément C, N ou Si est partiellement remplacé par 5 au moins un autre élément de même nature.
15. Latte selon la revendication 14, caractérisée, en ce que le composé mixte est SiC ou TiCι_x-.yNχ0y, y étant minoritaire, dopé ou non dopé, avec 0<x+y<l.
16. Latte selon la revendication 1, caractérisée en ce 0 que les particules conductrices sont constituées par des oxydes conducteurs à la température d'utilisation de ladite latte, choisis parmi les alumines β, les zircones dopées à moins de 20% en mole par CaO, Y203, MgO ou Ce02.
17. Latte selon la revendication 1, caractérisée en ce 5 que les particules conductrices sont constituées par des composés semi-conducteurs électroniques choisis parmi TiO, Ti203, VO, V203 et Fe304.
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