FR2605239A1

FR2605239A1 - Article permeable aux fluides et procede pour sa fabrication

Info

Publication number: FR2605239A1
Application number: FR8714186A
Authority: FR
Inventors: Takao Horie
Original assignee: Nabeya Iron and Tool Works Ltd
Current assignee: Nabeya Iron and Tool Works Ltd
Priority date: 1986-10-16
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1988-04-22
Anticipated expiration: 2007-10-14
Also published as: FR2605239B1; AU589294B2; KR880004878A; JPH0249825B2; DE3734965A1; US4833106A; US4909300A; GB8723987D0; GB2196623A; JPS63101063A; CA1292114C; GB2196623B; AU7976987A

Abstract

ARTICLE PERMEABLE AUX FLUIDES, COMPRENANT UNE STRUCTURE CERAMIQUE POREUSE 22, CONSTITUEE D'UNE MULTIPLICITE D'ELEMENTS CREUX 34 EN CERAMIQUE MUTUELLEMENT RELIES EN CHAINE POUR FORMER UN SQUELETTE A PASSAGES CAPILLAIRES INTERIEURS CONTINUS 36, LADITE STRUCTURE CERAMIQUE COMPORTANT UN ESPACE CONTINU DEFINI PAR LES SURFACES EXTERIEURES DUDIT SQUELETTE; ET UNE MATIERE 40 QUI REMPLIT CET ESPACE CONTINU ET CONSTITUE UNE MATRICE CONTINUE COOPERANT AVEC LA STRUCTURE CERAMIQUE POREUSE POUR FORMER L'ARTICLE COMPOSITE, LESDITS PASSAGES CAPILLAIRES CONTINUS DEBOUCHANT DANS AU MOINS UNE PARTIE 38 DES SURFACES LIBRES DE L'ARTICLE ET PERMETTANT AUDIT FLUIDE DE TRAVERSER L'ARTICLE.

Description

La présente invention se rapporte à un nouvel article ou produit perméable

aux fluides et à un procédé

pour la fabrication d'un tel article, et plus particulière-

ment à un procédé permettant de fabriquer un nouveau pro-

duit coulé comportant des pores continus laissant passer

un fluide, sans aucun traitement métallurgique ou mécanique.

Divers articles coulés en fonte, acier, alliage de cuivre, alliage d'aluminium ou autres matières sont très

utilisés dans les machines outils et les équipements indus-

triels en général, ainsi que pour d'autres applications.

Pour fabriquer de tels articles coulés, on verse un métal fondu approprié dans une cavité ménagée dans un moule de

coulée et on laisse solidifier le métal fondu coulé.

Les pièces métalliques ainsi obtenues par moulage

sont soumises à des traitements après coulée, tels qu'usi-

nage, meulage, revêtement, traitement thermique, traitement mécanique ou chimique et divers autres traitements, en fonction des applications des pièces métalliques coulées,

afin d'améliorer les propriétés des produits coulés.

Dans le domaine de la coulée de métaux comme indi-

qué ci-dessus, il est connu d'utiliser un noyau placé dans

un moule de coulée, pour produire un article creux qui com-

porte une cavité cylindrique correspondant au noyau par exemple. Bien qu'il soit possible de couler un tel article creux à l'aide d'un noyau, on n'a pas proposé de méthodes

pour donner à l'article creux une structure poreuse tri-

dimensionnelle qui possède des pores capillaires continus, comme ceux qui sont formés dans une pièce en métal fritté,

et qui permet le passage d'un fluide à travers l'article.

De plus, il est admis que de tels pores capillaires continus sont très difficiles à former par des opérations d'usinage

après coulée.

Ainsi, il est extrêmement difficile de couler une structure poreuse comportant un réseau continu de pores capillaires, qui peut être utilisée comme palier ou bague à imprégnation d'huile,pour machine textile par exemple,

dans laquelle un lubrifiant est contenu dans le réseau con-

tinu des pores capillaires de la structure poreuse. D'au-

tre part, un socle en fonte pour une machine outil doit a-

voir une structure poreuse perméable à l'air, lorsque le

socle de la machine est conçu comme un élément de soulève-

ment par coussin d'air. Dans ce cas, le socle coulé de la machine doit être soumis à plusieurs opérations de perçage,

longues et difficiles,pour y former une multiplicité de pe-

tits trous en communication mutuelle.

La présente invention a été développée à la lumiè-

re des situations de l'art antérieur indiquées ci-dessus.

- Elle a donc pour premier objet un nouvel article en métal, en particulier une pièce coulée en métal, qui comporte des passages intérieurs continus pour permettre le passage d'un

fluide à travers l'article.

L'invention a pour deuxième objet un procédé con-

venant pour la fabrication d'un tel article en métal coulé

poreux, sans autre traitement métallurgique ou mécanique.

Conformément à un aspect de la présente invention,

le premier objectif peut être atteint par un article perméa-

ble aux fluides qui permet le passage d'un fluide, com-

prenant: une structure céramique poreuse constituée d'une

multiplicité d'éléments creux qui sont fabriqués en une ma-

tière céramique et qui sont reliés en chaîne les uns aux

autres de manière à former un squelette comportant à l'in-

térieur un réseau de passages capillaires continus, la struc-

ture céramique poreuse comportant un espace continu qui est situé à l'extérieur du squelette des éléments creux et qui est défini par les surfaces extérieures des éléments creux;

et une matière de matrice remplissant l'espace continu défi-

ni à l'extérieur du squelette précité de la structure céra-

mique poreuse. La matière de matrice constitue une matrice continue qui coopère avec la structure céramique poreuse pour former une structure composite solidaire composée de la matière céramique et de la matière de matrice. Le système de passages capillaires continus est ouvert dans au moins une partie des surfaces libres de l'article et il permet au

fluide de traverser cet article.

L'article perméable aux fluides suivant la pré- sente invention, construit comme décrit ci-dessus, possède le système de passages capillaires continus formé dans le squelette d'éléments creux mutuellement reliés en chaîne de la structure céramique poreuse, ce squelette étant de

façon typique un réseau tridimensionnel de la matière céra-

mique. Le système de passages capillaires permet au fluide de s'écouler ou de traverser l'article. Ce type d'article comportant une telle structure céramique poreuse perméable aux fluides n'existe pas jusqu'à présent. Autrement dit, la structure céramique poreuse du présent article permet une infiltration ou un écoulement libre-à travers le système de passages et une répartition régulière dans celui-ci d'un fluide désiré, tel que l'air, d'autres gaz, l'eau froide ou

chaude et l'huile. Par conséquent, le présent article per-

méable aux fluides peut être largement utilisé pour divers composants de machine qui doivent employer un tel fluide pour une fonction spécifique. Ainsi, la présente invention procure une plus grande liberté de conception des composants

de machine perméables aux fluides.

Le squelette ou ossature des éléments creux de la structure céramique poreuse peut de préférence consister en un réseau tridimensionnel de la matière céramique. Dans ce cas, on forme généralement le réseau tridimensionnel de la matière céramique par un procédé qui comprend les opérations de préparation d'un corps en mousse de résine synthétique

ayant une structure à réseau poreux tridimensionnel, d'ap-

plication d'une matière céramique non cuite au corps en mous-

se, de façon à entourer la structure de réseau poreux tridi-

mensionnel, et de cuisson de la matière céramique non cuite, tout en consumant la structure de réseau poreux de la résine

synthétique, de sorte que le réseau tridimensionnel du sque-

lette de la structure céramique poreuse est constitué par

la matière céramique cuite et que le système de passages ca-

pillaires continus correspond à la structure de réseau po-

reux disparue par combustion de la résine synthétique. Suivant un aspect de l'invention, la matière de matrice est en métal coulé, qui peut être de la fonte ou de

l'acier coulé.

Le deuxième objectif de l'invention peut être atteint conformément à un autre aspect de l'invention qui procure un procédé de fabrication d'un article perméable aux fluides permettant le passage d'un fluide, qui comprend les opérations de: préparation d'un moule de coulée comportant une cavité; préparation d'une structure céramique poreuse constituée d'une multiplicité d'éléments creux qui sont en une matière céramique et qui sont reliés en chaîne les uns

aux autres de façon à former un squelette comportant un sys-

tème de passages capillaires continus, la structure cérami-

que poreuse comportant un espace continu qui est formé à

l'extérieur du squelette des éléments creux et qui est dé-

fini par les surfaces extérieures des éléments creux; mise en place de la structure céramique poreuse en position dans la cavité du moule de coulée; introduction d'un métal fondu dans la cavité, de façon à remplir l'espace continu formé à l'extérieur du squelette de la structure céramique poreuse; et solidification d'une masse du métal fondu versé dans l'espace continu en même temps qu'une masse du métal

fondu entourant la structure céramique poreuse dans la ca-

vité, de manière à engendrer un produit coulé en tant qu'ar-

ticle perméable aux fluides dans lequel la structure cérami-

que poreuse est noyée solidairement à l'intérieur de la mas-

se du métal coulé solidifié,le système de passages capillai-

res continus étant conservé à l'intérieur du squelette de

la structure céramique poreuse. Conformément au présent pro-

cédé, on peut obtenir facilement l'article perméable aux fluides, avec une productivité élevée, par utilisation d'une technique de coulée usuelle, sans soumettre le produit

coulé à aucun traitement métallurgique ou mécanique.

Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de

la description qui va suivre.

L'invention sera mieux comprise à l'aide du complé-

ment de description ci-après, qui se réfère aux dessins an-

nexés dans lesquels:

la figure 1 est une vue schématique en coupe, il-

lustrant une phase d'un procédé de fabrication d'un article coulé perméable aux fluides suivant un mode de mise en oeuvre de la présente invention; la figure 2 est une vue partielle à plus grande échelle et en coupe d'une partie d'un exemple d'une structure céramique poreuse utilisée dans le présent procédé la figure 3 est une vue partielle à plus grande échelle d'un produit coulé intermédiaire obtenu conformément au présent procédé;

la figure 4 est une vue à plus grande échelle il-

lustrant une partie de l'article coulé obtenu comme produit final à partir du produit coulé intermédiaire de la figure 3; la figure 5 est une vue en perspective du produit coulé final; et

les figures 6 à 9 sont des coupes illustrant di-

verses applications de l'article coulé perméable aux fluides

conforme à la présente invention.

Il doit être bien entendu, toutefois, que ces des-

sins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention,

dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.

Un article perméable aux fluides, comportant un système de passages capillaires continus tridimensionnels comme représenté sur les figures 3à 5, peut être facilement fabriqué, conformément à la présente invention, par mise en

place d'abord d'une structure céramique poreuse, comme re-

présenté sur la figure 2, en position dans un moule de cou-

lée comme représenté sur la figure 1, à titre d'exemple seu-

lement, puis introduction d'un métal fondu dans le moule.

L'article coulé ainsi obtenu est perméable aux fluides. Sur la figure 1, le moule de couléeest désigné par le repère 10. Le moule 10 comprend une partie supérieure 12 et une partie inférieure 14 et il est habituellement un moule à sable vert ou un moule auto-durcissant utilisant une

résine comme milieu durcissant. Toutefois, le moule de cou-

lée peut être un moule permanent (fabriqué en une matière métallique). Le moule de coulée 10 comporte une alimentation

de céramique 16, des jets ou évents 18 et une cavité 20 dont-

la configuration permet de recevoir la structure céramique poreuse 22. La structure céramique poreuse 22 placée dans la cavité 20 comprend un squelette fabriqué en une matière

céramique appropriée, qui a une structure de réseau tridi-

mensionnel comme décrit plus loin. Le moule de coulée 10 com-

porte en outre un réservoir 24, ménagé juste au-dessous de la cavité 20 et en communication avec celle-ci, et un orifice

de coulée ou d'introduction 30 en communication avec le réser-

voir 24. Un métal fondu 26 est versé dans l'orifice 30 à

partir d'une poche 28.

Dans le présent mode de réalisation, tout le volu-

me de la cavité 20 est occupé par la structure céramique po-

reuse 22 comme représenté sur la figure 1, de sorte qu'un produit coulé 32 à fabriquer, comme représenté sur la figure , a sensiblement le même volume que la structure céramique poreuse 22 ou la cavité 20. Toutefois, il est entendu que la position de la structure céramique 22 dans la cavité 20 et la configuration de la structure céramique 22 ne sont pas limitées à celles qui sont représentées sur la figure 1 mais qu'elles peuvent être modifiées de façon appropriée,

en fonction de la dimension et de la forme désirées du pro-

duit final 32. Par exemple, la structure céramique poreuse 22 peut être positionnée dans la cavité 20 par des fixations appropriées, telles que des gabarits, de sorte que certaines des surfaces extérieures de la structure céramique 22 sont espacées des surfaces intérieures du moule 10 définissant la cavité 20. La structure céramique poreuse 22 ainsi placée

dans la cavité 20 du moule comprend une multiplicité d'élé-

ments creux 34, comme indiqué sur la figure 2. Les éléments creux 34 sont reliés en chaîne les uns avec les autres, de manière à constituer un squelette ayant une structure de réseau tridimensionnel. Chacun des éléments creux 34 possède un passage de petit diamètre ou capillaire 36, de sorte que le squelette tridimensionnel des éléments creux reliés en chaîne 34 comporte un système capillaire tridimensionnel continu. La structure céramique poreuse 22 comprend un espace

continu qui est formé à l'extérieur du squelette tridimension-

nel. Autrement dit, cet espace continu est défini par les sur-

faces extérieures des éléments creux individuels 34. Par exem-

ple,la structure céramique poreuse 22 peut être obtenue par: préparation d'un corps en mousse de résine synthétique,telle qu'un caoutchouc, polyester, uréthane ou polyuréthane,ayant une structure de réseau poreux tridimensionnel; élimination, par air comprimé ou d'autres moyens, des films relativement minces de la résine qui ferme les vides laissés dans la

structure de réseau du corps en mousse; application d'une ma-

tière céramique verte ou non cuite (par exemple sous la forme d'une boue) au corps de mousse de résine de façon à entourer

ou revêtir le réseau poreux tridimensionnel du corps en mous-

se; et séchage et cuisson de la matière céramique verte ap-

pliquée, tout en éliminant pardécmposition la structure de ré-

seau poreux de la résine, de sorte que le réseau tridimension-

nel de la structure céramique poreuse 22 est constitué par la

matière céramique cuite et que le système de passages capillai-

res continus formé par les capillaires 36 correspond à la

structure de réseau poreux éliminée par combustion de la ré-

sine synthétique. La matière céramique utilisée pour for-

mer la structure céramique poreuse 22, c'est-à-dire la ma-

tière céramique appliquée au corps en mousse de résine syn-

thétique, peut être une matière telle que cordiérite, alu-

mine, SiC, mullite, zircone ou matière céramique similaire,

choisie en fonction des propriétés'requises du produit cou-

lé 32 obtenu à partir de la structure céramique poreuse 22.

Par exemple, le corps en mousse de résine synthé-

tique, constitué de résine uréthane par exemple, est décom-

posé thermiquement à des températures voisines de 400 C, et la matière céramique non cuite appliquée à la structure de réseau poreux de la résine est cuite sensiblement à une température de 1300 C ou davantage. Par conséquent, toute

la masse de la résine uréthane disparaît du fait de la décom-

position thermique, à lafin d'une opération de cuisson de

24 heures environ.

Dans la structure céramique poreuse 22 ainsi

préparée, les éléments creux multiples 34 reliés mutuelle-

ment en chaîne constituent le squelette à réseau tridimen-

sionnel, dans lequel le système de passages capillaires con-

tinus est constitué des capillaires 36 laissés à l'intérieur des corps des éléments creux en chaîne 34, comme indiqué sur la figure 2. D'une manière générale, la Structure céramique poreuse 22 a une porosité dans une plage de 60% à 90% environ et la longueur de chaque côté de chaque élément creux 34 est de 0,1 à 0,4 mm environ. Toutefois, cette longueur varie en fonction du nombre total des éléments creux 34 par unité de volume de la structure 22. On peut vérifier la continuité des capillaires 36 formés dans les éléments creux 34 de la structure céramique poreuse 22 de la manière suivante, par exemple. Tout d'abord, on verse du plâtre dans le corps en mousse d'uréthane, après élimination du film mince de résine fermant les videsde chaque élément 34. Ensuite, on sèche et on cuit le plâtre pour décomposer thermiquement la mousse d'uréthane, de sorte que des petits trous ou capillaires sont formés dans la structure de plâtre obtenue. Ensuite,

on verse de l'aluminium fondu dans les trous de la struc-

ture de plâtre. Après solidification de l'aluminium, on

enlève le plâtre. On peut obtenir comme résultat une struc-

ture de réseau tridimensionnel continu en aluminium. Ce réseau continu en aluminium prouve l'existence du système

de passages capillaires continus 36 formé dans le squelet-

te de la structure céramique poreuse 22 utilisée suivant

la présente invention.

Après mise en place convenable de la structure céramique poreuse 22 ainsi construite, dans la cavité 20 du moule comme décrit plus haut, on verse dans la cavité le métal fondu 26 ayant une composition chimique réglée

en fonction des propriétés désirées du produit coulé 32.

Bien qu'on utilise généralement une composition ordinaire

de fonte ou d'acier pour le métal fondu 26, on peut em-

ployer diverses autres compositions de métaux tels qu'al-

liage de cuivre et alliage d'aluminium, en fonction des

propriétés désirées du produit final 32 fabriqué confor-

mément à la présente invention.

Dans le présent mode de réalisation, le métal

fondu 26 est amené à la cavité de moule 20 par l'inter-

médiaire de l'orifice 30, du canal d'alimentation 16 et du réservoir 24 qui sont prévus dans le moule de coulée 10. Le métal fondu introduit 26 remplit l'espace ou volume continu qui est laissé à l'extérieur du squelette tridimensionnel de la structure céramique poreuse 22, c'est-àdire qui est

défini par les surfaces extérieures des éléments creux 34.

Lorsqu'on poursuit l'introduction du métal fqndu 26,le ni-

veau du métal fondu 26 atteint les jets ou évents 18. A

ce moment, l'opération de remplissage est terminée.

Bien qu'on puisse utiliser à la fois des métaux -ferreux et des métaux non ferreux comme métal fondu 26, il

est souhaitable que la température du bain de fusion 26,lors-

qu'on le verse dans l'orifice 30,soit un peu supérieure à 1 0

celle qui est utilisée dans une opération de coulée ordinai-

re, afin d'éviter la formation de cémentite aux angles du produit coulé ou dans les parties à paroi mince des produits

coulés, car le bain fondu introduit 26 se refroidit inévita-

blement au contact des surfaces de paroi du moule 10 et la

tendance au refroidissement est accrue du fait de la présen-

cede la structure céramique poreuse 22 dans la cavité 20. Il

faut noter que le volume total des jets ou évents 18 est dé-

terminé de manière à fournir une quantité appropriée de mé-

tal supplémentaire dans la cavité 20 lorsque la pièce coulée se solidifie et se contracte, afin d'assurer une alimentation uniforme du métal fondu 26 dans tout l'espace continu laissé

à l'intérieur de la structure céramique poreuse 22.

Le réservoir 24 représenté sur la figure 1 est prévu pour permettre une distribution régulière du métal fondu 26 aux éléments creux 34 situés à différents endroits

de la structure céramique poreuse 22, ce qui assure un rem-

plissage uniforme des parties locales de l'espace continu à l'intérieur de la structure 22. Le volume et la position du réservoir 24 sont déterminés en fonction de la forme, de

la dimension, de la matière et d'autres paramètres du pro-

duit coulé 32 à fabriquer. On coupe la masse de métal soli-

difié coulée dans le réservoir 24, généralement par une opé-

ration de coupe appropriée, lorsque toute la masse coulée

est solidifiée et retirée du moule 10.

On obtient ainsi le produit coulé 32. Ce produit coulé 32 est constitué d'une structure composite solidaire

dans laquelle une masse de métal coulé 40 remplit les par-

ties locales du réseau tridimensionnel continu défini par les

éléments creux mutuellement reliés en chalne 34 de la struc-

ture céramique poreuse 22, comme représenté sur la figure 3.

Plus précisément, la structure composite consiste en un ré-

seau de la matière céramique, et en une masse de métal coulé formant une matrice dans laquelle est noyé le réseau en céramique. A ce sujet, il est très important de noter que le

capillaire 36 formé à l'intérieur du corps de chaque élé-

ment creux 34 dela structure céramique poreuse 22 est fermé,

comme indiqué sur la figure 2. Par conséquent, le métal fon-

du 26 ne pénètre pas dans le système de passages capillaires continus de la structure en céramique 22, pendant une opéra- tion de coulée. Pour cette raison, le système de passages capillaires continus constitué par les capillaires 36 en communication mutuelle subsiste même après le remplissage de l'espace continu à l'extérieur des éléments creux 34 avec

le métal coulé 40.

Après solidification du métal coulé 40 dans le moule 10, tout l'ensemble coulé est retiré du moule 10 et

il est soumis aux traitements nécessaires tels que refroidis-

sement, nettoyage au jet de sable ou par une aute méthode, et finition de surface à la meule, comme on le fait pour une coulée usuelle. On coupe la partie de l'ensemble coulé qui correspond au réservoir 24, comme indiqué plus haut, de sorte qu'on obtient le produit coulé désiré 32 sous la forme d'un

article perméable aux fluides, comme représenté sur la figu-

re 5. Pendant l'opération de finition par coupe ou meulage du produit coulé 32, une surface 38 du produit coulé 32 est

découverte comme indiqué en 38 sur la figure 3. Par consé-

quent, les capillaires 36 formés dans les éléments creux 34 de la structure céramique poreuse noyée 22 débou6hent

à la surface 38, comme représenté sur la figure 4. En prin-

cipe, le produit coulé obtenu 32 est soumis à une opération

de coupe, de meulage ou autre, pour enlever une petite quan-

tité de la matière d'une surface du produit coulé, de sorte que le système de passages capillaires tridimensionnels

continus,constitué par les capillaires continus 36,est dé-

couvert dans au moins une partie des surfaces extérieures

exposées du produit coulé 32. Ce système de passages capil-

laires 36 permet au produit coulé 32 des figures 4 et 5 de servir d'article possédant la caractéristique désirée de

perméabilité aux fluides.

Bien que le métal coulé 40 dans le produit coulé

32 conforme à l'invention soit représenté sous forme de seg-

ments séparés les uns des autres dans les coupes à deux di-

mensions des figures 2 et 3, il est entendu que les éléments creux 34 constituant la structure de réseau tridimensionnel de la structure céramique poreuse 22 sont reliés en chaîne les uns aux autres et, par conséquent, le métal coulé 40

dans lequel les éléments creux 24 sont noyés est une struc-

ture tridimensionnelle continue.

Bien que le produit coulé sous une première forme de l'article perméable aux fluides suivant l'invention et le procédé de fabrication du produit coulé aient été décrits en

détail comme les modes de mise en oeuvre actuellement préfé-

rés de l'invention, il est entendu quel'invention n'est pas

limitée aux détails précis des modes de réalisation illus-

trés. Dans le procédé illustré, on prépare la structure

céramique 22 au moyen d'un corps en mousse de résine synthé-

tique ayant une structure de réseau tridimensionnel. Toute-

fois, on peut également préparer avantageusement une telle structure céramique poreuse par utilisation d'autres formes

en une matière qui peut disparaître par cuisson à une tempéra-

ture élevée. Par exemple, on peut appliquer une matière céra-

mique à un corps en forme de peigne ou à une structure com-

portant une multiplicité d'aiguilles espacées parallèles qui

partent d'une face de sa base. Dans ce cas également, la ma-

* tière céramique déposée de façon à entourer les aiguilles est cuite de sorte que la structure poreuse obtenue comporte des passages qui correspondent à la matière éliminée par

bralage.

Bien qu'un produit coulé en métal ait été décrit, on peut obtenir un article perméable aux fluides conforme

à la présente invention, par utilisation d'une matière plas-

tique ou d'un verre ou même d'une matière céramique comme

matière de matrice dans laquelle la structure céramique po-

reuse est noyée. Dans tous les cas, l'espace continu laissé

dans le réseau tridimensionnel de la structure céramique po-

reuse est rempli avec une masse de matière,telle que matière plastique, verre ou céramique, de sorte que la matière de remplissage coopère avec la structure céramique poreuse pour constituer une structure composite solidaire perméable aux fluides. Dans le cas o on utilise une matière céramique

pour remplir l'espace à l'intérieur de la structure cérami-

que poreuse, la matière céramique doit être cuite.

Il est clair que la présente invention peut être

mise en oeuvre avec diverses modifications qui peuvent appa-

raître aux hommes de l'art, sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

Afin de mieux clarifier l'idée de la présente in-

vention,on décrit ci-après plusieurs applications préférées

de différents articles perméables aux fluides suivant l'in-

vention. On se reporte à la figure 6 qui illustre un type d'article perméable aux fluides, prévu pour être utilisé

comme table de lévitation ou à coussin d'air 44 pour une ma-

chine-outil. Sur la figure 6, le repère 42 désigne un socle

fixe de la machine-outil, qui présente une surface supérieu-

re plane 45 sur laquelle repose la table pneumatiquement

flottante ou de lévitation 44.

Cette table flottante 44 comprend une pièce cou-

lée 46 perméable aux fluides, fabriquée par un procédé tel que décrit plus haut, de sorte qu'une structure céramique poreuse est noyée dans une masse de métal coulé. L'article 46 perméable aux fluides comporte un système intérieur de passages capillaires continus. Comme indiqué sur la figure 6, la table flottante 44 comprend en outre une couverture

étanche aux fluides, qui recouvre les surfaces extérieu-

res de la pièce 46 perméable aux fluides, à l'exception de sa surface inférieure 48. Par exemple, la couverture 50 peut être coulée solidairement avec la pièce 46. Dans cette disposition, le système de passages capillaires continus de la pièce 46 perméable aux fluides est ouvert seulement dans la surface inférieure 48. La couverture 50 comporteune entrée d'air 52 qui communique avec l'une des surfaces laté-

rales opposées de la pièce 46 et qui communique par consé-

quent avec le système de passages capillaires à l'intérieur

de la pièce 46.

Dans la présente table pneumatiquement flottante 44, l'entrée d'air 52 est connectée à une sour'ce d'air comprimé appropriée, de sorte que de l'air comprimé soufflé dans le système de passages capillaires de la table flottante 44 par l'intermédiaire de l'entrée d'air 52 est éjecté à la surface inférieure 48 et est dirigé contre la surface supérieure 45

du socle fixe 42. Ainsi, la table flottante 44, qui est pré-

vue pour supporter sur sa surface supérieure une pièce à usiner, peut se décoller ou se soulever au-dessus du socle

fixe 42.

On fabrique généralement une base pneumatiquement flottante connue par coulée d'un élément en forme de plaque et perçage d'une multiplicité de petits trous de passage dans l'élément coulé, de sorte que les trous de passage communiquent les uns avec les autres et débouchent dans la surface inférieure de l'élément coulé. Au contraire, la table flottante 44 peut être fabriquée avec une meilleure productivité et pour un coût réduit, par utilisation de l'article 46 perméable àux fluides conforme à la présente

invention. En outre, puisque les passages formés dans l'ar-

ticle 46 perméable aux fluides sont régulièrement ouverts sur toute la surface inférieure 48, les caractéristiques de fonctionnement de la table flottante 44 sont sensiblement améliorées.

La figure 7 illustre un autre mode de mise en oeu-

vre de la présente invention qui utilise un type modifié

d'un article 66 perméable aux fluides, décrit ci-après.

Dans cemode de réalisation, on utilise l'article 66 perméable aux fluides suivant la présente invention comme élément de portée incorporé dans un palier 56 pour supporter un arbre 54, comme représenté sur la figure, de sorte que l'arbre 54 est mis en rotation autour de son axe par une force d'entraînement extérieure. La pièce 66 perméable aux

fluides comporte un alésage 58 dans lequel passe l'arbre 54.

L'arbre 54 comporte une bride solidaire 60 qui coopère avec un écrou 62 pour retenir l'arbre 54 de façon tournante et

axialement immobile par rapport à la portée 66. Sur la fi-

gure 7, le repère 64 désigne deux roulements de butée.

L'article 66 perméable aux fluides, tel que-la portée 66 incluse dans leprésent palier 56, contient une structure céramique poreuse qui possède un système intérieur de passages capillaires continus conforme au principe de la présente invention comme décrit plus haut. Le système de passages débouche dans la surface de portée intérieure de la pièce de portée 66 qui définit l'alésage 58 et est en contact

de frottement avec l'arbre 54.

Le palier 56 comprend un réservoir de lubrifiant 68 qui débouche dans sa surface circonférentielle extérieure et qui communique avec le système de passages de la pièce de portée 66 perméable aux fluides. Un lubrifiant contenu dans le réservoir 68 est introduit dans le système de passages de

la portée 66. Sur la figure 7, le repère 69 désigne un cou-

vercle amovible pour la fermeture du réservoir 68.

Dans le présent palier 56, le lubrifiant est con-

tenu dans le système de passages capillaires de la pièce 66 perméable aux fluides, dans un état approprié, du fait de l'action capillaire. Le lubrifiant ainsi conservé dans la pièce de portée 66 est distribué à la surface de portée

58, à un débit approprié, du fait de la chaleur de frotte-

ment et de l'action de pompage qui sont engendrées pendant

la rotation de l'arbre 54, de sorte que l'arbre 54 est lu-

brifié de façon adéquate pour une rotation douce par rapport

à la pièce de portée 66.

En outre, le présent palier 56 est également avan-

tageux par sa résistance sensiblement améliorée à l'usure.

De façon plus spécifique, la matière céramique de la struc-

ture céramique poreuse incorporée dans la pièce de portée 66 perméable aux fluides apparaît sur la surface de portée

58 de sorte que la matière céramique est régulièrement ré-

partie sous la forme de points espacés les uns des autres.

La figure 8 illustre un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, utilisant un article coulé perméable

aux fluides 76, incorporé dans une table à blocage pneumati-

que 74 pour une machine-outil.

Sur la figure 8, le repère 70 indique un socle fixe de la machine-outil présentant une surface supérieure

plane 72 sur laquelle repose la table 74 à blocage pneumati-

que. Comme l'article perméable aux fluides 46 utilisé dans la table pneumatiquement flottante 44 de la figure 6, l'article perméable aux fluides 76 utilisédans la présente table à blocage pneumatique 74 est un produit coulé fabriqué

conformément au procédé de la présente invention, qui com-

prend une structure céramique poreuse à système de passages capillaires continus. La table 74 comprend en outre une

couverture 80 en métal coulé étanche aux fluides, qui re-

couvre l'article perméable aux fluides 76, à l'exception

de sa surface inférieure 78. La couverture en métal 80 com-

porte un orifice d'aspiration 82 qui communique avec l'une des surfaces latérales opposées de l'article 76 et donc avec le système de passages formé dans l'article 76. Le

repère 84 désigne un élément d'étanchéité prévu sur la sur-

face inférieure de la couverture 80 de manière à entourer

l'article perméable aux fluides 76, afin de maintenir l'é-

tanchéité aux fluides entre l'élément de couverture 80 et

la surface supérieure 72 du socle fixe 70.

L'orifice d'aspiration 82 de la présente table 74 est connecté à une source de vide appropriée de sorte que la table 74 peut être aspirée sur la surface supérieure 72 du socle 70, du fait d'une pression réduite dans le système de passages qui débouche dans la surface inférieure 78 de l'article coulé perméable aux fluides 76. Ainsi, la table 74, qui est prévue pour supporter sur sa surface supérieure

une pièce à usiner, est bloquée pneumatiquement sur le so-

cle 70.

On peut également fabriquer la présente table 74, avec une meilleure productivité et pour un coût réduit,

par utilisation de l'article perméable aux fluides 76 con-

forme à la présente invention, comparativement à une table usuelle à blocage pneumatique qui utilise généralement une plaque coulée dans laquelle sont ménagés une pluralité de petits passages tels que les passages communiquent les

uns avec les autres et débouchent dans la surface inférieu-

re de la plaque coulée. En outre, les passages formés dans l'article perméable aux fluides 76 s'ouvrent régulièrement

dans toute la surface inférieure 78, de sorte que les ca-

ractéristiques de fonctionnement de la table 74 à blocage

pneumatique sont sensiblement améliorées.

On se reporte maintenant à la figure 9 qui illus-

tre un autre type modifié d'un article coulé perméable aux

fluides 88 suivant la présente invention.

On utilise cet article coulé 88 pour une plaque 86 qui est fixée à une structure support appropriée et qui est prévue pour supporter une table coulissante. De façon plus détaillée, l'article coulé 88 utilisé pour laplaque 86 est un produit coulé perméable aux fluides comprenant une structure céramique poreuse noyée dans la matière coulée, conformément au principe de la présente invention déjà décrit. L'article coulé perméable aux fluides 88 comporte un

système de passages capillaires continus formé dans la struc-

ture céramique poreuse, de sorte que le système de passages

débouche seulement dans une surface supérieure de glisse-

ment 90 de l'article coulé 88. La plaque 86 comprend une couverture étanche aux fluides 91, constituée d'une pièce coulée en métal, par exemple, qui recouvre les surfaces extérieures de l'article coulé perméable aux fluides 88, à l'exception de sa surface de glissement supérieure 90. La

couverture 91 comporte, dans l'une de ses surfaces latéra-

les, un orifice 92 d'alimentation en lubrifiant qui commu-

nique avec le système de passages de l'article coulé permé-

able aux fluides 88. Sur la figure.9, le repère 94 désigne un trou prévu pour un dispositif de fixation de la plaque

86 à la structure support.

Dans la présente plaque 86, un lubrifiant intro-

duit par l'orifice d'alimentation 92 est envoyé dans le

système de passages capillaires formé dans l'article permé-

m4able aux fluides 88 et il est distribué de façon appro-

priée pour lubrifier la surface supérieure 90 qui sert de surface de glissement de la plaque 86. La plaque 86 ainsi

construite est lubrifiée par une quantité de lubrifiant con-

venablement réglée, régulièrement répartie sur toute la sur-

face de glissement 90.

En outre, puisque la matière céramique de l'arti-

cle coulé perméable aux fluides 88 de la présente plaque 86 apparaît sur la surface de glissement 90 sous la forme de points mutuellement espacés, la résistance à l'usure de la surface de glissement 90 est effectivement augmentée, de sorte que la précision initiale de la surface de glissement

peut être conservée pendant une longue durée.

La description précédente montre que l'article

perméable aux fluides,construit conformément à la présente invention, peut être avantageusement utilisé pour une large

gamme d'applications, à la place des composants poreux ha-

bituellement employés dans divers domaines technologiques.

Par exemple, on peut utiliser le présent article

perméable aux fluides comme élément de chauffage ou de re-

froidissement, par introduction d'un fluide chaud ou froid

dans le système de passages capillaires formé dans le sque-

lette de la structure céramique poreuse noyée dans l'article.

En outre, le présent article perméable aux fluides peut ser-

vir de filtre ou de catalyseur, par utilisation de son sys-

tème de passages.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède; l'inven-

tion ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisa-

tion et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la

matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la pré-

sente invention.

Claims

Revendications

1. Article perméable aux fluides qui permet le passage d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend: une

structure céramique poreuse (22) constituée d'une multipli-

cité d'éléments creux (34) qui sont fabriqués en une matière céramique et qui sont reliés en chaine les uns aux autres de manière à former un squelette comportant à l'intérieur un

système de passages capillaires continus (36), ladite struc-

ture céramique poreuse comportant un espace continu qui est formé à l'extérieur dudit squelette et qui est défini par les surfaces extérieures desdits éléments creux; et une

matière de matrice (40) remplissant ledit espace continu dé-

fini à l'extérieur dudit squelette de ladite structure céra-

mique poreuse (22) et constituant une matrice continue qui coopère avec ladite structure céramique poreuse (22) pour

former une structure composite solidaire composée de la ma-

tière céramique et de la matière de matrice, ledit système de passages continus débouchant dans au moins une partie (-38) des surfaces libres de l'article et permettant audit

fluide de circuler à travers cet article.

2.Article perméable aux fluides suivant la reven-

dication 1, caractériséen ce que ledit squelette desdits éléments creux (34) est un réseau tridimensionnel de ladite

matière céramique.

3. Article perméable aux fluides suivant la reven-

dication 2, caractérisé en ce que le réseau tridimensionnel

de ladite matière céramique est formé par un procédé compre-

nant les opérations de: préparation d'un corps en mousse de résine synthétique ayant une structure de réseau poreux tridimensionnel; application d'une matière céramique non cuite audit corps en mousse, de façon à entourer ladite structure de réseau poreux tridimensionnel; et cuisson de ladite matière céramique non cuite, avec décomcposition de la dite structure de réseau poreux de résine synthétique, de sorte que ledit réseau tridimensionnel dudit squelette de la dite structure céramique poreuse (22) est constitué par la matière céramique cuite et que ledit système de passages

capillaires continus (36) correspond à la structure de ré-

seau poreux de la résine synthétique disparue par décomposi-

tion.

4. Article perméable aux fluides suivant l'une

quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que

ladite matière de matrice (40) est un métal coulé (40).

5. Article perméable aux fluides suivant la reven-

dication 4, caractérisé en ce que ledit métal coulé (40) est

de la fonte ou de l'acier coulé.

6. Article perméable aux fluides qui permet le passage d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend:

une structure céramique poreuse (22) constituée d'une mul-

tiplicité d'éléments creux (34) qui sont fabriqués en une matière céramique et qui sont reliés en chaîne les uns aux

autres de manière à former un squelette comportant un ré-

seau tridimensionnel, ledit squelette comportant à l'inté-

rieur un système capillaire continu (36), ladite structure céramique poreuse comprenant un espace continu qui est formé

à l'extérieur dudit squelette et qui est défini par les sur-

faces extérieures desdits éléments creux, ledit réseau tri-

dimensionnel de ladite structure céramique poreuse étant

formé par (a) préparation d'un corps en mousse de résine syn-

thétique ayant une structure de réseau poreux tridimensionnel, (b) application d'une matière céramique non cuite audit corps en mousse, defaçon à entourer ladite structure de réseau

poreux tridimensionnel, et (c) cuisson de ladite matière cé-

ramique non cuite tout en consumant ladite structure de ré-

seau poreux de ladite résine synthétique, de sorte que le réseau tridimensionnel de la structure céramique poreuse (22) est constituée par la matière céramique cuite et que le dit système de passages capillaires continus (36) correspond

à la structure de réseau poreux de la résine synthétique dis-

parue par décarpositicn; et un métal coulé (40) remplissant le dit espace continu défini à l'extérieur dudit squelette de la structure céramique poreuse (22) et formant une matrice continue dans laquelle ledit réseau tridimensionnel de la

matière céramique cuite est solidairement noyé.

7. Article perméable aux fluides suivant la re- vendication 6, caractérisé en ce que ledit métal coulé

(40) est de la fonte ou de l'acier coulé.

8. Procédé de fabrication d'un article perméable aux fluides qui permet le passage d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations de: préparation d'un

moule de coulée (10) comportant une cavité (20); prépara-

tion d'une structure céramique poreuse (22) constituée d'une multiplicité d'éléments creux (34) qui sont en une matière céramique et qui sont reliés en chaîne les uns aux autres de façon à former un squelette comportant un système de passages capillaires continus (36), ladite structure céramique poreuse comprenant un espace continu qui est formé à l'extérieur du dit squelette et qui est défini par les surfaces extérieures desdits éléments creux (34); mise en place de la structure céramique poreuse (22) en position dans ladite cavité (20) dudit moule de coulée (10); introduction d'un métal fondu dans ladite cavité, de façon à remplir ledit espace continu

formé à l'extérieur dudit squelette de la structure cérami-

que poreuse (22), et solidification d'une masse (40) du métal fondu versé dans ledit espace continu, en même temps qu'une masse du métal fondu entourant la structure céramique poreuse

(22) dans ladite cavité (20), de manière à engendrer un pro-

duit coulé comme article perméable aux fluides dans lequel la structure céramique poreuse est noyée solidairement à l'intérieur de la masse (40) du métal coulé solidifié, ledit système de passages capillaires continus (36) étant conservé

à l'intérieur dudit squelette de la structure céramique poreu-

se (22), pour permettre le passage du fluide à travers ledit

produit coulé.

9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit squelette d'éléments creux (34) consiste en

un réseau tridimensionnel de ladite matière céramique.

10. Procédé suivant la revendication 9, caracté-

risé en ce que ladite opération de préparation d'une struc-

ture céramique poreuse (22) comprend les opérations de: préparation d'un corps en mousse de résine synthétique ayant une structure de réseau poreux tridimensionnel; application d'une matière céramique non cuite audit corps en mousse,

de façon à entourer ladite structure de réseau poreux tri-

dimensionnel; et cuisson de ladite matière céramique non cuite,tout en décomcposant ladite structure de réseau poreux de

la résine synthétique, de sorte que ledit réseau tridimen-

sionnel dudit squelette de la structure céramique poreuse (22) est formé par lamatière céramique cuite et que ledit système de passages capillaires continus (36) correspond à la structure de réseau poreux de la résine synthétique décomposée.