FR3051186A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF A HARD CERAMIC PIECE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF A HARD CERAMIC PIECE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME Download PDF

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Abstract

Le procédé de fabrication d'une poudre métal-céramique comporte les étapes suivantes : préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudres de SiC, BN et B, d'une première fraction de poudre d'aluminium, et d'au moins un dopant pulvérulent ; mélange du mélange ainsi préparé et d'un liant ; formation de billettes primaires par compactage du mélange précédent ; traitement thermique sous vide de ces billettes primaires ; broyage des billettes primaires ainsi traitées ; préparation d'un mélange de la poudre ainsi obtenue et d'une deuxième fraction de la poudre d'aluminium ; mélange de ce mélange et d'un liant ; formation de billettes secondaires par compactage du mélange obtenu ; traitement thermique sous vide de ces billettes secondaires ; et broyage des billettes secondaires ainsi traitées.The process for producing a metal-ceramic powder comprises the steps of: preparing a mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first fraction of aluminum powder, and at least one dopant powdery; mixing the mixture thus prepared and a binder; forming primary billets by compacting the preceding mixture; vacuum heat treatment of these primary billets; grinding of the primary billets thus treated; preparing a mixture of the powder thus obtained and a second fraction of the aluminum powder; mixing this mixture and a binder; formation of secondary billets by compacting the resulting mixture; vacuum heat treatment of these secondary billets; and grinding the secondary billets thus treated.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE POUDRE METAL-CERAMIQUE APPROPRIEE POUR LA FABRICATION D'UNE PIECE DE CERAMIQUE DURE ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANTMETHOD FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF A HARD CERAMIC PIECE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une poudre métal-céramique appropriée pour la fabrication d'une céramique dure par fusion sélective par laser. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'une pièce de céramique dure à l'aide de cette poudre.The present invention relates to a method of manufacturing a metal-ceramic powder suitable for the manufacture of a hard ceramic by selective laser melting. It also relates to a method of manufacturing a piece of hard ceramic with this powder.

La fusion sélective par laser (Sélective Laser Melting - SLM) est un procédé unique fournissant une opportunité de fabriquer des unités ayant une géométrie très complexe. Sur la base de l'idée d'un durcissement sélectif de couches très minces (dont la dimension descend jusqu'aux microns), cette approche rend possible la production de cavités internes et canaux de forme complexe dans la masse de l'unité. A l'heure actuelle, cette technique est largement disponible pour des matières plastiques - on l'appelle aussi impression 3D - couvrant une large gamme d'applications allant de pièces médicales à la production de souvenirs.Selective Laser Melting (SLM) is a unique process that provides an opportunity to fabricate units with very complex geometry. Based on the idea of a selective hardening of very thin layers (whose size goes down to microns), this approach makes it possible to produce internal cavities and channels of complex shape in the mass of the unit. At present, this technique is widely available for plastics - also known as 3D printing - covering a wide range of applications ranging from medical parts to the production of souvenirs.

La production d'unités métalliques par SLM est plus coûteuse. Cependant elle est irremplaçable pour des pièces dans l'aviation et l'industrie des turbines. L'idée du remplacement du métal par de la céramique semble être très attrayante en raison du fait que la céramique, lorsqu'elle est comparée aux métaux, possède une résistance à la chaleur supérieure, une conductivité thermique inférieure, une résistance chimique supérieure à 1'oxygène/aux environnements réactifs, etc. Cependant, jusqu'à ce jour, une telle production est impossible étant donné qu'il n'y a pas d'approche pour la production d'unités céramiques ayant les caractéristiques requises par SLM.The production of metal units by SLM is more expensive. However, it is irreplaceable for parts in aviation and the turbine industry. The idea of replacing metal with ceramics seems to be very attractive because ceramics, when compared to metals, have superior heat resistance, lower thermal conductivity, chemical resistance greater than 1 oxygen / to reactive environments, etc. However, to date, such production is impossible since there is no approach for the production of ceramic units having the characteristics required by SLM.

Plusieurs tentatives ont été faites pour résoudre ce problème. 1 - L'utilisation de poudres céramiques recouvertes par des polymères organiques L'idée générale est que chaque particule de poudre est recouverte par une couche ultrafine d'un composé organique agissant comme une colle ; sous l'effet du chauffage laser, cette colle durcit et relie les particules. L'avantage de cette approche est le fait que le processus de durcissement ne conduit pas à des changements dans la géométrie des pièces étant donné qu'il ne se produit pas de processus physiques ou chimiques dans la matière céramique de la particule elle-même. L'inconvénient du procédé est une résistance très limitée de la pièce finale ; elle peut être améliorée par certaines astuces avec la composition polymère mais cela est encore insuffisant pour des applications industrielles. Un autre point qui rend cette approche caduque est le fait que tous les composés organiques brûlent aux températures élevées d'où il résulte que les pièces céramiques formées par une telle technique ont une plage de températures d'exploitation très limitée, même inférieure à celle pour des pièces métalliques existantes produites par SLM. 2 - La SLM directe de particules de poudre céramiqueSeveral attempts have been made to solve this problem. 1 - The use of ceramic powders covered with organic polymers The general idea is that each particle of powder is covered by an ultrafine layer of an organic compound acting as an adhesive; under the effect of laser heating, this glue hardens and bonds the particles. The advantage of this approach is the fact that the curing process does not lead to changes in the geometry of the pieces since no physical or chemical processes occur in the ceramic material of the particle itself. The disadvantage of the process is a very limited resistance of the final piece; it can be improved by some tips with the polymer composition but this is still insufficient for industrial applications. Another point which renders this approach obsolete is the fact that all the organic compounds burn at high temperatures, whereby the ceramic parts formed by such a technique have a very limited operating temperature range, even lower than that for existing metal parts produced by SLM. 2 - The direct SLM of ceramic powder particles

Cette approche est basée sur l'augmentation de la puissance de chauffage laser conduisant à une fusion partielle de la surface des particules de poudre céramique pendant le procédé SLM. Généralement cette technique peut fournir la résistance nécessaire et la résistance à la chaleur nécessaire des pièces céramiques produites mais elle pose un certain nombre de problèmes : — la nature du procédé SLM n'assure pas les conditions de refroidissement appropriées qui permettent d'éliminer les défauts de contrainte thermique apparaissant pendant le processus de fusion, ces contraintes sont nécessairement transmises à la masse de la pièce synthétisée, ce qui à son tour donne naissance à une fissuration inévitable dans la masse de la pièce, conduisant à sa destruction partielle ou même complète ; — les dimensions des particules sont changées de façon spectaculaire pendant la fusion de surface ; il en résulte qu'un retrait significatif a lieu, rendant impossible la production de pièces céramiques avec la géométrie exacte requise.This approach is based on increasing the laser heating power leading to a partial melting of the surface of the ceramic powder particles during the SLM process. Generally this technique can provide the necessary strength and the necessary heat resistance of the produced ceramic parts but it poses a number of problems: - the nature of the SLM process does not provide the appropriate cooling conditions which make it possible to eliminate the defects thermal stress occurring during the melting process, these constraints are necessarily transmitted to the mass of the synthesized part, which in turn gives rise to an inevitable crack in the mass of the part, leading to its partial or even complete destruction; The particle dimensions are dramatically changed during surface melting; as a result, a significant shrinkage takes place, making it impossible to produce ceramic parts with the exact geometry required.

En conclusion, une telle approche n'est pas non plus appropriée pour des applications industrielles. 3 - SLM de céramiques à partir d'une bouillie L'idée générale de ce procédé est l'évaporation d'une fraction liquide à partir de la bouillie par chauffage laser ; il en résulte la formation de la pièce céramique solide. Cette technique conduit également à un fort retrait, l'écart final des dimensions linéaires dépassant habituellement 30 %. De plus, la résistance mécanique est également très faible.In conclusion, such an approach is also not suitable for industrial applications. 3 - SLM of ceramics from a slurry The general idea of this process is the evaporation of a liquid fraction from the slurry by laser heating; this results in the formation of the solid ceramic part. This technique also leads to a strong shrinkage, the final gap of linear dimensions usually exceeding 30%. In addition, the mechanical strength is also very low.

On peut souligner que les principaux inconvénients des procédés indiqués ci-dessus proviennent de la nature des processus physiques et chimiques qui ont lieu pendant le prototypage laser. De ce fait, il n'existe pas de véritable manière pour les surmonter, des astuces étant possibles mais pour une amélioration seulement partielle.It may be emphasized that the main drawbacks of the processes indicated above are due to the nature of the physical and chemical processes that take place during laser prototyping. Therefore, there is no real way to overcome them, tips are possible but for a partial improvement only.

Ainsi, à l'heure actuelle, les procédés ci-dessus ne sont pas appropriés pour des applications industrielles et l'on ne voit pas comment rendre ces procédés industriellement applicables dans le futur.Thus, at present, the above methods are not suitable for industrial applications and it is not clear how to make these processes industrially applicable in the future.

Les présents inventeurs ont cherché à résoudre ce problème dans le but de proposer un procédé pour produire, par SLM sans retrait pendant la totalité du procédé -l'écart final des dimensions devant généralement être inférieur à 0,5 % - des pièces céramiques finales ayant une résistance mécanique généralement supérieure à 40 MPa, lesquelles peuvent être exploitées dans des environnements à haute température, présentant à cet effet une résistance à la chaleur, une résistance à haute température et une stabilité de la composition de phases allant généralement jusqu'à 1300°C.The present inventors have sought to solve this problem in order to propose a method for producing, by SLM without shrinkage during the entire process - the final gap of the dimensions generally to be less than 0.5% - final ceramic pieces having a mechanical strength generally greater than 40 MPa, which can be exploited in high temperature environments, exhibiting for this purpose a heat resistance, a high temperature resistance and a stability of the composition of phases generally up to 1300 ° vs.

Les applications visées pour les pièces céramiques obtenues sont très nombreuses en mécanique et mécanique de précision, par exemple dans les domaines de la fabrication des moteurs pour l'aviation, les engins spatiaux, les bateaux, les automobiles et autres industries. On peut en particulier mentionner la conception d'une nouvelle génération de turbines à gaz, en particulier de microturbines céramiques.The applications targeted for the ceramic pieces obtained are very numerous in mechanics and precision mechanics, for example in the fields of manufacturing engines for aviation, spacecraft, boats, automobiles and other industries. In particular, we can mention the design of a new generation of gas turbines, in particular ceramic microturbines.

Les inventeurs ont alors mis au point un procédé de fabrication d'une poudre métal-céramique sur la base de compositions de système Al-SiC-BN-B, dopées par des additions de In et Ga, pour la production de pièces de céramiques dures ne présentant pas de retrait à la cuisson par SLM.The inventors then developed a method for manufacturing a metal-ceramic powder on the basis of Al-SiC-BN-B system compositions, doped with In and Ga additions, for the production of hard ceramic pieces. not showing shrinkage when cooked by SLM.

La présente invention a donc d'abord pour objet un procédé de fabrication d'une poudre métal-céramique appropriée pour la fabrication d'une céramique dure par fusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : a) préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudres de SiC, BN et B, d'une première fraction de poudre d'aluminium, et d'au moins un dopant pulvérulent ; b) mélange du mélange préparé à l'étape a) et d'un liant ; c) formation de billettes primaires par compactage du mélange de l'étape b) ; d) traitement thermique sous vide des billettes primaires préparées à l'étape c) ; e) broyage des billettes primaires obtenues à l'étape d) ; f) préparation d'un mélange de la poudre de l'étape e) et d'une deuxième fraction de la poudre d'aluminium ; g) mélange du mélange préparé à l'étape f) et d'un liant ; h) formation de billettes secondaires par compactage du mélange de l'étape g) ; i) traitement thermique sous vide des billettes secondaires préparées à l'étape h) ; et j) broyage des billettes secondaires obtenues à l'étape i); les étapes f à j pouvant être réitérées au moins une fois en utilisant à chaque fois une nouvelle fraction d'aluminium et en partant à chaque fois de la préparation d'un mélange de la poudre obtenue à l'étape précédente et de la nouvelle fraction de poudre d'aluminium. A l'étape a), on peut utiliser au moins un dopant choisi parmi l'indium et le gallium, ledit dopant pouvant se présenter sous la forme d'un alliage indium-gallium. A l'étape a), on peut utiliser des poudres ayant chacune une granulométrie inférieure à 40 pm. A l'étape a), on peut effectuer le mélange d'un premier mélange activé mécaniquement formé de SiC, BN et B et d'un second mélange activé mécaniquement formé d'Al et du ou des dopants.The present invention therefore firstly relates to a method for manufacturing a metal-ceramic powder suitable for the manufacture of a hard ceramic by selective laser melting, characterized in that it comprises the following steps: preparing a mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first fraction of aluminum powder, and at least one pulverulent dopant; b) mixing the mixture prepared in step a) and a binder; c) forming primary billets by compacting the mixture of step b); d) vacuum heat treatment of the primary billets prepared in step c); e) grinding the primary billets obtained in step d); f) preparing a mixture of the powder of step e) and a second fraction of the aluminum powder; g) mixing the mixture prepared in step f) and a binder; h) formation of secondary billets by compacting the mixture of step g); i) vacuum heat treatment of the secondary billets prepared in step h); and j) grinding the secondary billets obtained in step i); the steps f to j can be repeated at least once using each time a new aluminum fraction and starting each time from the preparation of a mixture of the powder obtained in the previous step and the new fraction of aluminum powder. In step a), it is possible to use at least one dopant chosen from indium and gallium, said dopant possibly being in the form of an indium-gallium alloy. In step a), it is possible to use powders each having a particle size of less than 40 μm. In step a), it is possible to mix a first mechanically activated mixture of SiC, BN and B and a second mechanically activated mixture of Al and the dopant (s).

On peut effectuer l'activation mécanique d'un mélange en réalisant ce mélange dans un récipient de mélange en agate contenant des billes d'agate à une vitesse de 300-500 tpm en 3-6 cycles pendant 18-48 heures.The mechanical activation of a mixture can be effected by performing this mixing in an agate mixing vessel containing agate beads at a rate of 300-500 rpm in 3-6 cycles for 18-48 hours.

On peut mélanger les poudres dans les pourcentages molaires suivants :The powders can be mixed in the following molar percentages:

SiC : 25-34 BN : 6-8 B : 9-11 Al : 50-55,SiC: 25-34 BN: 6-8 B: 9-11 Al: 50-55,

Ga (dopant) :0,50-0,75 In (dopant) : 0,50-0,75 la masse totale des constituants représentant 100 %, Al étant introduit en au moins deux fractions, à savoir la première fraction de l'étape a) et la deuxième fraction de l'étape f), les fractions pouvant être des fractions égales.Ga (dopant): 0.50-0.75 In (dopant): 0.50-0.75 the total mass of the constituents representing 100%, Al being introduced in at least two fractions, namely the first fraction of the step a) and the second fraction of step f), the fractions being equal fractions.

On peut utiliser les dopants In et Ga dans les pourcentages massiques suivants :In and Ga dopants can be used in the following mass percentages:

In : 10-90 %In: 10-90%

Ga : 90-10 % la masse totale des dopants représentant 100 %. A l'étape b) et à chaque étape g), on peut utiliser un liant formé d'un caoutchouc synthétique tel qu'un caoutchouc styrène-butadiène dilué dans un solvant tel que le white-spirit, dans des proportions massiques caoutchouc synthétique : solvant notamment de 1:4 à 1:7. A l'étape c) et à chaque étape h), on peut effectuer le compactage en billettes par pression isostatique sous 980,7 - 1471 MPa (10-15 tonnes/cm2) dans des moules pendant une durée de 35-50 minutes.Ga: 90-10% the total mass of the dopants representing 100%. In step b) and in each step g), it is possible to use a binder formed of a synthetic rubber such as a styrene-butadiene rubber diluted in a solvent such as white spirit, in mass proportions synthetic rubber: solvent in particular from 1: 4 to 1: 7. In step c) and in each step h), compacting in billets by isostatic pressure under 980.7-1471 MPa (10-15 tonnes / cm 2) can be carried out in molds for a period of 35-50 minutes.

Après chacune des étapes c) et h), on peut sécher les billettes dans les conditions suivantes : — température ambiante pendant 20-30 heures ; puis — dans un four de séchage à 70-80°C pendant 20-30 heures ; puis à 105-120°C pendant 20-30 heures. A l'étape d) et à chaque étape i), on peut placer les billettes dans un four sous vide et les chauffer à 1250-1500°C pendant 20-30 heures. A l'étape e) et à chaque étape j), on peut broyer les billettes jusqu'à une granulométrie de 40 pm, en procédant notamment en plusieurs étapes : — broyage au broyeur jusqu'à obtention d'une granulométrie inférieure à 5 mm ; — au moins un cycle de broyage jusqu'à obtention d'une granulométrie de 3-5 mm ; — au moins un cycle d'abrasion jusqu'à obtention d'une granulométrie de 0,044-0,1 mm ; — tamisage en vue de l'obtention d'une granulométrie inférieure à 40 pm. A chaque étape f), on peut utiliser une poudre d'aluminium à raison de 10-20 % en poids par rapport à la masse totale de la fraction obtenue avec la granulométrie inférieure à 40 pm.After each of steps c) and h), the billets can be dried under the following conditions: ambient temperature for 20-30 hours; then - in a drying oven at 70-80 ° C for 20-30 hours; then at 105-120 ° C for 20-30 hours. In step d) and in each step i), the billets can be placed in a vacuum oven and heated at 1250-1500 ° C for 20-30 hours. In step e) and in each step j), the billets can be milled to a particle size of 40 μm, in particular by proceeding in several steps: milling to the mill until a particle size of less than 5 mm is obtained ; At least one milling cycle until a particle size of 3-5 mm is obtained; At least one abrasion cycle until a particle size of 0.044-0.1 mm is obtained; Sieving in order to obtain a particle size of less than 40 μm. At each step f), an aluminum powder may be used in a proportion of 10-20% by weight relative to the total mass of the fraction obtained with the particle size of less than 40 μm.

Le procédé selon l'invention peut comporter une étape supplémentaire après la dernière étape : k) vieillissement des billettes broyées dans un dessicateur à la température ambiante pendant 10-14 jours.The method according to the invention may comprise an additional step after the last step: k) Aging milled billets in a desiccator at room temperature for 10-14 days.

La présente invention porte également sur un procédé de fabrication d'une pièce céramique dure par fusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à : — construire couche par couche la pièce en cermet par fusion sélective par laser à partir de la poudre obtenue par le procédé tel que défini précédemment ; — soumettre la pièce en cermet ainsi obtenue à une calcination sous vide à une température de 1000°C pendant 100 heures ; — le cas échéant, conduire au moins une opération choisie parmi un soudage par diffusion de la pièce à une autre pièce obtenue de la même façon ; un usinage ; et un traitement d'élasto-érosion ;et — soumettre la pièce obtenue à une calcination dans une atmosphère contenant de l'oxygène, telle que l'air, à une température de 1200 - 1250°C pendant une durée de 100 heures.The present invention also relates to a method of manufacturing a hard ceramic part by selective laser melting, characterized in that it comprises the steps of: - building layer by layer cermet piece by selective laser melting to from the powder obtained by the process as defined above; Subjecting the cermet piece thus obtained to vacuum calcination at a temperature of 1000 ° C. for 100 hours; Where appropriate, conducting at least one operation selected from diffusion welding of the workpiece to another workpiece obtained in the same way; machining; and elasto-erosion treatment, and subjecting the resulting part to calcination in an oxygen-containing atmosphere, such as air, at a temperature of 1200-1250 ° C for a period of 100 hours.

Ces caractéristiques permettent d'éliminer une possibilité de formation de défauts structuraux dus à des gradients de température élevée et au choc thermique.These features make it possible to eliminate the possibility of forming structural defects due to high temperature gradients and thermal shock.

Il en résulte que les préformes de métal-céramique obtenues par SLM sont transformées en pièces céramiques pratiquement sans retrait, l'écart des dimensions linéaires de la pièce céramique finale à partir de la dimension initiale de la pièce de métal-céramique étant inférieur à 0,5%.As a result, the metal-ceramic preforms obtained by SLM are converted into ceramic pieces with substantially no shrinkage, the deviation of the linear dimensions of the final ceramic piece from the initial dimension of the metal-ceramic piece being less than 0. , 5%.

Selon la présente invention : 1 - En raison du choix de la composition chimique initiale de la poudre et en raison de l'activation mécanique de la poudre dans les étapes de la préparation de la poudre, il est possible de démarrer des processus aluminothermiques amorcés par impact laser. Ces réactions produisent une émission de chaleur significative qui est la force d'entraînement principale de la cuisson des particules de poudre métal-céramique. 2 - La poudre initiale est un cermet (métal-céramique) ; la cuisson de la poudre pendant le procédé SLM a lieu alors que la poudre est encore un cermet. Ce fait assure l'absence de retrait à l'étape de procédé critique. 3 - La pièce produite par SLM est encore un cermet et ceci donne l'opportunité d'un traitement mécanique de cette pièce intermédiaire - également appelée pièce verte -par des outils hautement alliés usuels par opposition au traitement classique de la céramique par des outils en diamant, traitement qui est très coûteux. 4 - Les processus aluminothermiques mentionnés au paragraphe 1 ci-dessus sont intentionnellement amorcés à l'étape de préparation de la poudre puis ils sont intentionnellement arrêtés. L'impact laser pendant le procédé SLM reprend les processus aluminothermiques mais ceux-ci ne sont pas achevés à l'étape SLM. Les réactions ci-dessus se déroulent de façon complète à l'étape de la calcination sous vide. Cette technique fournit la possibilité d'une cuisson sans retrait contrôlée de l'unité céramique. 5 - La masse de la pièce après la calcination sous vide est caractérisée par une porosité élevée qui est supérieure à 20%. Cette caractéristique importante du procédé assure la stabilité de la géométrie de la pièce (l'absence de retrait). L'étape finale de conversion du cermet en la céramique finale est la calcination dans une atmosphère contenant de l'oxygène, telle que l'air ; une oxydation a alors lieu avec un remplissage partiel des pores sans changement des dimensions de la pièce. De plus, un tel remplissage de pores fait durcir la masse de la pièce, ce qui en augmente la résistance mécanique. L'exemple suivant illustre la présente invention sans toutefois en limiter la portée.According to the present invention: 1 - Due to the choice of the initial chemical composition of the powder and because of the mechanical activation of the powder in the steps of the preparation of the powder, it is possible to start aluminothermic processes initiated by laser impact. These reactions produce a significant heat emission which is the main driving force of the firing of the metal-ceramic powder particles. 2 - The initial powder is a cermet (metal-ceramic); the baking of the powder during the SLM process takes place while the powder is still a cermet. This fact ensures the absence of shrinkage at the critical process step. 3 - The piece produced by SLM is still a cermet and this gives the opportunity of a mechanical treatment of this intermediate part - also called green part - by the usual high-alloyed tools as opposed to the conventional treatment of ceramics by tools diamond, treatment that is very expensive. 4 - The aluminothermic processes mentioned in paragraph 1 above are intentionally initiated at the powder preparation stage and then intentionally stopped. The laser impact during the SLM process resumes the aluminothermic processes but these are not completed at the SLM stage. The above reactions proceed completely to the vacuum calcination step. This technique provides the possibility of baking without controlled shrinkage of the ceramic unit. The mass of the workpiece after vacuum calcination is characterized by a high porosity which is greater than 20%. This important feature of the process ensures the stability of the geometry of the part (the absence of shrinkage). The final step of converting the cermet into the final ceramic is calcination in an atmosphere containing oxygen, such as air; oxidation then takes place with partial filling of the pores without changing the dimensions of the part. In addition, such a pore filling harden the mass of the part, which increases the mechanical strength. The following example illustrates the present invention without limiting its scope.

Exemple 1 : Fabrication d'une poudre de métal- céramique a) Préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudres de SiC, BN et B, d'une première fraction de poudres d'aluminium et d'une poudre d'alliage In-Ga comme dopantExample 1: Manufacture of a metal-ceramic powder a) Preparation of a mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first fraction of aluminum powders and an alloy powder Ga as dopant

al ) Préparation de la poudre de SiCal) Preparation of the SiC powder

On tamise de la poudre de SiC du commerce afin de séparer la fraction des particules présentant une dimension inférieure à 40 pm.Commercial SiC powder is sieved to separate the fraction of particles having a size of less than 40 μm.

On nettoie la fraction de poudre de SiC ainsi obtenue dans un broyeur rotatif dans un environnement à base aqueuse afin d'éliminer les pollutions physiques.The fraction of SiC powder thus obtained is cleaned in a rotary mill in a water-based environment to eliminate physical pollution.

On sèche la fraction de poudre de SiC ainsi obtenue dans un four de séchage à 120°C jusqu'à évaporation complète de l'eau.The SiC powder fraction thus obtained is dried in a drying oven at 120 ° C. until the water is completely evaporated.

a2 ) Préparation de la poudre de BNa2) Preparation of the BN powder

On procède comme en al) en remplaçant la poudre de SiC par de la poudre de BN.The procedure is as in (a) by replacing the SiC powder with BN powder.

a3 ) Préparation de la poudre de Ba3) Preparation of the B powder

On procède comme en al) en remplaçant la poudre de SiC par de la poudre de B.The procedure is as in (a) by replacing the SiC powder with B powder.

a4 ) Préparation d'un mélange préliminaire des poudres de SiC, BN et B A partir des poudres de SiC, BN et B obtenues en respectivement al), a2) et a3), on prépare, à l'aide de dispositifs doseurs et d'un mélangeur de poudres sèches, le mélange suivant : — Poudre de SiC 81 %parties en poids — Poudre de BN 12 % parties en poids — Poudre de B 7 % parties en poidsa4) Preparation of a preliminary mixture of SiC, BN and BA powders from the SiC, BN and B powders obtained in al), a2) and a3) respectively, using metering devices and a dry powder mixer, the following mixture: - SiC powder 81% parts by weight - BN powder 12% parts by weight - B powder 7% parts by weight

Ce mélange préliminaire est intimement broyé dans un mélangeur planétaire comportant un récipient agate de mélange en agate avec des billes d'agate, conduisant à un mélange intime mécaniquement activé. a5 ) Préparation d'un mélange d'une première fraction de poudre d'aluminium et d'une poudre d'alliage In-Ga A partir d'une poudre d'aluminium et d'une poudre d'alliage In-Ga 0.10.9 en 0.9/0.1 ayant chacune une dimension de particule inférieure à 40 pm, on prépare, à l'aide de dispositifs doseurs et d'un mélangeur de poudres sèches, le mélange suivant : — Poudre d'aluminium 98,5 % en poids — Poudre d'alliage In-Ga 1,5 % en poids a6 ) Préparation du mélange de l'intitulé de a)This preliminary mixture is thoroughly milled in a planetary mixer having an agate mixing agate container with agate beads, resulting in a mechanically-activated intimate mixture. a5) Preparation of a blend of a first fraction of aluminum powder and an In-Ga alloy powder from an aluminum powder and an In-Ga 0.10 alloy powder. 9 in 0.9 / 0.1 each having a particle size of less than 40 μm, the following mixture is prepared using dosing devices and a dry powder mixer: - aluminum powder 98.5% by weight - In-Ga alloy powder 1.5% by weight a6) Preparation of the mixture of the title of a)

On ajoute le mélange obtenu en a5) au mélange obtenu en a4) . Le mélange résultant est intimement broyé dans un mélangeur planétaire comportant un récipient de mélange en agate avec des billes d'agate, conduisant à un mélange intime mécaniquement activé. b) Mélange du mélange préparé à l'étape a) et d'un liant bl ) Préparation d'un liantThe mixture obtained in a5) is added to the mixture obtained in a4). The resulting mixture is thoroughly milled in a planetary mixer having an agate mixing vessel with agate beads, resulting in a mechanically-activated intimate mixture. b) Mixing of the mixture prepared in step a) and a binder bl) Preparation of a binder

On mélange du caoutchouc synthétique et de l'essence minérale dans un rapport en poids de 10/90 pour obtenir un liant. b2 ) Préparation du mélange de l'intitulé de b)Synthetic rubber and mineral spirits are mixed in a weight ratio of 10/90 to obtain a binder. b2) Preparation of the mixture of the title of b)

On ajoute du liant tel qu'obtenu en bl) au mélange obtenu en a), à l'aide d'un dispositif doseur pour mélanges liquides, à raison de 0,3 partie en poids du liant pour 100 parties en poids du mélange obtenu en a), puis on mélange intimement dans un mélangeur pour mélanges secs. c) Formation de billettes primaires par compactage du mélange de l'étape b)Binder as obtained in b1) is added to the mixture obtained in a), using a metering device for liquid mixtures, at a proportion of 0.3 part by weight of the binder per 100 parts by weight of the mixture obtained. in a), then mixed thoroughly in a mixer for dry mixes. c) Formation of primary billets by compacting the mixture of step b)

On charge le mélange obtenu à l'étape b) dans des moules à billettes. On place les moules sur une table de presse. On applique une pression isostatique pendant 1 heure et l'on retire les billettes des moules.The mixture obtained in step b) is fed into billet molds. The mussels are placed on a table. Isostatic pressure is applied for 1 hour and the billets are removed from the molds.

On sèche les billettes compactées à la température ambiante pendant 24 heures, puis dans un four de séchage à 80°C pendant 24 heures, puis à 1100°C pendant 24 heures. d) Traitement thermique sous vide des billettes primaires préparées à l'étape c)The compacted billets are dried at room temperature for 24 hours, then in a drying oven at 80 ° C for 24 hours, then at 1100 ° C for 24 hours. d) Vacuum heat treatment of the primary billets prepared in step c)

On découpe des briques de chamotte du commerce pour obtenir des plaques en brique de chamotte que l'on dispose dans un four à vide. On place les billettes séchées obtenues à l'étape c) dans le four à vide et on les soumet à un traitement thermique à faible pression (sous vide) pendant 24 heures à 1100°C, cet intervalle de temps incluant les opérations de chargement/déchargement, le chauffage et le refroidissement. e) Broyage des billettes primaires obtenues à l'étape d)Commercial fireclay bricks are cut to obtain fireclay brick plates that are available in a vacuum furnace. The dried billets obtained in step c) are placed in the vacuum oven and subjected to a low pressure (vacuum) heat treatment for 24 hours at 1100 ° C, this time interval including the loading operations. unloading, heating and cooling. e) Grinding of the primary billets obtained in step d)

Dans un broyeur, on broie les billettes ayant subi le traitement thermique en morceaux ayant une dimension maximale d'environ 5 mm.In a mill, the heat-treated billets are milled into pieces having a maximum dimension of about 5 mm.

Ensuite, on conduit un nombre de cycles de broyage pour obtenir des morceaux ayant une dimension de particule inférieure à 1 mm. Puis on conduit un nombre de cycles d'abrasion pour obtenir une poudre ayant une fraction micrométrique.Then, a number of grinding cycles are conducted to obtain pieces having a particle size of less than 1 mm. Then a number of abrasion cycles are conducted to obtain a powder having a micron fraction.

On tamise la fraction micrométrique à l'aide d'un séparateur à tamis ou à gaz pour séparer une fraction de dimension inférieure ou égale à 40 pm, laquelle sera utilisée dans la suite du procédé. La fraction des particules de dimension supérieure à 40 pm est renvoyée au stade d'abrasion et tamisée à nouveau. Ce mode opératoire est répété jusqu'à ce que 60% de la masse broyée présentent une dimension inférieure ou égale à 40 pm, dimension appropriée pour la suite du procédé. f) Préparation d'un mélange de la poudre de l'étape e) et d'une deuxième fraction de la poudre d'aluminiumThe micrometric fraction is sieved by means of a screen or gas separator to separate a fraction of size less than or equal to 40 μm, which will be used in the following process. The fraction of particles larger than 40 μm is returned to the abrasion stage and sieved again. This procedure is repeated until 60% of the ground mass has a size less than or equal to 40 μm, which is appropriate for the rest of the process. f) Preparation of a mixture of the powder of step e) and a second fraction of the aluminum powder

Dans le récipient en agate contenant des billes d'agate d'un mélangeur planétaire, on charge de la poudre telle qu'obtenue à l'étape e) et l'on ajoute de la poudre d'aluminium à raison de 13 parties en poids de poudre d'aluminium pour 100 parties en poids de la poudre obtenue à l'étape e) . On broie le mélange dans ledit mélangeur planétaire. g) Mélange du mélange préparé en f) et d'un liantIn the agate vessel containing agate balls of a planetary mixer, powder as obtained in step e) is charged and aluminum powder is added at a rate of 13 parts by weight. of aluminum powder per 100 parts by weight of the powder obtained in step e). The mixture is ground in said planetary mixer. g) Mixture of the mixture prepared in f) and a binder

On ajoute du liant tel qu'obtenu en bl) au mélange obtenu en f), à l'aide d'un dispositif doseur pour mélanges liquides, à raison de 0,3 partie en poids du liant pour 100 parties en poids du mélange obtenu en f), puis on mélange intimement dans un mélangeur pour mélanges secs. h) Formation de billettes secondaires par compactage du mélange de l'étape gBinder as obtained in bl) is added to the mixture obtained in f), using a metering device for liquid mixtures, at a proportion of 0.3 part by weight of the binder per 100 parts by weight of the mixture obtained in f), and then thoroughly mixed in a mixer for dry mixes. h) Formation of secondary billets by compacting the mixture of step g

On procède comme à l'étape c) à partir du mélange de 1'étape g). i) Traitement thermique sous vide des billettes secondaires préparées à l'étape h)The procedure is as in step c) from the mixture of step g). i) Vacuum heat treatment of the secondary billets prepared in step h)

On procède comme à l'étape d) à partir des billettes obtenues en h). j ) Broyage des billettes secondaires obtenues à l'étape i)The procedure is as in step d) from the billets obtained in h). j) Grinding of the secondary billets obtained in step i)

On procède comme à l'étape e) à partir des billettes obtenues en i). k) VieillissementThe procedure is as in step e) from the billets obtained in i). k) Aging

On place la poudre obtenue en j) dans un dessiccateur pendant 10-14 jours.The powder obtained in j) is placed in a desiccator for 10-14 days.

On va maintenant décrire à titre d'exemple un procédé de fabrication d'une pièce de céramique dure par SLM à l'aide de la poudre obtenue à l'exemple précédent.An example of a process for manufacturing a piece of hard ceramic by SLM using the powder obtained in the preceding example will now be described by way of example.

Exemple 2 : Fabrication de pièces de céramique structuraleExample 2: Manufacture of structural ceramic pieces

Cycle 1 : Fabrication d'une céramique sans retrait structuraleCycle 1: Manufacture of ceramic without structural shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 1.1 Introduction d'air filtré dans l'espace opérationnel d'une machine SLS ; 1.2 Raccordement du cylindre au gaz inerte ; 1.3 Mise sous tension de la machine SLS avec lancement du programme de commande (test du processus de démarrage) ; 1.4 Montage du compartiment de poudre de ligne de base dans la position inférieure initiale ; 1.5 Versement de la poudre de métal-céramique activée de ligne de base, stockée dans le dessiccateur pendant pas plus de 7 jours ; 1.6 Scellement étanche de la poudre de métal-céramique activée dans le compartiment ; 1.7 Moletage de la poudre de métal-céramique activée qui est dans la position zéro ; 1.8 Scellement étanche de la couche de la poudre de métal-céramique activée sur la plate-forme de fonctionnement à l'aide d'un rouleau ; 1.9 Chargement du fichier de construction de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 1.10 Procédé de la construction par couches de la pièce de métal-céramique sans retrait par la technologie de fusion sélective par laser avec le contrôle continu par couches du procédé pour le système de visualisation commuté.This cycle comprises the following operations: 1.1 Introduction of filtered air into the operating space of an SLS machine; 1.2 Connecting the cylinder to the inert gas; 1.3 Switching on the SLS machine with start of the control program (test of the start-up process); 1.4 Mounting the baseline powder compartment in the initial lower position; 1.5 Pouring of activated baseline metal-ceramic powder, stored in the desiccator for no more than 7 days; 1.6 Sealing of activated metal-ceramic powder in the compartment; 1.7 Knurling of the activated metal-ceramic powder which is in the zero position; 1.8 Sealing of the layer of activated metal-ceramic powder on the operating platform by means of a roller; 1.9 Loading the construction file of the metal-ceramic part without removal; 1.10 Process of the layer construction of the non-shrinking metal-ceramic part by selective laser melting technology with continuous layer-based process control for the switched display system.

Cycle 2 : Traitement thermique préliminaire (calcination sous vide) de la pièce de métal-céramique sans retraitCycle 2: Preliminary heat treatment (vacuum calcination) of the metal-ceramic part without shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 2.1 Découpage de la pièce de métal-céramique sans retrait de la plate-forme d'aluminium opérationnelle, de préférence à l'aide d'un procédé mécanique ; 2.2 Montage de la pièce de métal-céramique sans retrait sur la base céramique dans le four à vide ; 2.3 Séchage de la pièce de métal-céramique sans retrait par chauffage jusqu'à 300°C pendant 10 min ; 2.4 Mise sous vide du four à vide jusqu'à 10~3 atm ; 2.5 Chauffage du four à vide jusqu'à 1100°C à l'allure de 35°C par minute ; 2.6 Exposition de la pièce de métal-céramique à 1100°C et _o sous un vide de 10 atm pendant une heure ; 2.7 Refroidissement de la pièce de métal-céramique le long du four.This cycle comprises the following operations: 2.1 Cutting of the metal-ceramic piece without removal of the operational aluminum platform, preferably using a mechanical process; 2.2 Mounting the non-shrinking metal-ceramic part on the ceramic base in the vacuum furnace; 2.3 Drying of the metal-ceramic piece without shrinkage by heating up to 300 ° C for 10 min; 2.4 Vacuuming the vacuum furnace to 10 ~ 3 atm; 2.5 Vacuum furnace heating up to 1100 ° C at a rate of 35 ° C per minute; 2.6 Exposure of the metal-ceramic piece at 1100 ° C and under a vacuum of 10 atm for one hour; 2.7 Cooling of the metal-ceramic part along the furnace.

Cycle 3 : Soudage par diffusion de la pièce métal-céramique sans retrait le long du fourCycle 3: Diffusion welding of the metal-ceramic part without shrinkage along the oven

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 3.1 Meulage des surfaces soudées ; 3.2 Mise en place d'un mélange crémeux de la poudre de céramique avec le verre liquide sur les surfaces soudées des pièces de métal-céramique sans retrait. 3.3 Mise en place des pièces de métal-céramique sans retrait jointes sur la base céramique dans le four à vide ; 3.4 Séchage des pièces de métal-céramique sans retrait réunies par leur chauffage jusqu'à 300°C pendant 10 min ; 3.5 Pompage sous vide dans le four à vide jusqu'à 1CT3 atm ; 3.6 Chauffage dans le four à vide jusqu'à 1100°C à l'allure de 35°C par minute ; 3.7 Exposition des pièces de métal-céramique sans retrait réunies à 1100°C et sous un vide de 1CT3 atm, pendant 1 heure ; 3.8 Refroidissement des pièces de métal-céramique sans retrait réunies le long du four ; 3.9 Retrait hors du four à vide de la pièce de métal-céramique sans retrait soudée ; 3.10 Examen visuel du cordon de soudure de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 3.11 Nettoyage du cordon de soudure de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 3.12 Vérif ication de la géométrie de la pièce de métal-céramique sans retrait.This cycle comprises the following operations: 3.1 Grinding welded surfaces; 3.2 Placing a creamy mixture of the ceramic powder with the liquid glass on the welded surfaces of the metal-ceramic parts without shrinkage. 3.3 Placement of the non-shrinking metal-ceramic parts joined to the ceramic base in the vacuum furnace; 3.4 Drying of non-shrinking metal-ceramic parts united by heating up to 300 ° C for 10 minutes; 3.5 Vacuum pumping in the vacuum furnace up to 1CT3 atm; 3.6 Heating in the vacuum furnace up to 1100 ° C at a rate of 35 ° C per minute; 3.7 Exposure of the non-shrinking metal-ceramic pieces together at 1100 ° C and under a vacuum of 1 cc atm for 1 hour; 3.8 Cooling of non-shrinking metal-ceramic parts joined together along the furnace; 3.9 Removal from the vacuum furnace of the metal-ceramic piece without welded recess; 3.10 Visual examination of the weld bead of the metal-ceramic piece without shrinkage; 3.11 Cleaning the weld bead of the metal-ceramic part without shrinkage; 3.12 Verification of the geometry of the metal-ceramic part without shrinkage.

Cycle 4 : Usinage de la pièce de métal-céramique sans retraitCycle 4: Machining the metal-ceramic part without shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 4.1 Fixation de la pièce de métal-céramique sans retrait dans un mandrin en acier de telle sorte qu'il engloberait ~50% de la surface de la pièce de métal-céramique sans retrait, par exemple sa moitié gauche, laissant la moitié droite libre et facile d'accès, permettant ainsi la mise en œuvre de l'usinage à l'aide d'outils de découpe en alliage dur classiques. On notera que pour la fabrication de pièces ayant des éléments relativement longs de direction opposés, le nombre de mandrins nécessaires est déterminé par le concepteur ; 4.2 Remplissage de la surface que se trouve dans ledit mandrin à l'aide la matière polymère solidifiée à la température ambiante ; 4.3 Usinage dans un mode spécial de la surface de la pièce métal-céramique dure qui ne se trouve pas dans ledit mandrin au moyen d'un outil en alliage dur classique (outil de coupe, meuleuse, outil de forage) ayant un aiguisage spécial ; 4.4 Chauffage du mandrin le long de la surface de la pièce de métal-céramique sans retrait dans le four jusqu'à 500°C, la matière polymère étant convertie en la phase liquide à une telle température ; 4.5 Retrait hors dudit mandrin d'une pièce métal-céramique dure à partir ; 4.6 Examen visuel de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 4.7 Nettoyage de la surface de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 4.8 Vérification de la géométrie de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 4.9 Réitération des opérations 4.2 à 4.8 avec fixation de la moitié de la pièce de métal-céramique sans retrait qui a déjà subi l'opération d'usinage requise.This cycle comprises the following operations: 4.1 Fixing the non-shrinking metal-ceramic piece in a steel mandrel so that it would encompass ~ 50% of the surface of the metal-ceramic piece without shrinkage, for example its half left, leaving the right half free and easy to access, allowing the implementation of machining using conventional hard alloy cutting tools. Note that for the manufacture of parts having relatively long elements of opposite direction, the number of mandrels required is determined by the designer; 4.2 Filling the surface in said mandrel with the solidified polymeric material at room temperature; 4.3 Machining in a special mode of the surface of the hard metal-ceramic part which is not in said mandrel by means of a conventional hard alloy tool (cutting tool, grinder, drilling tool) having a special sharpening; 4.4 Heating the mandrel along the surface of the metal-ceramic piece without shrinking in the oven up to 500 ° C, the polymer material being converted into the liquid phase at such a temperature; 4.5 Removal from said mandrel of a hard metal-ceramic piece from; 4.6 Visual examination of the metal-ceramic part without shrinkage; 4.7 Cleaning the surface of the metal-ceramic part without shrinkage; 4.8 Verification of the geometry of the metal-ceramic part without shrinkage; 4.9 Reiteration of operations 4.2 to 4.8 with attachment of half of the non-shrinking metal-ceramic part that has already undergone the required machining operation.

Cycle 5 : Traitement d'élasto-érosion de la pièce de métal-céramique sans retraitCycle 5: Elasto-erosion treatment of the metal-ceramic part without shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 5.1 Remplissage du bain de la machine d'élasto-érosion par du kérosène ; 5.2 Immersion de la surface de la pièce de métal-céramique sans retrait non placée dans le mandrin ; 5.3 Fixation d'un outil à fil classique (fil en laiton de 0 0.2 mm, fil en tungstène de 0 0.1 mm) ; 5.4 Traitement d'élasto-érosion à l'aide d'un programme spécial; 5.5 Retrait hors du bain de kérosène de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 5.6 Séchage de la surface de la pièce de métal-céramique qui a déjà subi l'opération de traitement d'élasto-érosion ; 5.7 Retrait hors du mandrin de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 5.8 Examen visuel de la pièce de métal-céramique ; 5.9 Vérification de la géométrie de la pièce de métal-céramique sans retrait; 5.10 Réitérât ion des opérations 5.2. à 5.9. avec fixation de la moitié de la pièce de métal-céramique sans retrait qui a déjà subi le traitement requis dans le mandrin.This cycle involves the following operations: 5.1 Filling of the elasto-erosion machine with kerosene; 5.2 Immersion of the surface of the metal-ceramic part without shrinkage not placed in the mandrel; 5.3 Fixing a conventional wire tool (0 0.2 mm brass wire, 0 0.1 mm tungsten wire); 5.4 Elasto erosion treatment using a special program; 5.5 Removal from the kerosene bath of the non-shrinking metal-ceramic piece; 5.6 Drying of the surface of the metal-ceramic part which has already undergone the elasto-erosion treatment operation; 5.7 Removal from the mandrel of the metal-ceramic part without removal; 5.8 Visual examination of the metal-ceramic piece; 5.9 Verification of the geometry of the metal-ceramic part without shrinkage; 5.10 Reiteration of operations 5.2. at 5.9. with fixing of half of the non-shrinking metal-ceramic piece which has already undergone the required treatment in the mandrel.

Cycle 6 : Frittage final des pièce métal-céramiques sans retrait dans un four d'oxydation après l'usinage (calcination dans une atmosphère contenant de l'oxygène)Cycle 6: Final sintering of metal-ceramic parts without shrinkage in an oxidation furnace after machining (calcination in an oxygen-containing atmosphere)

Ce cycle comporte les opération suivantes : 6.1 Nettoyage de la pièce de métal-céramique sans retrait ; 6.2 Séchage de la pièce de métal-céramique dure dans une armoire ventilée à 50°C pendant une heure ; 6.3 Montage de la pièce de métal-céramique dure dans un four d'oxydation sur une base céramique ; 6.4 Augmentation de la température dans le four jusqu'à 1000°C à l'allure de 5°C par minute ; 6.5 Exposition pendant 20 heures dans le four à 1000°C ; 6.6 Augmentation de la température dans le four jusqu'à 1200°C à l'allure de 5°C par minute ; 6.7 Exposition pendant 100 heures dans le four à 1200°C ; 6.8 Refroidissement du four pour le produit fini en céramique sans retrait structurale jusqu'à 20°C ; 6.9 Retrait hors du four du produit en céramique sans retrait structurale, examen visuel, nettoyage, vérification de géométrie.This cycle comprises the following operations: 6.1 Cleaning the metal-ceramic part without shrinkage; 6.2 Drying of the hard metal-ceramic part in a ventilated cabinet at 50 ° C for one hour; 6.3 Mounting the hard metal-ceramic part in an oxidation furnace on a ceramic base; 6.4 Increasing the temperature in the oven to 1000 ° C at the rate of 5 ° C per minute; 6.5 Exposure for 20 hours in the oven at 1000 ° C; 6.6 Increase in oven temperature to 1200 ° C at a rate of 5 ° C per minute; 6.7 Exposure for 100 hours in the oven at 1200 ° C; 6.8 Oven cooling for the ceramic finished product without structural shrinkage up to 20 ° C; 6.9 Oven removal of ceramic product without structural shrinkage, visual inspection, cleaning, geometry verification.

Exemple 3 : Réduction de la porosité et augmentation de la résistance mécanique des pièces de céramique dureExample 3: Reduction of the porosity and increase of the mechanical strength of the hard ceramic pieces

On a conduit les opération suivantes sur les pièces de céramique structurale : (a) Remplissage par de la paraffine ou un équivalent des canaux et trous nécessaires pour le fonctionnement ultérieur des pièces en céramique dure ; (b) Imprégnation des pièces en céramique structurale sans retrait par du tétraéthoxysilane jusqu'à un remplissage complet des pores ouverts ; (c) Hydrolyse alcaline du tétraéthoxysilane par de l'ammoniac aqueux avec formation d'un gel de silice ; (d) Mise en place de la partie traitée de la céramique structurale sans retrait dans une solution aqueuse de nitrate d'ammonium ; (e) Séchage des pièces de céramique structurale sans retrait dans l'air à la température ambiante, mise en place de la pièce de céramique structurale sans retrait dans une flamme dans l'air à 200°C en faisant suivre par une calcination dans une flamme dans l'air à 900-950°C ; (f) Réitération au moins trois fois des étapes (b) à (e) pour la germination de cristaux de cordiérite qui ont été générés lors de ce mode opératoire à l'intérieur du volume interne des pores ouverts, permettant ainsi d'augmenter la résistance mécanique de la pièce de céramique structurale sans retrait ; (g) Afin d'éliminer la porosité de la surface, la pièce de céramique structurale sans retrait est placée dans le sol d'acide polysilicique pendant le temps nécessaire au remplissage des pores de surface sans diffusion dans la masse de la pièce de céramique structurale sans retrait ; (h) Séchage de la pièce de céramique structurale sans retrait dans l'air à la température ambiante, mise en place de la pièce dans une flamme dans l'air à 200°C et calcination de celle-ci à 900-950°C ; (i) Réitération au moins trois fois des étapes (g) et (h) , pour éliminer les surfaces de porosité de la pièce de céramique structurale sans retrait ; (j) Traitement de surface de la pièce céramique par une suspension contenant, distribués de manière égale, du zinc, de l'aluminium, du magnésium et du phosphate ; (k) Séchage dans l'air à la température ambiante, mise en place de la pièce dans la flamme dans l'air à 200°C et calcination à l'air à 1000°C .The following operations were carried out on the structural ceramic pieces: (a) Filling with paraffin or equivalent of the channels and holes necessary for the subsequent operation of the hard ceramic pieces; (b) Impregnation of structural ceramic parts without shrinkage with tetraethoxysilane until complete filling of the open pores; (c) Alkaline hydrolysis of tetraethoxysilane with aqueous ammonia with formation of a silica gel; (d) Placing the treated portion of the structural ceramic without shrinkage in an aqueous solution of ammonium nitrate; (e) Drying of the structural ceramic pieces without shrinkage in the air at room temperature, placing the structural ceramic piece without shrinkage in a flame in air at 200 ° C followed by calcination in a flame in air at 900-950 ° C; (f) Reiterating at least three times steps (b) to (e) for germination of cordierite crystals which were generated in this procedure within the internal volume of the open pores, thereby increasing the mechanical strength of the structural ceramic piece without shrinkage; (g) In order to eliminate the porosity of the surface, the structural ceramic piece without shrinkage is placed in the polysilicic acid sol for the time necessary to fill the surface pores without diffusion into the bulk of the structural ceramic piece without withdrawal; (h) Drying the structural ceramic piece without shrinkage at room temperature, placing the part in a flame in air at 200 ° C and calcining it at 900-950 ° C ; (i) repeating steps (g) and (h) at least three times to remove the porosity surfaces of the structural ceramic piece without shrinkage; (j) Surface treatment of the ceramic part by a suspension containing, equally distributed, zinc, aluminum, magnesium and phosphate; (k) Drying in air at room temperature, placing the part in the flame in air at 200 ° C and calcining in air at 1000 ° C.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une poudre métal- céramique appropriée pour la fabrication d'une céramique dure par fusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : a) préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudres de SiC, BN et B, d'une première fraction de poudre d'aluminium, et d'au moins un dopant pulvérulent ; b) mélange du mélange préparé à l'étape a) et d'un liant ; c) formation de billettes primaires par compactage du mélange de l'étape b) ; d) traitement thermique sous vide des billettes primaires préparées à l'étape c) ; e) broyage des billettes primaires obtenues à l'étape d) ; f) préparation d'un mélange de la poudre de l'étape e) et d'une deuxième fraction de la poudre d'aluminium ; g) mélange du mélange préparé à l'étape f) et d'un liant ; h) formation de billettes secondaires par compactage du mélange de l'étape g) ; i) traitement thermique sous vide des billettes secondaires préparées à l'étape h) ; et j) broyage des billettes secondaires obtenues à l'étape i); les étapes f à j pouvant être réitérées au moins une fois en utilisant à chaque fois une nouvelle fraction d'aluminium et en partant à chaque fois de la préparation d'un mélange de la poudre obtenue à l'étape précédente et de la nouvelle fraction de poudre d'aluminium.1 - Process for producing a metal-ceramic powder suitable for the manufacture of a hard ceramic by selective laser melting, characterized in that it comprises the following steps: a) preparation of a mechanically activated mixture of powders SiC, BN and B, a first fraction of aluminum powder, and at least one pulverulent dopant; b) mixing the mixture prepared in step a) and a binder; c) forming primary billets by compacting the mixture of step b); d) vacuum heat treatment of the primary billets prepared in step c); e) grinding the primary billets obtained in step d); f) preparing a mixture of the powder of step e) and a second fraction of the aluminum powder; g) mixing the mixture prepared in step f) and a binder; h) formation of secondary billets by compacting the mixture of step g); i) vacuum heat treatment of the secondary billets prepared in step h); and j) grinding the secondary billets obtained in step i); the steps f to j can be repeated at least once using each time a new aluminum fraction and starting each time from the preparation of a mixture of the powder obtained in the previous step and the new fraction of aluminum powder. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'étape a), on utilise au moins un dopant choisi parmi l'indium et le gallium, ledit dopant pouvant se présenter sous la forme d'un alliage indium-gallium.2 - Process according to claim 1, characterized in that in step a), at least one dopant chosen from indium and gallium is used, said dopant being in the form of an indium-aluminum alloy. gallium. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'à l'étape a), on utilise des poudres ayant chacune une granulométrie inférieure à 40 pm.3 - Process according to one of claims 1 and 2, characterized in that in step a), powders each having a particle size less than 40 microns. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'à l'étape a), on effectue le mélange d'un premier mélange activé mécaniquement formé de SiC, BN et B et d'un second mélange activé mécaniquement formé d'Al et du ou des dopants.4 - Process according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step a), is carried out mixing a first mechanically activated mixture formed of SiC, BN and B and a second mixture mechanically activated Al and dopants. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on effectue l'activation mécanique d'un mélange en réalisant ce mélange dans un récipient de mélange en agate contenant des billes d'agate à une vitesse de 300-500 tpm en 3-6 cycles pendant 18-48 heures.5 - Process according to one of claims 1 to 4, characterized in that one carries out the mechanical activation of a mixture by performing this mixture in an agate mixing container containing agate balls at a speed 300-500 rpm in 3-6 cycles for 18-48 hours. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on mélange les poudres dans les pourcentages molaires suivants : SiC : 25-34 BN : 6-8 B : 9-11 Al : 50-55 Ga (dopant) : 0,50-0,75 In (dopant) :0,50-0,75 la masse totale des constituants représentant 100 %, Al étant introduit en au moins deux fractions, à savoir la première fraction de l'étape a) et la deuxième fraction de l'étape f), les fractions pouvant être des fractions égales.6 - Process according to one of claims 1 to 5, characterized in that the powders are mixed in the following molar percentages: SiC: 25-34 BN: 6-8 B: 9-11 Al: 50-55 Ga (dopant): 0.50-0.75 In (dopant): 0.50-0.75 the total mass of the constituents representing 100%, Al being introduced in at least two fractions, namely the first fraction of the step a) and the second fraction of step f), the fractions being equal fractions. 7 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que l'on utilise les dopants In et Ga dans les pourcentages massiques suivants : In : 10-90 % Ga : 90-10 % la masse totale des dopants représentant 100 %.7 - Process according to one of claims 2 to 6, characterized in that the dopants In and Ga are used in the following percentages by weight: In: 10-90% Ga: 90-10% the total mass of the dopants representing 100%. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'à l'étape b) et à chaque étape g) , on utilise un liant formé d'un caoutchouc synthétique tel qu'un caoutchouc styrène-butadiène dilué dans un solvant tel que le white-spirit, dans des proportions massiques caoutchouc synthétique : solvant notamment de 1:4 à 1:7.8 - Process according to one of claims 1 to 7, characterized in that in step b) and in each step g), is used a binder formed of a synthetic rubber such as a styrene-butadiene rubber diluted in a solvent such as white spirit, in proportions by mass synthetic rubber: solvent in particular from 1: 4 to 1: 7. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'à l'étape c) et à chaque étape h) , on effectue le compactage en billettes par pression isostatique sous 980,7 - 1471 MPa (10-15 tonnes/cm2) dans des moules pendant une durée de 35-50 minutes.9 - Process according to one of claims 1 to 8, characterized in that in step c) and in each step h), the compaction is carried out in billets by isostatic pressure under 980.7 - 1471 MPa (10). -15 tons / cm2) in molds for a period of 35-50 minutes. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'après chacune des étapes c) et h) , on sèche les billettes dans les conditions suivantes : — température ambiante pendant 20-30 heures ; puis — dans un four de séchage à 70-80°C pendant 20-30 heures ; puis à 105-120°C pendant 20-30 heures.10 - Process according to one of claims 1 to 9, characterized in that after each of the steps c) and h), the billets are dried under the following conditions: - ambient temperature for 20-30 hours; then - in a drying oven at 70-80 ° C for 20-30 hours; then at 105-120 ° C for 20-30 hours. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'à l'étape d) et à chaque étape i), on place les billettes dans un four sous vide et on les chauffe à 1250-1500°C pendant 20-30 heures.11 - Process according to one of claims 1 to 10, characterized in that in step d) and each step i), the billets are placed in a vacuum oven and heated to 1250-1500 ° C for 20-30 hours. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'à l'étape e) et à chaque étape j), on broie les billettes jusqu'à une granulométrie de 40 pm, en procédant notamment en plusieurs étapes : — broyage au broyeur jusqu'à obtention d'une granulométrie inférieure à 5 mm ; — au moins un cycle de broyage jusqu'à obtention d'une granulométrie de 3-5 mm ; — au moins un cycle d'abrasion jusqu'à obtention d'une granulométrie de 0,044-0,100 mm ; — tamisage en vue de l'obtention d'une granulométrie inférieure à 40 pm.12 - Process according to one of claims 1 to 11, characterized in that in step e) and each step j), the billets are milled to a particle size of 40 pm, including several steps steps: - milling to the mill until a particle size less than 5 mm; At least one milling cycle until a particle size of 3-5 mm is obtained; At least one abrasion cycle until a particle size of 0.044-0.100 mm is obtained; Sieving in order to obtain a particle size of less than 40 μm. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'à chaque étape f), on utilise une poudre d'aluminium à raison de 10-20 % en poids par rapport à la masse totale de la fraction obtenue avec la granulométrie inférieure à 40 pm.13 - Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that in each step f), is used an aluminum powder in a proportion of 10-20% by weight relative to the total mass of the fraction obtained with the particle size less than 40 μm. 14 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape supplémentaire après la dernière étape : k) vieillissement des billettes broyées dans un dessicateur à la température ambiante pendant 10-14 jours.14 - Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises an additional step after the last step: k) aging milled billets in a desiccator at room temperature for 10-14 days. 15 - Procédé de fabrication d'une pièce en céramique dure par fusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à : — construire couche par couche la pièce en cermet par fusion sélective par laser à partir de la poudre obtenue par le procédé tel que défini à l'une des revendications 1 à 14 ; — soumettre la pièce en cermet ainsi obtenue à une calcination sous vide à une température de 1000°C pendant 100 heures ; — le cas échéant, conduire au moins une opération choisie parmi un soudage par diffusion de la pièce à une autre pièce obtenue de la même façon ; un usinage ; et un traitement d'élasto-érosion ;et — soumettre la pièce obtenue à une calcination dans une atmosphère contenant de l'oxygène, telle que l'air, à une température de 1200 - 1250°C pendant une durée de 100 heures.15 - Process for manufacturing a hard ceramic part by selective laser melting, characterized in that it comprises the steps of: - building layer by layer the cermet piece by selective laser melting from the powder obtained by the process as defined in one of claims 1 to 14; Subjecting the cermet piece thus obtained to vacuum calcination at a temperature of 1000 ° C. for 100 hours; Where appropriate, conducting at least one operation selected from diffusion welding of the workpiece to another workpiece obtained in the same way; machining; and elasto-erosion treatment, and subjecting the resulting part to calcination in an oxygen-containing atmosphere, such as air, at a temperature of 1200-1250 ° C for a period of 100 hours.
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