FR3051186B1 - 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

------ PROCEDE DE FABRICATION D’UNE POUDRE METAL-CERAMIQUE APPROPRIEE POUR LA FABRICATION D’UNE PIECE DE CERAMIQUE DURE ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT 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.------ PROCESS FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE MANUFACTURE OF A HARD CERAMIC PIECE AND CORRESPONDING MANUFACTURING METHOD The method for manufacturing a metal-ceramic powder comprises the following stages: preparation of 'A mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first fraction of aluminum powder, and at least one pulverulent dopant; mixing the mixture thus prepared and a binder; formation of primary billets by compacting the previous mixture; vacuum heat treatment of these primary billets; grinding of the primary billets thus treated; preparation of a mixture of the powder thus obtained and a second fraction of the aluminum powder; mixture of this mixture and a binder; secondary billet formation by compacting the mixture obtained; vacuum heat treatment of these secondary billets; and grinding of the secondary billets thus treated.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE POUDRE METAL-CERAMIQUEAPPROPRIEE POUR LA FABRICATION D'UNE PIECE DE CERAMIQUEDURE ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANTPROCESS FOR THE PRODUCTION OF A METAL-CERAMIC POWDER APPROPRIATE FOR THE MANUFACTURE OF A CERAMIC PIECE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

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

La fusion sélective par laser (Sélective LaserMelting - SLM) est un procédé unique fournissant uneopportunité de fabriquer des unités ayant une géométrietrès complexe. Sur la base de l'idée d'un durcissementsélectif de couches très minces (dont la dimension descendjusqu'aux microns), cette approche rend possible laproduction de cavités internes et canaux de forme complexedans la masse de l'unité. A l'heure actuelle, cettetechnique est largement disponible pour des matièresplastiques - on l'appelle aussi impression 3D - couvrantune large gamme d'applications allant de pièces médicales àla production de souvenirs.Laser selective melting (Selective LaserMelting - SLM) is a unique process that provides the opportunity to manufacture units with very complex geometries. On the basis of the idea of a selective hardening of very thin layers (the size of which goes down to microns), this approach makes possible the production of internal cavities and channels of complex shape in the mass of the unit. At present, this technique is widely available for plastic materials - 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 estplus coûteuse. Cependant elle est irremplaçable pour despièces dans l'aviation et l'industrie des turbines. L'idéedu remplacement du métal par de la céramique semble êtretrès attrayante en raison du fait que la céramique,lorsqu'elle est comparée aux métaux, possède une résistanceà la chaleur supérieure, une conductivité thermiqueinférieure, une résistance chimique supérieure à1 ' oxygène/aux environnements réactifs, etc. Cependant,jusqu'à ce jour, une telle production est impossible étantdonné qu'il n'y a pas d'approche pour la production d'unités céramiques ayant les caractéristiques requises parSLM.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, higher chemical resistance to oxygen / environments reagents, etc. However, to date, such production is impossible because it is not possible to produce ceramic units having the characteristics required by SLM.

Plusieurs tentatives ont été faites pour résoudrece problème. 1 - L'utilisation de poudres céramiques recouvertes par des polymères organiques L'idée générale est que chaque particule depoudre est recouverte par une couche ultrafine d'un composéorganique agissant comme une colle ; sous l'effet duchauffage laser, cette colle durcit et relie lesparticules. L'avantage de cette approche est le fait que leprocessus de durcissement ne conduit pas à des changementsdans la géométrie des pièces étant donné qu'il ne seproduit pas de processus physiques ou chimiques dans lamatière céramique de la particule elle-même. L'inconvénientdu procédé est une résistance très limitée de la piècefinale ; elle peut être améliorée par certaines astucesavec la composition polymère mais cela est encoreinsuffisant pour des applications industrielles. Un autrepoint qui rend cette approche caduque est le fait que tousles composés organiques brûlent aux températures élevéesd'où il résulte que les pièces céramiques formées par unetelle technique ont une plage de températuresd'exploitation très limitée, même inférieure à celle pourdes 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 by organic polymers The general idea is that each particle powder is covered by an ultrafine layer of an organic compound acting as an adhesive; under the effect of laser heating, this adhesive hardens and connects the particles. The advantage of this approach is that the curing process does not lead to changes in the geometry of the parts 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 part; it can be improved by some tips with the polymer composition but it is still insufficient for industrial applications. Another point which renders this approach obsolete is the fact that all 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 for existing metal parts produced by SLM. 2 - The direct SLM of ceramic powder particles

Cette approche est basée sur l'augmentation de lapuissance de chauffage laser conduisant à une fusionpartielle de la surface des particules de poudre céramique pendant le procédé SLM. Généralement cette technique peutfournir la résistance nécessaire et la résistance à lachaleur nécessaire des pièces céramiques produites maiselle pose un certain nombre de problèmes : — la nature du procédé SLM n'assure pas les conditions derefroidissement appropriées qui permettent d'éliminerles défauts de contrainte thermique apparaissant pendantle processus de fusion, ces contraintes sontnécessairement transmises à la masse de la piècesynthétisée, ce qui à son tour donne naissance à unefissuration inévitable dans la masse de la pièce,conduisant à sa destruction partielle ou même complète ; — les dimensions des particules sont changées de façonspectaculaire pendant la fusion de surface ; il enrésulte qu'un retrait significatif a lieu, rendantimpossible la production de pièces céramiques avec lagéométrie exacte requise.This approach is based on the increase in 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 resistance and the necessary heat resistance of the ceramic parts produced, but it poses a certain number of problems: the nature of the SLM process does not ensure the appropriate cooling conditions which make it possible to eliminate the thermal stress defects occurring during fusion process, these constraints are necessarily transmitted to the mass of the partsynthetized, which in turn gives rise to an inevitable cracking in the mass of the part, leading to its partial or even complete destruction; - The dimensions of the particles are changedpectacularly during the surface fusion; it follows that a significant withdrawal takes place, rendering impossible the production of ceramic parts with the exact exact measurement required.

En conclusion, une telle approche n'est pas nonplus appropriée pour des applications industrielles. 3 - SLM de céramiques à partir d'une bouillie L'idée générale de ce procédé est l'évaporationd'une fraction liquide à partir de la bouillie parchauffage laser ; il en résulte la formation de la piècecéramique solide. Cette technique conduit également à unfort retrait, l'écart final des dimensions linéairesdépassant habituellement 30 %. De plus, la résistance mécanique est également très faible.In conclusion, such an approach is not more appropriate for industrial applications. 3 - SLM ceramics from a slurry The general idea of this process is the evaporation of a liquid fraction from the laser boiling slurry; this results in the formation of solid ceramic. This technique also leads to 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 principauxinconvénients des procédés indiqués ci-dessus proviennentde la nature des processus physiques et chimiques qui ontlieu pendant le prototypage laser. De ce fait, il n'existe pas de véritable manière pour les surmonter, des astucesétant possibles mais pour une amélioration seulementpartielle.It can be emphasized that the main disadvantages of the above processes are due to the nature of the physical and chemical processes that occur during laser prototyping. Therefore, there is no real way to overcome them, tips are possible but only for a partial improvement.

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

Les présents inventeurs ont cherché à résoudre ceproblème 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 êtreinférieur à 0,5 % - des pièces céramiques finales ayant unerésistance mécanique généralement supérieure à 40 MPa,lesquelles peuvent être exploitées dans des environnementsà haute température, présentant à cet effet une résistanceà la chaleur, une résistance à haute température et unestabilité de la composition de phases allant généralementjusqu'à 1300°C.The present inventors have sought to solve this problem with the aim of proposing a method for producing, by SLM without shrinkage during the entire process - the final deviation of the dimensions generally having to be less than 0.5% - final ceramic pieces having a mechanical strength. typically 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 phase composition generally up to 1300 ° C.

Les applications visées pour les piècescéramiques obtenues sont très nombreuses en mécanique etmécanique de précision, par exemple dans les domaines de lafabrication des moteurs pour l'aviation, les enginsspatiaux, les bateaux, les automobiles et autresindustries. On peut en particulier mentionner la conceptiond'une nouvelle génération de turbines à gaz, en particulierde microturbines céramiques.The applications targeted for the ceramic parts obtained are very numerous in mechanics and precision mechanics, for example in the fields of the manufacture of engines for aviation, spacecraft, boats, automobiles and otherindustries. 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 procédéde fabrication d'une poudre métal-céramique sur la base decompositions de système Al-SiC-BN-B, dopées par desadditions de In et Ga, pour la production de pièces decéramiques dures ne présentant pas de retrait à la cuissonpar SLM.The inventors then developed a process for manufacturing a metal-ceramic powder based on Al-SiC-BN-B system compositions, doped with In and Ga additions, for the production of hard ceramic parts having no withdrawal with cooking by SLM.

La présente invention a donc d'abord pour objetun procédé de fabrication d'une poudre métal-céramiqueappropriée pour la fabrication d'une céramique dure parfusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'ilcomporte les étapes suivantes : a) préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudresde SiC, BN et B, d'une première fraction de poudred'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 dumélange de l'étape b) ; d) traitement thermique sous vide des billettes primairespréparées 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) etd'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 dumélange de l'étape g) ; i) traitement thermique sous vide des billettes secondairespréparées 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 foisen utilisant à chaque fois une nouvelle fractiond'aluminium et en partant à chaque fois de la préparationd'un mélange de la poudre obtenue à l'étape précédente etde la nouvelle fraction de poudre d'aluminium. A l'étape a), on peut utiliser au moins un dopantchoisi parmi l'indium et le gallium, ledit dopant pouvantse présenter sous la forme d'un alliage indium-gallium. A l'étape a), on peut utiliser des poudres ayantchacune une granulométrie inférieure à 40 pm. A l'étape a), on peut effectuer le mélange d'unpremier mélange activé mécaniquement formé de SiC, BN et Bet d'un second mélange activé mécaniquement formé d'Al etdu ou des dopants.The present invention therefore firstly relates to a method for manufacturing a suitable metal-ceramic powder for the manufacture of a selective hard ceramic selective laser, characterized in that it comprises the following steps: a) preparation of a mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first aluminum powder fraction, 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 billetsprepared 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) forming 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, each time using a new aluminum fraction and starting each time with the preparation of a mixture of the powder obtained in the preceding step and the new powder fraction of aluminum. In step a), at least one dopant selected from indium and gallium can be used, said dopant being present in the form of an indium-gallium alloy. In step a), it is possible to use powders 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 Bet with a second mechanically activated mixture of Al and the dopant (s).

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

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

SiC : 25-34 BN : 6-8 B : 9-11SiC: 25-34 BN: 6-8 B: 9-11

Al : 50-55,Al: 50-55,

Ga (dopant) :0,50-0,75Ga (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 lapremière fraction de l'étape a) et la deuxième fraction del'étape f), les fractions pouvant être des fractionségales.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 step a) and the second fraction of step f), the fractions may be equal fractions.

On peut utiliser les dopants In et Ga dans lespourcentages massiques suivants :In and Ga dopants can be used in the following 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 peututiliser un liant formé d'un caoutchouc synthétique telqu'un caoutchouc styrène-butadiène dilué dans un solvanttel que le white-spirit, dans des proportions massiquescaoutchouc synthétique : solvant notamment de 1:4 à 1:7. A l'étape c) et à chaque étape h), on peuteffectuer le compactage en billettes par pressionisostatique 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 1 : 4 to 1: 7. In step c) and in each step h), compacting in pressureisostatic billets 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 sécherles 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 placerles billettes dans un four sous vide et les chauffer à1250-1500°C pendant 20-30 heures. A l'étape e) et à chaque étape j), on peut broyerles billettes jusqu'à une granulométrie de 40 pm, enprocédant notamment en plusieurs étapes : — broyage au broyeur jusqu'à obtention d'une granulométrieinférieure à 5 mm ; — au moins un cycle de broyage jusqu'à obtention d'unegranulométrie de 3-5 mm ; — au moins un cycle d'abrasion jusqu'à obtention d'unegranulométrie de 0,044-0,1 mm ; — tamisage en vue de l'obtention d'une granulométrieinférieure à 40 pm. A chaque étape f), on peut utiliser une poudred'aluminium à raison de 10-20 % en poids par rapport à lamasse totale de la fraction obtenue avec la granulométrieinférieure 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 and 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 using several steps: milling to the mill until a particle size smaller than 5 mm is obtained; At least one milling cycle until a granulometry of 3-5 mm is obtained; At least one abrasion cycle until a granulometry 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), aluminum powder may be used at a rate of 10-20% by weight relative to the total mass of the fraction obtained with the particle size below 40 μm.

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

La présente invention porte également sur unprocédé de fabrication d'une pièce céramique dure parfusion sélective par laser, caractérisé par le fait qu'ilcomporte les étapes consistant à : — construire couche par couche la pièce en cermet parfusion sélective par laser à partir de la poudreobtenue par le procédé tel que défini précédemment ; — soumettre la pièce en cermet ainsi obtenue à unecalcination sous vide à une température de 1000°Cpendant 100 heures ; — le cas échéant, conduire au moins une opérationchoisie parmi un soudage par diffusion de la pièce àune autre pièce obtenue de la même façon ; unusinage ; et un traitement d'élasto-érosion ;et — soumettre la pièce obtenue à une calcination dans uneatmosphère contenant de l'oxygène, telle que l'air, àune température de 1200 - 1250°C pendant une durée de100 heures.The present invention also relates to a method for manufacturing a hard ceramic selective laser perfusion part, characterized by the fact that it comprises the steps of: - building layer by layer the cermet piece selective laser perfusion from the powderobtained by the method 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 among diffusion welding of the workpiece to another workpiece obtained in the same way; inmation; 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 unepossibilité de formation de défauts structuraux dus à desgradients de température élevée et au choc thermique.These features make it possible to eliminate the possibility of formation of 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 piècescéramiques pratiquement sans retrait, l'écart desdimensions linéaires de la pièce céramique finale à partirde la dimension initiale de la pièce de métal-céramiqueétant inférieur à 0,5%.As a result, the metal-ceramic preforms obtained by SLM are converted into ceramic parts with substantially no shrinkage, the deviation of the linear dimensions of the final ceramic part from the initial dimension of the metal-ceramic part 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 dela poudre dans les étapes de la préparation de lapoudre, il est possible de démarrer des processusaluminothermiques amorcés par impact laser. Cesréactions produisent une émission de chaleursignificative qui est la force d'entrainementprincipale de la cuisson des particules de poudremétal-céramique. 2 - La poudre initiale est un cermet (métal-céramique) ; la cuisson de la poudre pendant le procédé SLM a lieualors que la poudre est encore un cermet. Ce faitassure l'absence de retrait à l'étape de procédécritique. 3 - La pièce produite par SLM est encore un cermet et ceci donne l'opportunité d'un traitement mécanique de cettepièce intermédiaire - également appelée pièce verte -par des outils hautement alliés usuels par oppositionau traitement classique de la céramique par des outilsen diamant, traitement qui est très coûteux. 4 - Les processus aluminothermiques mentionnés au paragraphe 1 ci-dessus sont intentionnellement amorcésà l'étape de préparation de la poudre puis ils sontintentionnellement arrêtés. L'impact laser pendant leprocédé SLM reprend les processus aluminothermiquesmais ceux-ci ne sont pas achevés à l'étape SLM. Les réactions ci-dessus se déroulent de façon complète àl'étape de la calcination sous vide. Cette techniquefournit la possibilité d'une cuisson sans retraitcontrôlée de l'unité céramique. 5 - La masse de la pièce après la calcination sous videest caractérisée par une porosité élevée qui estsupérieure à 20%. Cette caractéristique importante duprocédé assure la stabilité de la géométrie de lapièce (l'absence de retrait). L'étape finale deconversion du cermet en la céramique finale est lacalcination dans une atmosphère contenant del'oxygène, telle que l'air ; une oxydation a alorslieu avec un remplissage partiel des pores sanschangement des dimensions de la pièce. De plus, un telremplissage de pores fait durcir la masse de la pièce,ce qui en augmente la résistance mécanique. L'exemple suivant illustre la présente inventionsans toutefois en limiter la portée.According to the present invention: Because of the choice of the initial chemical composition of the powder and because of the mechanical activation of the powder in the steps of the powder preparation, it is possible to start laser-initiated heat-ignition processes. These reactions produce a significant heat emission which is the main driving force of the baking of the powder-metal-ceramic particles. 2 - The initial powder is a cermet (metal-ceramic); baking of the powder during the SLM process takes place while the powder is still a cermet. This fact ensures the absence of withdrawal at the procededitic stage. 3 - The piece produced by SLM is still a cermet and this gives the opportunity of a mechanical treatment of this intermediate piece - also called green piece - by conventional tools alloyed as opposed to conventional treatment of ceramics by diamond tools, treatment which is very expensive. 4 - The aluminothermic processes mentioned in paragraph 1 above are intentionally initiated at the powder preparation stage and then they are 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 take place completely at the stage of vacuum calcination. This techniqueprovides the possibility of cooking without controlled removal of the ceramic unit. 5 - The mass of the workpiece after the vacuum calcination is characterized by a high porosity which is above 20%. This important feature of the method ensures the stability of the geometry of the piece (the absence of shrinkage). The final step of converting the cermet into the final ceramic is the leaching in an atmosphere containing oxygen, such as air; oxidation then occurs with a partial filling of the pores without any change in the dimensions of the part. In addition, a filling of pores hardens the mass of the part, which increases the mechanical strength. The following example illustrates the present inventionwithout limiting its scope.

Exemple 1 : Fabrication d'une poudre de métal-céramiqueExample 1 Manufacture of a Metal-Ceramic Powder

a) Préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudresde SiC, BN et B, d'une première fraction de poudresd'aluminium et d'une poudre d'alliage In-Ga comme dopantal ) Préparation de la poudre de SiCa) Preparation of a mechanically activated mixture of SiC, BN and B powders, a first fraction of aluminum powders and an In-Ga alloy powder as dopantal) Preparation of the SiC powder

On tamise de la poudre de SiC du commerce afin deséparer la fraction des particules présentant une dimensioninférieure à 40 μπι.Commercial SiC powder is sieved in order to separate the fraction of particles having a size smaller than 40 μπι.

On nettoie la fraction de poudre de SiC ainsiobtenue dans un broyeur rotatif dans un environnement àbase aqueuse afin d'éliminer les pollutions physiques.The fraction of SiC powder thus obtained is cleaned in a rotary mill in an aqueous environment to eliminate physical pollution.

On sèche la fraction de poudre de SiC ainsiobtenue dans un four de séchage à 120°C jusqu'à évaporationcomplète de l'eau.The fraction of SiC powder thus obtained is dried in a drying oven at 120 ° C. until complete evaporation of the water.

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

On procède comme en al) en remplaçant la poudrede SiC par de la poudre de BN.The procedure is as in al) 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 poudrede SiC par de la poudre de B.One proceeds as in al) by replacing the powder of SiC by powder of B.

a4 ) Préparation d'un mélange préliminaire des poudresde SiC, BN et B A partir des poudres de SiC, BN et B obtenues enrespectivement al), a2) et a3), on prépare, à l'aide dedispositifs doseurs et d'un mélangeur de poudres sèches, lemélange 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 the SiC, BN and BA powders from the SiC, BN and B powders obtained in accordance with al), a2) and a3), using metering devices and a mixer of dry powders, 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 dansun mélangeur planétaire comportant un récipient agate demélange en agate avec des billes d'agate, conduisant à unmélange intime mécaniquement activé. a5 ) Préparation d'un mélange d'une première fraction depoudre d'aluminium et d'une poudre d'alliage In-Ga A partir d'une poudre d'aluminium et d'une poudred'alliage In-Ga 0.10.9 en 0.9/0.1 ayant chacune unedimension de particule inférieure à 40 pm, on prépare, àl'aide de dispositifs doseurs et d'un mélangeur de poudressèches, 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 mix is thoroughly milled in a planetary mixer having an agate-agate mixing vessel with agate beads, resulting in a mechanically-activated intimate mixture. a5) Preparation of a mixture of a first aluminum powder fraction and an In-Ga alloy powder From an aluminum powder and an In-Ga 0.10.9 alloy powder 0.9 / 0.1 each having a particle size of less than 40 μm, the following mixture is prepared using metering devices and a mixer of powder mixers: - aluminum powder 98.5% by weight - alloy powder In-Ga 1.5% by weight a6) Preparation of the mixture of the title of a)

On ajoute le mélange obtenu en a5) au mélangeobtenu en a4). Le mélange résultant est intimement broyédans un mélangeur planétaire comportant un récipient demélange en agate avec des billes d'agate, conduisant à unmélange 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 del'essence minérale dans un rapport en poids de 10/90 pourobtenir un liant. b2) Préparation du mélange de l'intitulé de b)Synthetic rubber and mineral spirit 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) aumélange obtenu en a), à l'aide d'un dispositif doseur pourmélanges liquides, à raison de 0,3 partie en poids du liant pour 100 parties en poids du mélange obtenu en a), puis onmélange intimement dans un mélangeur pour mélanges secs. c) Formation de billettes primaires par compactage dumélange de l'étape b)Binder as obtained in bl) is added to the mixture obtained in a) using a liquid mixing device at a proportion of 0.3 part by weight of the binder per 100 parts by weight of the mixture obtained in ), 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 desmoules à billettes. On place les moules sur une table depresse. On applique une pression isostatique pendant 1heure 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 latempérature ambiante pendant 24 heures, puis dans un fourde séchage à 80°C pendant 24 heures, puis à 1100°C pendant24 heures. d) Traitement thermique sous vide des billettes primairespréparées 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, and then at 1100 ° C for 24 hours. d) Vacuum heat treatment of the primary billetsprepared in step c)

On découpe des briques de chamotte du commercepour obtenir des plaques en brique de chamotte que l'ondispose dans un four à vide. On place les billettes séchéesobtenues à l'étape c) dans le four à vide et on les soumetà un traitement thermique à faible pression (sous vide)pendant 24 heures à 1100°C, cet intervalle de tempsincluant les opérations de chargement/déchargement, lechauffage et le refroidissement. e) Broyage des billettes primaires obtenues à l'étape d)Bricks of fireclay are cut from the storehouse to obtain plates made of fireclay bricks, which are stirred in a vacuum oven. 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 loading / unloading, heating and cooling. e) Grinding of the primary billets obtained in step d)

Dans un broyeur, on broie les billettes ayantsubi le traitement thermique en morceaux ayant unedimension maximale d'environ 5 mm.In a grinding mill, the billets which have undergone heat treatment are ground into pieces having a maximum size of about 5 mm.

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

On tamise la fraction micrométrique à l'aide d'unséparateur à tamis ou à gaz pour séparer une fraction dedimension inférieure ou égale à 40 pm, laquelle serautilisée dans la suite du procédé. La fraction desparticules de dimension supérieure à 40 pm est renvoyée austade d'abrasion et tamisée à nouveau. Ce mode opératoireest répété jusqu'à ce que 60% de la masse broyée présententune dimension inférieure ou égale à 40 pm, dimensionappropriée pour la suite du procédé. f) Préparation d'un mélange de la poudre de l'étape e) etd'une deuxième fraction de la poudre d'aluminiumThe micrometric fraction is sieved by means of a sieve or gas separator to separate a fraction of size less than or equal to 40 μm, which is then used in the rest of the process. The fraction of the particles larger than 40 μm is returned to abrasion and sieved again. This procedure is repeated until 60% of the ground mass has a size less than or equal to 40 μm, the appropriate size 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 billesd'agate d'un mélangeur planétaire, on charge de la poudretelle qu'obtenue à l'étape e) et l'on ajoute de la poudred'aluminium à raison de 13 parties en poids de poudred'aluminium pour 100 parties en poids de la poudre obtenueà l'étape e) . On broie le mélange dans ledit mélangeurplanétaire. g) Mélange du mélange préparé en f) et d'un liantIn the agate container containing agate balls of a planetary mixer, powdery powder obtained in step e) is charged and aluminum powders are added at a rate of 13 parts by weight of powders. aluminum 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) aumélange obtenu en f) , à l'aide d'un dispositif doseur pourmélanges liquides, à raison de 0,3 partie en poids du liantpour 100 parties en poids du mélange obtenu en f) , puis onmélange intimement dans un mélangeur pour mélanges secs. h) Formation de billettes secondaires par compactage dumélange de l'étape gBinder (as obtained in b) is added to the mixture obtained in (f) using a liquid mixing device at a rate of 0.3 parts by weight of the binder for 100 parts by weight of the mixture obtained in (f). then mixed thoroughly in a blender for dry blends. h) Formation of secondary billets by compacting the mixture of step g

On procède comme à l'étape c) à partir du mélangede 1'étape g). i) Traitement thermique sous vide des billettes secondairespréparées 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 desbillettes obtenues en h). j ) Broyage des billettes secondaires obtenues à l'étape i)We proceed as in step d) from thebillettes obtained in h). j) Grinding of the secondary billets obtained in step i)

On procède comme à l'étape e) à partir desbillettes obtenues en i). k) VieillissementWe proceed as in step e) from thebillettes obtained in i). k) Aging

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

On va maintenant décrire à titre d'exemple unprocédé de fabrication d'une pièce de céramique dure parSLM à l'aide de la poudre obtenue à l'exemple précédent.We will now describe as an example a method of manufacturing a piece of hard ceramic by SLM using the powder obtained in the previous example.

Exemple 2 : Fabrication de pièces de céramiquestructuraleExample 2: Manufacture of structural ceramic pieces

Cycle 1 : Fabrication d'une céramique sans retraitstructuraleCycle 1: Manufacture of a ceramic without structural shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 1.1 Introduction d'air filtré dans l'espace opérationneld'une machine SLS ; 1.2 Raccordement du cylindre au gaz inerte ; 1.3 Mise sous tension de la machine SLS avec lancement duprogramme de commande (test du processus dedémarrage) ; 1.4 Montage du compartiment de poudre de ligne de basedans la position inférieure initiale ; 1.5 Versement de la poudre de métal-céramique activée deligne de base, stockée dans le dessiccateur pendantpas plus de 7 jours ; 1.6 Scellement étanche de la poudre de métal-céramiqueactivée dans le compartiment ; 1.7 Moletage de la poudre de métal-céramique activée quiest dans la position zéro ; 1.8 Scellement étanche de la couche de la poudre de métal-céramique activée sur la plate-forme de fonctionnementà l'aide d'un rouleau ; 1.9 Chargement du fichier de construction de la pièce demétal-céramique sans retrait ; 1.10 Procédé de la construction par couches de la pièce demétal-céramique sans retrait par la technologie defusion sélective par laser avec le contrôle continupar couches du procédé pour le système devisualisation commuté.This cycle comprises the following operations: 1.1 Introduction of filtered air into the operational 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 command program (start-up process test); 1.4 Mounting the baseline powder compartment in the initial lower position; 1.5 Transfer of activated base metal-ceramic powder, stored in the desiccator for no more than 7 days; 1.6 Sealing of metal-ceramic powder activated in the compartment; 1.7 Knurling of the activated metal-ceramic powder which is in the zero position; 1.8 Sealing the layer of metal-ceramic powder activated on the operating platform with a roller; 1.9 Loading the construction file of the ceramic-ceramic part without removal; 1.10 Process of the layer construction of the non-shrinkage ceramic-ceramic part by laser selective fusing technology with the continuous process layer control for the switched-mode system.

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

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 2.1 Découpage de la pièce de métal-céramique sans retraitde la plate-forme d'aluminium opérationnelle, depréférence 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 de35°C par minute ; 2.6 Exposition de la pièce de métal-céramique à 1100°C etsous un vide de 10 atm pendant une heure ; 2.7 Refroidissement de la pièce de métal-céramique le longdu four.This cycle comprises the following operations: 2.1 Cutting of the metal-ceramic part without removal of the operational aluminum platform, preferably by 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 the rate of 35 ° C per minute; 2.6 Exposure of the metal-ceramic piece to 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-céramiquesans retrait le long du fourCycle 3: Diffusion welding of the metal-ceramic part without shrinking 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 decéramique avec le verre liquide sur les surfacessoudées des pièces de métal-céramique sans retrait. 3.3 Mise en place des pièces de métal-céramique sansretrait jointes sur la base céramique dans le four àvide ; 3.4 Séchage des pièces de métal-céramique sans retraitréunies par leur chauffage jusqu'à 300°C pendant10 min ; 3.5 Pompage sous vide dans le four à vide jusqu'à1CT3 atm ; 3.6 Chauffage dans le four à vide jusqu'à 1100°C àl'allure de 35°C par minute ; 3.7 Exposition des pièces de métal-céramique sans retraitréunies à 1100°C et sous un vide de 10~3 atm, pendant 1heure ; 3.8 Refroidissement des pièces de métal-céramique sansretrait 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 demétal-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 ceramic-free ceramic parts joined to the ceramic base in the vacuum oven; 3.4 Drying of metal-ceramic pieces without shrinkageby heating them 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 metal-ceramic parts without shrinkage at 1100 ° C and under a vacuum of 10 ~ 3 atm, for 1 hour; 3.8 Cooling of nonretrete metal-ceramic pieces joined along the furnace; 3.9 Removal from the vacuum furnace of the metal-ceramic piece without welded recess; 3.10 Visual inspection of the weld seam of the non-shrinkage ceramic-ceramic piece; 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 sansretraitCycle 4: Machining of the metal-ceramic part without shrinkage

Ce cycle comporte les opérations suivantes : 4.1 Fixation de la pièce de métal-céramique sans retraitdans 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 àl'aide d'outils de découpe en alliage dur classiques.On notera que pour la fabrication de pièces ayant deséléments relativement longs de direction opposés, lenombre de mandrins nécessaires est déterminé par leconcepteur ; 4.2 Remplissage de la surface que se trouve dans leditmandrin à l'aide la matière polymère solidifiée à latempérature ambiante ; 4.3 Usinage dans un mode spécial de la surface de la piècemétal-céramique dure qui ne se trouve pas dans leditmandrin au moyen d'un outil en alliage dur classique(outil de coupe, meuleuse, outil de forage) ayant unaiguisage spécial ; 4.4 Chauffage du mandrin le long de la surface de la piècede métal-céramique sans retrait dans le four jusqu'à500°C, la matière polymère étant convertie en la phaseliquide à une telle température ; 4.5 Retrait hors dudit mandrin d'une pièce métal-céramiquedure à partir ; 4.6 Examen visuel de la pièce de métal-céramique sansretrait ; 4.7 Nettoyage de la surface de la pièce de métal-céramiquesans 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 dela moitié de la pièce de métal-céramique sans retraitqui a déjà subi l'opération d'usinage requise.This cycle comprises the following operations: 4.1 Fixing the metal-ceramic part without removal in a steel mandrel so that it would encompass -50% of the surface of the metal-ceramic part without shrinkage, for example its left half , leaving the right half free and easy to access, thus allowing the implementation of machining using conventional hard alloy cutting tools. It will be noted that for the manufacture of parts having relatively long elements of opposite direction the number of mandrels required is determined by the receiver; 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 ceramic-ceramic element not found in said mandrel by means of a conventional hard alloy tool (cutting tool, grinder, drilling tool) having a special sharpening; 4.4 Heating of the mandrel along the surface of the metal-ceramic component without shrinkage in the furnace up to 500 ° C, the polymer material being converted into the phaseliquide at such a temperature; 4.5 Removal from said mandrel of a metal-ceramic part from; 4.6 Visual inspection of the metal-ceramic part withoutreterr; 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 fixation of half of the non-shrinking metal-ceramic part which 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 pardu kérosène ; 5.2 Immersion de la surface de la pièce de métal-céramiquesans retrait non placée dans le mandrin ; 5.3 Fixation d'un outil à fil classique (fil en laiton de0 0.2 mm, fil en tungstène de 0 0.1 mm) ; 5.4 Traitement d'élasto-érosion à l'aide d'un programmespécial; 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-céramiquequi a déjà subi l'opération de traitement d'élasto-érosion ; 5.7 Retrait hors du mandrin de la pièce de métal-céramiquesans 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 fixationde la moitié de la pièce de métal-céramique sans retrait qui a déjà subi le traitement requis dans lemandrin.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 removal in the mandrel; 5.3 Fixing of a conventional wire tool (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 piece without shrinkage; 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 fixation 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 sansretrait dans un four d'oxydation après l'usinage(calcination dans une atmosphère contenant de l'oxygène)Cycle 6: Final sintering of the metal-ceramic parts without shrinking in an oxidation furnace after machining (calcination in an atmosphere containing oxygen)

Ce cycle comporte les opération suivantes : 6.1 Nettoyage de la pièce de métal-céramique sansretrait ; 6.2 Séchage de la pièce de métal-céramique dure dans unearmoire ventilée à 50°C pendant une heure ; 6.3 Montage de la pièce de métal-céramique dure dans unfour d'oxydation sur une base céramique ; 6.4 Augmentation de la température dans le four jusqu'à1000°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'à1200°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 encéramique sans retrait structurale jusqu'à 20°C ; 6.9 Retrait hors du four du produit en céramique sansretrait structurale, examen visuel, nettoyage,vérification de géométrie.This cycle comprises the following operations: 6.1 Cleaning the metal-ceramic part withoutretraitrait; 6.2 Drying of the hard metal-ceramic part in a ventilated storage at 50 ° C for one hour; 6.3 Mounting the hard metal-ceramic part in an oxidation process 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 up 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 decéramique dureExample 3: Reduction of the porosity and increase of the mechanical strength of the hard ceramic pieces

On a conduit les opération suivantes sur lespièces de céramique structurale : (a) Remplissage par de la paraffine ou un équivalentdes canaux et trous nécessaires pour lefonctionnement ultérieur des pièces en céramiquedure ; (b) Imprégnation des pièces en céramique structuralesans retrait par du tétraéthoxysilane jusqu'à unremplissage complet des pores ouverts ; (c) Hydrolyse alcaline du tétraéthoxysilane par del'ammoniac aqueux avec formation d'un gel desilice ; (d) Mise en place de la partie traitée de la céramiquestructurale sans retrait dans une solution aqueusede nitrate d'ammonium ; (e) Séchage des pièces de céramique structurale sansretrait dans l'air à la température ambiante, miseen place de la pièce de céramique structurale sansretrait dans une flamme dans l'air à 200°C enfaisant suivre par une calcination dans une flammedans l'air à 900-950°C ; (f) Réitération au moins trois fois des étapes (b) à(e) pour la germination de cristaux de cordiéritequi ont été générés lors de ce mode opératoire àl'intérieur du volume interne des pores ouverts, permettant ainsi d'augmenter la résistancemécanique de la pièce de céramique structurale sansretrait ; (g) Afin d'éliminer la porosité de la surface, la piècede céramique structurale sans retrait est placéedans le sol d'acide polysilicique pendant le tempsnécessaire au remplissage des pores de surface sansdiffusion dans la masse de la pièce de céramiquestructurale sans retrait ; (h) Séchage de la pièce de céramique structurale sansretrait dans l'air à la température ambiante, miseen place de la pièce dans une flamme dans l'air à200°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 lapièce de céramique structurale sans retrait ; (j) Traitement de surface de la pièce céramique par unesuspension contenant, distribués de manière égale,du zinc, de l'aluminium, du magnésium et duphosphate ; (k) Séchage dans l'air à la température ambiante, miseen place de la pièce dans la flamme dans l'air à200°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 an equivalent of the channels and holes necessary for the subsequent operation of the ceramic ceramic pieces; (b) Impregnation of the structural ceramic parts without tetraethoxysilane removal until complete filling of the open pores; (c) Alkaline hydrolysis of tetraethoxysilane by aqueous ammonia with desilicating gel formation; (d) Placing the treated part of the structural ceramics without removal in an aqueous solution of ammonium nitrate; (e) Drying structural ceramic parts without shrinking in air at room temperature, setting up the structural ceramic piece without shrinking in a flame in the air at 200 ° C forcing followed by calcination in a flame in the air at 900-950 ° C; (f) Reiteration at least three times of 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 resistance of structural ceramic part without shrinkage; (g) In order to eliminate the porosity of the surface, the non-shrinking structural ceramic part is placed in the polysilicic acid sol for the time necessary to fill the surface pores without diffusion into the bulk of the non-shrinking structural ceramic part; (h) Drying the structural ceramic piece without shrinking in air at room temperature, placing the part in a flame in air at 200 ° C and calcining it at 900-950 ° C; (i) reiterating steps (g) and (h) at least three times to remove non-shrink structural ceramic porosity surfaces; (j) surface treatment of the ceramic piece with an upright 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 (12)

REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une poudre métal- céramique appropriée pour la fabrication d'une céramiquedure par fusion sélective par laser, caractérisé par lefait qu'il comporte les étapes suivantes : a) préparation d'un mélange activé mécaniquement de poudresde SiC, BN et B, d'une première fraction de poudred'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 dumélange de l'étape b) ; d) traitement thermique sous vide des billettes primairespréparées 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) etd'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 dumélange de l'étape g) ; i) traitement thermique sous vide des billettes secondairespréparées 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 foisen utilisant à chaque fois une nouvelle fractiond'aluminium et en partant à chaque fois de la préparationd'un mélange de la poudre obtenue à l'étape précédente etde la nouvelle fraction de poudre d'aluminium.1 - A method of manufacturing a metal-ceramic powder suitable for the manufacture of a ceramic by selective melting laser, characterized in that it comprises the following steps: a) preparation of a mechanically activated mixture of SiC powders, BN and B, a first aluminum powder fraction, 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 billetsprepared 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) forming 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, each time using a new aluminum fraction and starting each time with the preparation of a mixture of the powder obtained in the preceding step and the new powder fraction of aluminum. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisépar le fait qu'à l'étape a), on utilise au moins un dopantchoisi parmi l'indium et le gallium, ledit dopant pouvantse présenter sous la forme d'un alliage indium-gallium. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'à l'étape a), on utilise despoudres ayant chacune une granulométrie inférieure à 40 pm.2 - Process according to claim 1, characterized in that in step a), at least one dopantchoisi among indium and gallium, said dopant can be present in the form of an indium-gallium alloy. 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 lemélange d'un premier mélange activé mécaniquement formé deSiC, BN et B et d'un second mélange activé mécaniquementformé d'Al et du ou des dopants. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,caractérisé par le fait que l'on effectue l'activationmécanique d'un mélange en réalisant ce mélange dans unrécipient de mélange en agate contenant des billes d'agateà une vitesse de 300-500 tpm en 3-6 cycles pendant 18-48heures. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé par le fait que l'on mélange les poudres dansles pourcentages molaires suivants : SiC : 25-34BN : 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 lapremière fraction de l’étape a) et la deuxième fraction del’étape f), les fractions pouvant être des fractionségales.4 - Process according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step a), the mixture is mixed with a first mechanically activated mixture of SiC, BN and B and a second mechanically-activated activated mixture Al and the dopant (s). 5 - Process according to one of claims 1 to 4, characterized in that one carries out theMechanical activation of a mixture by performing this mixture in an agate mixing container containing agate beads at a rate of 300- 500 rpm in 3-6 cycles for 18-48 hours. 6 - Process according to one of claims 1 to 5, characterized in that the powders are mixed in the following molar percentages: SiC: 25-34BN: 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 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 etGa dans les pourcentages massiques suivants : In : 10-90 %Ga : 90-10 %la masse totale des dopants représentant 100 %.7 - Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that the dopants In andGa are used in the following percentages by weight: In: 10-90% Ga: 90-10% the total mass of the doping agents 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 synthétiquetel qu’un caoutchouc styrène-butadiène dilué dans unsolvant tel que le white-spirit, dans des proportionsmassiques caoutchouc synthétique : solvant notamment de 1:4 à1:7.8 - Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in step b) and in each step g), a binder is used consisting of a synthetic rubber that a styrene-butadiene rubber diluted in a solvent such as white spirit, in classical proportions synthetic rubber: solvent in particular 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 pressionisostatique sous 980,7 - 1471 MPa (10-15 tonnes/cm2) dansdes 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 pressureisostatic 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 conditionssuivantes : — 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 and 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 chaqueétape i) , on place les billettes dans un four sous vide eton 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 in 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 chaqueétape j), on broie les billettes jusqu'à une granulométriede 40 pm, en procédant notamment en plusieurs étapes : — broyage au broyeur jusqu'à obtention d'une granulométrieinférieure à 5 mm ; — au moins un cycle de broyage jusqu'à obtention d'unegranulométrie de 3-5 mm ; — au moins un cycle d'abrasion jusqu'à obtention d'unegranulométrie de 0,044-0,100 mm ; — tamisage en vue de l'obtention d'une granulométrieinférieure à 40 pm.12 - Process according to one of claims 1 to 11, characterized in that in step e) and inétape step j), the billets are milled to a particle size of 40 pm, proceeding in particular in several steps: Grinding to the mill until a particle size less than 5 mm is obtained; At least one milling cycle until a granulometry of 3-5 mm is obtained; At least one abrasion cycle until a granulometry of 0.044-0.100 mm is obtained; Sieving in order to obtain a particle size of less than 40 μm. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'à chaque étape f) , on utiliseune poudre d'aluminium à raison de 10-20 % en poids par rapport à la masse totale de la fraction obtenue avec lagranulométrie inférieure à 40 pm.13 - Process according to claim 12, characterized in that each step f) ,Use aluminum powder at a rate of 10-20% by weight relative to the total mass of the fraction obtained with agglomerometry less than 40 pm. 14 - Procédé selon l'une des revendications 1 à13, caractérisé par le fait qu'il comporte une étapesupplémentaire après la dernière étape : k) vieillissement des billettes broyées dans un dessicateurà la température ambiante pendant 10-14 jours.14 - Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises an additional steps 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 encéramique dure par fusion sélective par laser, caractérisépar le fait qu'il comporte les étapes consistant à : — construire couche par couche la pièce en cermet parfusion sélective par laser à partir de la poudreobtenue par le procédé tel que défini à l'une desrevendications 1 à 14 ; — soumettre la pièce en cermet ainsi obtenue à unecalcination sous vide à une température de 1000°Cpendant 100 heures ; — le cas échéant, conduire au moins une opérationchoisie parmi un soudage par diffusion de la pièce àune autre pièce obtenue de la même façon ; unusinage ; et un traitement d'élasto-érosion ; et — soumettre la pièce obtenue à une calcination dans uneatmosphère contenant de l'oxygène, telle que l'air, àune température de 1200 - 1250°C pendant une durée de100 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 selective cermet piece laser selective from the powderobtained 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 among diffusion welding of the workpiece to another workpiece obtained in the same way; inmation; and elasto-erosion treatment; and - subjecting the obtained part to calcination in an atmosphere containing oxygen, such as air, at a temperature of 1200-1250 ° C for a period of 100 hours.
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