WO2022101504A1 - Procede de fabrication d'un element d'habillage en ceramique, notamment pour l'horlogerie, et element d'habillage correspondant - Google Patents

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WO2022101504A1
WO2022101504A1 PCT/EP2021/081855 EP2021081855W WO2022101504A1 WO 2022101504 A1 WO2022101504 A1 WO 2022101504A1 EP 2021081855 W EP2021081855 W EP 2021081855W WO 2022101504 A1 WO2022101504 A1 WO 2022101504A1
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WO
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ceramic
sintering operation
reagents
interface
mold
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PCT/EP2021/081855
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Thibaut Le Loarer
Maxime GOVAERTS
Duncan DELEZINIER
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Manufacture D'horlogerie Audemars Piguet Sa
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    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a ceramic trim element, for the watchmaking or jewelery fields, making it possible to obtain a substantially homogeneous trim element from the point of view of its structure and its mechanical properties and presenting variations in shade and/or color on its surface.
  • the present invention also relates to such a trim element intended to be used in the fields of watchmaking or jewelry.
  • patent CH707424 B1 discloses a process for manufacturing ceramic covering elements for watchmaking, making it possible to obtain such covering elements having two portions of different colors.
  • a composition comprising a powder intended to undergo a sintering operation to produce a ceramic as well as a first pigment, is prepared and then shaped.
  • the shaped part is partially exposed to a treatment aimed at doping the exposed portion with a second pigment, preferably one or more metals, so that the covering element finally obtained after the sintering operation has two different colors between the portion treated with the second pigment and the untreated portion.
  • this method advantageously makes it possible to produce covering elements having a clear and precise demarcation between the two portions, which is particularly suitable for the manufacture of two-tone bezels for diving watches or watches with a GMT function, for example.
  • a color is associated with daytime hours and the other color is associated with nighttime hours.
  • the publication JP 2014-12615 A discloses another process for producing casing elements, in particular for watchmaking, such as for example a bezel for a diver's watch.
  • This document describes embodiments according to which such a bezel can be manufactured so as to have a general envelope formed of a first ceramic, having a first predefined color and, inside which are made inscriptions composed of a second ceramic having a second predefined color.
  • the corresponding invention consists in injecting two different compositions into the same mold before subjecting them, together, to a conventional sintering operation.
  • HIP Het Isostatic Pressure
  • hot isostatic compression a treatment operation that is essential to ensure good densification of the ceramic finally obtained, and therefore good cohesion between the different regions of the final product respectively made on the basis of different compositions.
  • the process presented in this Japanese publication aims to produce a precise, predefined pattern for display or decoration purposes.
  • the method disclosed in the first prior document also relates to the manufacture of a covering element having display functionalities, which involves the implementation of a precise distribution between the ceramics of different colors, as is also the case in the realization of a predefined pattern.
  • these two processes are part of the general trend of industrial research, which aims to define manufacturing process parameters allowing the implementation of reproducible operating conditions to produce parts, produced in more or less large series, which are identical to each other.
  • a main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic cladding element that is an alternative to methods already known, making it possible to obtain trim elements having an original and unique appearance.
  • Another object of the invention is to propose a ceramic covering element, for a timepiece or for a jewel, substantially homogeneous from the point of view of its structure and its mechanical properties and having an original appearance with reference to known trim elements of the prior art, in particular at least two different shades and/or colors obtained in the mass.
  • the present invention relates more particularly to a method of manufacturing a ceramic trim element for the fields of watchmaking or jewelry, of the type indicated above, comprising the steps consisting of:
  • first and second base compositions prior to the implementation of the sintering operation, in order to introduce therein at least one pigment and to define respective first and second reagents, the first and second reagents having of respective natures similar but different from each other such that, when they are subjected together to a sintering operation, a substantially homogeneous ceramic product is obtained from the point of view of its structure and its mechanical properties, and that the ceramic product finally obtained has variations in shade and/or color,
  • the method according to the invention is characterized in that it comprises at least one step of machining the ceramic product obtained after the sintering operation, comprising at least one material removal operation along a path intersecting the interface, such that at least a portion of the interface is visible on the surface of the covering element and that the latter has a unique appearance with variations in shade and/or color on its surface, the distribution of which appears to be substantially random and is independent of any predefined pattern or of any function linked to the display of an indication.
  • the different colors can for example be identified conventionally by their coordinates in the L*a*b* space.
  • each base composition comprises a powder intended to form a ceramic when it is subjected to a sintering operation, as well as a stabilizer and optionally a binder, in known manner, in such a way that after introduction of the pigment(s), a reagent of the green body type is obtained.
  • the subsequent machining step also makes it possible to produce two trim elements with distinctly different appearances from the same ceramic product resulting from sintering, depending on the path followed to carry out the removal of material. .
  • the manufacturer can choose to accentuate even more or, on the contrary, to attenuate the variations in shade and/or color on the surface of the trim element on the basis of the same ceramic product from the sintering.
  • the process according to the present invention is clearly distinguished from the prior processes mentioned above not only by the objective aimed at, that is to say the production of unique products rather than that of products which are all identical. to each other, but also by greatly simplifying the operation of placing the reagents in the mold before the sintering operation since the covering element according to the invention is not intended to comprise a predefined pattern , as is the case of the covering elements obtained by the implementation of the prior methods mentioned above.
  • the machining step is significantly simplified compared to that disclosed in the aforementioned Japanese document since it aims only to release the general shape of the trim element to be manufactured, without specific consideration of the distribution of colors or shades from the different reagents placed in the mold before sintering which would be essential for obtaining a predefined pattern.
  • first and second reagents are placed in the mold in the absence of any precise control over the way in which they are distributed relative to each other. inside the mold and which would aim to produce a predefined pattern.
  • the interface between the layers placed in the mold can have a mean plane and for the machining step to be carried out in such a way that the covering element has at least one side defining an average general plane having an inclination with reference to the average plane of the interface comprised between 10 and 90°.
  • the method according to the invention may comprise an additional step of preparing a third reagent, comprising a powder intended to undergo a sintering operation aimed at producing a ceramic, the third reagent having a similar nature but different from that of at least one of the first and second reactants and being chosen in such a way that, when the first, second and third reactants are subjected together to a sintering operation, a substantially homogeneous ceramic product of the point of view of its structure and mechanical properties.
  • the third reagent is then also placed in the mold with the first and second reagents, defining at least one additional interface with at least one of them, to be subjected with them to the sintering operation, at least one portion of the additional interface or interfaces being made visible on the surface of the trim element during the implementation of the material removal operation.
  • each of the reactants can also be made for each of the reactants to comprise a maximum proportion by mass of pigment(s) of 15%.
  • the sintering operation consists of a flash sintering operation.
  • the flash sintering operation includes a step consisting in using an electrically conductive mold connected to two electrodes located at a distance from each other and between which an electrical voltage is applied. greater than 1 Volt and less than or equal to 10 Volts, preferably associated with an electric current of between 1 and 25,000 A, and between which a pressure of between 5 and 1,000 MPa is preferably applied, for a period of between 2 and 30 minutes.
  • the flash sintering operation then constitutes the only heat treatment operation of the process applied to the mold while it contains the reactants.
  • the present invention also relates to a ceramic trim element, for the fields of watchmaking or jewellery, comprising first and second portions adjacent via an interface at least partially visible on the surface. of the trim element, the first and second portions having different respective shades and/or colors and respective natures such that the trim element is substantially homogeneous from the point of view of its structure and its mechanical properties.
  • the covering element according to the invention is characterized in that it has at least two cross-sectional planes orthogonal to each other and each of which intersects the two portions, and in that it has a unique appearance with variations in shade and/or color on its surface whose the distribution appears as substantially random and is independent of any predefined pattern or any function related to the display of an indication.
  • the covering element according to the invention has a structure such that the smallest dimension of each of the portions of different colors is less than or substantially equal to 5 mm.
  • the trim element according to the invention can be a watch trim element, in particular a component of a watch case such as a middle part, a bezel or a back, or a bracelet for a wristwatch such as a link, a stud or a buckle, or even an element for adorning a piece of jewellery.
  • the tenacity between two adjacent portions varies by a maximum of 5% depending on the extent of their interface.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram illustrating a first step of implementing a method according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic diagram illustrating a second step of implementing the method according to the preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic diagram illustrating a third step of implementing a method according to the preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic diagram illustrating a step of implementing the method according to the preferred embodiment of the present invention, in connection with a further example, and
  • Figures 5a and 5b represent schematic diagrams illustrating a preferred mode of characterization of a trim element according to the present invention, Figure 5a corresponding to a trim element not meeting the characteristics of the invention and Figure 5b corresponding to a trim element according to the invention.
  • the manufacturing process according to the present invention consists in particular in combining several reagents, at least one of which contains at least one pigment, with a view to performing simultaneous sintering of all of the reagents and obtain a ceramic product having portions having different shades and/or colors with respect to each other.
  • trim element obtained has structural homogeneity, that is to say that it does not include any junction that could weaken it, and properties, in particular mechanical, uniform over its entire surface, even in its entire volume.
  • the different sintering temperatures of the different reagents used should preferably be within a range of the order of 20°C.
  • compositions in the form of powders having similar sintering temperatures should preferably be used in this process.
  • binders are preferably chosen from the same family of binders, or even one and the same binder can be used for the different compositions to be combined with each other. The same goes for the stabilizing agent used in the different compositions involved.
  • the respective proportions of binders, if any, and of stabilizing agents used in the different compositions must be chosen in such a way that the sintering temperatures of the different compositions remain close to each other.
  • the covering element 1 manufactured by the implementation of the manufacturing method has the shape of a bezel for a watch case but, of course, the a person skilled in the art will be able to implement the manufacturing method according to the invention, as defined in the claims, to produce other trim elements without departing from the scope of the present invention.
  • the method according to the invention consists in preparing different reagents or green bodies, with a view to carrying out their sintering when they are placed together in a mold, by introducing at least one pigment into at least one base composition to define the one of the reactants or green bodies.
  • At least one other green body can be used as reagent without necessarily comprising pigment.
  • Figures 1 to 3 represent schematic diagrams illustrating different stages of a manufacturing process according to the preferred embodiment, in which one and the same pigment or one and the same mixture of pigments is added to the same composition of base, but in different proportions, to define four different reagents or green bodies, whose respective sintering temperatures are close.
  • a base composition intended to lead to a ceramic after a sintering operation from a zirconia (ZrO2), with in particular a particle size adapted to the desired properties for the ceramic obtained.
  • ZrO2 zirconia
  • a person skilled in the art will not encounter any particular difficulty in choosing a powder and its particle size according to his own needs.
  • the base composition can comprise a stabilizing agent, for example here yttrium oxide (Y2O3), optionally, as well as a binder, for example polyvinyl alcohol (PVA) , each in proportions ranging from 0 to 10% by mass.
  • a stabilizing agent for example here yttrium oxide (Y2O3)
  • a binder for example polyvinyl alcohol (PVA)
  • the mass share of zirconia in the final green body preferably being between 80 and 98%.
  • an iron oxide red, or brown to black coloring depending on the degree of oxidation of the iron
  • an aluminum oxide white coloring
  • an oxide bismuth blue coloring
  • a chromium oxide green coloring
  • the introduction of the pigment or of the mixture of pigments can preferably be carried out so as to obtain green bodies in which the pigment or pigments represent a proportion of the order of 0 to 15% by mass.
  • the pigment or pigments represent a proportion of the order of 0 to 15% by mass.
  • Each layer may advantageously have an average thickness of the order of 0.5 to 5 mm, preferably 0.5 to 3 mm.
  • the distribution of the layers here substantially flat, gives rise to four interfaces 2, 4, 6 and 8, each interface being defined at the junction between two adjacent layers.
  • interfaces 2, 4, 6 and 8 are all substantially planar and parallel here, by way of non-limiting illustration, defining the orientation of a mean plane for all of the interfaces.
  • those skilled in the art could deposit different layers according to their own needs, in particular layers of variable thickness, possibly defining interfaces which would not necessarily be parallel to each other.
  • the placement of the different reagents in the mold does not require any particular precise control of the way in which the different layers are arranged relative to each other, given that the method according to the invention does not aim to produce a predefined pattern on the trim element finally obtained.
  • the sintering operation leads to a ceramic product, in the form of a block 10 whose shape is defined by the shape of the mold used, illustrated schematically in Figure 2.
  • this ceramic product has different portions, in its mass, having different colors from each other, depending on the proportion of pigment (s) used for doping the corresponding reagent.
  • the sintering operation according to the present invention preferably takes the form of a flash sintering operation (or SPS, “Spark Plasma Sintering", or electric current-assisted sintering or FAST, “Field-Assisted Sintering Technique”).
  • this flash sintering operation can include a step consisting in using an electrically conductive mold connected to two electrodes located at a distance from each other and between which an electrical voltage greater than 0 is applied. Volt and less than or equal to 10 Volts, preferably associated with the passage of an electric current of between 1 and 25,000 A between the two electrodes. This electric current makes it possible at least to heat the mold, with a heating which can be very rapid (of the order of 500 to T000° C./min), or even also the reagents when they are electrically conductive.
  • a pressure between 5 and 1000 MPa makes it possible to accelerate the sintering, sometimes to reduce the sintering temperature (thus the intensity of the current applied) and to improve the densification of the product obtained. after sintering.
  • the pressure is applied directly by the electrodes themselves and is therefore unidirectional.
  • the flash sintering operation typically lasts between 2 and 30 minutes depending on the nature of the reagents and the operating conditions selected. It can be carried out while the mold is maintained under vacuum or under a controlled atmosphere (for example under argon, hydrogen or nitrogen).
  • the flash sintering operation constitutes the only heat treatment operation applied to the mold while it is contains the reagents, since no debinding step is required.
  • the present method not only makes it possible to reduce the duration of the sintering operation, going from several hours to a few tens of minutes at most, and it also makes it possible to dispense with the hot isostatic pressing (HIP) step, which is essential in the prior process to obtain the mechanical properties desired for the final product.
  • HIP hot isostatic pressing
  • the manufacturing method according to the present invention provides for a step of machining the ceramic product obtained, making it possible to obtain a covering element 1, here a bezel for a watch case, having variations in color and/or color on its surface.
  • the machining step advantageously comprises at least one material removal operation along a path intersecting at least one of the interfaces 2, 4, 6 and 8, such that at least one portion of this interface is visible on the surface of the trim element 1.
  • FIG. 2 schematically illustrates a possible positioning of the bezel in the ceramic block 10 making it possible to simultaneously make visible all the interfaces 2, 4, 6 and 8 on the surface of the bezel once the machining step has been completed.
  • the bezel is octagonal here, by way of non-limiting illustrative example, which explains the presence of ridges regularly distributed around its periphery.
  • the trim element 1 here having a general shape making it possible to define an average general plane, the path followed by the removal of material is preferably chosen in such a way that this average general plane is inclined with respect to in the mean plane for all the interfaces.
  • the block 10 comprises at least two interfaces, they advantageously define two respective mean planes having a relative inclination of the order of 0 to 20°. Furthermore, provision may also be made for the average general plane of the covering element 1, or of at least one of its faces where applicable, to present an inclination with reference to the average plane of all the interfaces between 10 and 90°.
  • the ceramic block 10 is then machined, preferably using a CNC machine or possibly by laser, to release the bezel as shown in Figure 3.
  • the machining step according to the present invention is therefore relatively simple, depending on the shape of the covering element to be manufactured, since it simply consists in releasing the covering element from the ceramic block obtained. after the sintering operation. Once the overall shape of the trim element has been defined, it simply has to be applied to the ceramic block with an orientation allowing the interface or interfaces between the regions of different colors to be cut.
  • a binder may advantageously be added to obtain a ceramic paste including a mass proportion of binder between 0 and 7% compared to ceramic paste.
  • the binder may be chosen from the group comprising polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG), polyoxymethylene (POM), or even polyvinyl pyrrolidine.
  • the pigments mentioned above may be used, in particular an iron oxide (red or brown to black coloring depending on the degree of oxidation of the iron), an aluminum oxide (white coloring), an oxide of bismuth (blue coloring) and/or a chromium oxide (green coloring).
  • the addition of pigment(s) may preferably be carried out so as to obtain green bodies in which the pigment(s) represent a proportion of the order of 0 to 15% by mass.
  • the green bodies thus obtained are mutually compatible from the point of view of the present invention, that is to say they have respective sintering temperatures close to each other.
  • the green bodies can be arranged alternately in a mold in the form of layers, as described above, preferably by injection under pressure.
  • white, green, red (and/or brown to black) and blue layers can be placed alternately from the reagents described above, in any order.
  • Each layer may preferably have a thickness of the order of 0.5 to 5mm.
  • a conventional sintering operation is then applied to the mold containing the various layers of reagents or green bodies, at a temperature of between 800 and 1600°C.
  • no binder is used and the powders are placed in a mold for flash sintering (typically graphite, silicon carbide or tungsten carbide for example), the latter being then subjected to a flash sintering operation.
  • a mold for flash sintering typically graphite, silicon carbide or tungsten carbide for example
  • the flash sintering operation may include one or more temperature rise ramps, depending on the nature of the reactants to be treated, without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.
  • the ceramic block obtained after sintering is machined, for example using a CNC machine, to release therefrom the desired cladding element, in particular intended for use in the fields of watches or jewellery.
  • the average general plane of the trim element, or at least one of its faces, if applicable, has an inclination with reference to the mean plane of all the interfaces of between 10 and 90°.
  • this additional example provides for the production of a ceramic cladding element comprising six different portions having different respective colors and shades, due to the use of two different pigments or mixtures of pigments (C1 and C2), in varying proportions, as indicated in the following table.
  • FIG. 4 represents a schematic view of a ceramic block 40 obtained in accordance with the operating conditions presented above.
  • this additional embodiment provides for the preparation of several different green bodies by adding to the same basic composition different proportions of two pigments or of two mixtures of different pigments, according to variable proportions, before disposing these green bodies in a mold in the form of superimposed layers, and subjecting them to a sintering operation.
  • the block 40 is then obtained, with six different portions corresponding to the layers 104, 204, 304, 404, 504 and 604, as illustrated in figure 4.
  • a measurement of the toughness can be carried out to define an acceptable level of structural homogeneity of the block 40, by applying a load to the latter in a direction transverse to the different layers, that is to say substantially parallel to the plane P referenced in FIG. .
  • FIG. 5a represents a schematic diagram illustrating the relationship between the toughness at different points of a ceramic block not corresponding to the present invention, in a direction parallel to the plane P, and the toughness of the first layer 104.
  • the toughness varies significantly along the ceramic block, which reflects a certain structural heterogeneity which can give rise to a rupture of the block under certain mechanical stresses. particular, which is not desirable in the context of the present invention.
  • FIG. 5b represents a schematic diagram illustrating the relationship between the toughness at different points of a ceramic block according to the present invention, along a direction parallel to the plane P, and the toughness of the first layer 104.
  • FIG. 5b schematizes the ideal case according to which the toughness is constant all along the plane P, which reflects the fact that the corresponding ceramic block is homogeneous from the point of view of its structure and its properties. mechanical, in accordance with the criterion of the present invention.
  • the homogeneity criterion according to the present invention is fulfilled when the toughness between two adjacent layers varies by a maximum of 5%.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément d'habillage (1) en céramique, pour les domaines de l'horlogerie ou de la bijouterie, permettant d'obtenir un élément d'habillage (1) sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques et présentant des variations de teinte et/ou de couleur à la fois originales et uniques à sa surface. Le procédé de fabrication comprend notamment une étape d'usinage destinée à rendre visibles différentes couches, de natures respectives différentes, à la surface de l'élément d'habillage (1).

Description

Description
PROCEDE DE FABRICATION D’UN ELEMENT D’HABILLAGE EN CERAMIQUE, NOTAMMENT POUR L’HORLOGERIE, ET ELEMENT D’HABILLAGE CORRESPONDANT
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un élément d’habillage en céramique, pour les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie, permettant d’obtenir un élément d’habillage sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques et présentant des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface.
[0002] La présente invention concerne également un tel élément d’habillage destiné à être utilisé dans les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie.
Etat de la technique
[0003] Divers procédés de fabrication d’éléments en céramique sont connus grâce auxquels l’élément d’habillage correspondant présente plusieurs couleurs à sa surface.
[0004] Ainsi, par exemple, le brevet CH707424 B1 divulgue un procédé de fabrication d’éléments d’habillage en céramique pour l’horlogerie, permettant d’obtenir de tels éléments d’habillage présentant deux portions de couleurs différentes. Pour obtenir un tel résultat, une composition, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage pour réaliser une céramique ainsi qu’un premier pigment, est préparée puis mise en forme. Avant la mise en œuvre de l’opération de frittage, la pièce mise en forme est partiellement exposée à un traitement visant à doper la portion exposée avec un deuxième pigment, préférablement un ou plusieurs métaux, de telle manière que l’élément d’habillage finalement obtenu après l’opération de frittage présente deux couleurs différentes entre la portion traitée avec le deuxième pigment et la portion non traitée. Selon le titulaire, ce procédé permet avantageusement de réaliser des éléments d’habillage présentant une démarcation nette et précise entre les deux portions, ce qui convient notamment particulièrement à la fabrication de lunettes bicolores pour montres de plongée ou à fonction GMT par exemple. Dans ce cas, une couleur est associée aux heures diurnes et l'autre couleur est associée aux heures nocturnes.
[0005] La publication JP 2014-12615 A divulgue un autre procédé de réalisation d'éléments d'habillage, notamment pour l'horlogerie, comme par exemple une lunette pour montre de plongée. Ce document décrit des modes de réalisation selon lesquels une telle lunette peut être fabriquée de manière à présenter une enveloppe générale formée d'une première céramique, ayant une première couleur prédéfinie et, à l'intérieur de laquelle sont réalisées des inscriptions composées d'une deuxième céramique ayant une deuxième couleur prédéfinie. Pour parvenir à un tel résultat, l'invention correspondante consiste à injecter deux compositions différentes dans un même moule avant de leur faire subir, ensemble, une opération de frittage conventionnelle. Cette dernière est directement suivie d'une opération de traitement "HIP" ("Hot Isostatic Pressure", ou compression isostatique à chaud), présentée comme étant essentielle pour assurer une bonne densification de la céramique finalement obtenue, et donc une bonne cohésion entre les différentes régions du produit final respectivement réalisées sur la base de compositions différentes.
[0006] Dans tous les cas, le procédé présenté dans cette publication japonaise vise à la réalisation d'un motif précis, prédéfini, à des fins d'affichage ou de décoration. Comme évoqué plus haut, le procédé divulgué dans le premier document antérieur concerne également la fabrication d'un élément d'habillage présentant des fonctionnalités d'affichage, ce qui implique la mise en oeuvre d'une répartition précise entre les céramiques de différentes couleurs, comme c'est aussi le cas dans la réalisation d'un motif prédéfini. Ainsi, ces deux procédés s'inscrivent dans la tendance générale de la recherche industrielle, qui vise à définir des paramètres de procédés de fabrication permettant la mise en oeuvre de conditions opératoires reproductibles pour réaliser des pièces, produites en plus ou moins grandes séries, qui soient identiques les unes aux autres.
Divulgation de l'invention
[0007] Un but principal de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’un élément d’habillage en céramique alternatif aux procédés déjà connus, permettant d’obtenir des éléments d’habillage présentant un aspect original et unique. Un autre but de l'invention est de proposer un élément d'habillage en céramique, pour une pièce d'horlogerie ou pour un bijou, sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques et présentant un aspect original en référence aux éléments d'habillage connus de l'art antérieur, notamment au moins deux teintes et/ou couleurs différentes obtenues dans la masse.
[0008] A cet effet, la présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’un élément d’habillage en céramique pour les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie, du type indiqué plus haut, comportant les étapes consistant à :
- préparer une première composition de base, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique,
- préparer une deuxième composition de base, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique,
- traiter au moins l’une des première et deuxième compositions de base, préalablement à la mise en oeuvre de l’opération de frittage, pour y introduire au moins un pigment et définir des premier et deuxième réactifs respectifs, les premier et deuxième réactifs présentant des natures respectives similaires mais différentes l’une de l’autre telles que, lorsqu’ils sont soumis ensemble à une opération de frittage, on obtienne un produit en céramique sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, et que le produit en céramique finalement obtenu présente des variations de teinte et/ou de couleur,
- placer les premier et deuxième réactifs dans un moule sous la forme d’au moins deux couches au moins partiellement adjacentes pour définir entre elles une interface de forme prédéfinie,
- mettre en oeuvre une opération de frittage appliquée au moule contenant les premier et deuxième réactifs.
[0009] Le procédé selon l’invention est caractérisé par le fait qu’il comporte au moins une étape d’usinage du produit en céramique obtenu après l’opération de frittage, comprenant au moins une opération d’enlèvement de matière suivant un trajet intersectant l’interface, de telle manière qu’au moins une portion de l’interface soit visible à la surface de l’élément d’habillage et que ce dernier présente une apparence unique avec des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface, dont la répartition apparait comme sensiblement aléatoire et est indépendante de tout motif prédéfini ou de toute fonction liée à l'affichage d'une indication.
[0010] Les différentes couleurs peuvent par exemple être identifiées de manière conventionnelle par leurs coordonnées dans l'espace L*a*b*.
[0011] De manière avantageuse, chaque composition de base comporte une poudre destinée à former une céramique lorsqu'elle est soumise à une opération de frittage, ainsi qu'un stabilisant et éventuellement un liant, de manière connue, de telle manière qu'après introduction du ou des pigments, on obtienne un réactif de type corps vert.
[0012] Grâce à ces caractéristiques, il est possible de contrôler la tendance générale vers laquelle le produit en céramique va s’orienter en termes de couleurs et de teintes, tout en préservant une liberté de transfert du ou des pigments à l'interface des deux couches pendant l’opération de frittage, conférant ainsi une part aléatoire dans l’apparence du produit obtenu après le frittage.
[0013] L’étape ultérieure d’usinage permet également la réalisation de deux éléments d’habillage d’apparences nettement différentes à partir d’un même produit en céramique issu du frittage, en fonction du trajet suivi pour réaliser l’enlèvement de matière. Ainsi, le fabricant peut choisir d’accentuer encore davantage ou, au contraire, d’atténuer les variations de teinte et/ou de couleur à la surface de l’élément d’habillage sur la base d’un même produit en céramique issu du frittage.
[0014] On notera par ailleurs que, de manière générale, une difficulté connue dans le domaine de la fabrication d’éléments en céramique réside dans l’obtention d’une bonne reproductibilité des couleurs et des teintes sur les produits finis. En particulier, plus les dimensions d’un élément sont grandes et plus il est difficile de garantir une homogénéité parfaite des couleurs et des teintes sur toute sa surface. De même, l’obtention des mêmes couleurs et teintes pour différents composants distincts d’un produit complexe est délicate, comme c’est le cas par exemple pour une carrure de montre, un fond de boite, une couronne de mise à l’heure, des poussoirs éventuels, une lunette, voire parfois même des maillons, plots ou boucles de bracelet. En effet, une fois ces composants assemblés les uns aux autres, la moindre variation éventuelle de couleur ou de teinte entre deux composants adjacents est immédiatement visible.
[0015] Revenant au procédé de fabrication selon la présente invention, il prend également le contrepied de l’approche conventionnelle visant à améliorer la reproductibilité d’un procédé de fabrication, notamment dans un cas comme celui-ci, en contrôlant précisément les teintes et couleurs obtenues pour l’élément d’habillage fabriqué. En effet, ce procédé permet au contraire de jouer avec des palettes de couleurs et de teintes pour accentuer les variations non seulement à la surface d’un composant donné, mais également entre composants adjacents le cas échéant. Ce faisant, ce procédé permet non seulement d’alléger la charge qui pèse sur le fabricant pour contrôler précisément les teintes et couleurs des produits qu’il fabrique, mais il permet en outre de fabriquer des produits à l’apparence originale et unique, allant à l’encontre de la tendance générale actuelle visant à réaliser des composants d’apparence uniforme.
[0016] On notera enfin que le procédé selon la présente invention se distingue nettement des procédés antérieurs cités plus haut non seulement par l'objectif visé, c'est-à-dire la réalisation de produits uniques plutôt que celle de produits tous identiques les uns aux autres, mais également par une grande simplification de l'opération de mise en place des réactifs dans le moule avant l'opération de frittage puisque l'élément d'habillage selon l'invention n'est pas destiné à comporter un motif prédéfini, comme c'est le cas des éléments d'habillage obtenus par la mise en oeuvre des procédés antérieurs mentionnés plus haut. De même, l'étape d'usinage est nettement simplifiée par rapport à celle divulguée dans le document japonais précité puisqu'elle vise uniquement à libérer la forme générale de l'élément d'habillage à fabriquer, sans une prise en compte spécifique de la répartition des couleurs ou des teintes issues des différents réactifs placés dans le moule avant le frittage qui serait indispensable pour l'obtention d'un motif prédéfini.
[0017] Dans le cas de la présente invention, on peut avantageusement prévoir que les premier et deuxième réactifs soient placés dans le moule en l'absence de tout contrôle précis sur la manière dont ils sont répartis l'un par rapport à l'autre à l'intérieur du moule et qui viserait à la réalisation d'un motif prédéfini.
[0018] De manière générale, on peut prévoir que l’interface entre les couches placées dans le moule présente un plan moyen et que l’étape d’usinage soit réalisée de telle manière que l’élément d’habillage présente au moins une face définissant un plan général moyen présentant une inclinaison en référence au plan moyen de l’interface comprise entre 10 et 90°. Ainsi, une infinité d’éléments d’habillage différents est potentiellement réalisable à partir d’un produit en céramique donné issu du frittage, simplement en modifiant le trajet suivi lors de l’enlèvement de matière.
[0019] De manière avantageuse, le procédé selon l’invention peut comporter une étape supplémentaire de préparation d’un troisième réactif, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique, le troisième réactif présentant une nature similaire mais différente de celle d’au moins l’un parmi les premier et deuxième réactifs et étant choisie de telle manière que, lorsque les premier, deuxième et troisième réactifs sont soumis ensemble à une opération de frittage, on obtienne un produit en céramique sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques. Le troisième réactif est alors également placé dans le moule avec les premier et deuxième réactifs, en définissant au moins une interface supplémentaire avec au moins l’un d’entre eux, pour être soumis avec eux à l'opération de frittage, au moins une portion de la ou des interfaces supplémentaires étant rendue visible à la surface de l’élément d’habillage lors de la mise en oeuvre de l’opération d’enlèvement de matière.
[0020] On obtient ainsi une plus grande plage de variations possibles dans les teintes et couleurs de l’élément d’habillage fabriqué de cette manière. [0021] Dans ce cas, on peut en outre prévoir que l’interface et l’interface supplémentaire ou chacune des interfaces supplémentaires présentent entre elles une ou des inclinaisons comprises entre 0 et 20° de manière à définir un plan moyen pour l’ensemble des interfaces, et que l’étape d’usinage soit réalisée de telle manière que l’élément d’habillage présente au moins une face définissant un plan général moyen présentant une inclinaison en référence au plan moyen de l’ensemble des interfaces comprise entre 10 et 90°.
[0022] De manière avantageuse, on peut également prévoir que chacun des réactifs comporte une proportion en masse maximale de pigment(s) de 15%.
[0023] De manière générale, on peut préférablement prévoir que l'opération de frittage consiste en une opération de frittage flash.
[0024] Dans ce cas, on peut avantageusement prévoir que l'opération de frittage flash comporte une étape consistant à utiliser un moule conducteur électrique relié à deux électrodes situées à distance l'une de l'autre et entre lesquelles est appliquée une tension électrique supérieure à 1 Volt et inférieure ou égale à 10 Volts, préférablement associée à un courant électrique compris entre 1 et 25'000 A, et entre lesquelles est préférablement appliquée une pression comprise entre 5 et l'000 MPa, pendant une durée comprise entre 2 et 30 minutes.
[0025] En outre, on peut préférablement prévoir que l'opération de frittage flash constitue alors l'unique opération de traitement thermique du procédé appliquée au moule tandis qu'il contient les réactifs.
[0026] La présente invention concerne également un élément d’habillage en céramique, pour les domaines de l'horlogerie ou de la bijouterie, comportant des première et deuxième portions adjacentes par l'intermédiaire d'une interface au moins partiellement visible à la surface de l'élément d'habillage, les première et deuxième portions présentant des teintes et/ou couleurs respectives différentes et des natures respectives telles que l'élément d'habillage soit sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques. L'élément d'habillage selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il présente au moins deux plans de coupe transversale orthogonaux entre eux et dont chacun coupe les deux portions, et par le fait qu'il présente une apparence unique avec des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface dont la répartition apparait comme sensiblement aléatoire et est indépendante de tout motif prédéfini ou de toute fonction liée à l'affichage d'une indication.
[0027] De manière préférée, l'élément d'habillage selon l'invention présente une structure telle que la plus petite dimension de chacune des portions de couleurs différentes soit inférieure ou sensiblement égale à 5mm.
[0028] De manière avantageuse, l'élément d'habillage selon l'invention peut être un élément d'habillage horloger, notamment un composant d'une boite de montre tel qu'une carrure, une lunette ou un fond, ou d'un bracelet pour montre-bracelet tel qu'un maillon, un plot ou une boucle, voire un élément d'habillage d'un bijou.
[0029] De manière générale, il peut être préférable de prévoir que la ténacité entre deux portions adjacentes, de teintes et/ou de couleurs différentes, varie de 5% au maximum suivant l'étendue de leur interface.
Brève description des dessins
[0030] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation préféré qui suit, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
- la figure 1 représente un diagramme schématique illustrant une première étape de mise en oeuvre d’un procédé selon un mode de réalisation préféré de la présente invention,
- la figure 2 représente un diagramme schématique illustrant une deuxième étape de mise en oeuvre du procédé selon le mode de réalisation préféré de la présente invention,
- la figure 3 représente un diagramme schématique illustrant une troisième étape de mise en oeuvre d’un procédé selon le mode de réalisation préféré de la présente invention,
- la figure 4 représente un diagramme schématique illustrant une étape de mise en oeuvre du procédé selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, en relation avec un exemple supplémentaire, et
- les figures 5a et 5b représentent des diagrammes schématiques illustrant un mode de caractérisation préféré d'un élément d'habillage selon la présente invention, la figure 5a correspondant à un élément d'habillage ne répondant pas aux caractéristiques de l'invention et la figure 5b correspondant à un élément d'habillage selon l'invention.
Mode(s) de réalisation de l'invention
[0031] Comme cela a été décrit précédemment, le procédé de fabrication selon la présente invention consiste notamment à associer plusieurs réactifs, dont l’un au moins contient au moins un pigment, en vue d’effectuer un frittage simultané de l’ensemble des réactifs et obtenir un produit en céramique ayant des portions présentant des teintes et/ou des couleurs différentes les unes par rapport aux autres.
[0032] Ce procédé de fabrication repose sur le principe selon lequel l’élément d’habillage obtenu présente une homogénéité structurelle, c’est-à-dire qu’il ne comporte pas de jonction qui pourrait le fragiliser, et des propriétés, notamment mécaniques, uniformes sur toute sa surface, voire même dans tout son volume.
[0033] Ainsi, une juxtaposition de couches de réactifs de natures très différentes qui subiraient un frittage, en vue d’obtenir un élément d’habillage qui présenterait différentes portions de différentes teintes et/ou couleur après frittage, ne représente pas une solution satisfaisante, puisque l’élément d’habillage ainsi obtenu ne présenterait pas l’homogénéité recherchée.
[0034] En particulier, une caractéristique importante à prendre en compte, pour atteindre l’homogénéité recherchée, est le fait que les différents réactifs associés doivent être chimiquement inertes entre eux et présenter des températures de frittage voisines.
[0035] Par températures voisines au sens de la présente invention, il faut comprendre que les différentes températures de frittage des différents réactifs utilisés devraient préférablement être comprises dans une plage de l’ordre de 20°C.
[0036] Par conséquent, seules des compositions sous forme de poudres présentant des températures de frittage voisines devraient préférablement être utilisées dans le cadre du présent procédé. En outre, lorsque des liants sont utilisés, ils sont préférablement choisis dans une même famille de liants, voire un seul et même liant peut être utilisé pour les différentes compositions à associer les unes aux autres. Il en va de même pour l'agent stabilisant utilisé dans les différentes compositions en jeu. Les proportions respectives en liants, le cas échéant, et en agents stabilisants utilisés dans les différentes compositions doivent être choisies de telle manière que les températures de frittage des différentes compositions restent voisines les unes des autres.
[0037] On notera enfin que l'ajout d'un ou de plusieurs pigments dans une composition de base influence également la température de frittage du corps vert ainsi formé. De ce fait, partant d'une même composition de base, il est préférable de limiter la proportion en masse du ou des pigments à 15% dans le corps vert pour limiter les variations de la température de frittage.
[0038] La description détaillée qui suit s'attache à décrire un procédé de fabrication d’un élément d’habillage en céramique pour les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, à titre d'exemple illustratif non limitatif.
[0039] Plus précisément, selon le mode de réalisation illustré et décrit, l’élément d’habillage 1 fabriqué par la mise en oeuvre du procédé de fabrication présente la forme d'une lunette pour boite de montre mais, bien entendu, l'homme du métier pourra mettre en oeuvre le procédé de fabrication selon l’invention, tel que défini dans les revendications, pour réaliser d’autres éléments d’habillage sans sortir du cadre de la présente invention.
[0040] Le procédé selon l’invention consiste à préparer différents réactifs ou corps verts, en vue de réaliser leur frittage lorsqu’ils sont placés ensemble dans un moule, en introduisant au moins un pigment dans au moins une composition de base pour définir l’un des réactifs ou corps verts.
[0041] Au moins un autre corps vert peut être utilisé comme réactif sans nécessairement comporter de pigment.
[0042] En alternative, il est possible d'ajouter le même pigment à l’autre composition de base mais suivant des proportions différentes pour obtenir des variations de teinte sur l’élément d’habillage finalement obtenu. [0043] Comme mentionné plus haut, il est également possible d'introduire au moins un pigment différent dans chacune des compositions de base utilisées pour fabriquer l’élément d’habillage souhaité.
[0044] Les figures 1 à 3 représentent des diagrammes schématiques illustrant différentes étapes d’un procédé de fabrication selon le mode de réalisation préféré, dans lequel un seul et même pigment ou un seul et même mélange de pigments est ajouté à une même composition de base, mais suivant des proportions différentes, pour définir quatre réactifs ou corps verts différents, dont les températures de frittage respectives sont voisines.
[0045] On peut par exemple considérer la préparation d’une composition de base destinée à conduire à une céramique après une opération de frittage, à partir d'une zircone (ZrO2), avec notamment une granulométrie adaptée aux propriétés souhaitées pour la céramique obtenue. L’homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour choisir une poudre et sa granulométrie en fonction de ses propres besoins.
[0046] On peut prévoir que la composition de base comprenne un agent stabilisant, par exemple ici de l’oxyde d’yttrium (Y2O3), de manière optionnelle, ainsi qu’un liant, par exemple de l’alcool polyvinylique (PVA), chacun dans des proportions pouvant aller de 0 à 10% en masse.
[0047] Conformément à la présente invention, on peut prévoir la préparation de plusieurs réactifs différents en ajoutant à la composition de base ci-dessus des proportions différentes d’un seul et même pigment, la part en masse de zircone dans le corps vert final étant préférablement comprise entre 80 et 98%.
[0048] On pourra par exemple utiliser, à titre illustratif non limitatif, un oxyde de fer (coloration rouge, ou brune à noire en fonction du degré d’oxydation du fer), un oxyde d’aluminium (coloration blanche), un oxyde de bismuth (coloration bleue) et/ou un oxyde de chrome (coloration verte).
[0049] L'introduction du pigment ou du mélange de pigments pourra préférablement être réalisée de manière à obtenir des corps verts dans lesquels le ou les pigments représentent une proportion de l’ordre de 0 à 15% en masse. [0050] Ainsi, on peut par exemple préparer quatre réactifs ou corps verts, 100, 200, 300 et 400, basés sur la composition mentionnée plus haut et contenant des proportions différentes en pigment(s) selon les indications du tableau suivant :
Figure imgf000013_0001
[0051] Ces réactifs 100 à 400 sont ensuite placés dans un moule pour subir une opération de frittage, sous la forme de couches adjacentes, comme illustré sur la figure 1 , le réactif 100 étant utilisé pour réaliser deux couches ici, à titre illustratif non limitatif.
[0052] Chaque couche pourra avantageusement présenter une épaisseur moyenne de l’ordre de 0.5 à 5mm, préférablement de 0.5 à 3mm.
[0053] La répartition des couches, ici sensiblement planes, donne lieu à quatre interfaces 2, 4, 6 et 8, chaque interface étant définie au niveau de la jonction entre deux couches adjacentes.
[0054] Ces interfaces 2, 4, 6 et 8 sont toutes sensiblement planes et parallèles ici, à titre illustratif non limitatif, définissant l’orientation d’un plan moyen pour l’ensemble des interfaces. Bien entendu, l’homme du métier pourra déposer des couches différentes en fonction de ses propres besoins, notamment des couches d’épaisseur variable, définissant éventuellement des interfaces qui ne seraient pas forcément parallèles les unes aux autres.
[0055] Comme évoqué plus haut, la mise en place des différents réactifs dans le moule ne nécessite pas de contrôle précis particulier de la manière dont les différentes couches sont agencées les unes par rapport aux autres, étant donné que le procédé selon l'invention ne vise pas à la réalisation d'un motif prédéfini sur l'élément d'habillage finalement obtenu. [0056] L’opération de frittage conduit à un produit en céramique, sous forme d’un bloc 10 dont la forme est définie par la forme du moule utilisé, illustré de manière schématique sur la figure 2.
[0057] On constate que ce produit céramique présente différentes portions, dans sa masse, présentant des teintes différentes les unes des autres, en fonction de la proportion de pigment(s) utilisée pour le dopage du réactif correspondant.
[0058] De manière générale, l'opération de frittage selon la présente invention prend préférablement la forme d'une opération de frittage flash (ou SPS, "Spark Plasma Sintering", ou frittage assisté par courant électrique ou FAST, "Field-Assisted Sintering Technique").
[0059] Plus précisément, on peut prévoir que cette opération de frittage flash comporte une étape consistant à utiliser un moule conducteur électrique relié à deux électrodes situées à distance l'une de l'autre et entre lesquelles est appliquée une tension électrique supérieure à 0 Volt et inférieure ou égale à 10 Volts, préférablement associée au passage d'un courant électrique compris entre 1 et 25'000 A entre les deux électrodes. Ce courant électrique permet au moins de chauffer le moule, avec un échauffement qui peut être très rapide (de l'ordre de 500 à T000°C/min), voire également les réactifs lorsqu'ils sont conducteurs électriques.
[0060] L'application d'une pression comprise entre 5 et l'000 MPa permet d'accélérer le frittage, parfois de réduire la température de frittage (donc l'intensité du courant appliqué) et d'améliorer la densification du produit obtenu après frittage. Généralement, la pression est appliquée directement par les électrodes elles-mêmes et est par conséquent unidirectionnelle.
[0061] Typiquement, l'opération de frittage flash présente une durée comprise entre 2 et 30 minutes en fonction de la nature des réactifs et des conditions opératoires retenues. Elle peut être réalisée tandis que le moule est maintenu sous vide ou sous atmosphère contrôlée (par exemple sous argon, hydrogène ou azote).
[0062] On notera que dans le cas du frittage flash, l'utilisation de liants n'est pas nécessaire. Aussi, dans ce cas, l'opération de frittage flash constitue l'unique opération de traitement thermique appliquée au moule tandis qu'il contient les réactifs, étant donné qu'aucune étape de déliantage n'est requise.
[0063] En référence au document JP 2014-12615 A cité plus haut, on notera que le présent procédé permet non seulement de réduire la durée de l'opération de frittage, en passant de plusieurs heures à quelques dizaines de minutes au maximum, et il permet en outre de s'affranchir de l'étape de compression isostatique à chaud (HIP), essentielle dans le procédé antérieur pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées pour le produit final.
[0064] Le procédé de fabrication selon la présente invention prévoit une étape d’usinage du produit céramique obtenu permettant l’obtention d’un élément d’habillage 1 , ici une lunette pour boite de montre, présentant des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface.
[0065] A cet effet, l’étape d’usinage comprend avantageusement au moins une opération d’enlèvement de matière suivant un trajet intersectant au moins une des interfaces 2, 4, 6 et 8, de telle manière qu’au moins une portion de cette interface soit visible à la surface de l’élément d’habillage 1.
[0066] La figure 2 illustre schématiquement un positionnement possible de la lunette dans le bloc 10 en céramique permettant de rendre simultanément visibles toutes les interfaces 2, 4, 6 et 8 à la surface de la lunette une fois l’étape d’usinage achevée (la lunette est octogonale ici, à titre d’exemple illustratif non limitatif, ce qui explique la présence d’arêtes régulièrement réparties à sa périphérie). Dans ce but, l’élément d’habillage 1 présentant ici une forme générale permettant d’en définir un plan général moyen, le trajet suivi par l’enlèvement de matière est préférablement choisi de telle manière que ce plan général moyen soit incliné par rapport au plan moyen pour l’ensemble des interfaces.
[0067] En fonction de l’effet final souhaité, du nombre de couches, de leur épaisseur, de la forme et des dimensions de l’élément d’habillage, une infinité de résultats différents peut être obtenue en fonction de l’orientation du trajet suivi pour réaliser l’enlèvement de matière pour un bloc 10 en céramique donné.
[0068] De manière générale, on pourra notamment prévoir que, lorsque le bloc 10 comporte au moins deux interfaces, elles définissent avantageusement deux plans moyens respectifs présentant une inclinaison relative de l’ordre de 0 à 20°. Par ailleurs, on pourra également prévoir que le plan général moyen de l’élément d’habillage 1 , ou d’au moins l’une de ses faces le cas échéant, présente une inclinaison en référence au plan moyen de l’ensemble des interfaces comprise entre 10 et 90°.
[0069] Le bloc 10 en céramique est alors usiné, préférablement à l’aide d’une machine CNC ou éventuellement par laser, pour en dégager la lunette telle qu’illustrée sur la figure 3.
[0070] Il ressort de la figure 3 que chacune des quatre interfaces 2, 4, 6 et 8 est visible à la surface de l’élément d’habillage 1.
[0071] L'étape d'usinage selon la présente invention est par conséquent relativement simple, suivant la forme de l'élément d'habillage à fabriquer, puisqu'elle consiste simplement à libérer l'élément d'habillage du bloc de céramique obtenu après l'opération de frittage. Une fois la forme globale de l'élément d'habillage définie, elle doit simplement être appliquée au bloc de céramique avec une orientation permettant de couper la ou les interfaces entre les régions de différentes couleurs.
[0072] De manière générale, l’homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter le présent enseignement en fonction de ses besoins, pour définir un nombre de couches adapté, ainsi que leur épaisseur ou la nature de leur composition, pour autant que les corps verts utilisés soient tels que, lorsqu’ils sont soumis ensemble à une opération de frittage, on obtienne un produit en céramique sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques.
[0073] Différents corps verts vont à présent être présentés, à titre d’exemples non limitatifs supplémentaires, ainsi que des conditions opératoires associées permettant de fabriquer un élément d’habillage 1 selon la présente invention.
[0074] On pourra ainsi préparer, par exemple, une composition à base de zircone associée à de l’oxyde d’yttrium comme agent stabilisant, dans une proportion comprise entre 1 et 5% par rapport à la zircone.
[0075] Un liant pourra avantageusement être ajouté pour obtenir une pâte de céramique incluant une proportion en masse de liant comprise entre 0 et 7% par rapport à la pâte de céramique. De manière non limitative, le liant pourra être choisi dans le groupe comprenant l’alcool polyvinylique (PVA), le polyéthylène glycol (PEG), le polyoxyméthylène (POM), ou encore le pyrrolidine de polyvinyle.
[0076] Comme déjà mentionné plus haut, on prévoit ensuite avantageusement la préparation de plusieurs corps verts différents en ajoutant à la composition de base des proportions différentes d’un seul et même pigment ou des pigments différents, avec des proportions similaires ou différentes.
[0077] On pourra par exemple utiliser les pigments cités précédemment, notamment un oxyde de fer (coloration rouge, ou brune à noire en fonction du degré d’oxydation du fer), un oxyde d’aluminium (coloration blanche), un oxyde de bismuth (coloration bleue) et/ou un oxyde de chrome (coloration verte). L'ajout de pigment(s) pourra préférablement être réalisé de manière à obtenir des corps verts dans lesquels le ou les pigments représentent une proportion de l’ordre de 0 à 15% en masse.
[0078] Les corps verts ainsi obtenus sont compatibles entre eux du point de vue de la présente invention, c’est-à-dire qu’ils présentent des températures de frittage respectives voisines les unes des autres.
[0079] Les corps verts peuvent être disposés en alternance dans un moule sous la forme de couches, comme décrit précédemment, préférablement par injection sous pression. On peut notamment placer en alternance des couches blanches, vertes, rouges (et/ou brunes à noires) et bleues à partir des réactifs décrits ci-dessus, dans n’importe quel ordre. Chaque couche pourra préférablement présenter une épaisseur de l’ordre de 0.5 à 5mm.
[0080] Une opération de frittage conventionnelle est ensuite appliquée au moule contenant les différentes couches de réactifs ou corps verts, à une température comprise entre 800 et 1600°C.
[0081] En alternative, et de manière préférée, aucun liant n'est utilisé et les poudres sont placées dans un moule pour frittage flash (typiquement du graphite, du carbure de silicium ou du carbure de tungstène par exemple), celui-ci étant alors soumis à une opération de frittage flash.
[0082] L'homme du métier pourra utiliser tout équipement adapté pour mettre en oeuvre l'opération de frittage flash sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications annexées. A titre d'exemple, il pourra utiliser l'une ou l'autre machine SPS commercialisée par la société Fuji Electronics (voir https://www.fdc.co.jp/sps/products/e_products.html).
[0083] L'opération de frittage flash pourra comporter une ou plusieurs rampes de montée en température, en fonction de la nature des réactifs à traiter, sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications annexées.
[0084] Après refroidissement, le bloc de céramique obtenu après frittage est usiné, par exemple à l’aide d’une machine CNC, pour en dégager l’élément d’habillage souhaité, notamment destiné à être utilisé dans les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie.
[0085] Comme déjà mentionné en relation avec l’exemple illustré sur les figures 2 et 3, il est avantageux de prévoir, lors de cette étape d’usinage, que le plan général moyen de l’élément d’habillage, ou d’au moins l’une de ses faces le cas échéant, présente une inclinaison en référence au plan moyen de l’ensemble des interfaces comprise entre 10 et 90°.
[0086] Grâce à ces caractéristiques, on s’assure qu’un nombre maximal d’interfaces entre les différentes couches soit rendues visibles à la surface de l’élément d’habillage finalement obtenu, conférant ainsi une grande variété de teintes et/ou de couleurs à sa surface.
[0087] Pour caractériser quelles sont les conditions d'obtention d'un élément d'habillage en céramique selon la présente invention, c'est-à-dire les conditions permettant de considérer qu'un élément en céramique soit sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, un exemple de réalisation supplémentaire va maintenant être décrit.
[0088] A titre illustratif, cet exemple supplémentaire prévoit la réalisation d'un élément d'habillage en céramique comportant six portions différentes présentant des couleurs et teintes respectives différentes, du fait de l'utilisation de deux pigments ou mélanges de pigment différents (C1 et C2), dans des proportions variables, comme indiqué dans le tableau suivant.
Figure imgf000019_0001
[0089] La figure 4 représente une vue schématique d'un bloc en céramique 40 obtenu conformément aux conditions opératoires présentées plus haut.
[0090] En effet, le présent exemple de réalisation supplémentaire prévoit la préparation de plusieurs corps verts différents en ajoutant à une même composition de base des proportions différentes de deux pigments ou de deux mélanges de pigments différents, selon des proportions variables, avant de disposer ces corps verts dans un moule sous forme de couches superposées, et de leur faire subir une opération de frittage.
[0091] Le bloc 40 est alors obtenu, avec six portions différentes correspondant aux couches 104, 204, 304, 404, 504 et 604, comme illustré sur la figure 4.
[0092] Une mesure de la ténacité peut être réalisée pour définir un niveau acceptable d'homogénéité structurelle du bloc 40, en appliquant une charge à ce dernier suivant une direction transversale aux différentes couches, soit sensiblement parallèle au plan P référencé sur la figure 4.
[0093] La figure 5a représente un diagramme schématique illustrant le rapport entre la ténacité en différents points d'un bloc en céramique ne correspondant pas à la présente invention, suivant une direction parallèle au plan P, et la ténacité de la première couche 104.
[0094] On constate que la ténacité varie de manière notable le long du bloc en céramique, ce qui traduit une certaine hétérogénéité structurelle qui peut donner lieu à une rupture du bloc sous certaines contraintes mécaniques particulières, ce qui n'est pas souhaitable dans le cadre de la présente invention.
[0095] La figure 5b représente un diagramme schématique illustrant le rapport entre la ténacité en différents points d'un bloc en céramique selon la présente invention, suivant une direction parallèle au plan P, et la ténacité de la première couche 104.
[0096] Le diagramme de la figure 5b schématise le cas idéal selon lequel la ténacité est constante tout au long du plan P, ce qui traduit le fait que le bloc en céramique correspondant soit homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, conformément au critère de la présente invention.
[0097] En pratique, on pourra préférablement considérer que le critère d'homogénéité selon la présente invention est rempli lorsque la ténacité entre deux couches adjacentes varie de 5% au maximum.
[0098] Grâce au procédé de fabrication qui vient d'être présenté, il est possible de réaliser un élément d’habillage en céramique à l’apparence à la fois originale et unique, grâce à sa pluralité de teintes et/ou de couleurs, et avec des propriétés mécaniques équivalentes à celles d’un élément d’habillage en céramique conventionnel de teinte et de couleur uniformes.
[0099] La mise en oeuvre de la présente invention n'est pas limitée aux compositions fournies à titre d’exemples non limitatifs. En effet, l'homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter le présent enseignement à la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d’un élément d’habillage en céramique de nature différente que ceux décrits et fabriqué à partir de compositions de natures différentes à celles des exemples fournis, sans pour autant sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’un élément d’habillage (1) en céramique pour les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie, comportant les étapes consistant à :
- préparer une première composition de base, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique,
- préparer une deuxième composition de base, comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique,
- traiter au moins l’une desdites première et deuxième compositions de base, préalablement à la mise en œuvre de ladite opération de frittage, pour y introduire au moins un pigment et définir des premier et deuxième réactifs respectifs (100, 200), lesdits premier et deuxième réactifs présentant des natures respectives similaires mais différentes l’une de l’autre telles que, lorsqu’ils sont soumis ensemble à une opération de frittage, on obtienne un produit en céramique (10) sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, et que ledit produit en céramique (10) finalement obtenu présente des variations de teinte et/ou de couleur,
- placer lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200) dans un moule sous la forme d’au moins deux couches au moins partiellement adjacentes pour définir entre elles une interface (2) de forme prédéfinie,
- mettre en œuvre une opération de frittage appliquée au moule contenant lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins une étape d’usinage dudit produit en céramique (10) obtenu après ladite opération de frittage, comprenant au moins une opération d’enlèvement de matière suivant un trajet intersectant ladite interface (2), de telle manière qu’au moins une portion de ladite interface (2) soit visible à la surface dudit élément d’habillage (1), et que ce dernier présente une apparence unique avec des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface, dont la répartition apparait comme sensiblement aléatoire et est indépendante de tout motif prédéfini ou de toute fonction liée à l'affichage d'une indication.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200) sont placés dans ledit moule en l'absence de tout contrôle précis sur la manière dont ils sont répartis l'un par rapport à l'autre à l'intérieur dudit moule et qui viserait à la réalisation d'un motif prédéfini.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte une étape supplémentaire de préparation d’un troisième réactif (300), comprenant une poudre destinée à subir une opération de frittage visant à réaliser une céramique, ledit troisième réactif (300) présentant une nature similaire mais différente de celle d’au moins l’un parmi lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200) et étant choisie de telle manière que, lorsque lesdits premier, deuxième et troisième réactifs (100, 200, 300) sont soumis ensemble à une opération de frittage, on obtienne un produit en céramique (10) sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, et en ce que ledit troisième réactif (300) est également placé dans le moule avec lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200), en définissant au moins une interface (4) supplémentaire avec au moins l’un d’entre eux, pour être soumis avec eux à l'opération de frittage, au moins une portion de ladite ou de chaque interface (4) supplémentaire étant rendue visible à la surface de l’élément d’habillage (1) lors de la mise en oeuvre de l’opération d’enlèvement de matière.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite interface (2) présente un plan moyen et en ce que ladite étape d’usinage est réalisée de telle manière que ledit élément d’habillage (1) présente au moins une face définissant un plan général moyen présentant une inclinaison en référence audit plan moyen de l’interface (2) comprise entre 10 et 90°.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite interface (2) et ladite interface (4) supplémentaire, ou chacune desdites interfaces supplémentaires, présentent entre elles une ou des inclinaisons comprises entre 0 et 20° de manière à définir un plan moyen pour l’ensemble desdites interfaces (2, 4), et en ce que ladite étape d’usinage est réalisée de telle manière que ledit élément d’habillage (1) présente au moins une face définissant un plan général moyen présentant une inclinaison en référence audit plan moyen de l’ensemble desdites interfaces (2, 4) comprise entre 10 et 90°.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits réactifs (100, 200, 300) comporte une proportion en masse maximale de pigments de 15%.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits réactifs (100, 200, 300) comprennent des pigments identiques dans des proportions différentes.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins l’un desdits réactifs (100, 200, 300) contient des particules d’au moins un métal précieux.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite opération de frittage consiste en une opération de frittage flash.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite opération de frittage flash comporte une étape consistant à utiliser un moule conducteur électrique relié à deux électrodes situées à distance l'une de l'autre et entre lesquelles est appliquée une tension électrique supérieure à 1 Volt et inférieure ou égale à 10 Volts, préférablement associée à un courant électrique compris entre 1 et 25'000 A, et entre lesquelles est préférablement appliquée une pression comprise entre 5 et l'000 MPa, pendant une durée comprise entre 2 et 30 minutes.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ladite opération de frittage flash constitue l'unique opération de traitement thermique du procédé appliquée audit moule tandis qu'il contient au moins lesdits premier et deuxième réactifs (100, 200).
12. Elément d'habillage (1) en céramique, pour les domaines de l’horlogerie ou de la bijouterie, comportant au moins des première et deuxième portions adjacentes par l'intermédiaire d'une interface au moins partiellement visible à la surface de l'élément d'habillage (1), lesdites première et deuxième portions présentant des teintes et/ou couleurs respectives différentes et des natures respectives telles que l'élément d'habillage (1) soit sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, caractérisé en ce qu'il présente au moins deux plans de coupe transversale orthogonaux entre eux et dont chacun coupe lesdites au moins deux portions, et en ce qu'il présente une apparence unique avec des variations de teinte et/ou de couleur à sa surface dont la répartition apparait comme sensiblement aléatoire et est indépendante de tout motif prédéfini ou de toute fonction liée à l'affichage d'une indication.
13. Elément d'habillage (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une troisième portion présentant une teinte et/ou une couleur différente de celle d'au moins l'une desdites première et deuxième portions et étant d'une nature telle que l'élément d'habillage (1) soit sensiblement homogène du point de vue de sa structure et de ses propriétés mécaniques, et en ce que chacun desdits plans de coupe transversale coupe au moins deux parmi lesdites trois portions.
14. Elément d'habillage (1) selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la plus petite dimension de chacune desdites portions est inférieure ou sensiblement égale à 5mm.
15. Elément d’habillage (1) selon l’une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu’il est un élément d’habillage horloger, notamment un composant d’une boite de montre tel qu'une carrure, une lunette ou un fond, ou d’un bracelet pour une montre-bracelet tel qu'un maillon, un plot ou une boucle, ou un élément d'habillage d'un bijou.
16. Elément d’habillage (1) selon l’une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la ténacité entre lesdites deux portions adjacentes varie de 5% au maximum suivant l'étendue de ladite interface.
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