Brevet FR2035041A1 — publié le 19701218

a présente invention concerne un procédé de fabrication de contacts mobiles pour installations électriques et des contacts mobiles fabriqués suivant ce procédé en partant de matières nonmétalliques. Bes contacts mobiles sont réalisés suivant les principes physiques de frottement, de glissement et de roulement. Les ins tallations électriques les plus importantes utilisant ces principes sont les machines électriques rotatives, équipées en règle générale de collecteurs et de bagues de frottement, et les contacts mobiles pour les installations électriques non-stationnaires, des transformateurs de réglage, des résistances variables, etc. I1 est caractéristique pour ces installations que la puissance connectée est transmise au moyen de contacts mobiles qui, par conséquent, sont responsables d'une façon prédominante de la capacité fonctionnelle et de la durée de service des unités électriquement actives. Comme matière de contact, on fait usage de métaux ou d'alliages de métaux, de composés métalliques et nonmétalliques et de matières non-métalliques. on attend des matières de contact en général qu'eues présentent, outre une faible activité chimique, une forte résistance à l'usure. Par contre, la conductivité électrique de la matière de contact doit être accordée au type de l'installation et aux propriétés qui viennent d'être mentionnées. La résistance de passage entre les contacts mobiles doit en tout cas présenter une valeur négligeable. Lorsque le changement des surfaces de contact est rapide, la mobilité des porteurs de charge dans la matière de contact doit être grande et exempte d'effets de couche d'arrêt primaires ou secondaires. Certains alliages spéciaux de métaux précieux sont appropriés comme matière de contact dans tous les cas d'utilisation, cependant. ce mode n'est pas réalisable pour des raisons économiques. La consommation de certains métaux précieux est du même ordre de grandeur que leur production géochimique. C'est pourquoi il est nécessaire, en conformité avec le progrès de la technique, de développer des matières de contact nouvelles qui satEoont en même temps à des exigences physiques croissantes. es mdtalloldes sont disponibles dans une mesure suffisante et assurent, sous foame d'altxPes spéciaux,I'plotatioei des machines et des installations conventionnelles, ils ne peuvent toutefois satis faire à des exigences posées du point de vue physique et économique. C'est ainsi ou'il est par exemple connu d'utiliser, outre les contacts en métaux purs communs comme l'aluminium, le cuivre, le mercure et le nickel, précieux comme l'or et l'argent, ou du groupe du platine comme le palladium, le platine et le rhodium, y compris leurs alliages, aussi des métaux purs agglomérés par frittage, comme le rhénium, le tungstène et le molybdène. La pratique prévoit en plus l'utilisation pour les contacts de la matière frittée sous forme de métaux composites de cuivre et de tungstène, d'argent et d'oxydes métalliques, d'argent et de métaux à point de fusion élevé et de carbures de ceux-ci ou de gra-. phite d'argent. Le graphite est également connu comme matière de contact, notamment pour des contacts à frottement; de même en forme combinée, particulièrement sous forme de carbures métalliques de la 4ème à 6ème famille de la classification périodique, comme additif aux matières de contact. C'n connait également depuis longtemps, comme matière pour les balais dans les machines électriques, les soi-disant charbons métalliques auxquels leur teneur en graphitedonne une bonne propriété de glissement.En tenant compte des inconvénients connus de ces matières de contact, à savoir des phénomènes de corrosion, de la formation d'étincelles comme facteur décisif de perturbations dans les installations radiotechniques, de la résistance thermique faible notamment du graphite uur ou des charbons techniques conventionnels, de la forte usure, et des dépenses importantes, du point de vue économique et technologique, lors de la fabrication de ces matières, on a proposé de fabriquer les contacts à frottement ou à glissement pour l'électrotechnique à partir de matières composites dont la composante résistant à la chaleur et aux attaques chimiques est constituée par des carbures, des borures, des siliciures ou des nitrures métalliques, non-métalliques ou métallôldiques, et dont l'autre composante, électriquement conductrice, est non-métallique ou en siliciures ou en nitrures métalliques ou non-métalliques de métaux résistant à la chaleur et aux attaques chimiques. Comme procédés de fabrication appropriés à cet effet, on a proposé le frittage céramique, l'imprévnation et le placage au gaz. Cependant, ces procédés présentent à leur tour l'inconvénient qu'ils entrainent des dépenses techniques et économques élevées lors de leur fabrication, dues aux hautes températures nécessaires pour les traitements respectifs et aux appareillages dispendieux qui en résultent. I1 est également désavantageux qu'en raison des particularités des procédés appliqués, des opérations séparées doivent être prévues pour monter des éléments métalliques de contact sur la matière finie. Par conséquent, l'invention se propose de perfectionner et de simplifier les procédés de traitement des différentes composantes, y compris une simplification du montage des éléments métalliques de contact, tout en conservant les propriétés mécaniques et électriques de la matière composite. L'invention est basée sur le problème de développer des matières pour les contacts électriques mobiles, présentant des propriétés physiques exigées dans des applications particulières, et de prévoir pour ces matières un mode de fabrication mécanisé ou automatisé, suivant des procédés modernes. En plus, il faut obtenir un contact sûr entre les éléments métalliques de contact du raccordement électrique et la matière de contact, avec neu de dépenses. Outre une résistance climatrqui optimale, la matière de contact doit présenter la conductivité électrique et la résistance mécanique à l'usure nécessaires.La question de la résistance thermique doit être considérée en rapport avec le mode d'application respectif et le procédé de fabrication conforme à l'invention doit permettre de régler cette résistance dans des larges limites, sans que les autres paramètres techniques en soient sensiblement affectés. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'il est prévu des compositions de matières de contact, électriquement conductrices et exemptes de métal, fabriquées suivant la technologie des poudres en utilisant de liants inar0aniques au silicat ou des liants organiques à la résine.En qualité de phase électriquement conductrice, il est prévu des mélanges de carbone graphitique et de carbures de siliciures, de nitrures, d'oxydes et de borures métalliques ou non-métalliques, ayant des répartitions granulométriques déterminées dont le traitement s'effectue, suivant les points de vue technologiques, à la température ambiante, à la température de fusion ou à la température de cuisson du liant afin d'obtenir des contacts éléctriques, ce traitement étant complété, si besoin, par une carbonisation ultérieure à des températures allant de 600 à 16000 C.Pour fabriquer ces contacts mobiles, on traite 0 à 98% de carbure de silicium à grosseurs de grain de 1 à 100 fl m et de carbone graphitique, notamment sous forme de graphite Aches on, à grosseurs de grain de jusqu'à 1 mm, ensemble avec 2 à 60 %'de liants inorganiques pulvérulents, par exemple de l'argile ou des silicates, ou de liants organiques, par exempl3 les résines silicones ou phénoliques. Suivant l'invention, le traitement de la composition de matières de contact à la température ambiante ou à la température de fusion est suivi d'un traitement thermique ultérieur pendant lequel la température est conduite d'une manière appropriée pour la cuisson du liant ou, lorsque le traitement de la composition de matières de contact a été effectué à la température de cuisson du liant, il est suivi d'un traitement thermique ultérieur pour obtenir des propriétés spéciales. Le traitement de la composition de matières de contact à des températures différentes, c'est-à-dire à la température ambiante, à la température de fusion, ou à la température de cuisson, crée, suivant l'inventiong les conditions pour l'encastrement simultané, durant les processus de traitement, des éléments métalliques de contact dans la structure de la matière de contact. La description technologique qui va suivre fera mieux comprendre l'objet de l'invention. Pour fabriquer les contacts mobiles, on mélange énergiquement O à 98 % de carbure de silicium à grosseurs de grain de 1 à 100 Zm et de carbone graphitique, particulièrement sous forme de graphite Aches on, à grosseurs de grain allant jusqu'à 1 mm; avec 2 à 60 ffi de liants inorganiques pulvérulents, par exemple de l'argile ou des silicates, ou de liants organiques, par exemple les résines silicones ou phénoliques. lie choix de la concentration du carbure de silicium, du carbone graphitique et du liant dépend d'une part, de la conductivité électrique désirée de la matière de contact et d'autre part, du degré de contrainte mécanique et thermique de la matière.La transformation ulté-: rieure peut s'effectuer, suivant le liant utilisé, à la température ambiante, à la température de fusion de la résine, ou à la température de cuisson du liant, suivant les procédés connus de moulage par extension sans vide, par transfert, par injection à chaud, sous pression ou par compression à sec. ans les deux premières variantes de traitement, c'est-à-dire à la température ambiante ou à la température de fusion du liant, un traitement thermique ultérieur est absolument nécessaire pour le durcissement complet de la pièce moulée, la conduite de la tempéra- ture influant foetement les propriétés imiqles et physiques des matières de contact.Dans la troisième variante, c'est-à-dire au traitement à la température de cuisson du liant, le traitement thermique ultérieur n'est nécessaire que pour l'obtention de propriétés spéciales de la matière de contact. Le traitement thermiques ultérieur une fois fini, la matière du contact est prête pour l'utilisation prévue. Une autre variante de fabrication des contacts électriques mobiles consiste en ce que l'on prépare suivant un procédé conventionnel, de O à 98% de carbure de silicium à grosseurs de grain de 1 à 100 au, de carbone graphitique à grosseurs de grain de jusqu'à 1 mm, et de 2à 60% d'une résine organique, une matière plastique que l'on moules à la température de cuisson de la résine utilisée d'une manière connue, sous pression, par transfert, par compression ou par extrusion. En choisissant la granulation des produits de départ et en mettant cette granulation en accord avec le procédé correspondant de traitement, on peut obtenir des surfaces de contact de haute qualité qui n'exigent aucune opération complémentaire.La combinaison des deux composantes, du carbure de silicium et du graphite, avec un liant inorganique ou organique et leur transformation en pièces annulaires est particulièrement convenable pour la fabrication de bagues de contact et de collecteurs de machines électriques rotatives. Pour des applications spéciales, les variantes de matière précité peuvent être modifiées par des traitements thermiques ultérieurs, provoquant notamment la carbonisation des matières de contact fixées organiquement. Les températures de carbonisation se trouvent entre 600 et 1600 "C et doivent être déterminées pour chaque composition de matières de contact par voie expérimentale. lies caractéristiques chimiques et physiques désirées spécialement pour l'emploi ultérieur sont dans ce cas également importantes. En utilisant des températures relativement basses pour le traitement des compositions de matières de contact, des conditions sont créées pour que, pendant le processus de traitement, les éléments métalliques de contact soient simultanément rendus solidaires de la manière de contact REYENiICATI0N3 1 - Procédé de fabrication de contacts mobiles pour installations électriques et contacts mobiles fabriqués suivant ce procédé en partant de matières non métalliques, caractérisé en ce qu'en utilisant suivant la technologie des poudres, des liants inorganiques ou organiques aux silicates ou des liants organiques à la résine, des compositions de matières de contact électriquement conductrices et exemptes de métal, en particulier des mélanges de carbone graphitique et des carbures, des siliciures, des nitrures, des oxydes et des borures métalliques ou non métalliques ayant des répartitions granulométriques déterminées, sont transformées, à la température ambiante ou à la température de fusion ou à la température de cuisson du liant, pour obtenir des contacts électriques et, le cas échéant, ultérieurement carbonisées. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de matières de contact électriquement conductrices est-préparée à partir de O à 98 % de carbure de silicium à grosseurs de grain de 1 à 100yum et de carbone graphitique, particulièrement sous forme de graphite Âcheson, à grosseurs de grain allant jusqu'à 1 mm, ensemble avec 2 à 60 % de liants inorganiques pulvérulents, par exemple de l'argile ou des silicates ou de liants organiques, par exemple les résines sili-. cones ou phénoliques. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement de la composition de matières de contact qui est effectué à la température ambiante ou à la température de fusion du liant est suivi d'un traitement thermique ultérieur avec une conduite appropriée de la température pour le durcissement complet du liant. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, carac tériaé en ce que le traitement de la composition de matières de contact qui est effectué à la température de cuisson du liant est suivi d'un traitement thermique ultérieur pour obtenir des propriétés spéciales. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les matières de contact pour des applications extrêmes sont ultérieurement carbonisées à une température de 6000C à 16QOOC. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pendant le processus de traitement de la composition de matières de contact les éléments métalliques de contact sont simultanément rendus solidaires de la matière de contact.