Brevet FR2116467A1 — publié le 19720713

! 2116467 L'invention concerne un corps façonné en matériau fibreux dans lequel une multiplicité de fibres orientées sont noyées dans un matériau formant matrice. Elle concerne en outre des procédés avantageux pour fabriquer de tels corps façonnés. 5 Dans la technique, on désigne sous le nom de matériau fibreux des combinaisons de fibres de verre, de céramique, de fibres polymères ou de fibres métalliques, noyées dans une matrice métallique ou non métallique. De tels matériaux à renforcement de fibres, sur une base métallique ou non métallique, sont largement utilisés et 10 ils présentent par rapport aux matériaux connus des propriétés physiques et chimiques supérieures. Ces propriétés dépendent d'un grand nombre de facteurs, notamment des propriétés du matériau de la matrice et de celui des fibres, du pourcentage de surface occupée par les fibres par rapport à la section transversale totale, 15 ainsi que de l'agencement, de la répartition et des liaisons des fibres. Ces propriétés optimales ne peuvent en général être obtenues dans de tels matériaux fibreux que grâce à une orientation et une répartition spéciales des fibres dans le matériau formant matrice. 20 Les procédés connus jusqu'à maintenant pour fabriquer de tels matériaux composites ont comme point de départ que les fibres préalablement fabriquées sont enrobées par le métal de la matrice dans du matériau compact grâce à des opérations de fusion, des méthodes de la métallurgie des poudres ou par frittage sous 25 charge. Dans d'autres procédés connus, les fibres préfabriquées sont enrobées par le matériau de la matrice par traitement dans un bain de fusion, dans une barbotine, dans un bain d'électrolyse ou par pulvérisation, par vaporisation sous vide ou à l'aide d' autres procédés de dépôt. Ensuite, en empilant et en comprimant 30 les fibres ainsi traitées, on obtient un matériau composite ayant une répartition régulière des fibres. On connaît par ailleurs des procédés de fabrication dans lesquels les fibres préfabriquées sont d'abord introduites dans le matériau de la matrice sans être orientées, puis sont orientées ensuite par un procédé de formage. 35 L'invention vise à la conception d'un corps en matériau fi breux qui puisse être produit de façon simple, sans emploi de fibres préalablement fabriquées, et qui présente de bonnes propriétés physiques, les fibres étant produites et orientées dans une opération ultérieure. La caractéristique de l'inventi.on con- CÔPY 71 43112 2 2116467 siste en ce que le corps façonné est constitué par des fils enye Un procédé avantageux pour fabriquer de tels corps peut consister en ce que les fils enveloppés sont mis en faisceau, puis ensuite façonnés sans enlèvement de matière par étirage avec diminution de la section transversale. Le faisceau de fils enveloppés 15 peut en outre, de façon appropriée, être entouré d'une enveloppe extérieure supplémentaire constituée par une mince couche de matériau de la matrice en phase solide, par exemple sous forme d' un tube. Cette ébauche est ensuite comprimée par un procédé de façonnage sans enlèvement de matière, notamment par étirage. Lors 20 de ce façonnage, il se produit d'une part une liaison métallique des enveloppes entre elles et avec l'enveloppe extérieure supplémentaire, et il se produit simultanément une diminution de la section transversale de l'ensemble du corps et également de ce fait, du matériau des âmes internes. Ce façonnage est effectué de pré-25 férence plusieurs fois, et il est poursuivi jusqu'à ce que la section transversale souhaitée pour les fibres soit obtenue. Dans certains cas, il peut être avantageux d'effectuer un recuit intermédiaire de diffusion pour ramollir le matériau de l'âme et/ou pour souder le matériau de la matrice. La part en' volume des fi-30 bres peut être déterminée par le choix des fils enveloppés et elle peut varier dans de larges limites. Dans une forme de réalisation préférée, l'âme et l'enveloppe sont des matériaux métalliques. La mise en oeuvre de l'invention est explicitée à l'aide d'un 35 exemple de matériau fibreux spécial et avantageux. Dans ce cas, le matériau de la matrice est de l'argent pur, dans lequel on introduit comme matériau fibreux de l'acier austénitique au nickel-chrome. Le produit de départ des fils enveloppés est constitué par un tube d'argent de 10 mm de diamètre et de 3,4 mm d'épais-40 seur dont la surface interne a été nettoyée par une méthode appro 71 43112 3 2116467 priée connue, et dans lequel on a introduit une âme cylindrique en acier austénitique inoxydable cuivré de 3 mm de diamètre. La part en volume de l'acier est d'environ 10# du matériau (argent) • de la matrice. Ce produit est amené, par réduction de section, par 5 exemple en 10 passes d'étirage, à un diamètre extérieur de 1 mm. Les fils enveloppés, de section circulaire et ayant environ 1 mm de diamètre, sont mis en faisceau et introduits dans un tube d'argent à paroi mince de 5 x 0,2 mm qui constitue l'enveloppe extérieure supplémentaire. Cette ébauche est façonnée par 25 opéra-10 tions d'étirage, de sorte que l'on obtient, en même temps que la formation de fibres, un corps façonné en forme de fil, dans lequel des fibres d'acier ayant un diamètre de l'ordre de quelques microns, sont noyées dans le matériau de la matrice. Grâce â la mise en faisceau des fils, la répartition des fibres dans le matériau 15 de la matrice est presque idéale. En outre, ces corps façonnés peuvent, afin d'obtenir un diamètre de fibres encore plus petit, être encore une fois (éventuellement plusieurs fois) disposés et à nouveau façonnés de la façon décrite ci-dessus. Le procédé de fabrication indiqué peut être modifié de diffé-20 rentes façons ; par exemple, outre la position parallèle, on peut disposer les fils enveloppés selon un agencement particulier, par exemple avec des zones préférentielles, ou en les tordant en hélice, de sorte que l'on peut obtenir à tout moment, des orientations déterminées de fibres et même un noyau de matrice en matériau pur. 25 La fabrication n'est pas limitée à des corps cylindriques, mais avec le procédé indiqué, on peut également obtenir des corps rectangulaires, ou ayant d'autres sections transversales. Sur le dessin sont représentées des coupes transversales de corps façonnés en matériau fibreux, dessin sur lequel : 30 les figures 1, 3, 5, 7 et 9 montrent une coupe transversale à travers des ébauches constituées par des fils enveloppés, avant le façonnage ; les figures 2, 4, 6, 8 et 10 montrent une coupe transversale à travers les corps façonnés selon l'invention. 35 Sur la figure 1, on voit, représenté à grande échelle, un tube 1 constitué en matériau de la matrice et servant d'enveloppe supplémentaire, dans le volume intérieur duquel est placée une multiplicité de fils enveloppés 2. L'âme 3 de ces fils enveloppés 2 est en matériau des fibres, alors que l'enveloppe 4 contient le 71 43112 4 2116467 matériau de la matrice. Après le façonnage par étirage, on obtient selon la figure 2j un corps façonné homogène en matériau de la matrice, dans lequel les fibres sont noyées en positions parallèles. 5 Les figures 3 à 10 montrent d'autres dispositions géométri ques ; sur les figures 5, 6 ainsi que 9 et 10, les âmes 5 du corps façonné sont en matériau de la matrice ou peuvent être en tout autre matériau avantageux (ayant par exemple une conductibilité électrique élevée). 10 Comme le montrent les figures 9 et 10, le corps façonné peut présenter une répartition des fibres telle qu'un noyau métallique homogène se trouve constitué. Un tel noyau métallique homogène peut être particulièrement avantageux si le corps doit combiner une conductibilité électrique élevée et de bonnes propriétés élas-15 tiques. Dans l'exemple de réalisation de la figure 9, des fils 4 de 1 mm à 4 pans, en acier fin revêtu d'argent fin, ainsi qu'une tôle d'argent massif fin 5 de 2 mm d'épaisseur, sont placés dans un tube 1 de section transversale rectangulaire ayant comme dimensions intérieures 6 x 30 mm et réalisé en argent fin (épaisseur 20 de paroi 1 mm) de façon à obtenir la répartition représentée sur la figure 9- En façonnant cet agencement, par exemple par un étirage répété cinq fois dans des filières d'étirage de dimensions décroissantes, on obtient finalement un corps façonné de 0,8 x 5 mm, 25 dont la coupe transversale est représentée (sans respecter l'échelle) sur la figure 10. De tels corps ainsi façonnés ont une limite élastique en p flexion allant jusqu'à 100 kg/mm pour une conductibilité électrique allant jusqu'à 45 S. 71 43112 5 2116467 REVENDICATIONS 1.- Corps façonné en matériau fibreux dans lequel une multiplicité de fibres orientées est noyée dans un matériau de matrice, caractérisé en ce que le corps est constitué par des fils 5 enveloppés dont l'âme contient le matériau des fibres et dont l'enveloppe contient le matériau de la matrice et en ce que les fibres sont obtenues et liées pour former un corps façonné par façonnage mécanique avec diminution de la section transversale par rapport aux fils enveloppés. 10 2.- Corps façonné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comporte une enveloppe extérieure supplémentaire en matériau de la matrice. 3.- Corps façonné selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe supplémentaire est fixée avant le façonnage en 15 fonction de la forme géométrique terminale souhaitée et/ou de la disposition favorable des fibres dans le corps façonné. 4.- Corps façonné selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de la matrice est de l'argent et le matériau de l'âme est de l'acier inoxydable au 20 nickel-chrome dont la surface est cuivrée. 5.- Procédé pour fabriquer un corps façonné selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fils enveloppés sont mis en faisceau et sont ensuite façonnés sans enlèvement de matière. 25 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fils enveloppés mis en faisceau sont placés dans une enveloppe extérieure en matériau de la matrice avant le façonnage sans enlèvement de matière. 7.- Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en 30 ce que l'enveloppe extérieure est constituée de façon à procurer une répartition prédéterminée des fibres. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un noyau homogène métallique est constitué dans le corps façonné.