Brevet FR2161892A1 — publié le 19730713

L'invention concerne un perfectionnement des matériaux métal-céramique, et notamment les matériaux métal-céramique conducteurs de l'électricité ainsi que les procédés de fabrication de ces matériaux. L'invention peut être appliquée avec succès à la fabrication des résistances de puissance, employées en radioélectricité, des résistances de charge utilisées dans l'industrie et des éléments chauffants électriques pour les appareils domestiques et industriels dont la température de fonctionnement atteint 7000C. On connaît des matériaux métal-céramique conducteurs de 11 électricité à base de poudre de nickel et de chrome avec une charge résistant à la chaleur. En tant que charge on utilise le ciment Portland. Les poudres de nickel et de chrome sont des constituants conducteurs et le ciment Portland est un constituant isolant. Le ciment Portland a une faible résistance à la chaleur et aux températures supérieures à 2000C il est détruit. C'est pourquoi ce matériau métal-céramique conducteur de l'électricité, du fait de la résistance au feu insuffisante de la charge, ne peut être employé dans les dispositifs à température de fonctionnement supérieure à 200oc, ce qui restreint ses applications. En outre, on connaît un autre matériau métal-céramique conducteur de l'électricité et un procédé pour le fabriquer. Ce matériau est à base de poudre d'alliage de nickel et de chrome, avec une charge résistant à la chaleur. En tant que charge résistant à la chaleur on utilise en particulier de la poudre d'oxyde d'aluminium. La poudre d'alliage de nickel et de chrome est un constituant conducteur de l'électricité, et la poudre d'oxyde d'aluminium est un constituant isolant. Ce matériau métal-céramique conducteur de ltélectri- cité connu contient une petite quantité de constituant métallique conducteur de l'électricité et une quantité importante de charge résistant à la chaleur. Une telle proportion de constituant métallique conducteur de l'électricité et de charge résistant à la chaleur est la cause d'une dispersion notable de la résistivité du matériau, car lorsque la quantité de constituant métallique conducteur de l'électricité est faible, la résistivité du matériau métal-céramique est particulièrement sensible aux hétérogénéités de composition inhérentes aux mélanges et impossibles à éliminer même après une opération de mélange d'une durée aussi longue que 24 heures. Le procédé connu de fabrication du matériau métalcéramique conducteur de l'électricité connu consiste en ce que l'on prend une partie d'alliage nickel-chrome, contenant environ 80 % de nickel et 20 de chrome, et quatre parties d'oxyde d'aluminium. On mélange lesdits constituants par voie mécanique pendant 24 heures, après quoi on comprime le mélange sous une pression d'environ 10 t/cm2, puis on fritte le mélange à 15000C dans un atmosphère d'hydrogène ou d'un autre agent réducteur pendant 24 heures. lie matériau métal-céramique conducteur de l'électri- cité connu peut être employé pour la fabrication des éléments chauffants électriques des appareils domestiques. Toutefois, la fabrioation de ce matériau est techniquement compliquée et requiert des frais de matériel importants, car la compression des poudres dures, telles que oxyde d'aluminium, est difficile, du fait de leur faible plasticité, ce qui implique l'emploi de liants pour la compression et, en outre, provoque l'usure rapide des moules de compression. Dans le procédé connu, le frittage des poudres d'alliage nickel-chrome et d'oxyde d'aluminium exige. un séjour prolongé à une température élevée, proche de 15000C, qui est déterminée par les conditions de frittage de la charge résistant à la chaleur laquelle est le constituant principal du matériau métal-céramique conducteur de ltélectricité connu. En outre, le processus de fabrication du matériau connu est rendu plus compliqué et plus cher par la nécessité d'employer, lors du frittage, une atmosphère réductrice qui est souvent explosive. Le matériau métal-céramique conducteur de l'électricité fabriqué par le procédé connu, contient une petite quantité de constituant métallique conducteur de l'électricité et une quantité importante de charge, résistant à la chaleur. Une telle proportion est la cause d'une dispersion notable de la résistivité du matériau. On s'est proposé de créer un matériau métal-céramique conducteur de l'électricité qui aurait une composition telle quelle assurerait une faible dispersion de la résistivité, ainsi que d'élaborer un procédé de fabrication de ce matériau, qui serait techniquement simple et bon marché. La solution consiste en ce que, dans le matériau métal céramique conducteur de l'électricité à base de poudre d'alliage nicel-chrore et de charge résistant à la chaleur, suivant l'invention, la charge résistant à la chaleur est de la poudre d'aluminium frittée. il est avantageux que la poudre d'aluminium frittée constitue 1G à 30-/o du poids du matériau métal-céramique conducteur de l'électricité. Un tel matériau métal-céramique contient une quantité de constituant conducteur de 11 électricité dépassant de beaucoup la quantité de charge résistant à la chaleur; aussi le matériau n'a-t-il-qu'une faible dispersion de la résistivité et présente une haute honogénéité électrique. Le matériau métal-céramique conducteur de l'électricité proposé peut être obtenu en appliquant un procédé dans lequel on obtient, en mélangeant par des moyens mécaniques de la poudre d'alliage nickel-chrome et de la poudre d'aluminium frittée, un mélange homogène que l'on comprime et que l'on fritte ensuite, ledit procédé étant caractérisé en ce que le frittage est effectué à une température de 800 à 9000C dans une atmosphère owyaante. il est avantageux que l'atmosphère oxydante soit de l'air. Ce procédé de fabrication du matériau métal-céramique conducteur de l'électricité est techniquement simple, car la charge résistant à la chaleur est de la poudre d'aluminium frittée qui se rête bien à la compression, ce qui, en définitive, allège la compression des poudres d'alliage nickel-chrome et de la poudre a'aluminium frittée et diminue l'usure des moules de compression. ne frittage des poudres d'alliage nickel-chrome et de la poudre d'aluminium frittée comprimée au préalable est exé cuté dans e atmosphère d'air à une température ae 800 à gwo C, pendant 40 à 60 mn, ce qui diminue fortement le prix de la fabrication du matériau métal-ceramique conducteur de l'électricité. Le frittage dans une atmosphère d'air est lié à la nécessité d'o oxyder cometement la poudre d'aluminium frittée, car elle doit être tra-rsformée dans le matériau métal-céramique conducteur de l'électricité en oxyde d'aluminium. En outre, le frittage des poudres d'alliage nickel chrome et ae la poudre d'aluminium frittée, comprimées au préala ble est rendu moins cher et plus facile grâce au fait qu'il est exécuté à une température plus basse. Lors du frittage les particules de matériau métal-céramique fondent, ce qui accélère la transformation de l'aluminium en oxyde d'aluminium. Le matériau métal-céramique suivant l'invention est fabriqué de la façon suivante. On prend des poudres fines, soigneusement tamisées, d'alliage nickel-chrome et de poudre d'aluminium frittée en quan tités respectives de 70 à 90go et de 10 à 30% du poids total du mélange de poudres. On ajoute à ces poudres 1,5 à 2% de stéarate de zinc pulvérulent pour améliorer les conditions de compression. On charge les poudres indiquées dans un broyeur à boulets et on les mélange mécaniquement pendant 1,5 à 2 heures jusqu'à obtention d'un mélange homogène. Puis on verse le mélange de poudres d'alliage nickel-chrome et de poudre d'aluminium frittée dans un moule de compression. On comprime sous une pression de 7 à 8,5 t/cm. On fritte les briquettes obtenues par compression dans un four à moufle, dans une atmosphère d'air, à une température de 800 à 900 C, pendant 40 à 60 mn, puis on arrête le four et on laisse refroidir les briquettes dans le four. On obtient en définitive un matériau métal-céramique conducteur de l'électricité ne présentant qu'une faible dispersion de la résistivité. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donne ci-après des exemples de composition du matériau métal-céramique conducteur de l'électricité et de mise en oeuvre du procédé de fabrication de ce matériau. Exemple 1 On prend des poudres fines d'alliage 20% Gr + 80% Ni et de poudre d'aluminium frittée en quantités pondérales respectives de 90 et 10. On ajoute auxdites poudres 1,5 à 2% en poids de poudre de stéarate de zinc pour améliorer les conditions de compression; cette poudre est éliminée par combustion pendant le frittage. On charge les poudres dans un broyeur à boulets, le rapport pondéral poudres/boulets étant de 1/2, et on mélange les poudres mécaniquement pendant 1,5 heure. Puis, on comprime le mélange de poudres sous une pression de 8,0 t/cm2. On fritte les briquettes obtenues par compression dans un four à moufle, dans une atmosphère d'air, à une température de 8500C, pendant 50 mi nutes, et on les laisse ensuite refroidir dans le four. Par suite du frittage dans le four à moufle en présence d'air, les particules de la poudre d'aluminium fritté s'oxydent et se transforment en oxyde d'aluminium. Pour stabiliser la résistivité du matériau métal-céramique, après frittage on le soumet à un traitement par un courant électrique de fréquence industrielle de 50 Hz pendant 2,5 heures, en faisant monter la température du matériau à former jusqu'à 1000 ou 12000C. Le matériau métal-céramique conducteur de l'électricité de l'exemple ci-dessus a une résistivité de 2.10 4 ohm.m. Exemple 2 Le procédé de fabrication du matériau métal-céramique conducteur de l'électricité reste le même qu'à l'exemple 1, avec la seule différence que le mélange contient 70% en poids de poudre de nichrome et 30% en poids de poudre d'aluminium frittée. Avec un mélange de cette composition on obtient un ma tériau dont la résistivité est de 1,5-10 3 ohm.m. Les matériaux métal-céramique conducteurs de ltélectri- cité indiqués peuvent être employés en tant que matériaux résistifs en radioélectricité, pour les résistances de charge dans diverses branches de l'industrie, pour les éléments chauffants d'appareils domestiques et industriels dont la température de fonctionnement peut atteindre 7000 C. REVENDICAIIONS i.- Matériau métal-céramique conducteur de l'électri- cité à base de poudre d'alliage niclrel-chrome et de charge résistant à la chaleur, caractérisé en ce que la charge résistant à la chaleur est de la poudre d'aluminium frittée, prise en quantité égale à 10 à 30% en poids. 2.- Procédé de fabrication d'un matériau métal-céramique conducteur de l'électricité suivant la revendication 1, consistant à mélanger mécaniquement la poudre d'alliage nickelchrome et la poudre d'aluminium frittée jusqu'à obtention d'un mélange homogène qui est comprimé, puis fritté, caractérisé en ce que le frittage est exécuté à une température de 800 à 9O00C dans une atmosphère oxydante. 3.- Procpdé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'atmosphère oxydante est l'air.