Brevet FR2373377A1 — publié le 19780707

Le diamant, qui est le corps connu le plus dur, est cristallisé dans le système cubique et peut entre taillé suivant-des formes complexes se rattachant notamment à l'octaèdre, au dodécaèdre rhomboédrique ou au cubo-octaèdre. L'usinage de ce matériau ne peut s'effectuer qu'avec du diamant réduit en poudre de 3 à 10 microns. La poudre est déposée sous forme de mélange huileux (olive, ricin, palme, etc.) sur des meules en fonte poreuse à grain fin. La mise en forme est extrêmement longue et difficile en raison notamment de la cristallisation particulière qui produit des résistances pratiquement infinies dans certaines directions de travail. Seules des directions de travail préférentielles bien définies et précises permettent l'usinage, mais il est difficile de les maintenir exactes pendant toute la durée de l'opération. Dans le cas où le diamant à usiner est mal orienté sur la meule par rapport au sens de déplacement de l'abrasif, non seulement le diamant n'est pas attaqué mais il détériore la surface de la meule très rapidement. La présente invention a pour objet de faciliter l'abrasion des diamants et notamment d'augmenter la tolérance des positions angulaires exactes par rapport au sens de l'abrasif. A cet effet, l'invention propose un procédé selon lequel on fait subir au diamant à tailler un cycle thermique défini par les phases suivantes a) - montée continue en tempErature,à partir de la température ambiante, jusqu'à au moins 780"C et, au plus, 7850C, en un temps compris entre 4 h 30 mn at 5 h; b) - maintien à température comprise entre 780 et 785"C pendant une durée comprise entre 14 et 20 h, de préférence entre 16 et 18 h. c) - descente continue en température jusqu'à 530"C (à 30C près) en un temps compris entre 6 et 7 h; d) r remontée continue en température de 5300C à une température comprise entre 630 et 6350C, en un temps compris entre SD mn et 1 h; e) - descente continue en température jusqu'à une température au plus égale à 2100C en un temps au moins égal à 14 h; f) - descente à la température ambiante sans précautions particulières. De préférence, cependant, le cycle thermique ci-dessus défini est effectué en même temps que le diamant à tailler est soumis à un champ électromagnétique alternatif. Grâce à ces dispositions, on modifie la texture moléculaire interne de manière suffisante pour améliorer les possibilités d'usinage. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise et certaines dispositions avantageuses ainsi que ses résultats seront exposés au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple. A cet effet, on se référera aux dessins annexés, dans lesquels - la figure l représente une coupe schématique d'un four permettant la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 représente un diamant taillé suivant un octaèdre; - la figure 2a est un diagramme montrant le taux d'usure par unité de temps en fonction de la direction d'usinage, dans le cas de l'octaèdre représenté sur la figure 2; - la figure 3 représente un diamant taillé suivant une forme complexe, dite cubo-octaèdre, comportant des faces déduites de l'octaèdre et7d'áutres, déduites du cube, ce dernier apparaissant en trait ponctué à l'intérieur du diamant; - la figure 3a est un diagramme analogue à celui de la figure 2a, dans le cas des faces cubiques du diamant de la figure 3. Les diamants l à traiter sont enfermés dans un tube 2 dont le diamètre interne est d'environ 50 mm et dont la longueur est voisine de 500 mm Le tube 2 est de préférence en acier inoxydable, éventuellement réfractaire, dont l'une des extrémités est obturée par un fond soudé étanche. Son épaisseur peut titre voisine de 1 mm. Les diamants 1 sont placés sur la moitié du tube, cdté étanche > et sont disséminés dans un mélange pulvérulent 3 de remplissage dont le volume est environ cent fois plus important que celui de l'ensemble des diamants. te mélange de remplissage présentera avantageusement la composition suivante en poids Alumine cristallisée ( grains compris entre 0,125 et 0,160 mm), palladien en surface par humectage au chlorure- de palladium et recuit a 9000C sous hydro gène sec. 42% Cuivre électrolytique 99,9 (grains inférieurs à 50 microns) 38% Graphite naturel de Colombo en paillettes 3Z Cendres de papier couché baryté (calciné à l'abri de l'air). 4% Charbon de bois activé en poudre (grains inferieurs à 160 microns) 5% Acide borique anhydre 2% Sulfate de chaux anhydre 6% 100X La deuxième moitié du tube 2 est remplie avec le méme mélange 3 et un bouchon 4 est appliqué sur l'orifice pour éviter la perte de la poudre. Le tube 2 est alors placé dans un four électrique tubulaire 5 "type Adamel" dont le bobinage 6 est un fil alimenté en courant alternatif 50 à 60 Hz. Un vario-transformateur 7 genre "Variostat", ou un écrêter variable permet de régler la tension d'alimentation du bobinage 6 et un dispositif 8 de contrôle de la température permet également de programmer le cycle thermique. Le tube 1 est placé de telle façon que la partie contenant les diamants à traiter se trouve au milieu de la zone chauffante. Un tube en argent ou en cuivre non représenté peut être aussi placé autour de cette partie utile du tube 2 pour servir de volant thermique répartiteur de chaleur. Le programme de chauffage du four est alors établi de la façon suivante, étant précisé que les variations de température, et notamment les montées en température doivent s'effectuer de façon regulière et continue, sans dents de scie. a) Il s'agit d'obtenir d'abord une montée régulière en température, depuis la température ambiante jusqu' une température comprise entre 780 et 785"G. De préférence, cette montée en température s'effectuera avec des taux d'élévation de la température décroissant avec le temps. Pendant la première heure, on peut admettre un taux d'élévation en température compris entre 220 et 2300C/h. Ce taux doit ensuite être limité à 190-210 C/h, jusqu'à ce que le four ait atteint une température comprise entre 455 et 465 C Jusqu'à une température comprise entre 635 et 6459C, le taux d'élévation en température ne doit pas dépasser 162-180 C/h. Au-del de 640"C, le taux d'élévation doit entre compris entre 90 et 1000C/h, jusqu'à ce que la température atteigne 735-745"C. Enfin, à partir de 7400C, le taux d'élévation final doit entre encore réduit et ne pas dépasser 36-40"C/h jusqu'à la température finale de 780-785"C. b) Lorsque le four a atteint la température finale précitée, la tension de chauffage est réglée et contrBlée de façon que la température reste stable pendant une période comprise entre 14 et 20 h, de préférence entre 16 et 18 h. c) On procède ensuite à un premier refroidissement régulier et continu jusqu'à une température voisine de 530"C (h r 30C près). Le début du refroidissement doit s'effectuer avec un faible taux d'abaissement de la température, par exemple compris entre 18 et 20 C/h. Ce taux sera de préférence conservé jusqu'à ce que la température du four soit descendue à 7200C (à + 3"C près) te taux d'abaissement de la température peut titre ensuite augmenté jusqu'à 54-60 C/h. De toute façon, il est souhaitable que la durée de ce premier refroidissement ne soit pas inférieure à 6 h. d) On procède alors à une remontée relativement rapide en température pour atteindre 630-6350C, le taux d'élévation de la température étant compris entre 100 et 1100C/h. e) Un deuxième refroidissement lent est ensuite opéré jusqu'à ce que la température atteigne 190-2100C. Le taux d'abaissement de la température ne doit pas dépasser 27-30 C/h. f) Enfin, lorsque le four a atteint une température inférieure à 2100C, le tube 1 peut entre ramené à la température ambiante sans précautions particulières. Dès que cela devient possible, le tube 2 est sorti du four et, après refroidissement complet, vidé de son contenu. I1 est à noter qu'en raison du mode de chauffage particulier du four, le cycle thermique subi par le diamant est accompagné par la présence d'un champ magnétique alternatif. L'effet de ce champ, quoique mal connu, semble de nature à participer à l'amélioration des caractéristiques d'usinage du diamant, mais il est évident que le cycle thermique est le traitement principal à faire subir au diamant pour obtenir le résultat recherché. On soulignera encore que le mélange pulvérulent de remplissage du tube 2 ne doit pas être utilisé avant d'avoir été recuit pendant 2 ou 3 h à 8000C environ. Il peut cependant être réutilisé à condition que la proportion de charbon de bois soit complétée de temps en temps pour compenser les pertes par oxydation. Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, on voit un diamant taillé suivant un octaèdre régulier. Sur l'une de ses faces, on a indiqué les directions OC, 1200, 240C par rapport auxquelles sont repérées les directions d'usinage. Sur la figure 2a, le taux d'usure par unité de temps, en l'absence de tout traitement thermique est représenté en trait plein, tandis qu'il est représenté en trait ponctué après traitement thermique. On voit que, si les taux maximaux correspondent toujours aux memes directions d'usinage et sont légèrement améliorés par le traitement thermique, en revanche, les plages angulaires,sur lesquelles il est possible d'usiner, sont augmentées dans des proportions très intéressantes. De même, sur la figure 3 montrant un diamant taillé suivant un cubo-octaèdre, on a indiqué les directions OC, 90 , 180 , 270 par rapport auxquelles sont repérées les directions d'usinage de l'une des faces du cube. Sur la figure 3a, on peut voir l'augmentation du taux d'usure par unité de temps sur ces faces du cube, par comparaison entre les taux d'usure avant traitement (trait plein) et après traitement (trait ponctué). Bien entendu, l'augmentation du taux d'usure sur les faces de l'octaèdre est la même que dans le cas de l'octaèdre régulier et ressort de la figure 2a. Enfin, il est -évident que les usinages de diamant autres que la taille, tels que le sciage, le perçage ou le polissage, droit ou courbe, etc.., sont aussi facilités par la mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour faciliter l'usinage du diamant, caractérisé en ce que l'on fait subir au.diamant à usiner un cycle thermique défini par les phases suivantes a) - montée continue en température à partir de la température ambiante jusqu'à-au moins 7800C et au plus 785"C en un temps compris entre 4 h 30 mn et 5 h; b) - maintien à température comprise entre 780 et 7850C pendant une durée comprise entre 14 et 20 h, de préférence entre 16 et 18 h; c) - descente continue en température jusqu'à 53O0C (à 30C près) en un temps compris entre 6 et 7 h; d) - remontée continue en température de 5300C à une température comprise entre 630 et 6350C, en un temps compris entre 50 mn et 1 h; e) - descente continue en température jusqu'à une température au plus égale à 2100C, en un temps au moins égal a 14 h; f) - descente à la température ambiante sans précautions particulières. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué pendant que le diamant à usiner est soumis à un champ électromagnétique alternatif. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant la première phase de montée en température, le taux d'élévation de la température décroit d'environ 2300C par heure au début de la montée à environ 40"C par heure pendant au moins la dernière heure. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentesl caractérisé en ce que la phase de montée en température s'effectue avec les cinq taux d'élévation suivants : 23O0C/h, 210 C/h, 180 C/h, 1000C/h, 400C/h, chacun d'eux étant maintenu pendant environ l.h. 5 - ~ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première phase de descente en température s'effectue à un taux d'abaissement de la température croissant d'environ 200C/h à environ 6O0C/h. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la premiere phase de descente en température comporte deux étapes, durant chacune environ 3 h, la première s'effectuant à environ 20DC/h, la deuxième à environ 6O0C/h. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase intermédiaire de remontée en température s'effectue avec un taux d'élévation en température compris entre 100 et 11OOC/h. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'avant-dernière phase de descente en température s'effectue à un taux d'abaissement de la température compris entre 27 et 300C/h, 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamant à traiter est placé dans un mélange pulvérulent à base d'alumine cristallisée et de cuivre électrolytique, en présence de corps pris parmi le graphite naturel, les cendres de papier couché, le charbon de bois activé, l'acide borique anhydre et le sulfate de chaux anhydre, la proportion volumique de diamant à traiter dans ledit mélange pulvérulent étant d'environ 1%.