Brevet FR2399394A1 — publié le 19790302

L' invention concerne un procédé de frittage sous pression permettant d'obtenir des céramiques polycristallines à l'aide deux appareillage ne comportant pas de moule proprement dît L'appareil- lage utilisé fait également partie de l'invention, ainsi que l'application dudit procédé à la fabrication de ferrites polycristallins, notamment de ferrites de nickel et de zinc à densité très élevée et à grains très fins, utilisables pour fabriquer des têtes magnétiques d'écriture et de lecture. Dans la teehnologie habituelle de la céramique, le frittage sous pression, à haute température, est effectué en comprimant le matériau à fritter dans un moule comportant - une partie fixe généralement constituée par un tore en alumine, à aection axiale rectangulaire, destiné à recevoir le materiau dans son oeil central n - deux partie mobiles constituées par deux pistons également en alumine de diamètres identiques, coulissant librement dans le tore et qui peuvent se déplacer sous l'effet d'une presse hydraulaque en comprimant entre eux le matériau à fritter Les inconvénients de ce procédé sont les suivants obligation d'utiliser un four de grande contenance par rapport au volume du matériau à fritter, en raison du volume important du moule, lequel ne peut etre réduit sans accrostre de façon prchibitive la fragilité de celui ci 9 nécessité d'utiliser un four à température beaucoup plus élevée que la température à maintenir à lintérieur du moule, en raison de l'épaisseur des parois et des propriétés isolantes du matériau réfractaireconstituant le moule n - fragilité du moule, et son prix élevée d'où résulte un court moyen de fabrication élevé. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en supprimant la partie la plus fragile du moule (le tore) et en réduisant le volume et la température du four Le procédé de frittage sous pression suivant l'invention comporte une première étape caractéristique au cours de laquelle un disque de matériau à fritter est placé dans un four, porté à une température prédéterminée, entre deux pistons cylindriques de diamètre supérieur à celui du disque, des moyens de compression étant appliqués auxdits pistons de manière a soumettre les 'deux grandes faces opposées du disque à ne pression prédéterminée. Une deuxième étape caractéristique du procédé selon l'invention consiste à découper mécaniquement le disque, obtenu à l'issue de l'étape précédente, de manière à ne conserver que la partie centrale de celui-ci. Une troisième étape caractéristique consiste a soumettre le disque obtenu à l'issue de l'étape précédente à un traitement thermique à une température égale ou supérieure à la température de frittage, à la pression atmosphérique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront, au moyen de la description qui suit, portant sur la fabrication d'un ferrite de nickel et de zinc, en se reportant auk dessins qui l'accompagnent parmi lesquels La figure 1 représente schématiquement un appareillage de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, au début de l'étape de frittage sous pression ; La figure 2 représente schématiquement un détail du meme appareillage à la fin de l'étape de frittage sous pression. Soit, à titre d'exemple, un matériau magnétique susceptible d'entre fabriqué par la technologie classique de la céramique, répondant à la formule chimique générale Ni1-x Znx Fe2 O4 avec : 0 # x # 1 L'exemple de fabrication décrit ci-après porte sur le cas d'une composition pour laquelle on a 0,65 On désire obtenir un produit semi-fini destiné à la fabrication de tetes magnétiques d'écriture et de lecture. Ce produit est un disque de 30 à 80 mm de diamètre et de 10 à 15 mm d'épaisseur. Au cours d'étapespréliminaires, on prépare, a partir d'oxydes de nickel (Ni 0) de zinc CZn 0) et de fer (Fe2 03) des disques de matériau prêt à subir les étapes caractéristiques du procédé selon l'invention. Ces étapes préliminaires comportent - la pesée des matières premières, dans les proportions correspondant à la formule chimique? compte-tenu de l'apport de fer prévisible en raison des broyages des étapes suivantes ; - un premier broyage des matieres premières, en phase aqueuse, durant 24 heures, dans des jarres en acier contenant des billes en acier ; - un premier séchage suivi d'un tamisage de la poudre ainsi obtenue - un chamottage à 1 0000 C environ du produit seché et tamisé - un deuxième broyage de la chamotte ainsi obtenue dans des conditions identiques à celles du premier broyage, pendant une durée supérieure de 12 heures, soit 36 heures ; - un deuxième séchage suivi d'un tamisage du produit broyé ;; une mise en forme du produit séché et tamisé par la méthode dite de "pressage isostatique" dans une gaine de latex, à une pression de î,6 t/cm2 ; la dimension de la gaine de latex est choisie pour obtenir après pressage un "boudin" d'environ 150 mm de longueur. et de 60 mm de diamètre ; - le découpage du boudin en disques de 30 à 50 mm d'épaisseur. Au cours de la première étape caractéristique de l'invention, on utilise un appareillage dont les éléments essentiels sont schématiquement représentés figure 1, Un four cylindrique d'axe XX est représenté par deux coupes en a et b, suivant des plans perpendiculaires de traces respectives AA et BB. Le four 1 comporte une ouverture centrale 11 cylindrique d'axe XX, de diamètre compris entre 50 et 100 mm, destinée à recevoir un disque 2 à fritter et deux pistons 3 et 4 en alumine Des éléments chauffants 12, intérieurs au four 1, sont disposés contre la paroi de l'ouverture 11 et sont séparés du matériau à fritter par cette paroi. Ils sont par exemple constitués de baguettes en matériau réfractaire electriquement résistant, parallèles à l'axe XX et situées dans le corps cylindrique du four 1. Les pistons 3 et 4 ont un diamètre de 40 à 90 mm qui leur permet de coulisser librement dans l'ouverture 11. Ils sont actionnés par des plateaux (non représentés) d'une presse hydraulique suivant des directions repérées F1 et F2 de façon à se rapprocher en comprimant un disque de matériau à fritter. Lors de la première étape caractéristique, le piston 3 (supérieur) est démonté et de la poudre d'alumine est déposée en couche relativement épaisse quelques millimètres) sur la face plane du piston 4 {inférieur). On dépose ensuite, un disque 2 de diamètre 40 à 90 mm et d'épaisseur 30 à 50 mm sur la couche d'alumine en poudre et on recouvre la face supérieure du disque d'une couche d'alumine en poudre d'épaisseur sensiblement égale à celle de la première couche déposée. On remet en place le piston 3 et on met en route le chauffage du four sans appliquer aucune pression sur le disque, Si ce n'est celle qui résulte du poids propre du piston supérieur. Le régime de fonctionnement du four est le suivant dans l'exemple choisi - une rampe ascendants de températ;ure permettant d'atteindre, en 5 à 19 heures, 1 1000 C à 1 2000 C, soit un gain de temps de 11 heures par rapport au régime pratiqué dans le frittage avec moule; - un premier palier de 2 heures environ à la température précédente sans application de pression ; - un deuxième plaier de 2 heures environ à la même température avec application progressive, en vingt minutex environ d'une pression de 0,5 à 0,7 tonne par centimètre carré et maintien de cette pression pendant la durée précitée ; une rampe descendante de température permettant d'atteindre la température ambiante en 5 à 10 heures. A l'issue du deuxième palier, le profil du disque est celui qui, est représenté figure 2 ; il déborde très légèrement le profil des pistons inférieur et supérieur et son épaisseur est de 10 à 15 mm. Au cours de la deuxième étape caractéristique, on découpe mécaniquement le disque fritté de manière à faire disparaître la périphérie de celui-ci et on ne conserve qu'un disque de 60 mm soit le diamètre initial du disque avant frittage. Au cours de la troisième étape caractéristique, on effectue un traitement thermique du disque dans un four porté à une température de 1 1500 C à 1 200 C de 40 à 80 minutes. Ce traitement a pour effet de faire disparaitre les contraintes internes provoquées dans le matériau par l'opération de frittage sous pression. On procéde alors sur le disque ainsi traité aux mesures suivant;es = I - densiE apparente par la méthode hydrostatique ; - moment magnétique 4#MS à la température ordinaire ; perméabilité magnétique initiale ' et pertes " mesurées dans un champ magnétique de fréquence 50 KHz ; - dureté Vickers Hv mesurée à l'aide d'un appareil Reichert pour 82gf ; - diamètre des grains sur une surface polie et attaquée chimiquement. Les résultats de ces mesures dans le cas où x = 0,70 sont consignés dans le tableau ci-après ainsi que les résultats des mesures identiques faites sur un matériau obtenu par la méthode classique. Les durées totales de l'étape de frittage sont respectivement de 18 et de 37 heures pour le procédé selon l'invention et pour la méthode classique. Pressage classique Pressage sans moule avant après avant après @ecuit @ecuit @ecuit @ecuit Densité apparente 5,31 5,31 5,31 5,31 Moment magnétique 2760 2800 2620 2750 ' à 50 KHz 870 1700 1460 1650 " à 50 KHz 13 60 10 25 Hv - 710 - 700 Diamètre des grains 2 à 3 30 à 50 2 à 3 3 à 4 (microns) REVENDICATIONS 1. Procédé de frittage sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première étape au cours de laquelle un disque de matériau à fritter est placé dans un four, porté à une température prédéterminée, entre deux pistons cylindriques de diamètre supérieur à celui du disque de matériau à fritter, des moyens de compression étant appliqués auxdits pistons de manière à exercer sur les faces opposées du disque une pression prédéterminée, pendant une durée prédéterminée ; et une deuxième étape au cours de laquelle on decoupe le disque obtenu à l'issue de la première étape de manière à ne conserver que la partie centrale dudit disque. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième étape au cours de laquelle ladite partie centrale est soumise à un traitement thermique à une température égale ou supérieure à la température de frittage, à la pression atmosphérique. 3. Procédé suivant la revendication-1, caractérisé en ce que la composition du matériau à fritter répond à la formule chimique générale : Ni1-x Znx Fe2 04 avec 0 # x # 1 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le paramétre x est compris entre 0,65 et 0,75. 5. Procédé suivant l'une des revendications 3 et 4, caracté- risé en ce que la température du matériau en cours de frittage pendant la première étape est de 1 1000 C à 1 2000 C, et en ce que la pression est de 0,5 à 0,7 t/cm2. 6. Procédé suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérise en ce que la température au cours de la troisième étape est maintenue à une température de 1 1500 C à l 2000 C de 40 à 80 minutes. 7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ee que le régime de température et de pression au cours de la première étape est le suivant - une rampe ascendante de l'ambiante permettant d'atteindre en 5 à 10 heures à la pression atmosphérique, une température de 1 1000 C à 1 2000 C - un premier palier de deux heures environ à la meme température, à la pression atmosphérique ; - un deuxième palier de 2 heures environ sous une pression de 0,5 à 0,7 t/cm2 avec application progressive en 20 minutes environ de ladite pression ; - une rampe descendante permettant d'atteindre l'ambiante en 5 à 10 heures à la pression atmosphérique. 8. Appareillage de mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un four à ouverture central cylindrique, un jeu de deux pistons en alumine capables de coulisser librement dans ladite ouverture, et des moyens permettant de rapprocher lesdits pistons en exerçant une pression de l'ordre de 0,5 à 0,7 tonne par centimétre carré sur un disque de matériau à fritter placé entre les deux pistons. 9. Appareillage suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite ouverture centrale a un diamètre de 50 à 100 nun, les pistons ayant un diamètre de 40 à 90 mm, permettant de fritter un disque ayant, avant frittage, un diamètre de 30 à 80 mm et une épaisseur de 30 à 50 mm.