Brevet FR2453840A1 — publié le 19801107

L'invention concerne un procédé de fabrication de pierres à briquet et les pierres ainsi obtenues. Un procédé connu de fabrication de pierres à briquet consiste à fabriquer des fils de quelques dizaines de centimètres, par un processus de coulée d'un alliage pyrophorique, dans des moules constitués par une pluralité de petits tubes serrés les uns contre les autres et séparés par du graphite. Chaque tube est fendu, de manière à permettre son ouverture et sa destruction ultérieure, après refroidissement du métal coulé. Ce procédé connu présente de nombreux inconvénients. En effet, son coût est particulièrement élevé, étant donné les nombreuses opérations à effectuer et surtout les pertes importantes de matiè- re dues à la préparation de l'alliage dans le creuset pour la coulée et à l'opération de démoulage, ainsi que les pertes défini- tives des tubes à chaque opération. C'est pourquoi il a été imaginé, à partir de la même opération de coulage, de mouler l'alliage pyrophorique dans des moules spé ciaux, préalablement chauffés à 650"/8000 environ, pour constituer en chapelets, des ébauches Qu des billettes, séparées les unes des autres par une zone plus mince de rupture. Chaque billette est ensuite réchauffée et filée ou extrudée dans une presse. Pour obtenir une bonne qualité, il est nécessaire de contrôler le refroidissement du moule, avant ouverture et exécuter un recuit après filage. Ce procédé est avantageux par rapport à celui précédemment décrit, car les fils obtenus sont plus longs (de l'ordre de quelques metres), la main d'oeuvre est réduite et il nly a plus la perte des tubes de moulage. Toutefois, les opérations restent coûteuses en énergie et la perte au feu de 4% à 6% subsiste. En outre, 15% des billettes moulées sont impropres au filage et doivent être éliminées et re cyclées en fonderie. Enfin, malgré un contrôle minutieux, une partie importante des billettes obtenues contient des soufflures qui risquent de provoquer un blocage de la filière. C'est pourquoi il a té imaginé de fabriquer des pierres à briquet, non plus par la technique connue de la fonderie, mais par une opération de frittage. L'opération de frittage est bien connue dans la métallurgie des poudres. Elle consiste à transformer une poudre agglomérée, en matériau homogène solide, par un traitement thermique, à une température inférieure à la température de fusion des poudres, qui entraine une recristallisation totale des particules. I1 est clair que l'opération fonderie étant supprimée, on évite ainsi les pertes au feu, les impuretés dues au contact du métal liquide et du contenant, la solubilité importante des gaz dans le métal fondu, etc. Toutefois, la pierre obtenue directement par frittage à tendance a se déformer au moment de l'opération. En outre, la qualité est très médiocre, car cette opération crée une sorte de peau très dure. Le demandeur a découvert, de façon surprenante, que les inconvénients provenant du frittage direct disparaissent lorsque l'on effectue un frittage, non plus direct, mais de billettes ou ébauches obtenues par compression et chauffage, qui sont ensuite extrudées ou filées. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il consiste à : a) réduire en poudre les différents constituants métalliques destinés a entrer dans la composition des pierres, b) mélanger les diverses poudres obtenues, dans les proportions voulues, c) comprimer le mélange réalisé, pour constituer des ébauches ou billettes de poudres agglomérées, d) procéder au frittage des billettes en appliquant un traitement thermique à celles-ci, simultanément ou successivement à l'opération de compression indiquée en c), e) refroidir chaque billette au moyen, par exemple, d'un bain d'huile spécial, f) réchauffer éventuellement les billettes après le frittage et extruder ou filer chaque billette pour obtenir des fils, g) tronçonner lesdits fils aux longueurs voulues, h) exécuter éventuellement un traitement de finition sur les pierres obtenues. De préférence,les opérations de compression et de frittage, indiquées respectivement en c) et d), sont effectuées simultanément, au moyen d'une presse, dont la matrice est chauffée par effet Joule ou induction. Ce procédé est visualisé sur le diagramme représenté sur la planche annexée ou les réfèrences indiquent respectivement B:réduction en poudre par broyage; M:mélange; C:compression F:frittage; CF: compression-frittage par compression à chaud; RF: refroidissement, RE:Réchauffage des billettes; EX:extrusion ou filage; T:tronconnage; FN: finition Dans ce cas, la matrice de la presse est chauffée entre environ 4000 et 8000; tandis que la pression exercée est de l'ordre 2. de 2 à 10 tonnes au cm Pour éviter une oxydation des poudres, les opérations de reduction en poudre et/ou de mélange et/ou de compression et/ou de frittage, indiquées respectivement en a), b), c) et d), sont réalisées sous vide ou dans une atmosphère réductrice ou neutre. Généralement, le mélange obtenu au cours de l'opération inci- quée en b) comporte environ 5G à 85% de mischmétal, de la poudre de fer et diverses autres poudres, telles que: nickel, magnésium, cadmium, manganèse, antimoine, zinc, silico-aluminium ou ferrosilicium et éverituellerr,ent aussi du zirconium dans une proportion d'environ 1 à Les pierres à briquet, comme il a été dit ci-dessus, sont en alliage de mischmétal-cérium et de fer, le mischmétal étant un mélange de terres rares, comportant généralement 502 environ de cerium particulièrement pyrophorique. te mischmétal est produit en petits lingots de 0,100 kg à lkg, que l'on réduit en poudre de granulométrie déterminée. Les techniques de réduction en poudre sont multiples,. Généralement, la technique utilisée ici est un broyage mécanique (billes ou marteaux ou similaires). Pour éviter une oxydation des poudres obtenues, le broyeur fonctionne sous at mosphère contrôlée, par exemple par injection d'un gaz neutre. Le mischmétal réduit en poudre, est transféré dans un mélangeur, également sous atmosphère contrôlée, dans lequel on introduit les autres poudres destinées au mélange, dont les particules sont, par exemple, inférieures à 1 mm. La préparation de ces poudres est évidemment très importante, car la qualité des billettes est fonction de la finesse et de l'homogénéité du mélange desdites poudres. Comme il a été dit ci-dessus, la plus grande partie des manipulations doit être faite sous vide ou atmosphère contrôlée, étant donné les risques importants d'oxydation et d'inflammation à l'air des poudres et plus particulièrement de la poudre de ferro-cerium. il est possible de comprimer les poudres à froid et d'exécuter le frittage ultérieurement. Toutefois, il est particulièrement avantageux, notamment pour obtenir des produits à porosité presque nulle, de faire une compression à chaud, à l'aide d'une presse mécanique ou hydraulique, dont la matrice est chauffée, comme il a été dit. L'alimentation de la presse en poudres est effectuée en continu sous atmosphère contrôlée, au moyen d'un chargeur spécial ou d'un plateau tournant, dont l'entrée et la sortie dans la presse sont exécutées au moyen d'un sas. La matrice de la presse est par exemple équipée de manière connue, d'un poinçon ou fouloir et d'un contre poinçon. Il est évident toutefois, que la presse peut être équipée d'une pluralité de matrices, pour une fabrication industrielle. Les billettes obtenues ont généralement un diamètre d'environ 30 à 60 mm. et une longueur d'environ 80 à 120 mm. et sont chassées de la matrice par le poinçon supérieur, après dégagement du contre-poinçon, vers un bain d'huile spécial de refroidissement. I1 est très important de déterminer la pression (de l'ordre 2 de 2 à 10 tonnes au cm2) pour que les particules de poudre se re- cristallisent correctement. Toutefois, il est possible, si besoin est, de retrouver une granulométrie convenable, par un traitement thermique des billettes en atmosphère contrôlée. Les traitements de finition des pierres à briquet ainsi obtenues, ne présentent pas de difficultés et sont sensiblement les mêmes que ceux utilisés après le filage de billettes moulées. L'invention concerne bien sûr aussi, en tant que produits nouveaux, les pierres obtenues directement, par le procédé selon 1' invention et d'une manière plus générale, les pierres à briquet remarquables en ce qu'elles sont obtenues par tronçonnage de fils fabriqués par extrusion ou filage d'ébauches ou billettes, provenant de poudres métalliques mélangées, comprimées et frittées. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de pierres à briquet, caractérisé en ce qu'il consiste à a) reduire en poudre les différents constituants métalliques destinés à entrer dans les compositions des pierres (B), b) mélanger les diverses poudres obtenues, dans les proportions voulues c) comprimer le mélange réalisé, pour constituer des ébauches ou billettes (C) de poudres agglomérées, d) procéder au frittage des billettes en appliquant un traitement thermique à celles-ci,simultanément ou successivement à 1' opération de compression indiquée en c) (F), e) refroidir chaque billette au moyen1 par exemple, d'un bain d'huile spécial (RF), f) réchauffer éventuellement les billettes après frittage et extruder ou filer chaque billette pour obtenir des fils -(RE-EX), g) tronçonner lesdits fils aux longueurs voulues (T), h) exécuter éventuellement un traitement de finition sur les pierres obtenues (FN). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de compression et de frittage, indiquées respectivement en c) et d), sont effectuées simultanément (CF) au moyen d'une presse, dont la matrice est chauffée par effet Joule ou induction. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice de la presse est chauffée entre environ 400C et 800 tandis que la pression exercée est de l'ordre de 2 à 10 tonnes au cm2. 4 - Procédé selon llune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les opérations de réduction en poudre et/ou de mélange et/ou de compression et/ou de frittage, indiquées respectivement en a), b), c) et d), sont réalisées sous vide ou dans une atmosphère réductrice ou neutre. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange obtenu au cours de l'opération indiquée en b) comporte environ 50 à 85% de mischmétal, de la poudre de fer et diverses autres poudres, telles que: nickel, magnésium, cadmium, manganèse, antimoine, zinc, silico-aluminium ou ferro-silicium et éventuellement aussi du zirconium dans une proportion d'environ 1 à 5t. 6 - Pierres a briquet, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par tronçonnage de fils fabriqués par extrusion ou filage d'ébauches ou billettes, provenant de poudres métalliques mélangées, comprimées et frittées.