Brevet FR2480665A1 — publié le 19811023

La présente invention, système René CLEMENT, se rapporte aux grilles de filage de matériaux céramiques en forme de nids d'abeilles tels qu'ils sont couramment utilisés dans l'industrie aujourd'hui dans de nombreux domaines, principalement comme support de catalyseurs, comme échangeurs de chaleur, comme matériel d'enfournement dans les fours à haute température, notamment pour cuisson rapide. Dans toutes les techniques précédentes, on fait appel à des éléments en céramique frittée qui se caractérisent principalement par le fait qu'ils ont un rapport surface/poids très élevé et qu ils sont constitués d'une pièce monolithique formée de très nombreux canaux allongés de faible section (de l'ordre de 1 mm) séparés par des parois très minces (de l'ordre de l/lOème de mm dans des exemples courants). Bien que dans de nombreuses applications la section droite de tels éléments fasse apparaître pour les parois minces une structure géométrique régulière qui ne soit pas forcément hexagonale, ces mêmes éléments sont couramment désignés dans l'industrie par l'appellation générique d'éléments en forme de nids d'abeilles. A titre d'exemple, on réalise actuellement des pièces cylindriques de plus de 100 mm de diamètre extérieur et comportant des canaux longitudinaux de section carrée de 1 mm de côté, séparés par des parois de l'ordre de 0,15 mm, ce qui représente, 2 en section droite, plus de 60 cellules par cm Il est bien évident que les cellules peuvent avoir diverses formes (triangulaire, carrée, rectangulaire ou hexagonale) et dimensions et que les parois peuvent être plus ou moins épaisses. Ces pièces sont réalisées suivant le mode le plus économique, de la manière suivante : une pâte céramique constituée des éléments minéraux (en général oxydes métalliques) en poudre finement divisée, d'un liant organique éventuel et d'un liquide, est forcée à l'aide d'un piston, à travers une grille de filage. Une telle grille de filage connue est représentée sur les figures 1 et 2 ci-jointes, sur lesquelles la figure 1 est une vue de dessus et la figure 2 une vue en coupe selon XX de la figure 1. La grille ou filière d'extrusion représentée sur les figures 1 et 2 est constitue d'une plaque l-en une seule pièce comportant une face amont 2 et une face aval 3. La face amont 2 comporte une série de trous cylindriques 4 de forme circulaire dans le cas de la figure. Ces trous 4 permettent l'écoulement de la pâte à travers la face amont 2 de la filière d'extrusion et l'écoulement de cette pâte jusque vers la face aval 3 sous l'effet de la pression appliquée à la pâte de matériau céramique qui traverse la filière dans le sens des flèches F de la figure 2. Dans le cas des figures 1 et 2, la face aval 3 de la filière comporte des rainures 5 la traversant et dont la largeur correspond à l'épaisseur des parois des canaux ou alvéoles de la pièce en nids d'abeilles que l'on désire réaliser. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les rainures 5 sont disposées selon un réseau régulier à pas carré, chaque point de rencontre de quatre rainures 5, ou sommet du réseau carré précédent, colncidant aussi exactement que possible avec l'axe d'un trou 4. De toute façon, cette particularité est commune à toutes les grilles d'extrusion de cette nature dans lesquelles les trous d'alimentation de la face amont sont centrés sur l'intersection de deux ou de plusieurs rainures de la face aval. Pour fixer les idées et à titre d'exemple, une grille telle que celle définie sur les figures 1 et 2 est constituée sur sa face aval de rainures orthogonales 5 de 0,15 mm de largeur et régulièrement espacées de 1 mm, délimitant des "plots" carrés de 1 mm de coté. La face amont 2 comporte autant de trous.4 qu'il y a d'intersection entre rainures 5 sur la face aval 3, c'est-à-dire qu'elle est percée de trous 4 d'environ 0,8 mm de diamètre, régulièrement espacés. On peut citer à titre d'illustration de cet art antérieur connu le BF 72 16238 déposé. le 5.05.72 au nom de la Société Imperial Chemical Industries Ltd. Les figures 1 et 2 de ce brevet français décrivent en effet une grille d'extrusion du génre de celles dont on vient de rappeler l'existence connue. Malheureusement, la réalisation de telles grilles d'extrusion est extrêmement compliquée et onéreuse car celles-ci doivent supporter la pression appliquée sur la pâte et être, de ce fait, d'une assez grande épaisseur. Or, pour percer des trous profonds de petit diamètre, les moyens mécaniques habituels ne sont plus applicables. De plus, les poudres céramiques sont généralement très abrasives et le métal constituant la grille de filage doit être aussi dur que possible. Dans ces conditions, l'usinage d'une telle filière par les techniques usuelles de perçage, fraisage ou sciage s'avèrent très difficilement utilisables. La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication d'une grille de filage de matériaux céramiques en forme de nids d'abeilles qui permet de réaliser une telle grille de façon plus simple et moins onéreuse, tout en conduisant à un produit plus résistant à l'usure, ce qui assure la régularité des dimensions de la structure extrudée en nid d'abeilles pendant tout le temps que dure l'utilisation de cette grille. Ce procédé de fabrication d'une grille de filage, du genre de celle qui comporte de façon connue, une face amont traversée d'orifices larges pour l'entrée sous pression dudit matériau céramique sous forme pâteuse et répartis selon un réseau géométrique régulier sur toute la surface de ladite face amont, et une face aval traversée de rainures étroites dans lesquelles vient se répandre le matériau céramique pâteux destiné à former les parois minces de la structure en nid d'abeilles, lesdits orifices larges de la face'amont étant centrés au droit des intersections desdites rainures, se caractérise en ce que l'on réalise d'abord la face amont par tout procédé d'usinage connu, puis on dépose, sur cette face amont ainsi usinée, une couche métallique très dure dans laquelle on usine à leur tour, à partir de la face aval de la grille, les rainures étroites de ladite face aval. Le fait de réaliser séparément, et non plus en une seule pièce comme dans l'art antérieur, les deux faces amont et aval de la grille d'extrusion conduit à une simplification très substantielle de cette fabrication puisque l'on a accès à chacune des faces, indépendamment l'une de l'autre, pour réaliser les usinages nécessaires. Par ailleurs, il n'est plus utile de travailler à la limite des performances de l'outillage disponible et le centrage des rainures de la face aval par rapport aux trous de la face amont préalablement fabriquée est rendu beaucoup plus facile. Selon une caractéristique de la présente invention, la face amont de la grille de filage est réalisée à partir d'une plaque en acier dur ou en carbure de tungstène dans laquelle on perce de part en part les trous pour l'alimentation en pâte céramique par perçage au foret ou électroérosion. Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, après avoir obturé provisoirement les trous de la plaque amont par exemple à l'aide de petits barreaux de graphite ou carbone, on dépose sur celle-ci une couche épaisse d'alliage autofusible que l'on fond au chalumeau et que l'on étale ensuite en nappe sut toute la surface de ladite plaque amont. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, on dépose directement sur la plaque amont préalablement usinée, un mélange de grains de carbure de tungstène et d'alliage autofusible. Dans ce mode de mise en oeuvre, il est évidemment inutile de réaliser l'obturation provisoire des trous de la plaque amont, puisque les grains de carbure de tungstène, mélangés à l'alliage autofusible utilisé, réalisent d'eux mêmes cette obturation. Selon une caractéristique du procédé de fabrication, objet de l'invention, l'alliage autofusible utilisé est un alliage du type nickel (ou cobalt)chrome-bore-silicium connu de l'Homme de l:Art sous l'appellation commerciale de "stelliteWI. Selon une autre caractéristique intéressante du procédé objet de l'invention, la couche métallique de grande dureté déposée sur la plaque amont est ensuite rectifiée pour amener sa surface à être plane et parallèle à la face amont, avant l'usinage de la face aval. Enfin, l'usinage de la couche métallique dure destinée à constituer la plaque aval de la grille est réalisée à l'aide de fraises ou de scies diamantées lorsque les rainures que lton veut y creuser ont une largeur relativement importante (de l'ordre du mm) ou bien par le procédé connu d'électroérosion à fil, si ces mêmes rainures ont une largeur beaucoup plus faible (de l'ordre de 0,10 à 0,15 mm). De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de la description d'un exemple de mise en oeuvre du procédé de fabrication d'une grille de filage de matériaux céramiques en forme de nids d'abeilles. Les dispositions de réalisation qui seront données à propos de cet exemple doivent eLre consi érées corne étant fournies à titre surtout illustratif et non limitatif, étant bien entendu que toutes dispositions équivalentes peuvent aussi bien être utilisées sans sortir du cadre de la présente invention. Suivant l'invention, pour fabriquer une telle grille de filage de matériaux céramiques, on commence par réaliser séparément la face amont de la grille. A cet effet, une plaque métallique très dure, constituée par exemple en carbure de tungstène ou en acier dur, d'une épaisseur de quelques centimètres, est percée de part en part d'un certain nombre de trous cylindriques circulaires prévus pour l'alimentation en pâte de céramique de ladite grille. Cette fabrication n'offre aucune difficulté particulière et peut être réalisée, selon la dureté du métal constituant la plaque, par l'une des techniques d'usinage connues, telle que par exemple le perçage au foret (métallique ou en carbure de tungstène) ou l'électroérosion à l'aide d'un outil quelconque tel que pointe, lame ou fil. I1 est toutefois préférable d'effectuer ces perçages à partir de-la face qui recevra ultérieurement le dépôt, car il est important que les distances entre les trous soient rigoureusement respectées, de façon que les rainures qui seront ensuite pratiquées dans ce dépôt soient positionnées de façon stricte vis-à-vis des trous et c'est un avantage de l'invention de pouvoir faire coïncider exactement trous et rainures. Sur la plaque amont, ainsi percée selon un réseau régulier d'orifices cylindriques, on dépose, selon l'invention, une couche de métal très dur par tout procédé connu. Dans un premier mode de mise en oeuvre, le métal très dur déposé est une couche épaisse d'un alliage autofusible du type nickel (ou cobalt)chrome-bore-silicium connu de l'Homme de l'Art sous son nom commercial de "stellite" que l'on fond ensuite au chalumeau et que l'on étend sous forme d'une nappe aussi homogène que possible sur toute la surface de la plaque amont. Pour éviter le bouchage des trous de ladite plaque par le métal dur fondu au chalumeau, on obture provisoirement, avant l'opération de dépôt de cette couche, les différents trous de la plaque amont à l'aide par exemple de petits barreaux de graphite ou carbone. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de la présente invention, la couche métallique très dure déposée sur la plaque amont est un mélange de grains de carbure de tungstène et d'alliage autofusible du type "stellite" décrit précédemment. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de boucher les trous de la plaque amont par des batonnets de graphite préalablement à l'opération de dépôt de cette couche métallique très dure, car les particules de carbure de tungstène remplissent spontanément ce rôle en évitant le passage du métal dans les trous de la plaque lors de la fusion de celui-ci. Selon les cas, le mélange peut être plus ou moins riche en carbure de tungstène et l'on peut aller jusqu'à réaliser des mélanges dans lesquels les grains de carbure sont nettement majoritaires en volume et sont simplement enrobés d'une mince pellicule ou matrice d'alliage autofusible. De toute façon, la couche de métal ou d'alliage dure ainsi déposée est ensuite rectifiée de façon que sa surface soit plane et aussi parallèle que possible à la surface d'entrée de la plaque amont Selon l'invention, la deuxième partie du procédé de fabrication de la grille de filage consiste à pratiquer les rainures souhaitées pour transformer la couche de métal dure préalablement déposée et la transformer en plaque aval de la grille. Selon l'invention, plusieurs procédés, d'ailleurs connus, peuvent être employés pour pratiquer les rainures de la plaque aval. Dans le cas où la largeur de ces rainures est relativement importante, par exemple de l'ordre du millimètre, on peut réaliser ces rainures à l'aide de scies ou de fraises diamantées. Si en revanche, les rainures doivent avoir une largeur plus faible, par exemple de l'ordre de 0,10 à 0,20 mm, il est plus facile de les réaliser par le procédé d'électroérosion à fil en découpant littéralement des tranchées dans la couche de métal dur déposée jusqu'au fond de celle-ci. Cette façon de procéder ne pose pas de problème et permet de réaliser des épaisseurs très faibles de l'ordre de 0,1 mm sur de grandes profondeurs, de l'ordre de 5 mm par exemple. Il est simplement nécessaire de s'assurer que lesdites rainures sont bien creusées jusqu'au niveau de la plaque amont et que leurs différentes intersections débouchent dans l'axe des trous d'alimentation pratiqués antérieurement dans ladite plaque amont. De toute façon, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais elle en embrasse au contraire toutes les variantes que l'on peut concevoir, notamment concernant les matériaux constitutifs de la grille et les méthodes d'usinage de cette dernière. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une grille de filage de matériaux céramiques en forme de nids d'abeilles, du genre de celles qui comportent, de façon connue, une face amont traversée d'orifices larges pour llentrée sous pression dudit matériau céramique sous forme pâteuse et répartis selon un réseau géométrique régulier sur toute la surface de ladite face amont, et une ace aval traversée de rainures étroites dans lesquelles vient se répandre le matériau céramique pâteux destiné à former les parois minces de la structure en nids d'abeilles, lesdits orifices larges de la face amont étant centrés au droit des intersections desdites rainures, caractérisé en ce que l'on réalise d'abord la face amont par tout procédé d'usinage connu, puis on dépose, sur cette face amont ainsi usinée, une couche métallique très dure dans laquelle on usine à leur tour, à partir de la face aval de la grille, les rainures étroites de ladite face aval. 2. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face amont est réalisée à partir d'une plaque en acier dur ou en carbure de tungstène dans laquelle on perce de part en part les trous pour l'alimentation en pâte céramique par perçage au foret ou électroérosion. 3. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après avoir obturé provisoirement les trous de la plaque amont, on dépose sur celle-ci une couche épaisse d'alliage autofusible que l'on fond au chalumeau et que l'on étale ensuite en nappe sur toute la surface de ladite plaque amont. 4. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'obturation provisoire des trous de la plaque amont est effectuée à l'aide de petits barreaux de graphite ou carbone. 5. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage autofusible utilisé est un alliage du type nickel (ou cobalt) -chrome-bore-silicium connu de l'Homme de l'Art sous l'appellation commerciale de "stellite". 6. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'on dépose directement, sur la plaque amont préalablement usinée, un mélange de grains de carbure de tungstène et d'alliage autofusible. 7. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que la couche métallique de grande dureté déposée sur la plaque amont est ensuite rectifiée pour amener sa surface à être plane et parallèle à la face amont, avant l'usinage de la face aval. 8. Procédé de fabrication d'une grille de filage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 précédentes, caractérisé en ce que l'on pratique dans la plaque aval préparée, une série de rainures à l'aide de fraises ou de scies diamantées si les rainures ont une largeur relativement importante, ou par le procédé d'électroérosion à fil si les rainures ont une largeur relativement faible.