Brevet FR2532571A1 — publié le 19840309

Procédé de dissolution de matériaux céramiques. La présente invention est relative à un procédé de dis- solution de matériaux céramiques permettant de les extraire de pièces pouvant être attaquées par des solutions de bases caustiques L'invention est relative notamment, mais non exclusivement, à un procédé de dissolution de noyaux céra- miques permettant de les extraire de pièces moulées en al- liages legers ou en métaux légers ou de moules constitués par d'autres matières céramiques L'invention englobe éga- lement un procédé de moulage faisant intervenir le procédé ci-dessus Le terme d'alliage léger est utilisé dans les tech- niques de fonderie comme terme générique définissant une classe d'alliages de moulage autres que les super-alliages à base de nickel et de cobalt et désigne des alliages comme les alliages d'aluminium, les alliages de magnésium, les al- liages de titane et les alliages de fer, y compris les -' 1 ? aciers inoxydables Le terme d'alliage léger a été intro- duit dans la présente description pour englober les métaux qui sont à la base de ces alliages, par exemple l'aluminium, le magnésium, le titane et le fer. Pour le moulage de pièces creuses de moteurs à turbine à gaz, constituées par des alliages à base de nickel et de cobalt, on utilise des noyaux en silice pour réaliser Es cavités à l'intérieur des pièces O Les noyaux sont éliminés par dissolution au moyen de solutions de bases caustiques, par exemple d'hydroxyde de sodium ou d'hydroxyde de potas- sium ou d'un mélange de ces substances La vitesse de disso- lution du noyau augmente avec la concentration de la base caustique dans la solution et à la limite on a pu constater que l'on peut utiliser des bases caustiques anhydres fondues pour obtenir ure elimination rapide des noyaux de silice hors des pièces. L'expérience acquise en fonderie a également montré que les noyaux céramiques, par exemple les noyaux de silice, ne sont pas utilisés pour des pièces moulées en métal léger ou en alliage léger lorsque le seul procédé permettant de les éliminer est celui de la dissolution, car les pièces mou- lées sont attaquées elles aussi par les solutions de bases caustiques normalement utilisées pour l'élimination des noyaux. On a envisagé, comme variante, l'utilisation d'autres bains acides pour la dissolution de noyaux céramiques de certains moulages en métaux légers ou en alliages légers, mais cette utilisation ne s'est pas généralisée en raison des risques d'accidents qu'ele implique et du prix élevé des matériaux utilisés pour réaliser ces noyaux solubles acides, par exem- ple de l'oxyde de titane (titania). On se heurte donc actuellement à de sérieuses difficul- tés pour la production de pièces creuses de petites dimen- sions et de géométrie assez compliquée, constituées par des métaux légers ou-des alliages légers, en raison de l'absence d'un procédé approprié permettant d'en éliminer les noyaux céramiques. Le but de l'invention est de supprimer ces inconvé- nients, en proposant un procédé permettant d'extraire les noyaux céramiques des moulages en alliages légers et en mé- taux légers. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que, dans ce procédé de dissolution d'un matériau céramique pour son extraction hors d'une pièce constituée par un matériau pouvant être attaqué par les solutions de bases caustiques, le matériau céramique comporte une substance contenant un groupe donneur d'hydrogène et est mis en contact avec une base caustique anhydre. Le terme de "groupe donneur d'hydrogène" désigne un groupe chimique qui se dissocie en libérant de l'hydrogène naissant, par exemple un groupe hydroxyle, un hydrure ou de l'eau liée chimiquement. La substance qui contient le groupe donneur d'hydrogène doit retenir ce groupe aux températures de fabrication et d'utilisation du matériau céramique. La présente invention a également pour objet un procé- dé de moulage de pièces creuses en métal léger ou en alliage léger qui comporte les opérations suivantes: fabrication du moule, introduction dans le moule d'un noyau céramique constitué par un matériau qui contient un groupe donneur d'hydrogène, coulée dans le moule du matériau devant constituer la pièce et solidification, extraction de la pièce hors du moule et mise en con- tact du noyau céramique avec une base caustique anhydre fondue pour faire sortir le noyau hors de la pièce. Les essais effectués ont montré que-les bases caustiques anhydres n'attaquent pas les métaux légers et les alliages lé- gers en question, alors que les solutions de bases caustiques les attaquent. Ces essais ont également montré que les bases caustique anhydres n'attaquent pas les matières céramiques pures, c'est- à-dire celles qui ont été soumises à l'action du feu à des températures suffisamment élevées pour que la totalité de l'eau ait été expulséep ex l'alumine chauffée à haute température. On suppose cependant que l'hydrogène libéré par le groupe donneur d'hydrogène contenu dans la matière céramique agit comme catalyseur ou réagit d'une manière quelconque avec l'alumine et la base pour donner un composé soluble dans la base De ce fait, la matière céramique qui contient le groupe donneur d'hydrogène peut être attaquée d'une manière sélective par la base anhydre en présence du métal léger ou de l'alliage léger qui ne contient pas de groupe donneur d'hydrogène. On a constaté que les noyaux de silice contiennent un groupe donneur d'hydrogène sous forme de traces d'eau en -. quantité qui dépend du procédé de fabrication de la silice La silice obtenue par fusion électrique, qui constitue le type de silice le plus résistant, est celle qui contient le moins d'eau, la silice obtenue par fusion à la flamme de gaz con- tient davantage d'eau et est plus facile à éliminer, et le type de silice appelé silice "satin", qui est obtenue par fu- sion dans l'air et étirée, contient davantage d'eau encore et se dissout facilement dans un bain de base caustique anhydre O Les bases caustiques anhydres normalement utilisées pour l'application de l'invention sont l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de lithium ou un mélange de ces sub)stances On peut cependant utiliser également d'autres hydroxydes d'éléments appartenant au mame groupe de la classification p 6 riodique des é 6 léments. L'invention est d 6 crite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen de quelques exemples. Exemple I Une 6 prouvette en alliage d'aluminium a été moulée au- tour d'un noyau de silice pr 6 formé de 3 mm de diamètre et de 7,5 cm de long Lorsqu'on a plongé cette éprouvette dans un mélange à 50/50 en poids d'hydroxydes de sodium et de potas- sium anhydres dans un creuset de nickel pur à 4000 C, le no- yau de silice s'est 6 liminé en quatre heures, sans que le mou- lage d'aluminium ait été altéré. La composition pondérale de l'alliage d'aluminium était la suivante: 0,8 à 2 % de cuivre, 0,8 à 1,75 % de nickel, 0,05 à 0,2 %o de magnésium, 0,8 à 1,1 % de fer, 0,05 à 0,25 % de ti- tane, 1,5 à 2,8 % de silicium Le noyau de silice était soli- de et avait été obtenu par fusion 6 lectfique. Exemple II Une deuxième éprouvette en alliage d'aluminium de mefe composition a ét 6 moulée autour d'un noyau de silice ayant la forme d'un tube creux constitué par de la silice satin. Lorsqu'on a plongé cette éprouvette dans un mélange à 50/50 en poids d'hydroxydes de sodium et de potassium anhydres dans un creuset de nickel pur à 400 C, le noyau de silice a été éliminé en vingt minutes sans aucune altération de l'alliage d'aluminium. Exemple III Plusieurs éprouvettes ont été préparées à partir d Vune poudre d'aluminium qui avait été chauffée à une température supérieure à 1600 C La poudre a été mélangée à environ 2 à 3 % en poids de poudre de silice, et l'on en a fait des barres de 2 mm x 10 mm x l O Omm par un procédé classique consistant a ajouter au mélange un liant résineux et à l'injecter dans une matrice Ces barres ont été ensuite chauffées à 1500 C pour réaliser un produit réfractaire de grande résistance mécanique. Les barres ont été plongées dans un mélange liquide constitué par 40 % d'hydroxyde de sodium anhydre fondu et % d'hydroxyde de potassium anhydre fondu A 200 C environ, et en l'espace de 15 minutes, 10 mm de barre étaient dis- sous, Des barres de même longueur constituées par de l'alu- mine soumise A l'action de la chaleur A haute température ont été plongées dans le même mélange de bases caustiques anhydres fondues et aucune dissolution décelable ne s'était produite au bout de quatre heures. La proportion optimale de silice a ajouter A l'alumine peut varier de 1/2 % à 10 % 5 ' en poids, mais il est préférable de rester au voisinage de la limite inférieure, par exemple entre 2 et 3 % puisque la présence d'une trop grande quantité de silice en présence d'aluminium peut provoquer la for- mation de silicates d'aluminium insolubles qui ne peuvent que retarder la dissolution Un autre avantage de 1 l utili- sation d'une faible addition de silice réside dans le fait qu'elle a pour effet d'augmenter la résistance mécanique d'un noyau d'alumine préformé chauffé A basse température. Il est évident que le taux de mélange des bases peut être modifié depuis l'hydroxyde de sodium pur jusqu'àA l'hydroxyde de potassium pur, -de manière A obtenir les: meilleurs résultats, et que la température du bain peut également être modifiée de manière A obtenir le résultat optimal dans chaque cas. Un autre avantage dp l'addition de silice réside dans le fait qu'elle augmente la résistance mécanique d'un noyau d'alumine préformé. L'invention ne s'applique pas uniquement à la fabrica- tion de pièces métalliques moulées C'est ainsi, par exem- ple, que pour les circuits imprimés on a souvent besoin de soumettre A une attaque chimique un modèle de circuit sur base de silice masquée par de l'aluminium La présente in- vention permet alors une attaque chimique rapide de la sili- ce en présence d'aluminium. Dans une autre application de l'invention, dans un procédé de fabrication d'un moule en matériau céramique à parois mrinces comportant un noyau massif, le noyau est entouré par un matériau auxiliaire et par l'enveloppe du moule en matériau céramique qui le délimite Ce procédé est décrit dans la demande de brevet N 8219293, le maté- riau auxiliaire Utilisé 6 étant un métal a bas point de fu- sion ou une matière organique Le matériau auxiliaire fond évidemment llors du chauffage des matériaux céramiques, de sorte que le noyau n'a plus de support Avec la présente invention, le noyau et le moule peuvent être en matériau céramique ne contenant pas de groupe donneur d'hydrogène, par exemple en alumine pure, et le matériau auxiliaire peut être un matériau céramique contenant un groupe donneur d'hy- drogène, par exemple de la silice, de sorte que le moule et le noyau peuvent être chauffés avec la silice qui assure le support du noyau et qu'ensuite la silice peut être dissoute d'une manière sélective au moyen d'un mélange de bases caustiques anhydres fondues. REVENDICATIONS 1. Procédé de dissolution d'un matériau céramique permettant de l'extraire d'une pièce constituée par un ma- tériau pouvant être attaqué par des solutions de bases caus- tiques, caractérisé en ce qu'il comporte l'incorporation au matériau céramique d'une substance contenant un groupe don- neur d'hydrogène et la mise en contact du matériau céramique avec ur ebase caustique anhydre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau pouvant être attaqué par des solutions de bases caustiques est un moulage en métal léger ou en alliage léger. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau pouvant être attaqué par des solutions de bases caustiques est un matériau céramique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que le matériau céramique qui est dissout est de la silice. , Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau céramique qui est dissout est de l'alumine contenant des traces de silice qui fournit le groupe donneur d'hydrogène - 6, Procédé de moulage de pièces creuses en métal lé- ger ou en alliage léger, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations successives suivantes fabrication d'un moule, introduction dans le moule d'un noyau céramique cons- titué par un matériau qui contient un groupe donneur d'hy- drogène, coulée dans le moule du matériau devant constituer la pièce et solidification de ce matériau, extraction de la pièce hors du moule et mise en contact du noyau céramique avec une base caustique anhydre fonduepour faire sortir le noyau hors de la pièce -