Brevet FR2534902A1 — publié le 19840427

La présente invention est relative à un assem- blage comportant du métal et un matériau céramique, et plus particulièrement à un assemblage qui comprend une pièce en métal et une pièce en céramique qui lui est assemblée. On connait divers assemblages de métal et de matériau céramique La figure 6 montre, à titre d'exemple, un-revêtement de piston pour un moteur à combustion interne Il comprend une chemise cylindrique ( 11) en métal et une pièce cylindrique ( 12) en matériau céra- mique, assemblée par un emboîtement à contraction ou d'autre manière eà la surface intérieure ( 13) de la chemise métallique La pièce céramique est essentiellement constituée par A 1203, Zr O 2, Si 3 N 4 ou Si C Mais la chemise métallique et la pièce en matériau céramique ont des coefficients de dilatation thermique largement différents Si elles sont exposées pendant longtemps 1, à une température élevée, l'emboîtement contracté risque de se desserrer, ce qui entraine l'écartement de la pièce céramique par rapport à la base métallique. Les assemblages emboîtés avec contraction nécessitent un degré de précision dimensionnelle élevé et un traitement compliqué des parties individuelles qui imposent évidemment une limitation à la fabrication. Un objet de la présente invention consiste à permettre de réaliser dans un assemblage une jonction fiable entre le métal et le matériau céramique. Conformément à la présente invention on propose un assemblage comprenant du métal et un matériau céramique, dans lequel une pièce métallique et une pièce céramique sont étroitement adaptées l'une à l'autre, par exemple l'une dans l'autre, et comportant, sur la surface de la pièce céramique, au moins à l'interface entre les deux pièces, une couche imprégnée d'oxyde de chrome ou un mélange de silice, d'oxyde de chrome et d' alumine fondue et coulée. Lorsque la pièce céramique est par exemple un cylindre adapté avec rétrécissement a l'intérieur d'un manchon ou d'une chemise métalliques les surfaces interieure et exterieure de la pièce céramique peuvent comporter toutes deux des couches superficielles impregnées. On propose également un procédé pour fabriquer un assemblage, comprenant une pièce métallique et une pièce céramique étroitement adaptées ensemble, avec leurs surfaces en contact sifr une interface et comportant l'étape de l'introduction d'une matière d'imprégnation pour former sur la surface de la pièce céramique, au moins a l'interface, une couche imprégnée contenant de l'oxyde de chrome ou un mélange de silice, d'oxyde de chrome et d'alumine fondue et coulëeo De preférence, l'une au moins des surfaces de métal et de matière céramique est pourvue à l'endroit de l'interface d'une multiplicité de rainures qui permettent l'introduction et la pénétration d'une matière d'imprégnation pour former la couche céramique imprégnee entre la base métallique et la pièce céramique. Les couches imprégnées de Cr 203 ou une combinaison de Si O 2, Cr 203 et A 1203, forment en chauffant une structure très fine par liaison chimique. Les rainures et les couches céramiques imprégnées permettent de réaliser une liaison solide qui ne risquera sans doute jamais de se relâcher lorsque l'ensemble est exposé a une température élevée L'intérieur de la pièce ceramique, disposée entre les couches imprégnees, reste poreux et maintient une qualité satis- faisante d'isolement thermique. D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de ce qui suit. On décrira maintenant, à titre d'exemples, des modes de realisation de l'invention avec référence au dessin ci-annexe, dans lequel: la figure 1 est une vue en plan d'un revêtement de piston incorporant la présente invention; la figure 2 est une vue en-coupe transversale, prise le long de II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue agrandie ce la partie A ae la figure 1 la figure 4 est une vue semblable a celle-de la figure 3, mais montrant un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue agrandie d'une partie _b de la figure 2; et la figure 6 est une vue fragmentaire en plan d'un assemblage classique. Le revêtement de piston représenté sur les figures 1 à 3 comprend une base métallique cylindrique 1 et une pièce cylindrique 2 en matière céramique, composée par exemple de A 203 ' Zr O 2, Si 3 N 4, ou Si C, qui s'adapte. dans la base métallique 1 La surface intérieure 1 ' de la base métallique 1 en contact avec la surface exté- rieure 2 ' de la pièce céramique 2 présente une multipli- cité de rainures 3, 3 ', 3 " s'étendant longitudinale- ment, qui couvrent pratiquement toute la longueur dé la base métallique 1 Les surfaces opposées 2 ' et 2 " de la pièce céramique 2 sont chacune formées avec une couche céramique imprégnée comme on voit en 4 et 5 sur les figures 3 et 5 Les couches 4 et 5 sont composées de Cr 203 ou d'un mélange de Si O 2, Cr 203 et-A 1203, et Wésentent une structure très fine. Les couches 4 et 5 sont formées par l'immersion de l'assemblage de métal et de matière céramique dans une solution soigneusement-mélangée qui-est obtenue en versant de la poudre d'oxyde de chrome (Cr 203) ou un mélange pulvérulent de silice (Si O 2), d'oxyde de chrome (Cr 203) et d'alumina fondue et coulée ( 4-A 1203) dans une solution aqueuse concentrée d'un composé de chrome soluble (par exemple H 2 Cr O 4); Les rainures 3,3 ', - 3 " permettent la pénétration de la solution pour former la couche imprégnée 4 entre la base métallique 1 et la pièce céramique 2 L'assemblage est ensuite chauffé à une température de 400 C par exemple, ce qui fait que les particules dont les surfaces opposées de la pièce ceramique ont été imprégnées sont attachées chimiquement les unes aux autres et également avec l'oxyde de chrome existant dans la surface intérieure 1 ' de la base metallique I pour former une structure très fine dans les couches 4 et 5. La figure 4 montre une vaiante dans laquelle des rainures 3, 3 ', 3 " sont ménagees dans la surface extérieure 2 ' de la pièce céramique 2 Il est également possible de prévoir ces rainures à la fois dans la surface intérieure de la base métallique I et dans la surface extérieure de la pièce céramique 2, bien que cette disposition ne soit pas représentée sur les dessins. Les rainures peuvent être droites, spiralées ou obliques ou de toute autre forme, y compris celle d'un réseau. î' REVENDICATIONS 1 Assemblage comprenant du métal et un matériau céramique dans lequel une pièce métallique ( 1) et une pièce céramique ( 2) sont étroitement adaptées ensemble, caractérisé en ce que ledit assemblage comporte sur la surface de la pièce céramique ( 2), au moins à l'interface entre les deux pièces, une couche imprégnée ( 4,5) d'oxyde de chrome ou un mélange de silice, d'oxyde de chrome et d'alumine électrofondue. 2 Assemblage selon la revendication 1, caracterise en ce qu'à l'interface l'une au moins des pièces est conformée avec des -rainures ( 3,3 ',3 "). 3 Assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce métallique possède une surface intérieure et une surface extérieure et en ce que la pièce céramique est étroitement adaptée dans la pièce métallique et présente une surface intérieure et une surface extérieure en contact avec la surface intérieure de la pièce métallique à l'interface. 4 Assemblage selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacune des surfaces intérieure et extérieure de la pièce céramique est imprégnée d'oxyde de chrome, ou d'un mélange de silice, d'oxyde de chrome et d'alumine fondue et coulée. 5 Assemblage comprenant une pièce métallique pre- sentant une surface intérieure et une surface extérieure et une pièce céramique s'adaptant étroitement dans la pièce métallique et ayant une surface intérieure et une surface extérieure en contact avec la surface intérieure de la pièce métallique, l'une au moins des surfaces, à savoir la surface intérieure de la pièce métallique et la surface extérieure de la pièce céramique, présentant une multiplicité de rainures qui s'étendent pratiquement sur toute la longueur de l'assemblage, chacune des sur- faces intérieure et extérieure de la pièce céramique comportant une couche imprégnée ayant une structure très fine composée d'un matériau choisi dans le groupe constitué par l'oxyde de chrome et un mélange de silice, d'oxyde de chrome et d'alumine fondue et coulée. 6 Assemblage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 caractérisé en ce que la pièce céramique est composée d'un matériau choisi dans le groupe constitué par A 1203, Zr O 2, Si 3 N 4 et Si C. 7 Assemblage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce métallique et la pièce céramique sont cylindriques. 8 Assemblage selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce métallique et la pièce céramique forment un revêtement pour un piston d'un moteur à combustion interne. 9 Procédé pour fabriquer un assemblage comprenant une pièce métallique et une pièce céramique étroitement adaptées ensemble, avec leurs surfaces en contact à une interface et comprenant le stade de l'introduction d'une matière d'imprégnation pour former sur la surface de la pièce céramiques au moins à l'interface, une couche impré- gnée contenant de l'oxyde de chrome ou un mélange de silice oxyde de chrome et alumine fondue et coulée. Prooúdé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pièce métallique et/ou la pièce céramique est formée à l'interface entre les pièces avec des rainures au travers desquelles la matière d'imprégnation est introduite. 11, procédé selon la revendication 9 ou 10, carac- térisé en ce que la pièce métallique comporte une surface intérieure et une surface extérieure et en ce que la pièce céramique est étroitement adaptée dans la pièce métallique et présente une surface extérieur en contact avec la surface intérieure de la pièce métallique à l'interface. 12 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 11, caractérisé en ce que la pièce métal- lique et la pièce céramique sont toutes deux de forme cylindrique. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la pièce céramique est faite d'un matériau choisi parmi A 1203, Zr O 2, Si 3 N 4 et Si C. 14 Procède selon l'une quelconque des revendi- cations 9 à 13, caractérisé en ce qu'après avoir adapté étroitement ensemble les pièces, l'assemblage est immergé dans une solution d'imprégnation comprenant une solution aqueuse d'un composé de chrome soluble auquel il a été ajouté de la poudre d'oxyde de chrome ou un mélange pulvérulent de silice, d'oxyde de chrome et d'alumine fondue et coulée.