Brevet FR2574816A1 — publié le 19860620

L invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces par usinage chimique du type suivant lequel on rapporte-, sur un noyau ayant la forme à réaliser, le matériau constitutif de la pièce définitive et on élimine le noyau par attaque chimique sélective de ce dernier à laide d un agent laissant la pièce intacte. Les procédés de ce type connus à l'heure actuelle sont mis en oeuvre en phase liquide. Ils sont généralement lents. Ils ne permettent pas de réaliser des trous ou canaux de faible diamètre du fait de la capillarité qui s'oppose à la pénétration du liquide. du non renouvellement du réactif, et/ou de 1 effet- protec- teur des produits de la réaction. L invention vise à fournir un procédé du type ci-dessus défini qui permet de réaliser, de façon simple et rapide, des pièces présentant des cavités internes de forme quelconque et notamment susceptibles d être longues et étroites. Dans ce but, 1 invention propose un procédé caractérisé en ce qu'on utilise comme réactif un agent fluorant gazeux qui donne, avec le matériau constitutif du noyau, des composés également gazeux et donc facilement élimines. L'agent fluorant est avantageusement le trifluorure de chlore. qui présente une trés grande réactivité et permet en conséquence d'effectuer des usinages chimiques impossibles ou extrêmement difficiles à réaliser par d autres techniques. On peut dans ce cas utiliser, comme matériau constitutif du noyau, de nombreux métaux tels que le tungstène et le molybdène qui donnent naissance à des fluorures volatils WF6 et MoF Ces composés sont en phase gazeuse dans de très larges plages de température et de pression. On peut également utiliser des métalloides tels que le c-rbone, qui est transformé en CF,. et la silice, qui est réduite à 1 état de S1F4. Là encore, les produits de réaction sont gazeux dans toute la plage de temperature et de pression qu'on utilisera en règle générale. Le matériau constitutif de la pièce définitive sera choisi parmi ceux qui ne sont pas attaqués par le fluor. Il s'agira en général d'un métal ou d un alliage parmi lesquels on peut notamment citer l'or, le nickel, de nombreux aciers inoxydables, et 1 alliage connu sous le nom de "MONEL" , tous ces produits restent pratiquement inattaqués dans les conditions de température et de pression où C1F3 donne, avec les matériaux de noyau énu métrés plus haut, des fluorures gazeux ou volatils. Le matériau constitutif de la pièce définitive sera mis en place sur le noyau par un des nombreux procédis connus en métallurgie. tels que fonderie, matri çage. extrusion, cofilage, ou roulage. Dans tous les cas. on obtiendra, sur la pièce définitive. un état de surface de la cavité interne comparable à celui du noyau utilisé. Une application particulièrement importante, bien que non exclusive, du procédé selon l'invention, est constituée par la fabrication de pièces microusinées qui ne peuvent entre réalisées par voie purement mécanique et pour lesquelles les usinages chimiques ou électrochimiques traditionnels sont longs et peu efficaces. La rapidité de mise en oeuvre est assurée du fait de la formation de composés volatils ou gazeux qui s'échappent rapidement de la zone en cours d'usinage par diffusion, ce qui se traduit par la venue de réactif neuf au contact de la zone du noyau à éliminer. Le procédé selon l'invention permet en particulier de réaliser des pièces percées de trous ou canaux de très faible diamètre (à partir de quelques dizaines de microns) et de grande profondeur (jusqu'à une dizaine de centimètres).Dans la pratique, le rapport entre la longueur et le diamètre de trous circulaires peut aller jusqu'à 10 000 environ. Au surplus, l'invention se prete parfaitement à la réalisation de canaux non rectilignes, c'est-å-dire de canaux qui ne pourraient être usinés par voie électrochimique ou par étincelage. Parmi les domaines techniques où des pièces ainsi réalisées, présentant des canaux de très petit diamètre, trouvent des applications nombreuses, on peut citer ceux mettant en jeu la cinétique des gaz, l'instrumentation, l'électronique et l'optique. On décrira maintenant, à titre d'exemple, la mise en oeuvre du procédé pour la réalisation de tron çons de fils présentant un canal central de faible diamètre. La description se réfère à la Figure unique qui l'accompagne et qui est un schéma de principe d'un appareil permettant d'effectuer l'attaque chimique sélective. La première étape du procédé consiste à revêtir un fil. généralement de tungstène, ayant le diamètre approprié, par le matériau constitutif de la pièce terminale. Ce matériau constitutif peut être notamment l'acier inoxydable, le nickel ou l'or. Le revêtement peut être effectué par cofilage à travers une filière. On obtient un fil dont le diamètre peut varier dans de larges limites, comportant une âme de tungstène. Celle-ci aura par exemple un diamètre de 100 pm. Le fil à âme de tungstène est ensuite découpé en tronçons de même longueur. pouvant aller de quelques centimètres à une dizaine de centimètres. Les tronçons peuvent être assemblés pour constituer par exemple un faisceau. Cet assemblage peut être réalisé par les techniques classiques de soudage ou de collage. Au cours de la seconde étape de mise en oeuvre du procédé, les tronçons séparés ou assemblés sont soumis à l'action du trifluorure de chlore. L'attaque sélective au C1F3 peut êtr effectuée dans une enceinte étanche présentant une parni en-un matériau résistant à l'action dU C1F3, par exemple en acier inoxydable. L'ensemble 10 schématisé sur la Figure comporte des moyens de chauffage, par exemple électriques, permettant d'effectuer un étuvage et un support permettant de retenir la pièce à usiner 14 tout en laissant les extremités des fils 16 exposées. L'enceinte 10 est reliée à une pompe d'extraction 18 permettant de purger l'enceinte. Cette pompe peut être munie d'un piège évitant de rejeter les produits fluorés de réaction à l'atmosphère.L'enceinte peut constituer cellule d'analyse de gaz par infrarouge et être munie dans ce but de hublots 26 en matériau résistant au fluor et transparents à l'infrarouge. L'attaque s'effectue alors de la façon suivante. L'enceinte 10 est d'abord pompée et étuvée pour dégazer la paroi de l'enceinte et la pièce 14. Il suffit de créer un vide de l'ordre de 10 3 torrs, soit 0.75,10-5 Pascals, à l'aide de la pompe d'extraction 18. L'enceinte est alors isolée puis on admet du.trifluorure de chlore à l'aide de la vanne 24. On peut suivre la formation de WF6 par analyse infrarouge. Pour des pièces importantes, il peut être nécessaire de vider plusieurs fois de suite l'enceinte à l'aide de la pompe 18 en renouvelant chaque fois l'alimentation en ClF3. La fin de l'usinage est indiquée par l'absence de formation de WF6. On extrait alors les produits fluorés de l'enceinte 10 à l'aide de la pompe 16. Puis on rince plusieurs fois l'ensemble de l'enceinte avec de l'azote sec provenant de la bouteille 22 avant de sortir la pièce 14. Dans la pièce traitée, on trouve, à l'emplace- ment de chaque fil de tungstène, un canal fin de diamètre égal à celui du fil. Par mise en oeuvre du procédé, on peut réaliser de nombreux types de pièces. A titre d'exemple, on peut constituer une galette de micro-canaux à très haute densité par unité de surface, transformable en multiplicateur d'électrons. On peut également constituer des masques destinés à des tubes de télévision. On peut également former des matrices utilisables pour des générateurs de jets moléculaires. Les micro-capillaires cons titués par des tronçons isolés peuvent être utilisés dans la fabrication de connecteurs pour fibres optiques. L'invention est également applicable à la réalisation de pièces présentant des canaux ayant une section qui varie d'une extrémité à l'autre, Elle est également applicable à la formation de canaux non plus rectilignes, mais courbes ou même tortueux. Il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes, ainsi plus généralement qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces en forme i14) par usinage chimique, suivant lequel on rapporte le matériau constitutif de la pièce définitive sur un noyau ayant la forme à réaliser, puis on élimine le noyau (16) par attaque chimique sélective laissant intact ledit matériau, caractérisé en co qu'on utilise comme réactif un agent fluorant gazeux qui donne, avec le matériau constitutif du noyau, des composés également gazeux et donc facilement éliminés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent fluorant est le trifluorure de chlore ClF3. 3. Procédé selon la revendication t ou 2, caractérisé en ce que le matériau constitutif de la pièce definitive est reporté sur le noyau par fonderie, matri çage, extrusion, filage ou roulage. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, ca ractérisé en ce que le matériau constitutif du noyau est le tungstène, le molybdène. la silice ou le carbone. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, de fabrication de pièces présentant au moins un micro-canal, caractérisé en ce qu'on rapporte le matériau constitutif de la piece sur un fil de diamètre égal à celui du micro-canal à réaliser. 6. Procédé selon la revendication 5, destiné à realiser une pièce comprenant des micro-cana-ux paral lèles, caractérisé en ce que l'on cofile un fil de tung sterne et une couche de matériau constitutif de la pièce définitive, on découpe le fil composite ainsi réalisé en tronçons d'égale longueur, on assemble les tronçons pour constituer un faisceau, et on soumet le faisceau à l'ac- tion de l'agent fluorant. 7. Procédé ,selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue l'attaque sélective dans une enceinte (10), dans laquelle on fait d'abord un vide partiel et on étuve l'enceinte pour la dégazer, puis on introduit l'agent fluorant et, après attaque, on évacue les produits de réaction fluorés et on rince avec un gaz inerte tel que 1' azote.