Brevet FR2629193A1 — publié le 19890929

"Insert en forme d'entonnoir ou de coquille pour des charges creuses, procédé et moule de fabrication La présente invention concerne un insert en forme d'entonnoir ou de coquille pour des charges creuses, procédé et moule de fabrication. Les charges creuses utilisées contre les plaques de blindage sont connues depuis longtemps. L'es- sentiel pour l'effet de la charge creuse est d'avoir en avant de la charge un insert en forme d'entonnoir ou de coupelle habituellement en cuivre. Lorsque la charge creuse arrive sur une plaque de blindage, cet insert forme un dard de chaleur qui traverse le blindage par fusion. Pour obtenir la concentration voulue de l'énergie de la charge creuse servant à former le dard, un élément essentiel est le comportement de l'insert en forme d'entonnoir ou de coupelle sous l'influence des efforts et des températures auxquels cet insert est sou- mis. Jusqu'à présent, on a essayé d'éviter des contraintes et les irrégularités par un choix soigneux du matériau et les procédés de fabrication habituels. La présente invention a pour but de permettre la fabrication d'inserts de charges creuses meilleurs que les inserts connus, permettant d'éviter avec une grande sécurité, les irrégularités et les incidents de fonction- nement. A cet effet, la présente invention concerne un insert du type cidessus, caractérisé en ce qu'il se compose d'un corps creux obtenu par la croissance cristal- line d'un monocrital de cuivre. Dans le cas d'un monocristal, irréprochable, il n'y a pas les irrégularités qui existent dans le cuivre électrolytique et qui proviennent de la frontière entre les grains et des impuretés résiduelles. C'est pourquoi, on peut, à la place du cuivre électrolytique utilisé par ailleurs, utiliser un matériau réalisé sous la forme d'un monocristal, et que l'on usine jusqu'à présent par enlè- vement de copeaux ou par étirage profond pour la mise en forme. Vis-à-vis d'une telle solution, la présente inven- tion se propose d'aller plus loin et de développer tout de suite un monocristal suivant la'forme d'entonnoir ou de coupelle de l'insert. Cela permet non seulement d'évi- ter, de façon absolue et très simple, les irrégularités de la texture mais également les irrégularités induites par un procédé d'usinage mécanique. Suivant un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la direction principale d'orientation (1, 1, 1) du monocristal correspond à l'axe longitudinal du corps creux. La direction de croissance (1, 1, 1) du monocristal assure un comportement du matériau, optimum, au glissement et à la déformation en direction de l'axe longitudinal. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'un insert tel que défini ci-dessus. Ce procédé se caractérise en ce que, partant d'un germe de cristal, on tire un monocristal de cuivre dans un moule correspopdant à la forme du corps creux en entonnoir ou en coupelle, puis on coupe le germe de cirstal. De façon préférentielle, on tire le monocristal à partir du milieu du côté extérieur du fond du corps creux enh entonnoir ou en coupelle. Fondamentalement, on peut utiliser pour cela le procédé de fusion par zone de BRIDGMAN connu pour former des monocristaux. La succession des étapes du procédé de fusion et de solification aboutissant au monocristal sont des éléments déterminants pour l'excellente qualité d'un mono- cristal. Pour réaliser un monocristal en forme de corps creux à paroi relativement mince par rapport aux dimensions du corps creux, comme cela est prévu pour les inserts de charges creuses, il s'est avéré, de façon surprenante, comme avantageux, de former le bain par induction à haute fréquence ou chauffage à résistance dans la zone du germe du cristal et partant de là, de refouler le bain dans la partie du moule définissant la paroi périphérique du corps creux en entonnoir ou en coupelle. Un moule particulièrement avantageux pour la mise en oeuvre du procédé cidessus est caractérisé en ce qu'il se compose d'une pièce de moule extérieur, définis- sant la surface extérieure du corps creux en entonnoir ou en coupelle, et d'un noyau définissant la surface inté- rieure du corps creux, et qui est guidé de façon mobile axialement par rapport à la pièce de moule extérieur, la pièce de moule extérieur et le noyau ayant une cavité ouverte en direction de la surface du moule pour recevoir le germe de cristal. Afin que pour la fabrication de corps creux différents, le coût des moules soit-aussi faible que pos- sible, il est prévu suivant un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention que:1eune des deux pièces de moule soit subdivisée en une première partie correspondant au moule pour le corps en forme d'entonnoir ou de coupelle et une seconde partie ayant une cavité pour recevoir le germe de cristal. Les pièces de moule peuvent par exemple être des creusets en graphite logés dans un tube en quartz. Pour arriver à une bonne précision du moule, le noyau est de préférence guidé radialement par rapport à la pièce extérieure du moule et peut s'enfoncer dans cette pièce extérieure jusqu'à une position d'extrémité définie par la venue en butée axiale réciproque. Suivant une autre caractéristique, le noyau est guidé radialement par rapport à la pièce de moule ex- térieur. Suivant une autre caractéristique, le noyau est disposé verticalement au-dessus de la pièce de moule extérieur et est chargé par un poids. Suivant une autre caractéristique, les pièces de moule sont des creusets en graphite qui sont maintenus dans un tube en quartz. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins. annexés, dans lesquels: - les figures 1 à 3 montrent différentes formes de corps creux réalisables selon l'invention, - la figure 4 est une coupe d'un dispositif pour réaliser un monocristal ayant une forme du type des- figures 2 et 3. Les coupes axiales représentées aux figures 1 à 3, dans différents corps creux, montrent que le procé- dé objet de la présente description permet de réaliser selon la demande, dans chaque cas, pratiquement d'importe quelle forme d'insert pour des charges creuses. Ces inserts peuvent, par exemple, avoir une forme en entonnoir comme à la figure 1, la forme d'un cylindre creux comme à la figure 2 avec une extrémité fermée -en forme de tronc de cône creux, ou encore selon la figure 3, la forme d'une coupelle cylin- drique avec un fond bombé vers l'extérieur. Dans tous les cas, les corps creux monocristallins portant la référence sont obtenus par le développement d'un germe de cristal 12 qui est ultérieurement séparé mécaniquement du corps creux 10. Comme le montrent les dessins, le germe de cris- tal 12 se trouve chaque fois au milieu du fond fermé du corps creux et sur sa face extérieure. Le choix de la di- rection principale d'orientation du réseau cristallin du germe de cristal 12 par rapport à la surface sur laquelle se développe le cristal, détermine globalement la direc- tion d'orientation du monocristal. Le moule représenté à la figure 4 pour la fabrication d'un monocristal en forme d'un entonnoir ou d'un corps creux en coupelle, se compose par exemple de trois pièces de creuset. La pièce portant la référence 14 présente une cavité 16 pour recevoir le germe de cristal 12. Une pièce de moule extérieur 18 et dont la surface de moulage donne la surface extérieure du corps creux 10 est fixée solidement et étroitement sur la pièce inférieure 14 du moule et le cas échéant fait corps avec cette pièce. La surface intérieure du corps creux 10 est déterminée par une pièce de moule ou noyau 20, intérieure, qui est mobile axialement par rapport à la pièce de moule extérieur 18 et dans la disposition représentée des pièces 14, 18, 20 les unes au-dessus des autres, cette pièce est chargée par un poids 22. Pour guider et pour positionner le noyau 20 par rapport à la pièce de moule extérieur 18, les deux ont des surfaces de glissement périphériques 24, adaptées, ainsi que des surfaces de butée 26 coopèrant axialement. Les surfaces de glissement périphériques 24 assurent le centrage des pièces de moule 18, 20 alors que les surfaces de butée axiales 26 déterminent la position de fin de course jusqu'à laquelle le noyau 20 peut être enfoncé dans la pièce de moule extérieur 18. Cela détermine l'épaisseur de la paroi du corps creux en forme d'entonnoir que l'on réalise à l'aide du moule. Les pièces de moule 14, 18, 20 sont, par exem- ple, en graphite et sont logées dans un tube de quartz 28. L'extrémité supérieure de ce tube est munie d'oeillets permettant de l'accrocher à une broche d'abaissement pour l'abaisser lentement au cours de la fabrication, de façon que le moule se déplace axialement dans une bobine haute- fréquence 30 qui, à titre d'exemple, forme une zone de chauffage. Pour fabriquer un corps creux 10 en un mono- cristal, on place un germe de cirstal 12 dans la cavité 16 et autant de cuivre qu'il est nécessaire pour réaliser le corps creux 10 dans la pièce de moule extérieur 18. Puis, on introduit le noyau 20 par le haut, dans la pièce de moule 18 extérieur, jusqu'à ce que la pointe inférieure du noyau 20 s'appuie sur le cuivre-sous l'effet de son poids propre, le cas échéant, complété par le poids 22. Puis, on introduit le moule dans la bobine haute-fréquence, branchée pour faire fondre le cuivre. Du fait de la fusion du matériau, le noyau 20 descend sous l'effet de son poids propre et du poids 22 et refoule le métal fondu vers le haut et vers l'extérieur. Cette opé- ration se fait automatiquement sous l'effet de la chaleur. Endposition de fin de course, la pièce de moule 18 et le noyau 20 sont appliqués l'un contre l'autre par leur sur- face de butée axiale 26 et la cavité du moule entre les deux surfaces coniques de la pièce 18 et du noyau 20 est remplie de liquide de coulée jusqu'à la hauteur prédéterminée. Au cours de l'abaissement du moule dans la bobine haute fréquence, le bain se refroidit tout d'abord au niveau de la face supérieure du germe de cristal 12 dans la cavité 16, si bien que le réseau cristallin s'oriente en fonction de l'orientation du germe de cristal. La croissance du cristal se développe au cours de l'abais- sement du noyau dans la cavité en forme d'entonnoir. De façon préférentielle, on fait tourner le noyau au cours de - son mouvement de descente, lentement, dans le sens de la flèche représentée aux dessins. La fusion du métal et le tirage d'un monocris- tal de la surface extérieure d'un ferme de cristal selon le procédé décrit ci-dessus, à l'aide d'un creuset que l'on déplace à travers une zone chaude, sont connus fondamenta- lement sous la dénomination de procédé de fusion par zone de BRIDGAMN pour la fabrication de monocristaux; il est donc inutile de détailler ce procédé. La nouveauté réside dans la réalisation de corps creux selon le procédé ci- dessus ainsi que dans la structure du moule. Le corps creux 10 formé.directement lors de la croissance du monocristal se caractérise par une structure régulière de son réseau et l'absence de contraintes. Du fait de cette homogénéité et de la précision de la forme que l'on obtient déjà dans la croissance cristalline, et qui rend inutile tout usinage complémentaire, risquant d'engendrer des contraintes, il en résulte que les corps creux à monocristal, réalisés, conviennent particulière- ment bien comme inserts pour des charges creuses et qui se déforment alors régulièrement sous l'effet de la pres- sion. R E V END I C A T I 0 N S ) Insert en forme d'entonnoir ou de coupelle pour des charges creuses, insert caractérisé en ce qu'il se compose d'un corps creux (10) obtenu par la croissance cristalline d'un monocristal de cuivre. ) Insert selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la direction principale d'orientation (1, 1, 1) du monocristal coincide avec l'axe longitudinal du corps creux (10). 30) Procédé pour la réalisation d'un insert, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que, partant d'un germe de cristal. (12), on tire un monocristal de cuivre dans- un moule (18, 20) cor- respondant à la forme du corps creux (10) en entonnoir ou en coupelle, puis on coupe le germe de cristal. ) Procédé selon-la revendication 3, caracté- risé en ce que le monocristal est tiré à partir du milieu du côté extérieur du fond du corps creux (10) en entonnoir ou en coupelle. 50) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on forme le monocristal selon le procédé de fusion par zone de BRlDGMAN. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise le bain par induction à haute fréquence ou par chauffage par résis- tance dans la zone du germe de cristal (12) et de là, on le repousse dans la pièce du moule qui définit la paroi périphérique du corps creux (10) en entonnoir ou en coupelle. ) Moule pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il se compose d'une pièce de moule extérieur (18). définissant la surface extérieure du corps creux (10) en entonnoir ou en coupelle, et d'un noyau (20) définissant la surface intérieure du corps creux (10), et qui est guidé de façon mobile axialement par rapport à la pièce'de moule extérieur (18), la pièce de moule extérieur (18) et le. noyau (20) ayant une cavité (16) ouverte en direction de la surface du moule pour recevoir le germe de cristal (12). 8 ) Moule selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que l'une des deux pièces de moule (18, 20) est subdivisée en une première partie correspondant au moule pour le corps (10) en forme d'entonnoir ou de coupelle et une seconde partie (14) ayant une cavité (16) pour rece- voir le germe de cristal (12). 9 ) Moule selon l'une quelconque des revendi- cations 7 ou 8, caractérisé en ce que le noyau (20) peut s'enfoncer jusque dans une position d'extrémité définie par une butée axiale réciproque (26) dans la pièce de moule extérieur (18). ) Moule selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 9, caractérisé en ce que le noyau (20) est guidé radialement par rapport à la pièce de moule extérieur (18). 11 ) Moule selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 10, caractérisé en ce que le noyau (20) est disposé verticalement au-dessus de la pièce de moule exté- rieur (18) et est chargé par un poids (22). 12 ) Moule selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 11, caractérisé en ce que les pièces de moule (14, 184 20) sont des creusets en graphite qui sont main- tenus dans un tube en quartz (28). 13 ) Moule selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 12, caractérisé en ce qu'il est mobile axiale- ment et en rotation par rapport à un dispositif de chauffage (30) qui l'entoure.