Brevet FR2661853A1 — publié le 19911115

PROCEDE DE SERTISSAGE D'UN OBJET DE TRES GRANDE DURETE TEL QU'UN DIAMANT DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le sertissage d'un objet de très grande dureté, en particulier d'un diamant, sur un support à l'aide duquel l'objet est manipulé au cours de son utilisation. L'invention s'applique particulièrement à la construction de cellules à enclumes de diamant utilisées pour effectuer des observations et analyses d'échantillons de matières confinés dans une chambre à de très hautes pressions. ART ANTERIEUR En effet, dans de nombreux domaines de la recherche physique et de l'étude des matériaux (géophysique, astrophysique, cristallographie, métallurgie, thermodynamique, chimie, biologie, etc.), on éprouve le besoin d'étudier le comportement des matériaux soumis à des pressions considérables. Il est connu d'utiliser, pour l'observation des matériaux soumis à des pressions très élevées des cellules à enclumes de diamant constituant des instruments extrêmement simples dans leur principe, mais dont la réalisation est très délicate. En référence à la figure 1A, le principe d'un tel dispositif est le suivant. L'échantillon à observer est placé dans un orifice 51 pratiqué au milieu d'un joint plat 52, intercalé entre les pointes 56 de deux diamants naturels 54 pressés l'un contre l'autre. Sur les faces 58 opposées aux pointes 56 des diamants 54, sont appliquées, à l'aide de supports 59, deux fortes pressions qui sont démultipliées au niveau des pointes 56, du fait du rapport de la surface d'une pointe 56 sur une surface 58 recevant la pression. Les supports 59 doivent être percés en leur centre pour permettre l'observation par le haut et l'éclairage par le bas. Comme le montre la figure 1B, les pointes 56 des deux diamants 54 et le joint 52 délimitent la chambre localisée dans l'orifice 51 et dans laquelle se trouvent enfermés l'échantillon du matériau à observer 83 et un rubis 82 servant à la mesure de la pression. Ce type de dispositif permet d'obtenir des pressions gigantesques, de l'ordre de 5.1011 Pa, c'est-à-dire 5 000 000 de bars, ceci dans un très petit volume. Les échantillons ont alors une centaine de micromètres de côté et une épaisseur de 2 à 5 micromètres. De nombreux systèmes expérimentaux permettent d'exercer la force de compression sur les faces externes des diamants, mais tous demandent le même soin dans leur réalisation. Il est en particulier nécessaire que les deux enclumes de diamant soient parfaitement parallèles et alignées l'une par rapport à l'autre. Un des problèmes principaux est donc Le montage avec une grande précision de chaque diamant dans un support. Un tel montage doit être avant tout symétrique, ce qui signifie que le diamant doit être centré au milieu du support. Ceci est nécessaire pour permettre le réglage fin du positionnement de chacun des diamants l'un par rapport à l'autre, une fois qu'ils ont été mis en place avec leurs supports dans les cellules. Un tel réglage peut être effectué à l'aide d'outils tels que des vis ou des cales. On conçoit donc facilement que le positionnement de deux objets l'un par rapport à l'autre est problématique lorsque lesdits objets ne sont pas d'une réalisation parfaite dans leur symétrie par rapport à un axe ou à un plan déterminé de recyclage. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de fixation d'un objet dur dans son support de son positionnement. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé de sertissage d'un objet de très grande dureté, de petites dimensions, de largeur L définissant un axe central ayant, dans un support comportant un évidement prévu à cet effet, un diamètre Dl supérieur à la largeur L de la base de l'objet, l'axe central de l'objet étant centré au milieu de l'évidement. Selon l'invention, on utilise un joint de sertissage placé dans l'évidement et sur lequel l'objet est positionné de manière surélevée, avant le sertissage, et dont la section annulaire est de surface égale à la surface de la section annulaire située entre le support de sertissage et l'objet, lorsque ce dernier est positionné. Le procédé consiste à exercer un effort parallèle à l'axe central sur la base de l'objet, pour l'enfoncer dans l'évidement, de manière à ce que le joint se déforme pour remplir toute la section annulaire située entre le support et l'objet et entourer la base de l'objet. De cette manière, aucune contrainte latérale n'est imposée au diamant qui se centre automatiquement au milieu du support, par la déformation du joint qui engendre des contraintes symétriques. La réalisation préférentielle du support utilisée dans le procédé selon l'invention prévoit que l'évidement est un décrochement cylindrique de diamètre déterminé D1 pratiqué dans une face de positionnement du joint, et que ce dernier a un diamètre externe D1 et une forme en angle droit correspondant à la forme de l'évidement de manière à ce que le joint se loge dans le décrochement. L'objet ayant une forme pyramidale d'une inclinaison déterminée A par rapport à l'axe central, le joint a une section interne opposée à l'angle droit inclinée à un deuxième angle déterminé B inférieur au premier angle d'inclinaison A de l'objet, la pointe de La pyramide étant inclinée vers l'intérieur de l'évidement. De préférence, l'évidement possède un trou débouchant de diamètre déterminé D2 inférieur au premier diamètre D1 du décrochement, pour permettre à la pointe de l'objet de déboucher sur la face de pression du support opposée à la face de positionnement. Dans son application principale, l'objet est un diamant, le joint de sertissage est en cuivre recuit et le support de sertissage est en cuivre-béryllium (traité à 140 daN/mm2) et l'effort de sertissage est fourni par une pièce de pression d'une dureté relativement inférieure à la dureté du diamant. On choisit tout particulièrement dans ce but une pièce en saphir. LISTE DES FIGURES L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de figures représentant respectivement : - figure 1A, un schéma explicatif du fonctionnement d'une cellule diamant à laquelle s'applique le procédé selon l'invention - figure 1B, un agrandissement partiel de la figure lA représentant la chambre haute pression de la cellule ; - figure 2, une coupe agrandie, en éclaté, du montage d'un objet pour son sertissage selon l'invention ; - figure 3, l'objet serti dans son support selon le procédé de l'invention ; - figure 4, une presse dans laquelle est mis en oeuvre le procédé de sertissage selon l'invention ; - figure 5, un détail de la figure 4 montrant le montage de L'objet prêt à être serti dans son support. DESCRIPTION DETAILLEE DU PROCEDE SELON L'INVENTION Celui-ci est détaillé dans la description suivante pour le sertissage d'un diamant. Ceci n'est qu'un exemple de réalisation non limitatif, mais mis au point pour une application particulière en vue de la construction des cellules à enclumes de diamant. Les trois éléments principaux représentés sur la figure 2 sont le diamant 2, un joint de sertissage 4 et le support de sertissage 6. Ils sont tous positionnés de façon à être centrés autour d'un axe vertical repéré 3. Le diamant 2 a été représenté avec seize côtés. Sa base 10 a donc la forme d'un polygone régulier et définit un axe central confondu avec l'axe vertical 3. Le joint de sertissage 4 a une forme annulaire et doit être positionné de manière à être centré autour de l'axe vertical 3. Le support de sertissage 6 comprend, pour recevoir le joint 4 et le diamant 2, un évidement 14 pratiqué sur une face de positionnement 15. Cette dernière doit être mise en regard du joint 4. Cet évidement 14 doit avoir un diamètre intérieur D1 supérieur à la largeur L du diamant 2, pour que ce dernier puisse venir se loger à l'intérieur du support 6. Selon L'invention, le joint de sertissage 4 est placé dans l'évidement 14 et a de préférence un diamètre extérieur égal au diamètre D1 de l'évidement 14, à quelques centièmes de millimètre près de manière à faciliter son insertion dans l'évidement 14. La face interne 13 du joint de sertissage 4 est destinée à recevoir le diamant 2, de manière à ce que ce dernier se trouve dans une position surélevée avant le sertissage. La section du joint de sertissage 4 a une surface déterminée. En effet, en référence a la figure 3, on constate que, une fois le diamant 2 serti, le joint de sertissage 4 s'est déformé et a comblé L'espace annulaire compris entre le support de sertissage 6 et le diamant 2. La surface de la section du joint de sertissage 4 doit donc être égale à la surface de l'espace annulaire compris entre le support de sertissage 6 et le diamant 2 après le sertissage. Pour le sertissage, un effort est appliqué parallèlement à L'axe central et vertical 3 sur la surface d'appui 11 de La base 10 du diamant 2. Le diamant 2 pénètre alors par ses faces inclinées 16 dans le joint de sertissage 4, en déformant la face interne 13 de ce dernier. Cette dernière est de préférence conique de manière à favoriser l'autocentrage du diamant 2 par rapport au support de sertissage 6. Une fois serti, Le diamant 2 a pénétré dans l'évidement 14 par ses faces inclinées 16 et sa base 10. Le joint de sertissage 4 comblant l'espace annulaire entre le diamant 2 et le support de sertissage 6 entoure le diamant 2 à la fois sur ses faces inclinées 16 et sa base 10. Le diamant 2 est ainsi bloqué dans le support de sertissage 6. Dans l'exemple représenté sur ces figures, l'évidement 14 est un décrochement ayant une face interne cylindrique 17 et une face interne radiale 19 qui forment toutes deux un angle droit. En correspondance, le joint de sertissage 4 possède une surface externe 21 cylindrique, d'un diamètre très légèrement inférieur au diamètre D1 de la surface interne 17 du support de sertissage 6. Il possède également un angle droit 12 correspondant au décrochement formé par des surfaces 17 et 19 du joint de sertissage 6. La face interne 13 du joint de sertissage 4 étant inclinée, celui-ci a une section quasi triangulaire. En effet, une petite surface interne cylindrique 22 peut être ménagée en bas du joint. Pour optimiser le positionnement du diamant 2 dans le joint 4, l'angle d'inclinaison A par rapport à l'axe vertical 3 des faces inclinées 16 du diamant 2 est supérieur à L'angle d'inclinaison B par rapport au même axe vertical 3 de la face interne 13 du joint de sertissage 4. Compte tenu de la forme pointue du diamant 2, et de manière à pouvoir faire dépasser la pointe 8 de celui-ci à travers le support 6, ce dernier possède un orifice inférieur 24. En effet, dans le cas de son application à une cellule à enclumes de diamant, il est impératif que la pointe 8 du diamant 2 dépasse de la face inférieure 25 qui est la face de pression. Le trou 24 a donc un diamètre D2 inférieur au diamètre D1 de l'évidement 14. Une réalisation particulière de ce sertissage prévoit que le support de sertissage 6 est en cuivre-béryllium (ST 25) traité à la dureté Rockwell à 42 Rc. Le joint de sertissage 4 est de préférence en cuivre recuit. Dans le cas où le diamant 2 a un diamètre de 6 mm et seize faces, sa hauteur totale est de 3,5 mm. L'angle d'inclinaison A par rapport à l'axe vertical 3 des faces est environ de 52 30'. L'angle d'inclinaison B de la face interne du joint 4 est alors égal à 300. La pointe 8 du diamant peut prendre plusieurs configurations possibles. Elle peut soit être entièrement plane sur 0,7 mm, soit plane sur 0,5 mm, avec un chanfrein à 15 par rapport au plan central de cette pointe 8 qui entoure alors cette dernière. On peut préciser que cette dernière forme a une tenue mécanique supérieure pour les pressions considérables qui sont exercées sur le diamant 2. Il est préférable de ménager un chanfrein intérieur 26 entre l'évidement 14 et le trou inférieur 24, de manière à pouvoir éventuellement permettre l'appui des faces inclinées 16 du diamant 2. En se reportant à la figure 4, le sertissage est effectué dans une presse hydraulique 30. Les trois éléments à sertir sont positionnés dans un montage 32, détaillé plus loin, qui est placé à L'intérieur de cette presse 30 hydraulique de type classique. Le montage 32 est placé sur un cylindre de pression 34 auquel est appliquée la pression hydraulique. Un couvercle d'appui 36 applique la force de réaction nécessaire au sertissage contre le montage 32. Un pion de centrage 38 permet de positionner le montage 32. Ce dernier est détaillé sur la figure 5. On retrouve le diamant 2, positionné dans le joint de sertissage 4, lui-même placé dans le support de sertissage 6. Le diamant 2 repose sur une pièce de grande dureté 40, susceptible de pouvoir transmettre la très forte pression nécessaire au sertissage. Cette dureté doit néanmoins être inférieure à celle du diamant 2. En effet, si un excès accidentel de pression était exercé sur la presse, il y aurait risque de rupture du diamant 2. En conséquence, la dureté de la pièce de positionnement 40 est légèrement inférieure à la dureté du diamant, et est susceptible de se casser à la place du diamant. On choisit de préférence un saphir. Le support de sertissage 6 est positionné et centré dans un premier cylindre de centrage 42. Celui-ci est placé à l'intérieur d'un deuxième cylindre de pression 44 à L'intérieur duquel il peut coulisser. Ce dernier, par une extrémité inférieure 46, appuie sur la face de pression 25 du support de sertissage 6. Une cale 48 est placée entre la pièce de positionnement 40 et la face initialement supérieure et repérée 15 sur la figure 2, de manière à ce que le sertissage s'effectue à la profondeur voulue. Dans le cas de l'application à une cellule à enclumes de diamant, la pointe 8 de ce dernier doit dépasser de la face de pression 25. En conséquence, la distance séparant les plans de la surface d'appui 11 du diamant reposant sur la pièce de positionnement 40 et la face 15 du support de sertissage 6 est déterminée. La cale 48 a une épaisseur correspondant à cette distance. Ce type de sertissage permet de fournir un ensemble serti constituant une pièce mécanique bien centrée. L'extrémité d'appui 46 du cylindre de pression 44 est percée d'un trou central 49. Ceci permet l'observation optique du sertissage par le haut de la presse. Un contrôle permanent peut ainsi être effectué. Compte tenu de cette caractéristique, la presse hydraulique peut également être celle utilisée pour effectuer les mesures au moyen de la cellule à enclumes de diamant. Le sertissage décrit dans la présente description est un exemple de réalisation non limitatif. En effet, d'autres mises en oeuvre du procédé peuvent être effectuées dès l'instant que le concept de centrage du diamant dans son joint est respecté, de manière à ce que le joint remplisse l'espace annulaire autour du diamant. REVENDICATIONS 1. Procédé de sertissage d'un objet de très grande dureté (2), de petites dimensions, de largeur déterminée (L), définissant un axe central vertical (3) et ayant une base (10), dans un support de sertissage (6) comportant un évidement (14) pour recevoir l'objet (2) et ayant un diamètre intérieur déterminé (D1) supérieur à la largeur (L) de la base (10) de l'objet (2), l'axe central (3) de L'objet étant centré sur l'évidement (14), caractérisé en ce qu'un joint de sertissage (4) est placé dans l'évidement (14) et sur lequel l'objet (2) est positionné avant le sertissage dans une position surélevée, et dont la section annulaire a une surface égale à la surface de la section annulaire située entre le support de sertissage (6) et l'objet (2), lorsque ce dernier est positionné, et en ce qu'il consiste à exercer un effort parallèle à l'axe central (3) sur la base (10) de l'objet (2) pour enfoncer celui-ci dans l'évidement (14), de manière à ce que le joint de sertissage (4) se déforme pour remplir toute la section annulaire située entre le support de sertissage (6) et l'objet (2) et entourer la base (10) de l'objet (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (14) est un décrochement cylindrique de diamètre déterminé (D1) pratiqué sur une face de positionnement (15) du joint de sertissage (4), et en ce que le joint de sertissage (4) a un diamètre et une forme correspondants avec un angle droit (12) pour se loger dans le décrochement cylindrique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, l'objet (2) ayant une forme pyramidale d'angle d'inclinaison déterminé (A) par rapport à l'axe central (3) des faces (16) de la pyramide, caractérisé en ce que le joint de sertissage (4) a une surface interne (13) opposée à l'angle droit (12) inclinée à un angle déterminé (B) par rapport à L'axe central (3) inférieur à l'angle déterminé (A) d'inclinaison des faces de la pyramide (16), la pointe (8) de la pyramide étant positionnée vers L'intérieur de l'évidement (14). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement (14) possède un trou (24) débouchant par un trou (24) de diamètre déterminé (D2) inférieur au diamètre (D1) de l'évidement (14), pour permettre à la pointe (8) de l'objet (2) de déboucher sur la face de pression (25) opposée à la face de positionnement (15) du support de sertissage (6). 5. Procédé selon ia revendication 4, caractérisé en ce que L'objet (2) étant un diamant, le joint de sertissage (4) est en cuivre recuit et le support de sertissage (6) est en un alliage de cuivre et de béryllium, l'effort de sertissage étant transmis au diamant au moyen d'une pièce de pression (40) de dureté relativement inférieure à la dureté du diamant. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce de pression (40) est en saphir.