Brevet FR2720391A1 — publié le 19951201

ABRASIF FONDU A BASE D'OXYNITRURE D'ALUMINIUM DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les produits abrasifs obtenus par fusion et solidification à base d'oxynitrure d'aluminium (A1ON). ETAT DE LA TECHNIQUE La demande de brevet français n" 2675158 de la demanderesse décrit une famille de produits abrasifs et/ou refractaires, obtenus par fusion et solidification, comprenant un ou plusieurs oxynitrures de métaux ou métalloïdes, en particulier des oxynitrures d'aluminium appelés Alons, mais également des oxynitrures mixtes MgAlON, MgCaAlON et AlTiON ainsi que des oxycarbonitrures tels que AlCON. La demande décrit également un procédé d'obtention de ces produits par fusion d'une charge solide d'oxydes, nitrures, oxynitrures, carbures et/ou borures de ces métaux ou métalloïdes, refroidissement rapide et solidification. Les produits ainsi obtenus sont appréciés dans l'industrie des abrasifs, en particulier en raison de leur tenacité élevée et ils concurrencent avantageusement les produits frittés élaborés à partir de poudres céramiques. Ils présentent cependant une dureté nettement inférieure à celle d'abrasifs classiques comme le corindon blanc électrofondu. La demanderesse, poursuivant l'étude de cette large famille de produits, a découvert, à l'intérieur de cette famille, un groupe particulier de produits présentant, de manière surprenante, des propriétés de dureté pratiquement équivalentes à celles du corindon blanc, tout en gardant la tenacité remarquable de cette famille de produits. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un produit abrasif obtenu par fusion, constitué d'une matrice d'oxynitrure d'aluminium (A1ON) dans laquelle sont dispersés de fins cristaux de carbure de titane. La taille moyenne de ces cristaux est, de préférence, inférieure à 50 microns. La teneur pondérale en TiC est, de préférence, limitée à 10%. La teneur pondérale en azote est limitée préférentiellement à 10%. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication des produits précédents par fusion au four électrique à arc d'un mélange solide comportant de l'alumine, de l'oxynitrure d'aluminium, de l'oxyde ou du nitrure de titane et un produit carboné en quantité stoechiométriquement suffisante pour réduire et carburer totalement l'oxyde ou le nitrure de titane, puis refroidissement et solidification. DESCRIPTION DE L'INVENTION Au cours d'essais d'élaboration d'un oxynitrure mixte d'aluminium et de titane, comme celui de l'exemple 8 de la demande de brevet français n" 2675158, les inventeurs ont constaté, de manière inattendue, qu'en plus des phases prévues de corindon et de nitrure de titane, on trouvait des traces de carbure de titane, dues à des apports fortuits de carbone au cours de la réaction. Ce produit présentait une dureté nettement supérieure à celle du produit ne contenant que de l'alumine et du nitrure de titane. Les inventeurs ont alors refait des expériences avec un ajout volontaire de carbone pour obtenir des teneurs significatives de TiC dans le produit final et vérifié l'augmentation importante de la dureté dûe à la présence et à la dispersion fine des particules de TiC dans la matrice d'oxynitrure d'aluminium, qui est elle-même biphasée. Le procédé de fabrication consiste à fondre dans un four électrique à arc un mélange d'alumine métallurgique, sableuse ou plâtreuse, d'oxynitrure d'aluminium et d'oxyde ou de nitrure de titane et d'ajouter du carbone, par exemple sous forme de coke ou de tout autre composé carboné à basse teneur en matières volatiles, en quantité suffisante pour transformer l'oxyde de titane en carbure. L'oxynitrure ajouté, dit "Alon roche", est en fait composé d'A1303N et d' A1203 et contient de l'ordre de 30% d'AlN. I1 est obtenu par nitruration d'aluminium entre 1000 et 2000"C en présence d'alumine. On constate, après coulée et refroidissement du produit, que la structure est formée d'une matrice biphasée d'oxynitrure d'aluminium constituée d'une phase homogène et d'aiguilles orientées de manière aléatoire, conférant à cette matrice une grande tenacité, matrice dans laquelle le carbure de titane se trouve dispersé en fins cristaux de moins de 50 microns de taille moyenne, dont la dureté atteint 3000 HK. EIoeLES Eremple 1 On a fondu dans un four à arc de 100 kW 16 kg d' A1ON à 30% d'AlN et 70% d'A1203 avec 64 kg d'alumine et 6,75 kg de TiO2. Puis on a ajouté à la charge 4,5 kg de coke. Sur le produit coulé et solidifié, on a observé une structure composée d' une matrice d' A1ON à 2% d' A1N, d'aiguilles finement dispersées et orientées de manière aléatoire comprenant 7% d' A1N et 93% d'A1203 et d'un précipité finement dispersé de TiC. On a mesuré sur ce produit une dureté KNOOP de 1900 HX et une tenacité de 3100 J/m2 contre respectivement 2000 HK et 1080 J/m2 pour un corindon blanc fondu. Ese ple 2 On a traité de la même façon que dans l'exemple 1 une charge constituée de 60 kg d'AlON à 30% d'AlN et 70% d'A1203, 20 kg d'alumine et 6,75 kg de TiO2, puis ajouté 4,5 kg de coke. Sur le produit coulé, on a mesuré une dureté de 1750 HK et une tenacité de 3550 J/m2. REVENDICATIONS 1) Produit abrasif obtenu par fusion, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une matrice d'oxynitrure d'aluminium dans laquelle sont dispersés de fins cristaux de carbure de titane. 2) Produit abrasif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice d'oxynitrure est biphasée, avec une phase principale homogène et des aiguilles orientées de manière aléatoire. 3) Produit abrasif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la taille moyenne des cristaux de carbure de titane est inférieure à 50 microns. 4) Produit abrasif à matrice d'oxynitrure d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la teneur pondérale en azote est inférieure à 10%. 5) Procédé de fabrication d'un produit abrasif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fond au four électrique à arc un mélange solide comportant de l'alumine, de l'oxynitrure d'aluminium, de l'oxyde ou du nitrure de titane et un produit carboné en quantité suffisante pour réduire et carburer totalement le titane, on refroidit et on solidifie le produit obtenu. 6) Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que le produit carboné est du coke.