Brevet FR2728487A1 — publié le 19960628

Cette invention se rapporte à des filières. Les filières comportent un noyau en matière dure monté dans un support relativement massif et ayant un trou formé axialement. Le fil est tiré à travers le trou, ce qui amène le fil à diminuer en diamètre. Des exemples de matières dures qui ont été utilisées pour le noyau central des filières sont les carbures cémentés, les diamants compactés et le diamant CVD, c'est-à-dire le diamant fabriqué par dépôt chimique en phase gaz. Le diamant est la substance la plus dure connue de 1 'homme et peut se trouver dans la nature ou être produit de manière synthétique. Un procédé de fabrication synthétique du diamant est le dépôt chimique en phase gaz (CVD). Le diamant produit par dépôt chimique en phase gaz est connu sous le nom de diamant CVD. Le diamant CVD peut être fabriqué en prévoyant un composé carboné gazeux tel qu'un hydrocarbure, en soumettant le composé carbonique gazeux à de l'énergie telle que de l'énergie hyperfréquence afin de dissocier le composé en ions, atomes ou radicaux contenant du carbone, en présence d'un gaz d'activation tel que l'hydrogène, et en permettant aux ions, atomes ou radicaux contenant du carbone de se déposer sur un substrat approprié et former une couche de diamant. Ces procédés sont bien documentés dans la littérature, y compris les brevets. Le brevet des Etats-Unis numéro 5 361 621 décrit une filière en diamant CVD qui a des grains de diamant plus petits de façon adjacente à une surface de croissance de diamant initial avec des grains de diamant plus grands de façon adjacente à une surface opposée, avec une ouverture ayant une partie de support de fil de section sensiblement circulaire qui détermine le diamètre du fil et est positionnée plus près de la surface de croissance initiale dans une zone de grains plus petits que de la surface opposée finale à gros grains. Une orientation préférée des cristaux de diamant est celle dans laquelle les cristaux de diamant ont une orientation parallèle, ou essentiellement parallèle, à l'ouverture ou au trou à travers la filière. Une filière en diamant CVD similaire est décrite dans le brevet des Etats-Unis 5 363 687. Le brevet des Etats-Unis 5 377 522 décrit une autre filière en diamant CVD qui comporte un corps ayant une surface supérieure et une surface inférieure et une ouverture ou un trou qui s'étend à travers le corps depuis la surface supérieure jusqu'à la surface inférieure. Une orientation préférée des cristaux de diamant est celle dans laquelle les cristaux de diamant ont une orientation perpendiculaire à la direction axiale de l'ouverture. La filière est fabriquée à partir d'un film de diamant polycristallin. La filière produite à partir d'un tel film a une orientation de cristaux de diamant représentée schématiquement sur la figure 3 des dessins annexés, c'est-à-dire que quelques cristaux de diamant ont une orientation radiale par rapport à l'ouverture, mais la majorité des cristaux de diamant a une orientation qui n'est pas radiale mais parallèle ou essentiellement parallèle au diamètre de la filière. Selon la présente invention, une ébauche de filière comporte un corps en diamant CVD ayant un trou de section sensiblement circulaire qui s'étend à travers, l'orientation prédominante des cristaux de diamant dans le corps étant radiale par rapport au trou. Une filière peut être fabriquée à partir de cette ébauche en entourant l'ébauche avec un support relativement massif auquel elle est fixée. Une telle filière forme également un aspect de l'invention. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de fabrication d'une ébauche de filière telle que décrite ci-dessus comporte la production d'une couche de diamant par dépôt chimique en phase gaz sur un fil métallique ou un filament non métallique et l'enlèvement du fil ou du filament afin de produire une gaine de diamant CVD. La figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation d'une ébauche de filière en diamant CVD de l'invention, La figure 2 est une vue en bout de l'ébauche de la figure 1, La figure 3 est une vue en bout d'une ébauche de filière fabriquée selon le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis 5 377 522, La figure 4 est une vue en perspective d'un fil métallique ayant une couche de diamant CVD amenée à croître dessus, La figure 5 est une coupe d'une base ayant plusieurs fils s'étendant depuis celle-ci et sur laquelle a été déposée une couche de diamant CVD, et La figure 6 est une vue de dessus de la figure 5. Dans la filière de l'invention, l'orientation dominante des cristaux de diamant dans le corps est radiale par rapport au trou qui s'étend à travers et donc perpendiculaire à la direction de traction du fil. De préférence, l'orientation du diamant dans la direction radiale est ou ou bien une combinaison de celles-ci afin de procurer au noyau en diamant une dureté et une résistance à l'usure optimales au niveau de la surface o cela est le plus important, c'est-à- dire celle qui est en contact avec le fil. Une telle orientation prédominante des cristaux de diamant ne se trouve pas dans les ébauches de filière en diamant CVD de l'état de la technique et procure à la filière de l'invention une meilleure dureté et une meilleure résistance à l'usure ainsi qu'un arrachement des grains (particules) plus faible que dans les filières de l'état de la technique. De préférence au moins 50%, de préférence encore au moins 75%, et encore mieux au moins 90% de l'orientation des cristaux de diamant dans le corps est radiale par rapport au trou. L'ébauche de filière a d'une manière générale une forme cylindrique qui, en plan, peut être circulaire, triangulaire, hexagonale, carrée ou rectangulaire. L'ébauche de filière de l'invention peut être entourée par un support relativement massif et fixée à ce support afin de produire une filière. L'ébauche peut être fixée au support par brasage, mécaniquement, ou une combinaison de ceux-ci. Ces procédés de fixation sont connus dans l'état de la technique. Le support relativement massif est de manière typique fabriqué en carbure cémenté, en acier ou équivalent. L'ébauche de filière de l'invention est fabriquée en déposant ou en fabriquant une couche de diamant par dépôt chimique en phase gaz sur un fil métallique ou un filament non métallique et en enlevant ensuite le fil ou le filament afin de produire une gaine de diamant CVD. La couche déposée s'étend bien évidemment totalement autour du fil ou du filament. La gaine de diamant CVD, en particulier si le fil ou le filament sur lequel est déposée la couche de diamant CVD est relativement long, peut être sectionné, par exemple coupée, en un ou plusieurs points sur sa longueur afin de produire deux gaines, ou bagues, plus petites, ou même davantage, chacune d'entre elles constituant une ébauche de filière. Le fil métallique est de manière typique choisi dans les fils en métal de transition. Un exemple d'un métal particulièrement approprié est le tungstène. Le filament non métallique est de ceux qui peuvent permettre une croissance de diamant CVD dessus. Un exemple d'un tel filament approprié est un filament en carbure de silicium. Plusieurs gaines de diamant CVD peuvent être fabriquées en prévoyant plusieurs fils ou filaments espacés qui s'étendent au-delà d'une surface d'une base, en déposant une couche de diamant CVD sur chaque fil ou filament afin de procurer un dépôt de diamant CVD, en enlevant les fils ou filaments revêtus de la base et en enlevant les fils ou filaments afin de produire plusieurs gaines en diamant CVD. Les fils ou filaments peuvent être fabriqués dans la même matière que la base ou dans une matière différente telle que celle décrite ci-dessus. Les fils ou filaments peuvent être enlevés des couches CVD déposées dessus par des procédés connus dans l'état de la technique tels que la gravure à l'acide. Des formes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrites en se référant aux dessins annexés. Si l'on se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2, il y est représenté respectivement une coupe longitudinale d'une ébauche de filière en diamant CVD de l'invention et une vue en bout de celle-ci. L'ébauche comporte un corps cylindrique circulaire droit 10 ayant une surface périphérique circulaire extérieure 12 et un trou disposé de manière centrale 14 qui s'étend à travers depuis une surface plate 16 jusqu'à une surface plate opposée 18. Le corps 10 se compose de diamant CVD ayant l'orientation de cristaux de diamant 20 (illustrée schématiquement) de manière prédominante radiale par rapport au trou circulaire 14. L'orientation des cristaux de diamant 20 est de préférence l'orientation ou ou bien une combinaison de celles-ci. On peut ainsi voir que l'orientation prédominante des cristaux de diamant est perpendiculaire à la direction de traction du fil, ce qui procure à l'ébauche une excellente dureté et une excellente résistance à l'abrasion et à l'usure et un arrachement de grain plus faible. L'orientation des cristaux de diamant de l'ébauche de filière de l'invention est le contraire de ce qui est produit en suivant les enseignements du brevet- des Etats-Unis 5 377 522 décrit ci-dessus. L'ébauche de filière de ce brevet des Etats-Unis est produite à partir d'un fil d'un diamant polycristallin illustré par la figure 2 du brevet en question. Une telle ébauche de filière a une orientation de cristaux de diamant représentée schématiquement sur la figure 3 des dessins annexés. Cette ébauche de filière 22 est également de forme cylindrique circulaire droite et a une surface extérieure 24 et un trou circulaire disposé de manière centrale 26 qui s'étend à travers. L'orientation des cristaux de diamant 28 est représentée schématiquement. Il est à noter qu'une partie de l'orientation des cristaux de diamant 28 est radiale par rapport au trou 26, mais que l'orientation prédominante est parallèle, ou essentiellement parallèle, au diamètre de l'ébauche. Une filière peut être fabriquée à partir de l'ébauche décrite ci-dessus et illustrée sur les figures 1 et 2 en fixant, par exemple par brasage, mécaniquement ou une combinaison de ceux-ci, la surface extérieure 12 sur un support relativement massif. L'ébauche de filière de l'invention peut être fabriquée suivant le procédé qui va maintenant être décrit en se référant à la figure 4. Si l'on se réfère à cette figure, un fil 30, tel qu'un fil de tungstène, est prévu et une couche 32 de diamant CVD est amenée à croltre dessus selon des procédés connus de l'état de la technique. La couche de diamant CVD s'étend totalement autour du fil. La couche 32 croit de manière symétrique sur le fil en lui donnant une épaisseur uniforme. Le fil peut alors être enlevé, par exemple par gravure à l'acide, en laissant une gaine de diamant CVD ayant un trou s'étendant à travers. Cette gaine peut constituer l'ébauche de filière. En variante, si des filières ayant une profondeur moindre, c'est-à-dire une distance entre les surfaces 16 et 18 plus faible, sont souhaitées, la gaine peut alors être sectionnée, par exemple par découpe ou gravure chimique, sur sa longueur en un ou plusieurs points afin de produire plusieurs gaines ou bagues plus petites, qui constituent chacune une ébauche de filière. Un avantage possible du procédé de l'invention est que le trou dans l'ébauche de filière est produit à la source et ne doit pas être formé par l'utilisateur final. Plusieurs gaines en diamant CVD peuvent être fabriquées selon un procédé qui va maintenant être décrit en se référant aux figures 5 et 6. Si l'on se réfère à ces figures, une base 40, fabriquée dans une matière telle que molybdène, est prévue et présente une surface inférieure 42 et une surface supérieure 44. Plusieurs fils de tungstène espacés 46 se trouvent dans la base 40 et s'étendent depuis la surface 44. Une couche 48 de diamant CVD est déposée sur la surface 44 et sur chaque fil individuel afin de pourvoir chaque fil d'un revêtement en diamant CVD, comme cela est illustré. Les fils revêtus sont ensuite enlevés, par exemple par découpe ou gravure chimique le long du trait en pointillé 52, et découpés ou gravés chimiquement & nouveau le long du trait en pointillé 54 afin de produire plusieurs fils revêtus de diamant CVD tels qu'illustrés sur la figure 4. Les fils peuvent être enlevés afin de produire des gaines en diamant CVD et les gaines sont éventuellement recoupées, comme cela a été décrit ci-dessus. Dans une variante de la forme de réalisation des figures 5 et 6, les fils 46 peuvent être fabriqués dans la même matière que la base 40. Ils peuvent alors être formés par exemple en érodant une base par électroérosion afin de pourvoir une surface de la base d'un profil pourvu de dents. Les dents font partie intégrante de la base et remplacent les fils 46. REVENDICATIONS 1. Ebauche de filière, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (10) en diamant CVD ayant un trou (14) de section sensiblement circulaire qui s'étend à travers, l'orientation prédominante (20) des cristaux de diamant dans le corps (10) étant radiale par rapport au trou (14). 2. Ebauche de filière selon la revendication 1, caractérisée en ce que au moins 50% de l'orientation (20) des cristaux de diamant est radiale par rapport au trou (14). 3. Ebauche de filière selon la revendication 1, caractérisée en ce que au moins 75% de l'orientation (20) des cristaux de diamant est radiale par rapport au trou (14). 4. Ebauche de filière selon la revendication 1, caractérisée en ce que au moins 90% de l'orientation (20) des cristaux de diamant est radiale par rapport au trou (14). 5. Ebauche de filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'orientation (20) des cristaux de diamant est l'orientation ou ou une combinaison de celles-ci. 6. Ebauche de filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (10) est de forme cylindrique. 7. Ebauche de filière selon la revendication 6, caractérisée en ce que la forme du corps (10), en plan, est circulaire, triangulaire, hexagonale, carrée ou rectangulaire. 8. Filière, caractérisée en ce qu'elle comporte une ébauche selon l'une quelconque des revendications précédentes entourée par un support relativement massif auquel elle est fixée. 9. Filière selon la revendication 8, caractérisée en ce que le support relativement massif est fabriqué en carbure cémenté, en acier ou équivalent. 10. Filière selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisée en ce que l'ébauche est fixée sur le support par brasage, mécaniquement ou une combinaison de ceux-ci. 11. Procédé de fabrication d'une ébauche de filière selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend la production d'une couche de diamant (32, 48) par dépôt chimique en phase gaz sur un fil métallique ou un filament non métallique (30, 46) et l'enlèvement du fil ou du filament afin de produire une gaine en diamant CVD. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la gaine est sectionnée en un ou plusieurs points sur sa longueur afin de produire deux gaines plus petites ou davantage. 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la couche (32, 48) de diamant CVD est fabriquée sur un fil métallique (30, 46) choisi parmi les fils en métal de transition. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le métal est du tungstène. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que plusieurs fils ou filaments espacés (46) sont prévus afin de s'étendre au-delà d'une surface (44) d'une base (40), une couche (48) de diamant CVD est déposée sur chaque fil ou filament (46) afin de produire un dépôt en diamant CVD dessus, les fils ou filaments revêtus sont enlevés de la base (40) et les fils ou filaments sont enlevés afin de produire plusieurs gaines en diamant CVD. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les fils ou filaments sont enlevés de la base par découpe.