Brevet FR2922794A1 — publié le 20090501

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA FA]3R.ICATION D OBJETS MOULES PAR FRITTAGE DE MELANGES DE POUDRES METALLIQUES OU CERAMIQUES La présente invention concerne un procédé de frittage de poudres céramiques ou métalliques par chauffage micro onde et centrifugation, comportant un générateur micro onde fixe, un ensemble d'applicateurs et de moules tournant. 10 La technique classique du frittage de poudres métalliques consiste à mélanger la poudre avec un liant, puis porter l'ensemble à haute température. Les fours sont soit conventionnels, ou par induction moyenne fréquence, et récemment, par Micro Ondes. comme dans le document MICROWAVE SINTERING,BRAZING AND MELTING OF METALLIC MATERIALS ,Dinesh Agrawal , Materials Research Institute, 15 The Pennsylvania State University, University Park, PA 16802 USA. Publié dans Sohn International Symposium ADVANCED PROCESSING OF METAL AND MATERIALS VOLUME 4 - NEW,IMPROVED AND EXISTING TECHNOLOGIES : NON FERROUS MATERIALS EXTRACTION AND PROCESSING. Dans certains dispositifs décris dans le document :Breaking Barriers Cornmercialization of 20 High Température Microwave Processing ; Dr.Holly S.Shulman Ceralink Inc. On applique une pression sur la matière au moyen de pistons, ou encore on obtient la pression par force centrifuge en faisant tourner les pièces dans une cavité micro ondes multi modes. (Brevet JP2006041134) Malgré les avantages apportés, ces procédés sont lourds à mettre en oeuvre, et 25 nécessitent beaucoup de manipulations, donc un faible rendement. Le procédé objet de la présente invention, remédie à ces inconvénients, car il permet un cycle de moulage rapide et facilement automatisable. Le procédé suivant l'invention, est un procédé de frittage de matières poudreuses présentant une température d'injection et une température de frittage dans lequel on 30 transforme la dite matière chauffée dans un moule isolant et réfractaire contenu dans un applicateur métallique excité par un champ electro magnétique. Ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on :soumet Simultanément l'ensemble à une force centrifuge et un chauffage par champ électro magnétique. 35 De façon avantageuse on injecte le mélange de matière dans le moule au moyen d'un groupe vis piston, Le temps de remplissage peut varier de quelques secondes à plusieurs secondes5 2 Par exemple ce temps d'injection est compris entre 1 seconde et 30 secondes. La pression d'injection est comprise entre 1.10' et 2.10' Pa. La vitesse angulaire des moules est comprise entre 62.8 et 500 radis La pression exercée sur la matière frittée est comprise entre 1.105 Pa et 2.10' Pa. De préférence une rotation de 80 radis exerce une pression d'environ 1.107Pa. La puissance électromagnétique dépend de la masse de matière à frittée par cycle. Elle est comprise entre 6 et 12 Kw. La fréquence est comprise entre 0.3 Giga Hertz et 30 Giga Hertz, de préférence dans la bande UHF I.S.M de 2.45 Giga Hertz Selon une forme de réalisation avantageuse, on dispose sur la trajectoire circulaire des applicateurs, un ou plusieurs aimants ou electro aimants dont le champ magnétique statique est parallèle à la composante électrique dans l'applicateur, afin d'obtenir une résonnance à la fréquence dite de LARMOR.et ainsi accroitre les pertes magnétiques dans la matière à fritter. L'ensemble applicateurs moule est amovible rapidement, la géométrie des applicateurs est adaptée pour obtenir un maximum de rendement et la meilleure homogénéité du chauffage. Les matériaux utilisés pour la fabrication des moules sont l'alumine ou le nitrure d'aluminium, ou encore des nano-céramiques Le détail du cycle de fabrication est : - Fermeture de l'applicateur porte moule et verrouillage du moule. - Remplissage du moule avec un mélange de poudres métalliques au moyen d'une vis piston, semblable au système utilisé dans l'injection du thermoplastique. - Mise sous tension du ou des générateurs Micro Ondes fixes et simultanément, mise en rotation de l'ensemble applicateurs et moules. - Chauffage et rotation pendant le temps nécessaire au frittage. - Arrêt du chauffage Micro Ondes et refroidissement des moules. - Arrêt de la rotation. - Ouverture des cavités et démoulage. L'invention sera mieux comprise avec l'aide de dessins et de la description suivante : 35 La FIG 1 représente une vue schématique de dessus de l'ensemble La FIG 2 Représente la vue schématique de coté de l'ensemble 3 La FIG 3 Représente la disposition de l'aimant ou électro aimant, ainsi que l'interaction du champ magnétique statique et de la composante magnétique du champ micro onde dans l'applicateur. La FIG 4 représente la connexion de l'applicateur avec le guide d'onde La FIG 5 représente la vue schématique de fermeture du moule et du verrouillage La FIG 6 représente un exemple de l'ensemble applicateur moule pour le frittage d'une plaque de tungstène, La FIG 7 représente un exemple de l'ensemble applicateur moule pour le frittage d'un cylindre de tungstène, La figure 1 montre l'ensemble de moulage se compose d'un Bâti 1 non représenté. Comprenant un bloc d'injection 2 disposé latéralement dans le prolongement du rayon 3, le mélange de poudre et additifs (par exemple une poudre de tungstène et nickel, éventuellement un liant organique comme la paraffine) est introduit dans la trémie 15.1e mélange est dosé par la vis 2a et ensuite injecté dans le moule par la pression du piston 2b. L'applicateur 4 contient le moule 5 avec une ou plusieurs empreintes. 5a Les applicateurs 4 sont reliés aux bras en profilé acier 6 par exemple en forme de U. Ceux-ci contiennent des guides d'ondes rectangulaire 7. Excités dans le mode transverse électrique TE01 dont la polarisation électrique du champ est orientée verticalement. Les aimants ou électro aimants 14 sont disposés sur la trajectoire circulaire 14a. La figure 2 montre le dispositif de rotation et l'acheminement de l'énergie électromagnétique du générateur 12 jusqu'à l'applicateur ou les applicateurs 4 Les guides d'ondes 7 sont connectés au guide d'onde circulaire 8 excité dans le mode TM01 lui même composé de deux parties : Une partie fixe 8a et une partie tournante 8 L'ensemble tournant est entraîné par un groupe mécanique moto réducteur 11. Le guide d'onde circulaire fixe 8 est relié à la partie tournante du guide circulaire 8a, par un joint tournant 9 muni de pièges 9a pour éviter les fuites d'ondes. Le guide d'onde circulaire fixe 8a est excité par le guide d'onde rectangulaire 13, lui même connecté au générateur 12. La figure 3 est une vue schématique en coupe montrant l'applicateur 4 et moule 5 dans l'entrefer d'un aimant ou électroaimant 15 dont les pièces polaires 15a dispose un champ magnétique statique 16 parallèle à la composante électrique du champ alternatif, donc Normal au champ magnétique. Cette disposition permet l'excitation d'une résonnance magnétique à la fréquence dite de LARMOR. La figure 4 montre le dispositif de connexion rapide entre le guide d'onde 7 et l'applicateur 4, la bride 18a est solidaire du guide d'onde 7, elle est muni d'une rainure de piégeage pour éviter les fuites d'ondes. La bride 18b est solidaire de l'applicateur 4, Contenant le moule 5, le verrouillage est assuré par un système à vis rapide. La figure 5 montre schématiquement la fermeture et le verrouillage du moule 4a partie mobile et 4b partie fixe sur le plan de joint 20, qui permet l'extraction de la pièce frittée 5 après refroidissement. Les vérins hydraulique 19a et 19b actionnent la partie mobile de l'applicateur. La figure 6 montre la géométrie rectangulaire de l'applicateur 4avec polarisation électrique transverse 17 pour obtenir le mode favorable présentant le champ magnétique dans le plan parallèle à la plus grande surface de la plaque de tungstène 20 .La rnatière constituant le moule5a et 5b est en général de l'alumine pure ou du nitrure d'aluminium. La figure 7 représente le cas d'un cylindre de tungstène 20 à fritter. La géométrie cylindrique de l'applicateur formée par les demi cylindres 4a et 4b est excité suivant la polarisation électrique circulaire 17 avec un champ magnétique 21 ce mode donne le maximum de courant suivant l'axe du cylindre.22 en règle générale on recherchera par orientation des applicateurs 4 par rapport a la polarisation du guide 7 le ou les modes favorables aux pertes magnétique.30 REVENDICATIONS 1 - Procédé de frittage de matières poudreuses présentant une température d'injection et une température de frittage - dans lequel on transforme la dite matière chauffée dans un moule isolant jusqu' à une température au moins proche de la température de frittage. Ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on soumet simultanément la matière contenue dans le moule à une force centrifuge et à une exposition dans le champ électro magnétique hyperfréquence de l'applicateur. 2 - Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on rempli le moule par injection de matière poudreuse sous pression d'au moins 1.10' Pa. de préférence 2.106 Pa. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le ou les applicateurs ainsi que les moules sont entrainés dans un mouvement de rotation avec une vitesse angulaire d'au moins 250 rad de préférence 100 rad. 4 - Procédé suivant des revendications 1 à :3 caractérisé en ce qu'on crée un effet de soudage des grains de matière sans additif tel que le cobalt. 5 - Procédé suivant des revendications de 1 à 4 caractérisé en ce que les applicateurs d'énergie hyperfréquence sont adaptés pour chaque type de forme du moule. 6 - Procédé suivant revendication 5 caractérisé en ce qu'on applique un champ magnétique statique sur la matière contenue dans le moule pendant sa rotation. 7 - Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la résonnance magnétique déplace la fréquence fondamentale, ce qui modifie la répartition spatiale des champs et améliore l'homogénéité du chauffage. 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que toutes les étapes du procédé peuvent être automatiques 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications ci-dessus caractérisé en ce que la matière poudreuse est un mélange de poudre de tungstène, de nickel, de lithium, et de 30 manganèse. 5