Brevet FR3123351A1 — publié le 20221202

L’invention porte sur un procédé de fabrication d’une pièce à base de chutes d’au moins un type de pierre gemme inorganique, hors diamant, caractérisé par les étapes suivantes : - utiliser les chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganiquesous forme de poudre présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres et comprenant au moins 65% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, - fritter de manière non-réactive en utilisant un procédé de frittage SPS ladite poudre, de manière que la pièce frittée présente une forme prédéterminée et/ou des propriétés mécaniques prédéterminées. Procédé de fabrication de piece à base de rebuts de pierres gemmes inorganiques naturelles par frittage SPS et piece ainsi obtenue DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne la fabrication par frittage à base de rebuts ou chutes de pierres gemmes inorganiques, dites pierres précieuses naturelles, dites aussi pierres gemmes naturelles, par exemple l’émeraude, le saphir, la topaze et le rubis ; ce procédé permettant d’obtenir des pièces de forme prédéterminée, les pièces pouvant en outre présenter des propriétés esthétiques et/ou des propriétés mécaniques particulières. La présente invention trouve des applications dans les domaines suivants : outillage, dispositifs optiques, dispositifs balistiques, dispositifs ornementals tels que les bijoux. ETAT DE LA TECHNIQUE Des procédés de fabrication de gemmes synthétiques ou artificielles sont notamment utilisés dans les domaines de l’horlogerie et la joaillerie-bijouterie. Ces procédés sont longs, coûteux et nécessitent beaucoup d’opérations afin d’imiter ou non l’apparence des gemmes naturelles. Il est ainsi désireux de proposer un procédé de fabrication de gemmes plus efficients et offrant des propriétés esthétiques et/ou physico-chimiques au moins équivalentes ou améliorées par rapport aux procédés de l’état de la technique. Un but de l’invention est de limiter le nombres d’opérations et/ou de traitements et/ou la durée des opérations. L’INVENTION A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce à base de chutes d’au moins une pierre gemme inorganique, hors diamant, caractérisé par les étapes suivantes : - utiliser une poudre comprenant des chutes de l’au moins une pierre gemme inorganique présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres, ladite poudre comprenant au moins 65% de l’au moins une pierre gemme inorganique, - fritter de manière non-réactive en utilisant un procédé de frittage SPS ladite poudre, de manière que la pièce frittée présente une forme prédéterminée et/ou des propriétés mécaniques prédéterminées. Le procédé selon l’invention comprend moins d’opérations et/ou présente une durée inférieure que les procédés de l’état de la technique tout en étant plus simple et moins coûteux. En outre, le procédé SPS permet ou non de ne pas faire maturer les grains. La pièce obtenue peut ainsi présenter des caractéristiques esthétiques proches ou équivalentes des pierres gemmes inorganiques monoblocs ou présenter des caractéristiques esthétiques spécifiques du fait de mélanges. La pièce obtenue peut en outre présenter des caractéristiques physico-chimiques prédéterminées. Par exemple, la pièce est obtenue ex-nihilo. Selon d’autres exemples, la pièce obtenue comprend une pièce support ou une pièce de base, et un revêtement à base d’au moins une pierre gemme inorganique. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par : – chutes, les chutes ou rebuts ou poudres ou tout éléments issus de la taille des pierres précieuses naturelles ; – pierre gemme inorganique, ou gemme naturelle, ou pierre gemme, ou pierre précieuse naturelle, une pierre issue de la nature, ce qui exclut les pierres organiques et les pierres ou éléments synthétiques ou artificiels ; – au moins une pierre gemme inorganique, ou au moins un type de pierre gemme inorganique, par exemple l’un ou plusieurs des types suivants : saphir, rubis, émeraude, dites pierres précieuses, actinote, agate, aigue-marine, alexandrite, almandin, amblygonite, améthyste, amétrine, anatase, andradite, anglésite, apatite, aventurine, axinite, azurite, barytine, bénitoïte, brazilianite, cancrinite, charoïte, chrysocolle, clinozoïsite, citrine, cordiérite, cornaline, cristal de roche, danburite, démantoïde, disthène, elbaïte, épidote, fayalite, goshénite, grenats, haüyne, héliodore, héliolite, hématite, hiddénite, howlite, jade, jaspe, kunzite, lapis-lazuli, larimar, malachite, microcline, morganite, obsidienne, œil-de-tigre, oligoclase, onyx, opale noble, opale de feu, opale noire, opale quincite, opale résinite, padparadscha, painite, périclase, péridot, pierre de lune, prasiolite, prehnite, quartz fumé, quartz hématoïde, quartz morion, quartz rose, rhodonite, rutile, sardoine, scheelite, serpentine, smaragdite, sodalite, spessartine, spinelle, spodumène, staurolite, tanzanite, topaze, tourmaline, trémolite, turquoise, uvarovite, variscite, zircon, dites pierres fines ou semi-précieuses ; - frittage SPS, acronyme de « Spark Plasma Sintering », un procédé de frittage sous pression basé sur la densification d’un échantillon de poudre par application d’une contrainte mécanique associée au passage d’un courant pulsé permettant de chauffer l’échantillon ; par exemple une méthode de frittage apparentée au pressage isostatique à chaud mais utilisant l'effet joule pour chauffer la poudre précompactée dans un creuset cylindrique creux entre deux électrodes en graphite sous atmosphère inerte ou sous vide, l'ensemble étant soumis à une pression de plusieurs mégapascals sous l'action d'une presse hydraulique. Un courant continu ou alternatif de plusieurs kiloampères, pulsé ou non, est appliqué entre les électrodes avec une tension de quelques volts. ; – de manière non réactive, en association avec le frittage, une absence de réaction chimique impliquant que les composants initiaux ne réagissent pas entre eux pour former d’autres composants, ou que la nature chimique des composants initiaux est conservée ; – changement de phase ou transition de phase christallographique, une évolution de l’organisation des atomes dans la maille cristallographique du composé sous l’effet de paramètres extérieurs comme la température ou la pression, permettant d’ajuster les propriétés mécaniques et/ou physico-chimiques ; - liant, ou fondant, toute matière permettant d’améliorer la densification et/ou les propriétés mécaniques finales donnant une cohésion mécanique à la pièce finale, par exemple une céramique oxyde présentant un point de fusion plus faible que celui de la pierre que l’on cherche à densifier ; - taille de grains, ou granulométrie, ou granulométrie des grains, la taille caractérisée par les valeurs d10, d90, d50 afin de quantifier la dispersion de cette distribution de taille de grains ; – taille de cristallites, chaque grain pouvant présenter des cristallites, la taille se rapportant aux domaines cristallographiques cohérents et qui est mesurée par des techniques du type MEB, TEM, …; – broyage ou broyer, en particulier concernant une poudre, une méthode de transformation par action mécanique, par exemple par des billes, de manière à réduire la taille des cristallites et/ou la taille des grains d’une poudre ; – atomisation ou atomiser, en particulier concernant une poudre, une méthode de transformation d’un lingot ou barre de céramique en poudre sphérique par fusion et projection des gouttes métalliques sous flux gazeux pour les rendre sphériques ; De préférence, l’au moins une pierre gemme inorganique ou l’au moins un type de pierre gemme inorganique est l’émeraude ou le saphir ou le rubis. De manière préférentielle, l’au moins un type de pierre gemme inorganique est au moins un type de pierre parmi les pierres fines, par exemple grenat, ou lapis-lazuli, ou cornaline, ou jaspe. Selon un mode de réalisation, l’au moins une pierre gemme inorganique ou l’au moins un type de pierre gemme inorganique comprend plusieurs types de pierres gemmes inorganiques citées au-dessus. De préférence, la pièce est réaliser à base de chutes de plusieurs types de pierres gemmes inorganiques. De préférence, le procédé de fabrication comprend une étape de broyage des chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganique de manière que la poudre obtenue présente une granulométrie inférieure à 500 micromètres. Le broyage permet d’obtenir une poudre qui aura des propriétés « finales » en terme de géométrie, facteur de forme, taille de cristallites. Le broyage permet également dans certains cas de former des sites actifs en surface de poudre qui favorisent et améliorent le comportement au frittage. Selon des variantes de réalisation, la poudre utilisée et/ou broyée présente une granulométrie inférieure à 250 micromètres, préférentiellement inférieure à 100 micromètres. Selon un mode de réalisation, la poudre utilisée et/ou broyée comprend au moins 70% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence au moins 75% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence au moins 80% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence au moins 85% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence au moins 90% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence au moins 95% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, de préférence 100% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique. Selon un mode de réalisation, la poudre utilisée et/ou broyée ne comprend pas de liant et/ou d’agent dopant. L’étape de frittage peut s’effectuer sans liant et/ou sans agent dopant. L’absence de liant permet d’augmenter la pureté du matériau final tout en limitant la complexité de la mise en œuvre induite par l’obligation de l’obtention d’un mélange intime entre les pierres gemmes inorganiques et le liant. Le procédé SPS ne favorise pas la croissance granulaire, contrebalançant l’absence de liant. Selon un autre mode de réalisation, la poudre utilisée et/ou broyée comprend au moins un liant. Le procédé de fabrication peut comprendre une étape d’ajout d’au moins un liant avec la poudre, avant l’étape de frittage. L’ajout de liant ou de fondant permet d’éviter les réactions chimiques, d’ajuster la température de fusion et de faciliter la densification tout en limitant la croissance granulaire. Le liant ou le fondant correspond à un autre composé qui ne réagit pas mais qui présente une température de fusion plus basse. La nature du fondant dépend de la nature de la pierre gemme. Selon une variante de réalisation, le procédé de fabrication peut comprendre en outre une étape d’atomisation des chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganique. De préférence, selon la pierre gemme utilisée, l’étape de frittage peut s’effectuer selon les conditions suivantes : - une température comprise entre 600°C et 1800°C, - une pression comprise entre 25MPa et 75MPa, - une durée comprise entre 5 et 40 minutes. Selon un deuxième aspect, l’invention propose une pièce à base de chutes d’au moins une pierre gemme inorganique, hors diamant, obtenue selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du procédé de fabrication du premier aspect. En particulier, ladite pièce est obtenue par frittage SPS d’une poudre comprenant un ou plusieurs types de pierres gemmes inorganiques, sans liant et sans agent dopant. La pièce obtenue est par exemple une pièce décorative telle un bijou. Procédé de fabrication d’une pièce à base de chutes d’au moins un type de pierre gemme inorganique, hors diamant, caractérisé par les étapes suivantes : - utiliser une poudre comprenant des chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganique présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres, ladite poudre comprenant au moins 65% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique, - fritter de manière non-réactive en utilisant un procédé de frittage SPS ladite poudre, de manière que la pièce frittée présente une forme prédéterminée et/ou des propriétés mécaniques prédéterminées. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un type de pierre gemme inorganique est de l’émeraude ou le saphir ou le rubis. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un type de pierre gemme inorganique est au moins un type de pierre parmi les pierres fines. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un type de pierre gemme inorganique comprend plusieurs types de pierres gemmes inorganiques. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de broyage des chutes de manière que la poudre obtenue présente une granulométrie inférieure à 500 micromètres. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape d’ajout d’au moins un liant avec la poudre, avant l’étape de frittage. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la poudre comprend 100% de l’au moins un type de pierre gemme inorganique. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de frittage s’effectue sans liant. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de frittage s’effectue sans agent dopant. Pièce à base de chutes d’au moins un type de pierre gemme inorganique, caractérisée en ce qu’elle est obtenue selon l’une des revendications précédentes.