PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BOUCLE FERMEE DE FIL DE DECOUPE poll L'invention concerne un procédé de fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe ainsi qu'une boucle fermée de fil de découpe fabriquée par ce procédé. [002] Les boucles fermées de fil de découpe sont utilisées dans des machines à découper des lingots de matériaux durs comme des lingots en silicium ou autres matériaux semi-conducteurs. Le fil découpe le lingot par frottement ou abrasion. Pour cela, la machine entraîne la boucle fermée en rotation. La vitesse de déplacement du fil dans sa direction longitudinale est typiquement comprise entre 5 m/s et 15 m/s. Le fil est également tendu avec une force importante comprise, typiquement, entre 10 N et 50 N et, de préférence, entre 30 N et 40 N. [003] L'avantage d'utiliser une boucle fermée de fil de découpe est que le fil se déplace toujours dans le même sens et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir périodiquement un changement de sens de déplacement de ce fil. Des procédés 15 connus de fabrication d'une telle boucle fermée de fil de découpe comportent : - la fabrication d'un fil de découpe comportant une âme centrale s'étendant continûment entre deux extrémités libres, cette âme centrale présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, et - le soudage ensemble des deux extrémités libres pour former la boucle fermée de fil 20 de découpe. [4] Jusqu'à présent, la soudure pour former la boucle est réalisée en chauffant, par exemple à l'aide d'un faisceau laser ou d'un courant électrique, les extrémités du fil de découpe au-delà de la température de fusion de l'âme centrale. Ensuite, les deux extrémités chauffées sont raboutées. Le métal fondu de l'âme centrale présent 25 sur chacune de ces extrémités se mélange et forme la soudure après avoir refroidi. Un tel procédé est par exemple décrit dans le brevet US6311684B1. [5] II a été constaté que lors de l'utilisation sur des machines à découper de telles boucles fermées, les boucles ainsi réalisées ont tendance à se rompre à proximité de la soudure dans la zone affectée thermiquement. Pour remédier à ce 30 problème, le brevet US6311684B1 propose d'appliquer sur la soudure des traitements thermiques supplémentaires à des températures bien précises. Ces traitements thermiques supplémentaires complexifient la fabrication de la boucle fermée. [6] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de 35 fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe plus simple. [7] Elle a donc pour objet un tel procédé dans lequel : - la fabrication du fil de découpe comporte la réalisation de l'âme centrale dans un matériau soudable à l'état solide, et - le soudage est une opération de soudage à l'état solide comportant l'écrasement, à 40 une température inférieure à la température de fusion du matériau de l'âme centrale, de l'une des extrémités libres sur l'autre de ses extrémités libres jusqu'à ce que les deux extrémités s'interpénètrent et ne forment plus qu'un seul bloc de matière uniforme. [8] La soudure conventionnelle chauffe au-delà de sa température de fusion les extrémités de l'âme centrale en acier. Cet échauffement modifie localement les propriétés mécaniques de l'âme centrale. Plus précisément, cela diminue sa résistance à la traction et sa résistance en fatigue. C'est donc pour cela que la boucle casse généralement à proximité de la soudure et que US6311684B1 enseigne de réaliser des traitements thermiques supplémentaires pour restaurer les propriétés 10 mécaniques initiales du fil de découpe même dans la zone affectée thermiquement par le soudage. [9] Au contraire, dans le procédé revendiqué, la soudure est une soudure à l'état solide réalisée sans échauffement au-delà de la température de fusion de l'âme centrale. Ainsi, lors du soudage à l'état solide, il n'y a pas de modification des 15 propriétés mécaniques de l'âme centrale et, notamment, il n'y a pas de diminution de la résistance à la traction de l'âme centrale à proximité de la soudure. Il n'est ainsi pas nécessaire de mettre en oeuvre des traitements thermiques supplémentaires pour restaurer les propriétés mécaniques du fil au niveau de la soudure. [cm cl Les déposants font également remarquer que le soudage à l'état solide est 20 uniquement connu pour être applicable à des matériaux mous, c'est-à-dire des matériaux qui, lorsqu'ils se présentent sous la forme d'une âme centrale d'un diamètre compris entre 0,4 mm et 0,6 mm, présentent une résistance à la traction inférieure à 500 MPa. Ainsi, cet enseignement dissuade d'essayer cette technique de soudage à l'état solide dans le domaine des fils de découpe. En effet, l'âme centrale 25 est réalisée dans un matériau aussi dur que possible et donc normalement dans un matériau a priori incompatible avec cette technique de soudure à l'état solide. Toutefois, les déposants ont également découvert que, de façon surprenante, ces techniques de soudage à l'état solide donnaient des résultats satisfaisants même avec des âmes réalisées dans des matériaux durs à partir du moment où l'âme 30 centrale est réalisée dans un matériau susceptible d'être soudé à l'état solide. [0011] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la fabrication du fil de découpe comporte : - le tréfilage de l'âme centrale pour diminuer son diamètre et accroître sa 35 dureté par écrouissage de manière à atteindre une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, puis - le soudage ensemble des deux extrémités libres de l'âme centrale tréfilée pour former la boucle fermée ; - après l'étape de soudage, le procédé comporte le chauffage de l'ensemble de la boucle fermée à une température inférieure à la température de fusion du matériau de l'âme centrale ; - le procédé comporte l'ébavurage des bavures produites lors du soudage à l'état solide ; - la fabrication du fil comporte la fixation de particules abrasives sur l'âme centrale. [0012] Ces modes de réalisation du procédé de fabrication présentent en outre les avantages suivants : - la réalisation du soudage après le tréfilage de l'âme centrale simplifie la fabrication de la boucle fermée car il est alors possible de fabriquer le fil de découpe à partir d'une âme centrale s'étendant continûment entre ses deux extrémités libres ; - le chauffage sur l'ensemble de la boucle fermée après le soudage permet l'accroître encore plus la dureté du fil de découpe sur toute la longueur de la boucle fermée. [0013] L'invention a également pour objet une boucle fermée de fil de découpe réalisée à l'aide du procédé de fabrication ci-dessus. Cette boucle fermée comporte : - un fil de découpe comprenant une âme centrale s'étendant continûment entre deux extrémités et présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, et - une soudure reliant ensemble les deux extrémités, dans laquelle l'âme centrale est réalisée dans un matériau soudable à l'état solide, et la soudure est une soudure à l'état solide ne formant qu'un seul bloc de matière uniforme avec l'âme central, cette soudure à l'état solide étant obtenue par l'interpénétration des deux extrémités l'une dans l'autre. [0014] Les modes de réalisation de cette boucle fermée peuvent comporter une ou 25 plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'âme centrale est réalisée dans un matériau comportant moins de 0,04 % en poids de carbone et à structure cristalline cubique à face centrée ou en phase homogène alpha ; - l'âme centrale est réalisée dans un alliage contenant : 30 - 70 % en masse de Nickel et de Cobalt, - 14 % en masse de Chrome, - 5 à 9 % en masse de Fer, et - 2 à 2,5 % en masse de Titane ; - l'âme centrale est réalisée dans un matériau dont la résistance à la traction est 35 supérieure à 1400 MPa lorsqu'il se présente sous la forme d'un fil de 0,2 à 1 mm de diamètre ; - le fil de découpe comporte des particules abrasives fixées sans aucun degré de liberté sur l'âme centrale. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'une boucle fermée de fil de découpe ; 5 - la figure 2 est une illustration schématique, en coupe transversale, du fil de découpe de la boucle de la figure 1 ; - la figure 3 est une illustration schématique, en coupe transversale, d'une particule abrasive du fil de découpe de la figure 2 ; - la figure 4 est un organigramme d'un procédé de fabrication de la boucle fermée de 10 la figure 1. [0016] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0017] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. 15 [0018] Dans cette description, lorsque des valeurs de perméabilité relative d'un matériau magnétique sont données, elles le sont pour une fréquence nulle. [0019] La figure 1 représente une boucle fermée 2 d'un fil 3 de découpe. Un fil de découpe est destiné à découper un matériau dur par frottement ou abrasion. Ici, on considère qu'un matériau est dur si sa microdureté sur l'échelle de Vickers est 20 supérieure à 400 Hv50 ou supérieur ou égale à 4 sur l'échelle de Mohs. Dans cette description, les microduretés Vickers sont exprimées pour une charge de 50 gramme force, c'est-à-dire pour une force de 0,49N. Toutefois, l'homme du métier sait qu'il faut ajuster la charge en fonction de l'épaisseur du matériau sur lequel les mesures sont réalisées pour que la taille de l'empreinte Vickers soit inférieure à l'épaisseur du 25 matériau. Ici, ce fil de découpe est destiné à découper du silicium monocristallin ou polycristallin ou encore du saphir ou du carbure de silicium. [0020] Le fil 3 s'étend continûment d'une extrémité 4A jusqu'à une extrémité opposée 4B. La longueur du fil 3 entre ses deux extrémités 4A, 4B est généralement supérieure à 20 cm ou 1 m et, typiquement, supérieure ou égale à 2 m ou 3m. 30 Généralement, la longueur du fil 3 est inférieure à 10 m ou 5 m. [0021] Pour former la boucle 2, les extrémités 4A et 4B sont raccordées mécaniquement l'une à l'autre sans aucun degré de liberté par une soudure 5. [0022] La figure 2 représente plus en détail une section transversale du fil 3. Le fil 3 comporte une âme centrale 4 sur la périphérie de laquelle sont fixées des particules 35 abrasives 6 maintenues sur l'âme centrale par un liant 8. [0023] Typiquement, l'âme centrale 4 se présente sous la forme d'un fil simple présentant une résistance à la traction supérieure à 1200 MPa ou 1400 MPa et, de préférence, supérieure à 2 000 ou 3 000 MPa. Généralement, la résistance à la traction de l'âme 4 est inférieure à 5 000 MPa. [0024] L'allongement à la rupture de l'âme 4 est supérieur à 1 % et, de préférence, supérieur à 2 %. A l'inverse, l'allongement à la rupture de l'âme 4 ne doit pas être trop important et, par exemple, doit rester en dessous de 10 % ou 5 %. L'allongement à la rupture représente ici l'augmentation de la longueur de l'âme 4 avant que celle-ci 5 ne se rompe. [0025] Dans ce mode de réalisation, l'âme 4 a une section transversale circulaire. Par exemple, le diamètre de l'âme 4 est compris entre 70 pm et 1 mm. Le diamètre de l'âme 4 dépend souvent du matériau que l'on souhaite découper. Par exemple, le diamètre de l'âme 4 est compris entre 200 pm et 450 pm ou 200 pm et 1mm pour 10 découper des lingots de silicium tandis qu'il est compris entre 70 pm et 100 pm ou entre 70 pm et 200 pm pour découper des tranches de silicium connues sous le terme anglais de « wafer ». Dans ce mode de réalisation, l'âme 4 est réalisée dans un matériau électriquement conducteur. On considère qu'un matériau est électriquement conducteur si sa résistivité est inférieure à 10-5 Cl.m à 20°C. 15 [0026] L'âme 4 est aussi réalisée dans un matériau soudable à l'état solide (« Solid- State welding » en anglais). Le soudage à l'état solide est bien connu. Cela regroupe les techniques de soudage où la température de l'âme 4 reste inférieure à la température de fusion du matériau de cette âme. Typiquement, la température de soudage est inférieure à 0,9 Tf et, de préférence, inférieure à 0,5Tf ou 0,25Tf ou 20 0,15Tf, où Tf est la température de fusion du matériau de cette âme centrale. Par exemple, dans le cas du soudage à froid, la température de soudage est inférieure à 0,25Tf ou 0,15Tf, c'est-à-dire typiquement inférieure à 50°C ou 100°C. [0027] Lors du soudage à l'état solide, la soudure est réalisée sans apport de matière extérieure sur les extrémités à souder. Le soudage à l'état solide se fait 25 typiquement en écrasant violemment l'une des extrémités libres 4A sur l'autre extrémité libre 4B. L'écrasement est réalisé avec une pression suffisante pour qu'au niveau du point d'impact, les matériaux des deux extrémités 4A et 4B s'interpénètrent pour former un seul bloc de matière uniforme. Typiquement, on considère que la pression est suffisante si le paramètre Y=(S1-So)/S1 est supérieur à 0,5 et, de 30 préférence, à 0,7, où - So est la section transversale de l'âme 4 avant le soudage à l'état solide, et - Si est la section transversale de l'âme 4, au niveau de la soudure 5, après le soudage à l'état solide. [0028] Cela correspond généralement à une pression en MPa supérieure à Hy*5 et, 35 de préférence, à Hyl 0, où Hy est la microdureté du matériau de l'âme 4 exprimée sur l'échelle de Vickers pour une charge de 50 gramme-force. Pour une grande partie des matériaux soudables à l'état solide, la pression au niveau du point d'impact est supérieure à à 1000 MPa et, de préférence, supérieure à 4000 MPa. [0029] Après le soudage à l'état solide, il n'est pas possible de discerner, même 40 dans une coupe longitudinale de la soudure observée au microscope, une interface qui sépare d'un côté la matière qui, avant le soudage, appartenait à l'extrémité 4A et, de l'autre côté, la matière qui, avant le soudage, appartenait à l'autre extrémité 4B. Ici, la soudure est réalisée par soudage à froid. Le soudage à froid est réalisé à l'aide d'une machine de soudage par pression (« pressure welding machine » en anglais).