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RÉSUMÉ
Le procédé PIM associe les avantages de l’injection plastique et de la métallurgie des poudres. Cette technique est particulièrement adaptée pour l’obtention de petites pièces complexes. Autre atout, les matériaux peuvent être difficilement usinables, puisque les opérations de finition et de polissage sont considérablement réduites, voire même éliminées, en raison de l’état de surface et de la précision des pièces d’excellente qualité. Les différentes étapes de la technologie PIM, ainsi que les problèmes spécifiques comme la composition du feedstock et les conditions de moulage, sont exposées. Le frittage est la dernière, la pièce est alors chauffée pour être consolidée et densifiée. Sont présentés les aspects théoriques de ce phénomène ainsi que les nouvelles techniques de frittage actuellement en développement.
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Delphine MOINARD : Enseignant-Chercheur - Laboratoire Sciences des matériaux, École Catholique d’Arts et Métiers ECAM, Lyon - Arts et Métiers ParisTech, LaBoMaP, Cluny
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Claire RIGOLLET : Enseignant-Chercheur laboratoire sciences des matériaux ; ECAM Lyon
INTRODUCTION
Le procédé de moulage par injection de poudres, PIM, a tout d’abord été adopté par l’industrie céramique dans les années 1970. Puis, ce procédé s’est ensuite développé plus largement dans le domaine des poudres métalliques. Même si l’industrie PIM a connu une forte croissance depuis sa naissance, le nombre de pièces obtenues par ce procédé reste de l’ordre de quelques pourcents en comparaison du nombre total de pièces obtenues par des techniques conventionnelles de métallurgie des poudres et des céramiques techniques.
Le procédé PIM associe les avantages de l’injection plastique et de la métallurgie des poudres pour obtenir des pièces complexes en petite, moyenne, ou grande série dans des matériaux qui peuvent être très difficilement usinables. De plus, ce procédé est particulièrement adapté à des petites pièces. Il est donc quasiment incontournable dans le domaine de la microtechnologie.
Des pièces de formes très complexes peuvent être obtenues directement, ou avec seulement de petites opérations d’usinage. Puisque l’état de surface et la précision des pièces obtenues sont excellents, les opérations de finition et de polissage sont fortement réduites, ou même éliminées. Des réductions importantes de coûts de production sont alors possibles par rapport au frittage de pièces pressées, par exemple.
Dans ce dossier, après avoir comparé la technologie PIM aux procédés conventionnels, nous décrirons les principes de base et les problèmes typiques rencontrés lors des différentes étapes (constituants et composition du feedstock, conditions de moulage et de déliantage). Puis nous nous focaliserons sur le frittage dans le cas spécifique de ce procédé :
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théorie du phénomène de frittage ;
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détails des équipements utilisés dans le domaine industriel ;
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difficultés couramment rencontrées lors du frittage de différents matériaux (métalliques et céramiques) ;
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nouvelles techniques actuellement en développement.
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5. Frittage
5.1 Aspects théoriques
L’étape de frittage est la dernière étape du procédé PIM. Au cours de cette étape, la pièce, que le déliantage avait laissée poreuse, va être chauffée pour être consolidée et densifiée. Cette densification s’accompagnera d’un retrait volumique fonction de la composition initiale du feedstock.
L’opération de frittage s’effectue, dans tous les cas, à une température telle que le matériau ne soit pas totalement fondu. On distingue cependant le cas où l’intégralité du matériau est à l’état solide (frittage en phase solide) et le cas où une partie de la matière a atteint son point de fusion (frittage en phase liquide) ([AF 6 620] [AF 6 621]).
Cette opération pourra, d’autre part, être effectuée à pression atmosphérique (on parlera alors de frittage naturel), ou avec application d’une pression externe (frittage sous charge, uniaxial ou isostatique).
Le mécanisme de base du frittage est la création de liaisons entre les grains de poudre par diffusion d’atomes sous l’action de contraintes superficielles et de la température.
Il s’agit donc d’une redistribution de la matière qui tend à minimiser l’énergie de surface .
L’énergie des joints de grains est beaucoup plus faible que celle des interfaces solide-gaz. Un système pulvérulent possédera donc une surface...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - GERMAN (R.M.) - Divergences in global powder injection moulding - Powder...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Congrès organisé par l’EPMA : EuroPM qui a lieu chaque année en Europe
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Congrès organisé par Metal Powder Industries Federation : PowderMet se déroule chaque année aux USA
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KIMREY (H.D.), Method and device for microwave sintering...
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