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Auteur(s)
-
Michel EUDIER : Professeur honoraire à l’École Centrale de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans la pratique la plus courante, on comprime la poudre à froid afin d’obtenir un objet ayant une cohésion suffisante pour qu’il puisse être manipulé et transporté jusqu’au four de frittage.
Pour des propriétés mécaniques élevées, on recherche dès cette opération une forte masse volumique, autrement dit une porosité résiduelle assez faible.
Les pièces comprimées à froid sont particulièrement belles et brillantes, surtout sur leurs faces latérales dans le cas de la compression uniaxiale. Elles paraissent solides, mais leur résistance mécanique est généralement inférieure à 10 MPa.
C’est l’opération de frittage qui leur donne des propriétés mécaniques convenables. Elle consiste à chauffer le comprimé à une température telle que les grains de poudre se soudent entre eux par des déplacements d’atomes à l’état solide, ou par une sorte de brasure lorsqu’il existe une certaine quantité de liquide dans le comprimé au cours de l’opération.
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- Version archivée 1 de avr. 1980 par René MEYER
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2. Frittage
Pendant la montée en température, ou lors d’une opération de chauffage préliminaire, le lubrifiant, utilisé dans les compressions uniaxiales, doit être éliminé avec soin car les produits carbonés, qui se forment lors de sa décomposition, sont un obstacle sérieux au soudage des grains.
Les fours de frittage sont de types très divers mais les plus courants sont des fours continus, mouflés, où les pièces sont transportées sur un tapis de fils métalliques.
2.1 Frittage en phase solide
Entre un tas de poudre ou un comprimé et la pièce après frittage, la différence géométrique essentielle est la diminution de la surface de la phase solide. Cette surface est, initialement, celle de la totalité des grains de poudre, et, après frittage, la somme des surfaces externe et interne. La surface interne est la somme de toutes les surfaces des trous qui persistent.
À cette variation de surface correspond une variation d’énergie de surface dont l’existence est bien connue pour les liquides, et qui a une valeur voisine dans le cas des solides.
Si l’on facilite les mouvements des atomes, donc les déplacements de matière, en augmentant la température, l’énergie potentielle de surface tendra à diminuer. La porosité des pièces, restant après la compression, aura donc aussi tendance à diminuer. Les trous se rapprocheront de la forme sphérique dont la surface est minimale pour un volume donné. Ensuite, ils diminueront de volume et disparaîtront.
À l’énergie de surface, est associée une tension superficielle qui va déterminer les contraintes internes du frittage.
Si d’autres phénomènes n’interviennent pas, il en résulte donc un retrait en volume des pièces mais l’élimination des pores ne se produit, sauf exceptions, qu’au bout d’un très long temps et à très haute température ce qui ne correspond pas aux conditions industrielles.
Cependant, une conséquence pratique immédiate est que, pour obtenir un retrait donné en un temps donné, la température de frittage nécessaire variera en sens inverse du diamètre des grains de poudre puisqu’une poudre fine a une surface très élevée...
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