FR3140381A1

FR3140381A1 - Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux utilisés notamment pour les coques de navires et les rails de chemin de fer.

Info

Publication number: FR3140381A1
Application number: FR2210026A
Authority: FR
Inventors: Claude Secchi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-05

Abstract

Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux utilisés notamment pour les coques de navires et les rails de chemin de fer. Le procédé de l’invention a pour objectifs principaux de réduire la quantité de métal utilisé, notamment pour les coques de navires, pour les rails de chemins de fer, etc. et de remplacer le métal par des matériaux aussi résistants, plus légers et moins onéreux, tels des minéraux ou des polymères. Il consiste soit à incorporer dans le métal standard (1) d’autres matériaux dits matériaux ajoutés (2) aussi robustes, plus légers, mauvais conducteurs de chaleur, principalement des minéraux, ou des produits à base de minéraux, tels des billes de verre ou de la silice, des polymères ou matériaux composites pour obtenir un matériau résultant (3), soit à alterner des couches de métal standard (1) et des couches d’autres matériaux tels que des matériaux résultants (3) ou matériaux finaux (5) obtenus par additifs et/ou traitements (4) pour obtenir un produit final (6), soit pour les produits finaux longs, à recouvrir totalement ou partiellement de matériau standard (1) l’âme constituée de matériaux résultants (3) ou matériaux finaux (5). La figure de l’abrégé est la Fig 1.

Description

Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux utilisés notamment pour les coques de navires et les rails de chemin de fer.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau à base de métaux, principalement de métaux ferreux ayant pour principaux objectifs de:

Réduire les coûts,
Réduire les poids,
Réduire la quantité de métal utilisée, notamment l’acier, le fer, la fonte ou autres alliages et ainsi préserver les ressources naturelles.
Réduire les quantités de charbon utilisées pour la fabrication des aciers,
Réduire l’émission de gaz toxiques et/ou polluants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtenir des produits au moins aussi résistants que les métaux.

Le procédé du présent brevet consiste à remplacer une partie d’un métal par d’autres composants aussi résistants, plus légers et moins onéreux.

Certains minéraux bruts, certains matériaux élaborés à partir de minéraux et polymères répondent aux principales caractéristiques souhaitées suivantes:

Dureté égale ou supérieure à celle des métaux.
Masse volumique inférieure à celle des métaux.
Coût inférieur à celui des métaux.

La présente invention peut être avantageusement mise en œuvre pour la construction des coques de navires, la fabrication de rails de chemin de fer et autres applications.

Les composants apportés aux métaux ayant le plus souvent une masse volumique inférieure à celle desdits métaux, le mélange obtenu se trouve être allégé et permet la réalisation de plaques plus épaisses pour un poids plus réduit, ce qui est un avantage certain par exemple pour les véhicules.

Actuellement, les techniques pour réduire la quantité de métal sont principalement:

L’évidemment des plaques,
Les structures en nid d’abeille,
Les alliages plus résistants.

Certes ces techniques conviennent pour la construction de structures, mais ne conviennent pas pour d’autres applications, par exemple la construction des coques de navires ou la fabrication des rails de chemin de fer.

Pour des facilités de compréhension, il sera utilisé ci-après le terme de « matériau standard » pour désigner les matériaux habituellement utilisés aujourd’hui, notamment l’acier, le terme « matériau ajouté » pour désigner les divers composants destinés à être apportés au matériau standard, notamment un minéral, un produit élaboré à partir de minéraux, un polymère ou un matériau composite et le terme « matériau résultant » pour désigner le produit obtenu par association du matériau standard et du matériau ajouté.

Le matériau résultant peut être traité et/ou recevoir à son tour des additifs pour produire le matériau utilisable in fine désigné par le terme « matériau final », qui peut être lui-même associé à d’autres matériaux dont le matériau standard, le matériau ajouté ou le matériau résultant pour obtenir le « produit final ».

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le procédé permet d’obtenir à un coût moindre, des produits aussi résistants mais plus légers que les matériaux standards tels que100% d’acier.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté doit posséder des caractéristiques préférablement équivalentes ou supérieures à celles du matériau standard, notamment une dureté au moins égale et/ou une masse volumique inférieure ou égale, de manière à ce que le matériau résultant soit équivalent ou supérieur au matériau standard.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, d’autres critères tels que ceux repris ci-dessous sont à considérer pour le choix du matériau ajouté. Cependant, il n’est pas nécessaire que l’ensemble desdits critères soit réuni pour qu’un matériau ajouté soit retenu.

Dureté à chaud et à froid.
Résistance à la compression.
Coefficient de dilatation préférablement similaire entre le matériau ajouté et le matériau standard.
Adhérence entre matériau standard et matériau ajouté.
Résistance à la traction.
Elasticité.
Ductilité.
Striction.

Les critères a et b sont les plus importants et les critères c et d sont recommandés.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, l’invention a pour objectif de réduire les coûts et le poids du matériau final. Les matériaux ajoutés sont moins onéreux que les métaux pour une dureté équivalente ou supérieure à celle des matériaux standards, tels que certains minéraux bruts ou traités ou certains polymères. De plus, lesdits matériaux ajoutés ont généralement une masse volumique inférieure à celle des matériaux standards.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les objectifs de l’invention sont atteints lorsque lesdits matériaux ajoutés sont associés aux matériaux standards. Les matériaux résultants ainsi que les matériaux finaux sont au moins aussi résistants, plus légers et moins coûteux que les matériaux standards, notamment l’acier.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le Matériau ajouté est constitué de matériaux bruts tels que: le granit, le marbre, le grès, la silice, les graviers, les sables, divers agrégats et tous matériaux naturels possédant préférablement les critères a et b de la liste précitée des critères.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le matériau ajouté est un matériau obtenu par traitement et/ou par adjonction d’additifs. Par exemple, les verres, les matériaux silicatés, les céramiques, les vitrocéramiques, la terre cuite, certains alliages, certains matériaux de synthèse dont les polymères, les matériaux composites et tous les matériaux répondant préférablement aux critères a-b-c-d de la liste précitée des critères. L’acier et le verre ont le même indice de dureté sur l’échelle de Mohs: 5,5; et résistent très bien tous les deux à la compression. L’utilisation simultanée et non exhaustive de ces deux matériaux répond avantageusement aux objectifs de l’invention. On notera aussi que le granit a un indice de 7 sur l’échelle de Mohs et donc est plus dur que l’acier.

Le Matériau résultant peut être obtenu par différentes techniques dont la liste non exhaustive ci-après fait état:

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention dit par incorporation, le procédé consiste à incorporer dans le matériau standard, d’autres matériaux durs, petits ou grands, dénommés matériaux ajoutés, dont la masse volumique est préférablement inférieure à celle du matériau standard, afin d’alléger le matériau résultant. Par exemple, des billes de verre, des morceaux de silice, de granit, du sable, des agrégats, des polymères. La plupart de ces matériaux ajoutés ont une masse volumique inférieure aux matériaux standards et sont aussi durs et moins onéreux que lesdits matériaux standards. Le matériau standard, outre sa dureté, constitue le liant, permettant ainsi au matériau résultant de former avec lui un bloc compact et homogène.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté adhère au maximum au matériau standard afin que le matériau résultant, formé de deux ou de plusieurs matériaux, constitue un bloc compact et homogène et ait au moins les mêmes caractéristiques de dureté que s’il était constitué totalement de matériau standard.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau standard et le matériau ajouté sont mélangés l’un avec l’autre lorsque l’état du matériau standard devient liquide ou visqueux consécutivement à une élévation de la température allant jusqu’à au moins 1400 degrés Celsius. Ceci permet une répartition homogène des différents matériaux, ainsi qu’une bonne adhérence réciproque.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les matériaux ajoutés sont constitués préférablement de petits éléments nombreux, en particulier pour obtenir des matériaux finaux ayant une faible épaisseur, tels que par exemple les plaques pour coques de navires, et ainsi augmenter leurs surfaces en contact avec les matériaux standards et obtenir un matériau résultant homogène.

Selon le mode de réalisation différent de l’invention, le matériau ajouté est préférablement ajouté au matériau standard lorsqu’il se trouve à l’état solide et préférablement à basse température, tandis que le matériau standard se trouve préférablement à l’état liquide, ou visqueux. Par exemple on ajoute du sable froid à un acier chauffé à haute température.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté est préférablement ajouté au matériau standard avec régularité afin que le matériau résultant soit homogène et invariant. L’incorporation des éléments qui constituent le matériau ajouté est aléatoire ou, préférablement régulière et gérée par des calculateurs.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, afin d’incorporer un maximum de matériaux ajoutés dans un matériau standard, les matériaux ajoutés peuvent différer les uns par rapport aux autres par leur nature, par leur forme, par leur volume etc.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, des dispositifs appelés mélangeurs, constitués en tout ou en partie de matériaux réfractaires préférablement à base de céramique, peuvent être utilisés pour brasser les matériaux standards avec les matériaux ajoutés afin de les mélanger et d’obtenir des matériaux résultants homogènes.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, de tels mélangeurs peuvent être utilisés chaque fois que l’on veut mélanger des matériaux standards avec des matériaux ajoutés et/ou des matériaux résultants et/ou des matériaux finaux.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention dit technique multicouche, les divers matériaux sont ajoutés préférablement les uns aux autres, couche après couche ou simultanément. Les couches de matériaux standards alternent avec les couches de matériaux ajoutés et/ou avec les couches de matériaux résultants et/ou avec les couches de matériaux finaux. Ainsi, le produit final constitue un bloc compact et homogène, une couche sur deux, ainsi que la première et la dernière, sont préférablement des couches de matériau standard. Cette technique est toutefois délicate, le problème étant d’assurer la cohésion des couches compte tenu des différences de densité.

Par exemple, successivement:

Une couche de matériau standard. (La première).
Une couche de matériau ajouté ou une couche de matériau résultant ou une couche de matériau final.
Une couche de matériau standard.
Et ainsi de suite.
Une couche de matériau standard: (La dernière).

Selon cet autre mode de réalisation de l’invention, le produit final est enveloppé complètement de matériau standard.

Selon un mode différent de réalisation de l’invention dit technique bicouche, notamment utilisé pour les plaques lorsqu’un seul côté est en contact avec un milieu potentiellement agressif, par exemple les coques de navires, le produit final est constitué d’une couche, préférablement épaisse de matériau résultant ou d’une couche de matériau final et d’une couche de matériau standard en contact avec le milieu extérieur. Une des fonctions de la couche du matériau standard est de protéger la couche de matériau résultant ou de matériau final.

Par exemple:

Première couche, préférablement mince constituée de matériau standard.
Deuxième couche, préférablement épaisse, constituée de matériau résultant ou de matériau final.

Les 2 couches peuvent être déposées l’une après l’autre dans un ordre quelconque, ou simultanément.

Selon un autre mode différent de réalisation de l’invention dit technique tricouche, notamment utilisé pour les plaques lorsque les deux côtés sont en contact avec un milieu extérieur potentiellement agressif, la couche de matériau résultant, ou de matériau final est prise en sandwich entre deux couches de matériau standard.

Par exemple:

Première couche constituée de matériau standard.
Deuxième couche constituée de matériau résultant ou de matériau final
Troisième couche constituée de matériau standard.

Selon un autre mode particulier de l’invention dit technique de l’âme vers la périphérie, préférablement utilisé pour les produits finaux longs, les couches sont réalisées de l’âme vers la périphérie. Préférablement, l’âme constituée de matériau résultant ou de matériau final, est globalement située au centre du produit final. Elle est coulée en premier et enveloppée partiellement ou totalement par le matériau standard. Son épaisseur est celle du produit final diminuée sur tout ou partie de la périphérie d’un espace prévu pour recevoir le matériau standard dont une des fonctions est de protéger la couche de matériau résultant ou de matériau final des éventuelles agressions extérieures. Le matériau standard est ensuite ajouté dans l’espace périphérique réservé lors de la fonte de l’âme.

Selon un autre mode de réalisation différent de l’invention dit technique de la périphérie vers l’âme, la couche périphérique partielle ou totale constituée de matériau standard, est coulée en premier. Le matériau résultant ou le matériau final est ensuite coulé à l’intérieur de ladite couche périphérique et constitue ainsi l’âme. L’ensemble constitue le produit final.

Exemple de réalisation:

Le moule est rempli, totalement ou partiellement, de matériau standard se trouvant à l’état solide ou visqueux.
Avant que ce matériau standard ne soit solidifié, le moule est refroidi rapidement par l’extérieur, ce qui permet à la partie du matériau standard en contact avec le moule de se solidifier.
Le matériau standard non solidifié est retiré du moule.
L’espace vide laissé par l’enlèvement du matériau standard est rempli de matériau résultant ou de matériau final. L’ensemble constitue le Produit final.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, les techniques suivantes, permettent une bonne adhérence des matériaux standards aux matériaux ajoutés:

Les matériaux ajoutés sont préférablement rugueux afin de mieux adhérer aux matériaux standards.
Les matériaux ajoutés peuvent avoir des formes diverses, régulières par exemple sphériques, ou irrégulières présentant des cavités et des excroissances permettant aux matériaux standards liquides ou visqueux lors de la coulée de s’incruster dans ces irrégularités, pour avoir une connexion forte entre les matériaux standards et les matériaux ajoutés et rendre ainsi les différents matériaux définitivement solidaires lors du refroidissement, les matériaux résultants constituant ainsi des blocs compacts et homogènes.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le matériau ajouté doit principalement répondre, aux caractéristiques suivantes:

Dureté, à chaud et à froid: Le matériau ajouté est choisi parmi ceux présentant préférablement une importante dureté à chaud et à froid car il peut être soumis à des forces importantes, notamment des explosions et des collisions, et il doit pouvoir résister à de fortes chaleurs. On note que les minéraux sont des mauvais conducteurs de chaleur, ce qui augmente la protection offerte par l’invention.
Résistance à la compression: Le matériau ajouté doit pouvoir résister à toutes sortes de contraintes, dont des collisions et des explosions.
Coefficients de dilatation similaires entre le matériau ajouté et le matériau standard.
Bonne adhérence du matériau standard au matériau ajouté.

Quels que soient les modes de réalisation, les principales applications sont décrites ci-dessous:

Les plaques: Les techniques multicouche, notamment bicouche et tri couche, sont particulièrement adaptées aux plaques destinées en particulier aux véhicules terrestres et aux coques et cloisons étanches de navires. En effet, l’invention permet de résister aux chocs, aux compressions et aux fortes chaleurs qui sont les principales contraintes susceptibles d’être rencontrées par de tels équipements. L’invention offre une protection supérieure à celle que permet un matériau à 100% de métal pour un poids égal ou inférieur et pour un coût égal ou inférieur. Il suffit d’augmenter la proportion de matériau ajouté ou de matériau final par rapport à l’ensemble des matériaux et donc le volume du produit final, ce qui permet d’augmenter l’épaisseur des plaques sans en augmenter le poids. De plus, les minéraux et leurs dérivés sont des mauvais conducteurs de chaleur ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Enfin, les minéraux et leurs dérivés arrêtent aussi bien ou mieux que l’acier, les rayons alpha, béta et gamma ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Toutes les combinaisons sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur ou les coûts. Les plaques par exemple destinées aux coques de navires, sont réalisées soit par la technique de l’incorporation, soit par la technique bicouche, soit par la technique tricouche, soit par la technique multicouche. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur des plaques ou les coûts.
Les rails de chemin de fer: Ils se composent de trois parties principales, le patin reposant sur les traverses, au-dessus du patin l’âme verticale soutenant le champignon sur lequel reposent les roues du train. Ils sont principalement soumis à des contraintes de dureté, de compression et de fatigue. La mise en œuvre de l’invention permet de répondre à ces contraintes ainsi qu’aux autres contraintes citées sur la liste des critères, mais l’hétérogénéité des matériaux sont des amorces de rupture. Les techniques dites âme vers périphérie ou périphérie vers âme sont employées préférablement pour la fabrication des rails. Chacune des trois parties du rail, le patin, l’âme verticale et le champignon, peut être constituée de matériau standard, ou de matériau résultant ou de matériau final. Chacune d’entre elles peut être recouverte entièrement, ou partiellement, d’une couche protectrice de matériau standard. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, la robustesse ou les coûts.

La description suivante en regard des dessins annexés à titre d’exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre comment l’invention peut être mise en pratique.

montre l’organigramme général des traitements.

montre un matériau ajouté (Dans un matériau standard).

montre une plaque bi couche.

montre une plaque tri couche.

montre une vue en coupe d’un rail de chemin de fer, âme en matériau résultant recouverte totalement de matériau standard.

montre une vue en coupe d’un rail de chemin de fer, âme en matériau résultant recouverte partiellement de matériau standard.

Réduire les coûts,
Gagner du poids,
Réduire la quantité de métal utilisée, notamment l’acier, le fer, la fonte ou autres alliages et ainsi préserver les ressources naturelles.
Réduire la quantité de charbon utilisée pour la fabrication des aciers,
Réduire l’émission de gaz toxiques et/ou polluants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtenir des produits au moins aussi résistants que les métaux.

Certains minéraux bruts, matériaux élaborés à partir de minéraux et polymères répondent aux principales caractéristiques souhaitées suivantes:

La présente invention peut être avantageusement mise en œuvre pour la construction des coques de navires, les rails de chemin de fer et autres applications.

Pour des facilités de compréhension, il sera utilisé ci-après le terme de « matériau standard » (1) pour désigner les matériaux habituellement utilisés aujourd’hui, notamment l’acier, le terme « matériau ajouté » (2) pour désigner les divers composants destinés à être apportés au matériau standard (1), notamment un minéral, un produit élaboré à partir de minéraux, un polymère ou un matériau composite et le terme « matériau résultant » (3) pour désigner le produit obtenu par association du matériau standard (1) et du matériau ajouté (2).

Le matériau résultant (3) peut être traité et/ou recevoir à son tour des additifs (4) pour produire le matériau utilisable in fine désigné par le terme « matériau final » (5) qui peut être lui-même associé à d’autres matériaux dont le matériau standard (1), le matériau ajouté (2), le matériau résultant (3) pour obtenir le « produit final » (6). Voir la .

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le procédé permet d’obtenir à un coût moindre, des produits aussi résistants mais plus légers que les matériaux standards (1), tels que 100% d’acier.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) doit posséder des caractéristiques préférablement équivalentes ou supérieures à celles du matériau standard (1), notamment une dureté au moins égale et/ou une masse volumique inférieure ou égale, de manière à ce que le matériau résultant (3) soit équivalent ou supérieur au matériau standard (1).

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, d’autres critères tels que ceux repris ci-dessous sont à considérer pour le choix du matériau ajouté (2). Cependant, il n’est pas nécessaire que l’ensemble desdits critères soit réuni pour qu’un matériau ajouté (2) soit retenu.

Dureté à chaud et à froid.
Résistance à la compression.
Coefficient de dilatation préférablement similaire entre le matériau ajouté (2) et le matériau standard (1).
Adhérence entre matériau standard (1) et matériau ajouté (2).
Résistance à la traction.
Elasticité.
Ductilité.
Striction.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, l’invention a pour objectif de réduire les coûts et le poids du matériau final (5). Les matériaux ajoutés (2) sont moins onéreux que les métaux pour une dureté équivalente ou supérieure à celle des matériaux standards (1), tels que certains minéraux bruts ou traités ou certains polymères. De plus, lesdits matériaux ajoutés (2) ont généralement une masse volumique inférieure à celle des matériaux standards (1).

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les objectifs de l’invention sont atteints lorsque lesdits matériaux ajoutés (2) sont associés aux matériaux standards (1). Les matériaux résultants (3) ainsi que les matériaux finaux (5) sont au moins aussi résistants, plus légers et moins coûteux que les matériaux standards (1), notamment l’acier.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le Matériau ajouté (2) est constitué de matériaux bruts tels que: le granit, le marbre, le grès, la silice, les graviers, les sables, divers agrégats et tous matériaux naturels possédant préférablement les critères a et b de la liste précitée des critères.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le Matériau ajouté (2) est un matériau obtenu par traitement et/ou par adjonction d’additifs (4). Par exemple, les verres, les matériaux silicatés, les céramiques, les vitrocéramiques, la terre cuite, certains alliages, certains matériaux de synthèse dont les polymères, les matériaux composites et tous les matériaux répondant préférablement aux critères a-b-c-d de la liste précitée des critères. L’acier et le verre ont le même indice de dureté sur l’échelle de Mohs : 5,5 et résistent très bien tous les deux à la compression. L’utilisation simultanée et non exhaustive de ces deux matériaux répond avantageusement aux objectifs de l’invention. On notera aussi que le granit a un indice de 7 sur l’échelle de Mohs et donc est plus dur que l’acier.

Le matériau résultant (3) peut être obtenu par différentes techniques dont il est fait état sur la liste non exhaustive ci-après:

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention dit par incorporation, le procédé consiste à incorporer dans le matériau standard (1), d’autres matériaux durs, petits ou grands, dénommés matériaux ajoutés (2), dont la masse volumique est préférablement inférieure à celle du matériau standard (1), afin d’alléger le matériau résultant (3). Par exemple, des billes de verre, des morceaux de silice, de granit, du sable, des agrégats, des polymères. La plupart de ces matériaux ajoutés (2) ont une masse volumique inférieure aux matériaux standards (1) et sont aussi durs et moins onéreux que lesdits matériaux standards (1). Le matériau standard (1), outre sa dureté, constitue le liant, permettant ainsi au matériau résultant (3) de former avec lui un bloc compact et homogène. Voir la .

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) adhère au maximum au matériau standard (1) afin que le matériau résultant (3), formé de deux ou de plusieurs matériaux, constitue un bloc compact et homogène et ait au moins les mêmes caractéristiques de dureté que s’il était constitué de matériau standard (1).Voir la .

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau standard (1) et le matériau ajouté (2) sont mélangés l’un avec l’autre lorsque leur état devient liquide ou visqueux consécutivement à une élévation de la température allant jusqu’à au moins 1400 degrés Celsius. Ceci permet une répartition homogène des différents matériaux, ainsi qu’une bonne adhérence réciproque.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les matériaux ajoutés (2) sont constitués préférablement de petits éléments nombreux, en particulier pour obtenir des matériaux finaux (5) ayant une faible épaisseur, tels que par exemple les plaques pour coques de navires, et ainsi augmenter leurs surfaces en contact avec les matériaux standards (1) et obtenir un matériau résultant (3) homogène.

Selon le mode de réalisation différent de l’invention, le matériau ajouté (2) est préférablement ajouté au matériau standard (1) lorsque celui-ci se trouve à l’état solide et préférablement à basse température, tandis que le matériau standard (1) se trouve préférablement à l’état liquide, ou visqueux. Par exemple on ajoute du sable froid à un acier chauffé à haute température.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) est préférablement ajouté au matériau standard (1) avec régularité afin que le matériau résultant (3) soit homogène et invariant. L’incorporation des éléments qui constituent le matériau ajouté (2) est aléatoire ou, préférablement régulière et gérée par des calculateurs.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, afin d’incorporer un maximum de matériaux ajoutés (2) dans un matériau standard (1), les matériaux ajoutés (2) peuvent différer les uns par rapport aux autres par leur nature, par leur forme, par leur volume etc.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, des dispositifs appelés mélangeurs, constitués en tout ou en partie de matériaux réfractaires préférablement à base de céramique, peuvent être utilisés pour brasser les matériaux standards (1) avec les matériaux ajoutés (2) afin de les mélanger et d’obtenir des matériaux résultants (3) homogènes.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, de tels mélangeurs peuvent être utilisés chaque fois que l’on veut mélanger des matériaux standards (1) avec des matériaux ajoutés (2) et/ou des matériaux résultants (3) et/ou des matériaux finaux (5).

Selon un autre mode de réalisation de l’invention dit technique multicouche, les divers matériaux sont ajoutés préférablement les uns aux autres, couche après couche ou simultanément. Les couches de matériaux standards (1) alternent avec les couches de matériaux ajoutés (2), ou avec les couches de matériaux résultants (3) et/ou avec les couches de matériaux finaux (5). Ainsi, le produit final (6) constitue un bloc compact et homogène, une couche sur deux, ainsi que la première et la dernière, sont préférablement des couches de matériau standard (1). Cette technique est toutefois délicate, le problème étant d’assurer la cohésion des couches compte tenu des différences de densité. Voir les figures 3 et 4.

Par exemple, successivement:

Une couche de matériau standard (1). (La première).
Une couche de matériau ajouté (2) ou une couche de matériau résultant (3) ou une couche de matériau final (5).
Une couche de matériau standard (1).
Et ainsi de suite.
Une couche de matériau standard (1). (La dernière).

Selon cet autre mode de réalisation de l’invention, le produit final (6) est enveloppé complètement de Matériau standard (1).

Selon un mode différent de réalisation de l’invention dit technique bicouche, notamment utilisé pour les plaques lorsqu’un seul côté est en contact avec un milieu potentiellement agressif, par exemple les coques de navires, le produit final (6) est constitué d’une couche, préférablement épaisse de matériau résultant (3) ou d’une couche de matériau final (5) et d’une couche de matériau standard (1) en contact avec le milieu extérieur. Une des fonctions de la couche du matériau standard (1) est de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). Voir la .

Par exemple:

Première couche, préférablement mince constituée de matériau standard (1).
Deuxième couche, préférablement épaisse, constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5).

Selon un autre mode différent de réalisation de l’invention dit technique tricouche notamment utilisé pour les plaques lorsque les deux côtés sont en contact avec un milieu extérieur potentiellement agressif, la couche de matériau résultant (3), ou de matériau final (5) est prise en sandwich entre deux couches de matériau standard (1). Voir la .

Par exemple:

Première couche constituée de matériau standard (1).
Deuxième couche constituée de matériaux résultant (3) ou de matériau final (5).
Troisième couche constituée de matériau standard (1).

Selon un autre mode particulier de l’invention dit technique de l’âme vers la périphérie, préférablement utilisée pour les produits finaux (6) longs, les couches sont réalisées de l’âme vers la périphérie. Préférablement, l’âme constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) est globalement située au centre du produit final (6). Elle est coulée en premier et enveloppée partiellement ou totalement par le matériau standard (1). Son épaisseur est celle du produit final (6) diminuée sur tout ou partie de la périphérie d’un espace prévu pour recevoir le matériau standard (1) dont une des fonctions est de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) des éventuelles agressions extérieures. Le matériau standard (1) est ensuite ajouté dans l’espace périphérique réservé lors de la fonte de l’âme.

Selon un autre mode de réalisation différent de l’invention dit technique de la périphérie vers l’âme, la couche périphérique partielle ou totale constituée de matériau standard (1), est coulée en premier. Le matériau résultant (3) ou le matériau final (5) est ensuite coulé à l’intérieur de ladite couche périphérique et constitue ainsi l’âme. L’ensemble constitue le produit final (6).

Exemple de réalisation:

Le moule est rempli, totalement ou partiellement, de matériau standard (1).
Avant que ce matériau standard (1) ne soit solidifié, le moule est refroidi rapidement par l’extérieur, ce qui permet à la partie du matériau standard (1) en contact avec le moule de se solidifier.
Le matériau standard (1) non solidifié est retiré du moule.
L’espace vide laissé par l’enlèvement du matériau standard (1) est rempli de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). L’ensemble constitue le produit final (6).

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, les techniques suivantes, permettent une bonne adhérence des matériaux standards (1) aux matériaux ajoutés (2).

Les matériaux ajoutés (2) sont préférablement rugueux afin de mieux adhérer aux matériaux standards (1).
Les matériaux ajoutés (2) peuvent avoir des formes diverses, régulières par exemple sphériques, ou irrégulières présentant des cavités et des excroissances permettant aux matériaux standards (1) liquides ou visqueux lors de la coulée de s’incruster dans ces irrégularités, pour avoir une connexion forte entre les matériaux standards (1) et les matériaux ajoutés (2) et rendre ainsi les différents matériaux définitivement solidaires lors du refroidissement, les matériaux résultants (3) constituant ainsi des blocs compacts et homogènes.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le matériau ajouté (2) doit principalement répondre, aux caractéristiques suivantes:

Dureté, à chaud et à froid: Le matériau ajouté (2) est choisi parmi ceux présentant préférablement une importante dureté à chaud et à froid car il peut être soumis à des forces importantes, notamment des explosions et des collisions, et il doit pouvoir résister à de fortes chaleurs. On note que les minéraux sont des mauvais conducteurs de chaleur, ce qui augmente la protection offerte par l’invention.
Résistance à la compression: Le matériau ajouté (2) doit pouvoir résister à toutes sortes de contraintes, dont des collisions et des explosions.
Coefficients de dilatation similaires entre le matériau ajouté (2) et le matériau standard (1).
Bonne adhérence du matériau standard (1) au matériau ajouté (2).

Les plaques: Les techniques multicouches, notamment bicouche et tri couche, sont particulièrement adaptées aux plaques destinées en particulier aux véhicules terrestres et aux coques et cloisons étanches de navires, En effet, l’invention permet de résister aux chocs, aux compressions et aux fortes chaleurs qui sont les principales contraintes susceptibles d’être rencontrées par de tels équipements, l’invention offre une protection supérieure à celle que permet un matériau à 100% de métal pour un poids égal ou inférieur et pour un coût égal ou inférieur. Il suffit d’augmenter la proportion de matériau ajouté (2) ou de matériau final (5) par rapport à l’ensemble des matériaux et donc le volume du produit final (6), ce qui permet d’augmenter l’épaisseur des plaques sans en augmenter le poids. De plus, les minéraux et leurs dérivés sont des mauvais conducteurs de chaleur ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Toutes les combinaisons sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur ou les coûts. Les plaques par exemple destinées aux coques de navires, sont réalisées soit par la technique de l’incorporation, soit par la technique bicouche, soit par la technique tricouche, soit par la technique multicouche. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur des plaques ou les coûts.
Les rails de chemin de fer: Ils se composent de trois parties principales, Le patin (7) reposant sur les traverses, au-dessus du patin (7) l’âme verticale (8) soutenant le champignon (9) sur lequel repose les roues du train. Ils sont principalement soumis à des contraintes de dureté, de compression et de fatigue. La mise en œuvre de l’invention permet de répondre à ces contraintes ainsi qu’aux autres contraintes citées sur la liste des critères mais l’hétérogénéité des matériaux sont des amorces de rupture. Les techniques dites âme vers périphérie ou périphérie vers âme sont employées préférablement pour la fabrication des rails. Chacune des trois parties du rail, le patin (7), l’âme verticale (8) et le champignon (9), peut être constituée de matériau standard (1), ou de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). Chacune d’entre elles peut être recouverte entièrement, ou partiellement, d’une couche protectrice de matériau standard (1). Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, la robustesse ou les coûts. Voir les figures 5 et 6.

Claims

Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux, caractérisé en ce qu’il consiste à remplacer une partie d’un métal dit matériau standard (1) par d’autres composants dits matériaux ajoutés (2), de dureté au moins égale et de masse volumique inférieure ou égale audit matériau standard (1), pour obtenir un matériau résultant (3) aussi résistant, plus léger et à un coût moindre, ledit matériau résultant (3) pouvant être traité et/ou recevoir à son tour des additifs (4) pour produire un matériau final (5), pouvant lui-même être associé à d’autres matériaux dont le matériau standard (1), le matériau ajouté (2) et/ou le matériau résultant (3) pour obtenir un produit final (6).
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le choix du matériau ajouté (2) est réalisé selon la liste de critères ci-dessous, sans qu’il soit nécessaire que tous les critères soient réunis pour que ledit matériau ajouté (2) soit retenu:
Dureté à chaud et à froid équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1),

Résistance à la compression équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1),

Coefficient de dilatation similaire à celui du matériau standard (1).

Bonne adhérence du matériau standard (1) au matériau ajouté (2).

Résistance à la traction équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1)

Elasticité équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1)

Ductilité équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1)

Striction équivalente ou supérieure à celle du matériau standard (1)
le matériaux ajouté (2) est notamment constitué de matériaux bruts tels que le granit, le marbre, le grès, la silice, les graviers, les sables, divers agrégats et tous matériaux naturels possédant au moins les critères a et b indiqués sur la présente liste des critères, ou de matériaux obtenus par traitements et/ou par adjonction d’additifs, notamment les verres, les matériaux silicatés, les céramiques, les vitrocéramiques, la terre cuite, les alliages, les matériaux de synthèse dont les polymères, les matériaux composites et tous les matériaux répondant notamment aux critères a, b, c, d, de la liste précitée des critères.
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon l’une quelconque les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’il consiste par une technique d’incorporation à ajouter dans le matériau standard (1), d’autres matériaux ajoutés (2) aussi durs que les matériaux standards, dont la masse volumique est inférieure à celle du matériau standard (1) afin d’alléger le matériau résultant (3), ledit matériau standard (1) constituant le liant permettant au matériau résultant (3) de former avec lui un bloc compact et homogène ayant au moins les mêmes caractéristiques de dureté que s’il était constitué totalement de matériau standard (1).
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 3, caractérisé en ce que les matériaux ajoutés (2) sont incorporés aux matériaux standard (1) en les mélangeant l’un avec l’autre et avec régularité lorsque leur état devient liquide ou visqueux consécutivement à une élévation de la température allant jusqu’à au moins 1400 degrés Celsius, ceci permettant une répartition homogène des différents matériaux, ainsi qu’une bonne adhérence réciproque.
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau ajouté (2) est incorporé au matériau standard (1) lorsqu’il se trouve à l’état solide et à basse température, tandis que le matériau standard (1) se trouve à l’état liquide ou visqueux, notamment en incorporant du sable froid à un acier chauffé à haute température.
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il consiste par une technique multicouche à ajouter les divers matériaux les uns aux autres, couche après couche, les couches de matériaux standards (1) alternant avec les couches de matériaux ajoutés (2), ou avec les couches de matériaux résultants (3) ou avec les couches de matériaux finaux (5), le produit final (6) constituant ainsi un bloc compact et homogène, la première et la dernière couche étant des couches de matériau standard (1) et le produit final (6) étant ainsi enveloppé complètement de matériaux standard (1).
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le mode de réalisation dit bicouche, notamment utilisé pour les plaques dont un seul côté est en contact avec un milieu potentiellement agressif, notamment les coques de navires, le produit final (6) est constitué d’une couche de matériau résultant (3) ou d’une couche de matériau final (5) et d’une couche de matériau standard (1) en contact avec le milieu extérieur, une des fonctions de la couche de matériau standard (1) étant de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5), notamment une première couche constituée de matériau standard (1) et une deuxième couche constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5), les 2 couches pouvant être déposées l’une après l’autre dans un ordre quelconque, ou simultanément.
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le mode de réalisation dit tricouche, notamment utilisé pour les plaques lorsque les deux côtés sont en contact avec un milieu extérieur potentiellement agressif, la couche de matériau résultant (3), ou de matériau final (5) est prise en sandwich entre deux couches de matériau standard (1).
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendications 1, caractérisé en ce que dans le mode de réalisation dit technique de l’âme vers la périphérie, notamment utilisé pour les produits finaux (6) longs, les couches sont réalisées de l’âme vers la périphérie, l’âme constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) étant globalement située au centre du produit final (6) et coulée en premier puis enveloppée partiellement ou totalement par le matériau standard (1), son épaisseur étant celle du produit final (6) diminuée sur tout ou partie de la périphérie d’un espace prévu pour recevoir le matériau standard (1) dont une des fonctions est de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) des éventuelles agressions extérieures, le matériau standard (1) étant ensuite ajouté dans l’espace périphérique réservé lors de la fonte de l’âme.
Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il consiste par une technique de la périphérie vers l’âme, en ce que la couche périphérique partielle ou totale constituée de matériau standard (1), est coulée en premier, le matériau résultant (3) ou le matériau final (5) étant ensuite coulé à l’intérieur de ladite couche périphérique constituant ainsi l’âme, l’ensemble constituant le produit final (6).