Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
A

abrasif (suite)

Produits abrasifs artificiels

Ceux-ci comprennent trois catégories :
1o les produits constitués par de l’alumine cristallisée (corindon artificiel, électro-corindon, etc.) ;
2o les produits constitués par du carbure de silicium cristallisé SiC ;
3o les produits constitués par du carbure de bore cristallisé B4C.

L’alumine artificielle cristallisée est un abrasif de même nature que l’émeri naturel, mais elle est obtenue avec plus de pureté : on réalise des produits artificiels contenant plus de 99 p. 100 d’alumine pure. Ces abrasifs sont obtenus en chauffant au four à arc un mélange de bauxite et de coke.

Le carbure de silicium n’existe pas à l’état naturel. Il est fabriqué au four électrique en chauffant un mélange de sable, de coke, de sciure de bois et de sel. Le silicium du sable se combine au carbone du coke pour former le carbure de silicium ; la sciure de bois rend le mélange poreux pour que l’oxyde de carbone produit puisse s’échapper ; le sel se combine avec les impuretés. Le bloc qui reste dans le four est concassé pour obtenir des grains, qui sont lavés et triés. Le carbure de silicium chimiquement pur est rigoureusement blanc, alors que le produit industriel est coloré du vert émeraude au noir par différentes impuretés (fer, carbone, alumine, magnésium, etc.). Sa dureté dans l’échelle de Mohs est de 9,2. Il est peu résistant à la fracture, et cette fragilité relative provoque la formation constante d’arêtes vives.

Le carbure de bore B4C est fabriqué par la société Norton sous la marque déposée Norbide. Préparé par réduction de l’anhydride borique par le carbone, cet abrasif se présente sous forme d’une poudre noire. Sa dureté dans l’échelle de Mohs est de 9,4 environ. Il est utilisé sous forme de grains classés, mais n’a pas encore été aggloméré pour la fabrication de produits abrasifs. En revanche, il peut être fritté sous une pression de plusieurs tonnes par centimètre carré, vers 2 450 °C, sans liant. On peut ainsi réaliser des pièces géométriques simples et de dimensions très précises. Le carbure de bore (grains et poudre) est utilisé pour le rodage de filières en carbure de tungstène et de tantale (filières d’étirage), d’outils à mise rapportée en carbures métalliques, etc. Actuellement, il tend à remplacer la poudre de diamant. Il coupe, en effet, presque comme le diamant, et les grains les plus fins donnent un fini remarquable. Il est recommandé d’utiliser un liquide tenant l’abrasif en suspension, par exemple l’huile légère de machine, le pétrole ou un mélange de pétrole et d’huile minérale. Le carbure de bore sert également pour le rodage d’aciers très durs. En joaillerie, certaines pierres (agate, malachite, topaze, saphir, béryl, etc.), dont la dureté est supérieure à 6 dans l’échelle de Mohs et qui sont difficilement entamées par le carbure de silicium, peuvent être polies au carbure de bore. Enfin, des applications intéressantes de la poudre de carbure de bore ont été faites dans les opérations d’usinage de matériaux durs avec des machines utilisant des vibrations ultrasonores. Les pièces en carbure de bore obtenues par frittage présentent une surface dure, uniforme, très résistante à l’abrasion, et sont donc idéales pour de nombreux emplois industriels (touches de calibres, tampons, filières pour l’industrie céramique, buses de sablage, etc.). En raison de sa grande dureté, l’usinage des produits en carbure de bore s’effectue uniquement à la meule en diamant. Pour obtenir de beaux états de surface, il est nécessaire de terminer par un rodage à la poudre de diamant.

La dureté des abrasifs

La dureté d’un corps peut être caractérisée par son aptitude à rayer d’autres corps. Différentes échelles de dureté ont été établies. Le minéralogiste Friedrich Mohs (1773-1839) a classé dix corps naturels choisis de telle manière que chacun raye le précédent. Un nombre d’une échelle, arbitrairement numérotée de 1 à 10, a ainsi été attribué à chacun de ces corps. Le talc possède le numéro 1 et le diamant le numéro 10. De 1 à 10, les duretés croissent, mais les nombres de l’échelle ne donnent qu’un classement des duretés, sans constituer une mesure proprement dite de ces duretés.

La méthode Knoop, fondée sur la pénétration d’une pointe de diamant au moyen d’un appareil du genre Rockwell, permet au contraire d’établir une échelle dont les nombres traduisent des duretés proportionnelles. Dans tous les cas, on peut trouver un abrasif d’une dureté supérieure à un matériau donné et, donc, susceptible de l’usiner.


Mode d’action

Les abrasifs doivent être classés en grains de grosseur déterminée. Lorsqu’ils se présentent en blocs ou en lingots, ils sont d’abord broyés. Puis les impuretés sont éliminées par séparation magnétique ou par lavage, et les cristaux, ou grains, sont classés par grosseur. La désignation des grosseurs de grain est standardisée. Pratiquement, chaque grosseur est définie par le nombre de fils de trame au pouce linéaire du tamis laissant passer le grain. Le grain 24 mesh, passe au tamis de 24 fils, mais est retenu par un tamis de 30 fils. Le diamètre moyen du grain est donc : environ. Au-delà de 220, le classement des grains se fait par lévigation ou séparation par gravité dans un courant d’eau. Les grains les plus fins ont un diamètre moyen de 40 microns. Pendant le travail d’abrasion, le grain d’abrasif en contact avec la pièce subit des efforts qui tendent à provoquer sa rupture. Pour un travail et un abrasif déterminés, si la résistance à la fracture est trop grande, les pointes coupantes de l’abrasif s’usent, le grain s’arrondit et il ne coupe plus. Si la résistance est insuffisante, le grain se fragmente et disparaît rapidement. Certains abrasifs sont susceptibles de cristalliser dans des systèmes différents. Le grain d’abrasif peut donc se briser de manières différentes, conservant parfois une forme massive ou, au contraire, présentant des arêtes aiguës. Les systèmes de cristallisation des abrasifs doivent être choisis ou recherchés en fonction du travail à effectuer. L’emploi d’abrasifs synthétiques, dont la formation, l’homogénéité et les caractéristiques sont scientifiquement contrôlées, facilite cette adaptation.