MC334A1 - Perfectionnements à la production de poudres de métaux, alliages métalliques et autres matières électriquement conductrices - Google Patents

Description

BREVET d' INVENTION

Perfectionnements à la production de poudres de métaux, alliages métalliques et autres matières électriquement conductrices.

Société dite : JOHNSON, MATTHEY & COMPANY LIMITED

La présente invention concerne des perfectionnements à la production de poudre de métaux, alliages métalliques ou autres matières électriquement conductrices et vise notamment, mais non exclusivement, la production de

5 poudres fines ou de paillettes telles que poussières d'or ou / décalcomanies ou autres matériaux d'argent destinées à la préparation de/ta±±£s décoratifs pour céramiques.

On a déjà proposé, et on utilise actuellement, divers procédés de fabrication de poudres métalliques. Le procédé le plus courant est celui consistant à réduire chimiquement un composé réductible du métal voulu. Toutefois, un tel procédé est coûteux et il est difficile d'obtenir d'un lot à l'autre des particules reproductibles quant à leurs dimensions et à leur teacture.

On a également proposé de produire des poudres métalliques par procédé électrolytique. Par exemple, on peut monter une anode d'argent et une cathode inerte de manière à établir un circuit électrolytique dans une solution aqueuse d'électrolyte et gratter en continu le dépôt d'argent qui se forme à la surface de la cathode. Ce procédé est compliqué par la nécessité de surveiller avec soin, à tous les stades, les résultats obtenus pour voir s'ils sont satisfaisants; en outre, ce procédé est plus indiqué pour l'obtention d'une poudre cristalline à grains assez gros.

Un autre procédé, connu de longue date du technicien, consiste à produire des poudres fines de métaux ou d'alliages, notamment des particules colloïdales d'argent et d'or, en faisant jaillir un arc ou une sérié d'arcs entre des électrodes, l'une et/ou l'autre de ces. électrodes étant formée du métal à réduire en particules, les deux électrodes étant immergées dans un diélectrique liquide, par exemple eau, dans un récipient convenable, l5 l'arc ou les arcs ayant pour effet de désintégrer le ; métal des électrodes, les particules métalliques ainsi

produites se dispersant dans le diélectrique ou tombant sur le fond du récipient pour y être ensuite recueillies.

Au cours d'expériences opérées par la demanderesse en vue de triompher des inconvénients caractérisant les procédés existants de production de poudres, on a songé que le procédé connu de désintégration de métaux par électro-érosion ou décharge par étincelle pourrait apporter une solution aux problèmes posés. Par ce procédé, on érode la surface d'un article métallique par décharge par étincelle à partir du métal constituant l'anode jusqu'à l'autre électrode, .dans un milieu diélectrique en circulation, les produits fl'érosion étant entraînés en continu hors de la zone de décharge par le diélectrique en circulation, et il a semblé logique de supposer que, puisque les produits d'érosion considérés comme déchets qu'il faut éliminer, se présentent sous forme de petites particules, le procédé de désintégration par érosion provoquée par décharge par étincelle pourrait s'appliquer à ce que l'on pourrait appeler l'opération inverse, dans laquelle le produit final désirs est, non un article traité par électro-érosion, mais le produit même de l'érosion, c'est-à-dire les particules ou grains de poudre de métal ou d'alliage. Ce procédé simple, efficace et facile à surveiller, est donc particulièrement indiqué pour la production de poudres fines de métaux ou d'alliages.

De nouvelles expériences ont confirmé cette idée et on a constaté que les poudres métalliques ou autres pourraient en fait être produites avec succès et à bon compte par adaptation convenable de la technique d'électro-érosion.

Le but principal de l'invention est en conséquence de proposer un procédé simple et efficace de fabrication de poudres de métaux, alliages métalliques ou autres matières électriquement conductrices.

Un autre but de 1'invention est de permettre la production facile de poudres de métaux ou alliages de granulométrie inférieure au micron, à une cadence rapide et en assurant une reproductibilité précise d'un lot à l'autre.

Un autre but encore de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de poudres de métaux ou d'alliages par technique d'électro-érosion permettant de tirer le meilleur parti possible des matières de départ et de réduire la perte au minimum.

Suivant une caractéristique de la présente invention, un procédé de fabrication de poudres de métaux, alliages métalliques ou autres matières électriquement conductrices par électroérosion comprend les opérations consistant à établir un circuit électrique entre deux électrodes fixes l'une par rapport à l'autre, ou une pluralité de circuits électriques, chacun entre deux d'une pluralité d'électrodes fixes les unes par rapport aux autres, par

l'intermédiaire d'une couche étroitement tassée, de grains, morceaux ou déchets, de forme régulière ou irrégulière, du métal ou autre matière à éroder,

mouillés par un diélectrique liquide convenable, à agiter les grains ou particules pour provoquer entre eux des sparations momentanées répétées de manière à permettre l'apparition d'étincelles entre les grains ou morceux individuels et, en conséquence leur érosion, et à recueillir les particules ainsi formées sous forme de poudre.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'appareillage denise en oeuvre du procéda suivant l'invention comprend un bâti suspendu comportant un plateau, au moins deux électrodes fixes l'une par rapport à l'autre, espacées l'une par rapport à l'autre, montées sur ce plateau, les deux électrodes ou chaque jeu de deux électrodes étant incorporés dans un circuit électrique convenable, dans lequel sont également incorporés un ou plusieurs condensateurs, des moyens d'amenée du diélectrique liquide au dit plateau et des moyens propres à agiter une couche de grains ou autres morceaux, de forme régulière ou irrégulière, étroitement tassés, de métal ou autre matière électriquement conductrice, disposés sur le dit plateau de manière à recouvrir les électrodes, et à combler l'espace ou les espaces les séparant et refermant normalement le ou les circuits électriques correspondants, de manière à ' provoquer une séparation momentanée entre les grains ou morceaux individuels, afin que des étincelles puissent

jaillir entre les grains ou morceaux individuels et les transformer en conséquence, par érosion, en poudre.

L'agitation de la couche de grains ou d morceaux étroitement tassés peut être assurée mécaniquement, par exemple par vibrations mécaniquement imprimées aux électrodes précitées ou par mise en circulation du diélectrique liquide à travers la couche, ayant pour . effet de "fluidiser" la couche de grains ou de morceaux, c'est-à-dire de maintenir .■ ^es derniers en suspension dans la couche. Toutefois, on peut aussi utiliser avantageusement une combinaison de ces deux procédés..

Les électrodes peuvent se présenter la forme de barres allongées, disposées côte à côte parallèlement l'une à l'autre dans un bâti convenablej on pourra encore, notamment dans le cas où l'on utilise plus de deux électrodes, donner à ces dernières la forme d'une pluralité de rangées de plots saillants espacés. On pourra prévoir tout nombre désiré de jeux de deux électrodesjsous forme de barres ou de plots, chacun de ce jeux étant excité individuellement et leur nombre dépendant de la quantité de poudre à produire dans un temps donné.

Les électrodes présentent de préférence la forme de barres à section semi-circulaire ou arquée ou celle de plots hémisphériques, la première forme

étant avantageuse dans la production de paillettes et la seooade quand on désire produire des poudres fines décalcomanies ou autres éléments destinées à former des/aabôil& décoratifs pour c^rami nu<=>< Quand on utilise des électrodes en forme de plots, on a

constaté qu'il n'est pas nécessaire de disposer d'une cathode individuelle par anode, mais qu'on peut prévoir une pluralité d'anodes associées à une ca' ode commune.

On notera que les anodes sont de préférence en la même matière que les poudres à produire ceci pour éviter le risque de contamination de la poudre produite.

On peut appliquer avec succès le procédé suivant l'invention à la production de poudres d'un métal unique ou de poudres d'alliage comprenant deux ou plusieurs métaux.

Pour mieux faire comprendre l'invention on va maintenant en décrire à titre d'exemple un mode de réalisation en se référant aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :

La figure 1 est une vue en élévation d'un appareil réalisé suivant l'invention, et permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

La figure 2 est une vue en plan du plateau portant les électrodes, montrant l'une des formes que l'on pourra donner aux électrodes.

La figure 3 est une vue en coupe vertical suivant la ligne 3-j3 de la figure 2.

La figure 4 est une vue analogue à la figure 2, mais montrant une autre forme que l'on pourra donner aux électrodes.

La figure5 est une vue en coupe verticale suivant la ligne 5-5 de la figure 4, et

La figure 6 est un schéma de montage d'un circuit électrique convenable.

Kn considérant les dessins, et tout d'abord la figure 1, on voit en 1 un récipient en matière convenable, telle qu'acier inoxydable, destiné à recevoir un diélectrique liquide 2, le récipient 1 présentant un embout de sortie 3 auquel est raccordée l'une des branches 4a d'un conduit en U 4, dont l'autre branche 4b est raccordée à une pompe 5 à circulation axiale de laquelle part un autre conduit 6, dont l'extrémité supérieure fermée 6a est portée par un bâti 7 et de laquelle part un tuyau de retour 8 qui débouche dans le récipient 1, au-dessus du niveau 2a du diélectrique liquide 2.

Le tuyau en U 4 présente à la base un embout de sortie 9 dans lequel est interpoaé un papillon 10, ceci à une fin qui apparaîtra plus loin.

On voit que l'agencement décrit permet de faire circuler en permanence le diélectrique liquide 2 à travers 'le récipient 1 .

Dans le récipient 1 est suspendu, par un câble 11 fixé à un support convenable non représenté, et de manière à se placer au-dessus du niveau 2a du diélectrique liquide 2 .et au-dessous du débouché du tuyau de retour 8, un bâti 12 supportant un plateau 1J en matière plastique convenable. Au dispositif de suspension est accouplé un vibreur mécanique 14, agencé pour faire vibrer le bâti 12 pendant le fonctionnement de l'appareil. Le vibreur 1% doit être conçu de manière à imprimer au bâti des vibrations linéaires verticales, ceci à seule fin d'empêcher les grains de se déplacer d'une extrémité du plateau à l'autre.

Sur la face intérieure du plateau 13 sont boulonnées une pluralité de rangées espacées, au nombre de huit sur la figure 1, d'électrodes désignées par la référence générale 15, chaque rangée étant constituée soit par une barre unique à section semi-circulaire, comme représenté sur les figures 4 et 5* soit par une pluralité dé plots hémisphériques espacés, boulonnés au plateau 13 par des boulons 15 et des écrous 17, comme représenté sur la figure 1 et sur les figures 2 et 3. Dans le premier chaque paire de/t cas,/tes barre"s /15 formant électrodes est" .•.ill.tvj'i'ial.lvfci-

; iadjacentes ment incorporée- dans un circuit électrique indépendant,

l'une des électrodes constituant ainsi une anode et l.'au-

.tre une cathode, telles que 15a et 15b. La figure 6

représente un montage convenable, qu'on décrira ci-après.

Au cas où les électrodes 15 sont constituées par des plots individuels, toutes les électrodes 15£ d'une rangée appartenant à un jeu quelconque de deux rangées immédiatement voisines peuvent constituer les anodes et toutes l»s électrodes 15d de l'autre rangée du jeu peuvent constituer les cathodes des circuits électriques correspondants. En variante, et comme représenté clairement sur les figures 2 et 3, les anodes 15Ç peuvent être associées, non à des cathodes individuelles 15d, mais à une cathode commune, incorporée dans chacun des circuits intéressés. Les électrodes formant anodes sont-de préférence en la même matière que les grains ou morceaux à éroder.

On voit en 18 une masse étroitement tassée de grains de métal, or dans l'exemple considéré, répartis sur la base du plateau 13 de manière à recouvrir et les électrodes 15 et les espaces situés entre elles.

Dans la mise en oeuvre du procédé

suivant l'invention à l'aide de l'appareillage décrit ci-dessus et représenté sur la figure 1, en vue de la production de poudre d'or fine, destinée .décalcomanies ou autres éléments

à l'obtention d§/fitofcxte décoratifs pour céramiques, on commence à répartir les grains d'or 18 sur le plateau 13, comme indiqué ci-dessus.

On excite alors les circuits électriques associés aux divers jeux d'électrodes 15ç. et I5d, ces circuits se fermant par l'intermédiaire des grains d'or 18 étroitement tassés .

On met ensuite en marche le vibreur 14, et simultanément, la pompe 5 . En conséquence, le plateau 13 se met à vibrer et agite les grains 18, entre lesquels il provoque des séparations momentanées . Cette agitation est en outre favorisée par la mise en circulation du diélectrique liquide 2, sous l'action de la pompe précitée 5> le diélectrique sortant du récipient 1 par les branches 4a et 4b du conduit en U, et traversant le tuyau 6 et le tuyau de retour 8 pour revenir dans le récipient .

La séparation momentanée des grains de métal 18 a pour effet de provoquer des décharges par étincelle entre les grains individuels 18 ainsi qu'entre ces grains et les électrodes 15 • Les grains 18 sont ainsi désintégrés et la poudre d'or fine ainsi obtenue se dispose, par lavage, au sommet du plateau 13* les particules plus grosses tombant par gravité à la base du récipient 1, parcourant la branche 4a, du conduit en U 4, franchissant le papillon ouvert 10 interposé dans l'embout de sortie 9 pour atteindre un récipient récepteur convenable <> Toutefois, la majeure partie des particules de poudre sont trop fines pour se déposer de cette manière et demeurent en suspension dans le diélectrique liquide, circulant en même temps que le liquide, jusqu'à mise à l'arrêt de là pompe 5, après quoi elles tombent aussi par gravité, franchissant le papillon 10 pour atteindre le récipient récepteur .

Si l'on désire produire des poudres en paillettes, il se révèle préférable d'utiliser des électrodes en forme de barres, comme représenté sur les figures 4 et 5 •

La figure 6 représente un circuit électrique indiqué pour être associé à chaque jeu de deux électrodes, ce circuit comportant deux condensateurs 19 montés en parallèle • En pratique toutefois, on pourra monter tout nombre déliré de condensateurs soit individuellement, soit en parallèle, de manière à pouvoir choisir la capacité dans une gamme de valeurs comprises par exemple entre 1 et 15 microfarads et différant entre elles d'un microfarad . L'excitation du circuit est assurée par une source de courant continu 20 sous 110 volts .

Bien que dans ce qui précède, on ait décrit l'invention en se référant à la production de poudres fines ou paillettes d'or, on conçoit que l'on pourra également produire suivant l'invention des poudres d'autres métaux, par exemple argent, ou d'alliages composés de deux ou plusieurs métaux, par exemple poudres d'alliages à braser «, L'invention se révèle également applicable à la production de poudres de matières électriquement conductrices autres que métaux purs ou alliages .

De plus, il n'est pas indispensable que la matière à désintégrer soit, comme décrit ci-dessus,

sous forme de grains ; on pourra obtenir aussi des résultats satisfaisants en utilisant des déchets ou autres morceaux de forme régulière ou irrégulière o

En outre, bien qu'on ait décrit ci-dessus, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention, il est bien entendu qu'on pourra apporter aux dispositions constructives décrites diverses modifications, sans sortir pour cela du cadre de l'invention . Par exemple, l'agitation de la matière à désintégrer pourra être assurée uniquement soit par vibration du plateau soit par circulation du diélectrique liquide . Dans le dernier cas, on pourra éventuellement immerger les électrodes et la coù-

s one de grains dans le diélectrique liquide «

On le conçoit, les poudres produites pourront avoir des granulométries variées, leur grain pouvant être relativement gros, de l'ordre du micron ou plus petit, suivant les besoins, ceci en fonction des valeurs conférées par sélection à la capacité et aux autres paramètres du ou des circuits électriques . D'une manière générale, plus s'élève la capacité du ou des circuits, plus les particules obtenues sont grosses . Par exemple, on pourra obtenir une poudre d'argent de grain de l'ordre du micron en utilisant un courant de 1,25 ampère et une capacité de 4 microfarads, la poudre étant obtenue à raison de 5*8 g/heure à l'aide d'un courant continu sous 110 volts . Si la capacité est de 80 microfarads et l'intensité de 10 ampères, on pourra obtenir une poudre plus grosse, de grain compris entre 10 et 15 microns à raison de 118 g/heure ,

La vitesse de production de poudre de toute granulometrie donnée dépend du nombre de jeux de deux électrodes utilisé, étant donné que la quantité de

poudre de granuloir/ '.rie donnée produite par décharge par étincelle entre un jeu de deux électrodes pendant une période de temps donnée est déterminée d'avance par les caractéristiques conférées au circuit électrique .

L'invention englobe en outre la production de poudres de toute granulométrie choisie, allant du grain grossier au grain inférieur au micron, obtenue

à partir de métaux, alliages ou autres matières électri quement conductrices soit par le procédé, soit à l'aide de l'appareil suivant l'invention

Claims (1)

1. RESUME-

   1 - Un procédé de production de poudres de métaux, alliages métalliques ou autres matières électriquement conductrices, par électro-érosion, ce procédé étant remarquable par les points suivants considérés isolément ou en combinaisons :

   - a) Il comprend les opérations consistant à établir un circuit électrique entre deux électrodes fixes l'une par rapport à l'autre ou une pluralité de circuits électriques, chacun entre deux d'une pluralité d'électrodes fixes l'une par rapport à l'autre, par l'intermédiaire d'une couche étroitement tassée de grains, morceaux ou déchets, de forme régulière ou irrégulière, du métal, alliage métallique ou autre matière à éroder, mouillés par un diélectrique liquide, à agiter ces grains ou morceaux pour provoquer entre eux des séparations momentanées répétées de manière à faire jaillir des étincelles entre les grains ou morceaux individuels, ce qui a pour effet de les éroder, et à recueillir les particules ainsi formées sous forme de poudre .

   - b) 0n<assure l'agitation de la couche de grains ou morceaux étroitement tassés soit en faisant vibrer mécaniquement les électrodes soit en "fluidisant"

   la dite couche »

   - g) On assure l'agitation de la couche de grains ou morceaux étroitement tassés en faisant vibrer mécaniquement les électrodes et en "fluidisant'1* > simultanément la couche de grains ou de particules .

   - d) Les électrodes se présentent sous la forme de barres allongées, de préférence de section semi-circulaire ou arquée, disposées côte à côte parallèlement les unes aux autres, dans un bâti suspendu convenable .

   - e) On utilise une pluralité d'électrodes se présentant sous la forme d'une pluralité de rangées de plots espacés, saillants, de préférence hémisphériques, montés dans un bâti suspendu convenable .

   - f) Le bâti de support des électrodes est suspendu dans un récipient ou enceinte contenant une réserve de diélectrique liquide de manière à s'étendre au-dessus du niveau atteint par ce diélectrique et il vibre sojas l'action d'un vibreur associé à son dispositif de suspension et agencé pour lui imprimer des vibrations linéaires verticales .

   - g) La couche de grains est "fluidisée" par mise en circulation du diélectrique liquide à travers la dite couche au moyen d'une pompe, les grains

   étant de préférence immergés dans le diélectrique liquide .

   - h) Les deux électrodes ou jeux de deux électrodes sont incorporés dans un circuit électrique convenable qui comporte aussi un ou plusieurs condensateurs

   - i) Quand on utilise des électrodes en forme de plots, les circuits desservant un certain nombre de plots-électrodes formant anodes comportent un plot-électrode commun formant la cathode .

   - j) Les électrodes formant anodes sont en la même matière que les grains ou morceaux à éroder .

   - k) Les grains ou morceaux sont de l'argent ou de l'or ♦

   2 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comprenant un bâti suspendu portant un plateau, au moins deux électrodes fixes l'une par rapport à l'autre, disposées à une certaine distance l'une de l'autre* montées sur le dit plateau, les deux électrodes ou les jeux des deux électrodes étant incorporés dans un circuit électrique convenable qui comporte aussi un ou plusieurs condensateurs, des moyens d'amenée de . diélectrique liquide au plateau et un moyen propre à assurer l'agitation d'une couche étroitement tassée de grains ou morceaux, de forme régulière ou irrégulière, de métal ou autre matière électriquement conductrice, disposés sur le plateau de manière à recouvrir les électrodes ainsi que l'espace ou les espaces qui les séparent et à fermer normalement le ou les circuits électriques correspondants de manière à provoquer des séparations momentanées entre les grains ou morceaux, et à permettre ainsi l'apparition d'étincelles entre les grains ou morceaux individuels, ce qui a pour effet de les transformer, par érosion, en poudre, le moyen d'agitation comprenant un vibreur mécanique agencé pour imprimer des vibrations linéaires verticales au plateau qui porte les électrodes et la couche de grains et/ou une pompe agencée pour faire circuler le diélectrique liquide à travers cette couche • O RJ G I N A ^

   procurât?©?* d®

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   contenant Renvois JOHNSON, M?Î^HEY^& COMPANY LIMITED

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