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WO1991010757A1 - Procede et appareil de depot d'une matiere d'apport solide constituee de particules d'au moins un metal, alliage, metalloide sur un substrat solide - Google Patents

Procede et appareil de depot d'une matiere d'apport solide constituee de particules d'au moins un metal, alliage, metalloide sur un substrat solide Download PDF

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Publication number
WO1991010757A1
WO1991010757A1 PCT/FR1991/000011 FR9100011W WO9110757A1 WO 1991010757 A1 WO1991010757 A1 WO 1991010757A1 FR 9100011 W FR9100011 W FR 9100011W WO 9110757 A1 WO9110757 A1 WO 9110757A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
filler material
transfer member
deposit
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR1991/000011
Other languages
English (en)
Inventor
Etienne Broult
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO1991010757A1 publication Critical patent/WO1991010757A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1215—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the invention relates to the technical field of coating materials with metallic materials and more specifically relates to a method and an apparatus for depositing a solid filler material consisting of particles of at least one metal, alloy, metalloid on a solid substrate.
  • magnetron or cathode sputtering projection, laser deposition, chemical deposition, application of molten metal to the substrate, diffusion, evaporation. vacuum, decomposition coating, contact deposition, etc.
  • EP D3224-96, EP 0089604 and EP 0I4-86I3 which relate to such metal deposition technologies.
  • a deposition is carried out by spraying a filler material onto an applicator roller made of textile material (cotton) in contact with the substrate on which the filler material is to be deposited, a retaining roller being opposite the applicator roller.
  • the object of the invention is therefore to propose a technology
  • the invention first of all proposes a method of depositing a solid material which is originally in the form of a solid part made up of particles of at least one metal, alloy, metalloid, on a solid substrate. , which includes the following sequence of steps:
  • the invention proposes an apparatus for implementing this method which comprises:
  • the invention finally proposes a substrate thus provided with a
  • the method and the apparatus according to the invention are completely different from the methods and apparatus well known to those skilled in the art for carrying out, according to known techniques different from that of invention and recalled above, a metal coating on a solid substrate.
  • the apparatus according to the invention does not have an electrode, an electrolyte tank, a spray nozzle, etc., such as those commonly used in the prior art applicable with electroplating or spraying technologies.
  • said brush, disc or tool successively plays two opposite functions: first of collection and of deposit then with an intermediate transport function.
  • This combination of three functions of the movable metallic transfer member implemented in the invention by the specific application of a metallic deposit leads to the obtaining of completely surprising results, on the one hand, as regards the even obtaining a metallic deposit on a substrate and, on the other hand, the quality of the deposit obtained.
  • the invention makes it possible to avoid the drawbacks of the techniques of the known state of the art. techniques, such as pollution, while allowing great flexibility of implementation.
  • Figure I is a schematic view of the invention
  • Figure 2 is an elevational view of an apparatus for implementing the method.
  • Figure 3 is a top view of this apparatus.
  • the invention firstly relates to a method and an apparatus for depositing a solid filler material M, originally in the form of a part I, on a substrate 2.
  • the invention then relates to the substrate 2 comprising the deposit 3 of filler material M thus produced.
  • the filler material M is essentially a (or at least one) metal or, where appropriate, an alloy or a metalloid.
  • This filler material generally consists of particles, in the physical sense of the term, that is to say grains of material of small dimensions.
  • the filler material M is in the form of the piece which forms a solid block consisting of said filler material M, the particles of which are bonded together
  • the filler material M is, finally, once deposited, in the form of a layer or deposit 3 covering a surface 4 of the substrate 2.
  • Filler material M discussed here is the one from Exhibit I
  • the part I is a piece forming a structural whole of the said filler material M.
  • the part I therefore includes a piece of material M in bar or bar block, tube, profile, block or other.
  • the part I is of the type capable of being able to be gradually abraded and in particular with a certain regularity.
  • the part I is longitilinear, thus having a main axis 5 along which it extends. And it has a transverse attack end surface 6, consumable, substantially perpendicular to the axis 5, from which the filler material M is removed. In such a case, the part I sees its axial length decrease as and as the filler M is removed.
  • the part I is solid and rigid, that is to say that in the absence of external constraints s, it has the appearance of a solid, as would, for example, a copper rod, lead, etc. . .
  • This solid and rigid character means that the part I can be self-supporting and carried by support means to which we will return later.
  • the part I of material M thus characterized, is different and is opposed to material M originally in powder with separate particles, or constituting (or carried by) a liquid or gaseous fluid.
  • metal means a pure or almost pure metal or its oxide or a composition essentially containing a metal. It can also be a metal alloy. According to a surprising result of the invention, it has been found to be effective with most (if not all) of the metals and alloys commonly used in industry or for research. Thus we can cite as a non-limiting list of metals which can be used: aluminum, zinc, nickel, copper, brass, silver, gold, silicon, etc. . .
  • the invention also applies to the case where two (or more) metals (or metal alloys) are deposited simultaneously, the part I being composite or two (or more) parts I being juxtaposed and attacked simultaneously by the metallic transfer member
  • the filler material M is a alloy
  • it is said alloy which is removed, then transported, then deposited.
  • the invention also applies to the case where two (or more) metals (or metal alloys) are deposited successively, the second on the first (and so on) if necessary in a superposed manner or not. one can obtain, by the association of successive deposits on the substrate 2, an alloy or a juxtaposition of said metals by superposition from metals (or metal alloys) originally distinct.
  • the filler M remains essentially in the solid state visible from the start to the end of the process, although it is in the finely divided form of particles originally bound at the start and at the end of the process and separated during the transport step from the part I to the substrate 2.
  • the filler material M undergoes a transformation or a physical evolution on a microscopic scale between its original state (piece) and its final state (deposit 3 on the substrate 2).
  • the substrate 2 is any solid body on which a deposition of the filler material M can be carried out. Generally, the substrate 2 is characterized by a free surface 4 on which the deposit of material M is desired. As for its composition, the substrate 2 is arbitrary as long as it is compatible with the filler material M envisaged and the method according to the invention. For example, and without the list being exhaustive, the substrate 2 can be metallic (metal, alloy, composition based on metal or alloy), glass, wood, plastic, ceramic, etc. The substrate 2 can be flat, filiform, tubular, massive or other Its face 4 can be smooth or not, that is to say with significant reliefs (such as holes) or, on the contrary, unimportant (surface granite), localized or on the contrary extended.
  • a typical, but not limiting, case of the invention is that in which the substrate has a free face 4 generally flat and smooth, in the manner of a plate. But the free face 4 can be curved when the substrate 2 is a wire or a tube.
  • the part I has a hardness at most equal to that of the substrate2.
  • the method according to the invention comprises the succession of steps consisting in:
  • This process is carried out by means of an apparatus which comprises: a) support means 8 of the part I of filler material M; b) support means 9 for the substrate 2;
  • g means I3 for relative overall displacement of the transfer member 7 and of the substrate 2 along a certain path corresponding to the shape of the deposit 3 of filler material M to be produced, with a suitable relative speed to the desired thickness of the deposit 3.
  • deposit or layer 3 of material M we mean a certain amount of this material M, being on the substrate 2, rigidly associated with the latter.
  • the deposit or layer 3 can be punctual or longitilinear or surface, and this at the scale of direct human visual observation. It can be, moreover, continuous or discontinuous, both on this direct visual scale and on the microscopic scale. It can finally be rectilinear or curvilinear as for its line of extent, of regular contour or not. Its thickness can be constant or not, small or on the contrary greater. Normally, a deposit by a single pass of the transfer member 7 can be of the order of a few microns.
  • the total deposit produced can then have a thickness of the order of a millimeter or several millimeters.
  • the shape, appearance, thickness, etc. characteristics of the deposit or layer 3 are, according to the invention, determined essentially by the conditions of application of the transfer member 7 on the substrate 2, these characteristics possibly making the subject to many variations.
  • the invention does not necessarily have to use masks such as those implemented, necessarily, in other technologies.
  • masks can also be used in the invention, in particular for ease of implementation. and, for example, obtaining more or less complex patterns of shape.
  • Typical cases of deposit 3 are point-in-time type deposits such as those which may constitute electrical or electronic contacts; filiform type such as those which may constitute electrical or electronic conductors; of surface type such as strips or other surfaces in particular for the metallic coating of substrate 2 or various objects.
  • the deposit 3 of material M, on the substrate 2 appears as material M deposited on and rigidly associated with the substrate 2. This means that by a simple manual action, even energetic, the deposit 3 cannot be dissociated from the substrate 2.
  • the characteristics of the deposit 3 produced are therefore determined by the member 7 and the conditions for its implementation. Beyond the general conditions of speed, pressure, etc. already mentioned, the person skilled in the art can choose or determine the particular conditions of implementation according to the deposit 3 which is desired, the choice or the determination of these conditions of implementation then being within its reach.
  • the member 7 of the device according to the invention has the essential characteristic of being metallic or conductive of electricity and sufficiently hard. It is driven in movement on itself, thanks to the IO drive means.
  • this movement is a rotational movement, in particular around an axis I4 parallel to the surface 4 and orthogonal to axis 5, but this movement can also be in translational movement parallel to surface 4.
  • members 7 constituted by metallic brushes made of steel wires or also by steel discs.
  • the member 7 can also be a moving band, such as an endless band, the flat part of which is parallel or perpendicular or inclined relative to the surface 4.
  • the member 7 can also be a cutter. It can be not only made of metal but also of plastic loaded with sufficiently hard material and conductive of electricity.
  • organs 7 which are not electrically conductive are not suitable for suitable implementation of the invention.
  • the size of the steel wires of such a brush 7 depends on and is adapted to the substrate 2.
  • the steel wires can have a diameter of 0.30 mm.
  • the diameter of the steel wires can be of the order of 0.16 mm.
  • a preliminary treatment of the brush 7 in a bath of trichlorethylene or other solvent is compulsory so that the brush 7 is perfectly degreased because it is necessary to cause a dry friction effect and not a lubricated friction effect on the part I.
  • a very soft substrate 2 such as copper
  • the brush 7 undergoes prior wear, that is to say that for for example two or a few minutes, it is rubbed on a very abrasive substance which will provide wear and leveling of the free ends of the wires.
  • An effective test to check that the brush 7 is thus "made” is that when you pass your hand over it, the brush does not should only be hanging in one direction, the direction of rotation but not in the opposite direction.
  • the member 7 is treated to be coated with a hard material such as chromium, which avoids mixing of the material of the member 7 with the filler material.
  • a hard material such as chromium
  • the method according to the invention can therefore be the subject of numerous variants.
  • These variants relate in particular to the member 7 as well as the means 8, 9, I0, II, I2, I3, the material M, the part I, the substrate 2 and the conditions of temperature, pressure, speed.
  • the detailed operating conditions can, generally, be determined by the skilled person as a function of starting parameters (support2, material M, characteristics of the desired deposit 3).
  • the method according to the invention can be implemented in a more complex manner, for example by making several simultaneous or successive deposits 3, superimposed or not, in whole or in part, with the same filler material M or with different M filler materials.
  • a deposition 3 is carried out essentially punctual (member 7 narrow) or longitilinear (parallel to the axis of organ 7 in case this last extends along its axis)
  • a longilinear (narrow member 7) or surface (axially extended member 7) deposit can be produced.
  • the moving member 7 is applied to the part I under conditions capable of tearing the filler material M from the part I as a result of the friction which occurs and with a substantial rise in temperature of the part I. For example, at from a part I originally at room temperature, it was possible to reach, during operation, temperatures of these of the order of 400 ° C. (aluminum) to 800 ° C. (Nickel) and this in a few seconds.
  • the rise in temperature of the filler material on the part I is favorable for obtaining the deposit 3.
  • the invention therefore provides, as a variant, to increase the temperature of the piece I of the filler material M or the temperature gradient between the piece I and the substrate 2 by a positive, clean action, for example we can heat the piece I and / or cool the substrate 2.
  • heating means blowtorch, electrical resistance, infrared acting on part I; and / or cooling means acting on substrate 2, heat exchanger, cooling coil.
  • heating means I5 of the room I and a temperature probe I6 are shown, for this purpose, heating means I5 of the room I and a temperature probe I6.
  • the invention provides, as a variant, for placing the 'organ 7 in a magnetic field created for example, by a permanent magnet or electromagnets.
  • the invention therefore provides, as a variant, the presence of an electric source suitably connected to the part I and the substrate 2.
  • an electric source suitably connected to the part I and the substrate 2.
  • this measure makes it possible to contribute to preventing an annoying electric arc between the member 7 and the substrate 2.
  • the electrical potential between the part I and the substrate 2 can be of the order of 3 to 6 volts with an amperage of the order of I0 to 20 amperes, the current being direct.
  • the temperature rise (or temperature gradient), the magnetic field, the potential difference can also be applied temporarily, possibly repeated, and not permanently.
  • the moving member 7 is applied to the substrate 2 under conditions suitable for ensuring the deposition of filler material M previously taken from the part I and transported by the member 7 to the substrate 2.
  • the member 7 is applied to the substrate with a slight relative pressure just sufficient to ensure the deposition 3 without affecting the substrate 2, in particular without starting it.
  • the device in question can be a portable or permanent device. It can be integrated into a production line. It can be the subject of variant embodiments depending on the implementation envisaged, the invention applying equally to cases not necessarily requiring great precision (metallurgy) and in cases where, on the contrary, precision is decisive (electronic, optical).
  • an organ I7 for adjusting the position of the organ can be provided 7 relative to the substrate 2 and / or to the piece I.
  • the displacements of the substrate 2 can be ensured by means I3 such as a movable plate with variable advance.
  • the member 7 is in contact with the substrate 2 just the time necessary for the deposition 3 of the filler material M but not substantially more. This effect, the member 7 is in essentially tangential contact, but with sufficient pressure, on the on the substrate 2. Conversely, dimensional contact or excessive duration is avoided between the means 7 and the substrate 2 as it would result, for example, from the use of flexible deformable brushes, sweeping the substrate 2 as provided for in the document US 4 6229I4.
  • the means 8 for supporting the workpiece I can consist, for example, of claws, tubes, clamps or the like. They are arranged, for example, to allow the movement of the part I as and when it is consumed by the member 7.
  • the means 8 are carried by a frame I4 to which the means 7, I0, II, I3 are also optionally fixed.
  • the means 9, substrate support 2 may consist, for example, of a conveyor belt or a table.
  • These means 9 are, for example, fixed, the frame I4 being moved or, on the contrary mobile, the frame I4 being fixed. Or the means 9 and the frame I4 can both be mobile.
  • the means 8, 9 are naturally adapted to the part I and to the substrate 2, considered in particular by their nature, their shape, their size.
  • the means II may for example comprise unidirectional elastic means such as a spring or jack cooperating with the means 8 and the part I, in particular for urging the part I towards the member 7 with the appropriate pressure.
  • the means I2 can also include pressure and drive means adapted to their object as well as cooling members, creation of a magnetic field, creation of a potential difference.
  • the means I3 can comprise, for example, support means of the frame I4 with respect to the means 9 respectively at substrate 2 such as console, rollers, etc ... and drive means such as motor.
  • the invention can be the subject of numerous application variants: metallization of circuits for electronics, coating of strips, transfer of supra or semiconductor materials, production of electrical resistances on supports, probes , decoration of earthenware, porcelain, jewelry; of building materials, making alloys, obtaining mirrors, making cells and batteries.
  • the invention allows doping of semiconductors, deposition on stainless steel of metals or graphite, decomposition or reduction of certain oxides.
  • the invention allows, under special conditions, to increase the sliding effect and to decrease the friction coefficients.
  • Moving the substrate opposite to the rotation of the deposition member constitutes a means of depositing the filler metal in thicker layers.
  • a set consisting of a brush made of 0.16 mm diameter steel fis rotating at 3000 rpm and connected by a hose to a known power unit in itself, allows you to instantly make the golden or silver fillet around the plates without using the usual pasta that must be baked.
  • the wire brush is replaced by a hard steel disc whose diameter can vary from 5 to I7 mm for a thickness of I mm.
  • the metal is maintained in effect of friction rubbing on the tool; the use of a hose or a mini-drill allows you to work with the precision required for decorations and designs on glass and porcelain.
  • the most commonly used metals are aluminum, copper, sine; in this kind of application, the first layer or adhesion layer is produced with a brush rotating at a speed of 3000 revolutions / minute.
  • the support of the filler metal is arranged in order to receive either an oxy-fuel torch. acetylene, or turns connected to a high frequency transmitter.
  • Means are used to control the preheated metal in order to avoid its uncontrolled diffusion; the metal heating temperature at 60 ° C below the melting temperature of each metal, ie: 600 ° C for aluminum
  • the number of metals that can be used is not limited.
  • the speed of rotation of the brushes for applying this metal in prefusion must not exceed '1500 revolutions / minute in order to avoid any projection and loss of control of the homogeneity of the applied layer.
  • This thickness application can be carried out on slowly rotating metal shafts as well as on flat and fixed surfaces.
  • the method according to the invention makes it possible to simplify and solve this important problem because there is no means of transferring aluminum on ceramic as easily.
  • aluminum is deposited and adheres intimately to the ceramic, its deep bond experiencing no rejection phenomenon; aluminum can therefore serve as a bonding undercoat for all possible metals such as copper, silver, etc .; ..., the process allowing deposition in successive layers of different metals.
  • the mirror can be internal to the deposit, ie on the glass side or external on the upper part of the deposited metal.
  • the process employs a steel brush whose wires have a diameter of 0.16 mm, a slow rotation speed of 400 revolutions / minute, a pressing force on the filler metal of 500 grams cm2.
  • the tangential speed is I, I6 per second.
  • Such mirror lenses can be used in lasers.
  • the inventive method makes it possible to eliminate the bath of gold cyanide and not to have to hide the places you don't want to deal with.
  • stencil circuits In the case where it is not useful to have very fine circuits, that is to say composed of lines greater than a millimeter as a width, it is possible to make stencil circuits: a metal stencil comprising the an imprint of the whole of a given circuit is placed between the brush and the ceramic, the deposition of aluminum is carried out as an undercoat and then a deposition of copper and silver is possible.
  • a tracing unit connected to a computer and composed of a thin steel disc of I7 mm in diameter and 500 microns thick in friction with its filler metal completes the aluminum circuit in seconds.
  • a steel disc guided either by a stencil or controlled by a computer with a tracing head rotates at the speed of 300 revolutions / minute and realizes the aluminum grid, the pressure of the filler metal on the tool being 200g / cm2.
  • junctions can be made, for example with a width of one millimeter and in superimposed layers of positive doped or negative doped silicon.
  • this process constitutes a means of producing both the circuit and the various components: resistors, diodes, transistors, etc.
  • the deposition of metals on these same sintered oxides can be carried out under the same conditions in order to obtain weldable connections.

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Abstract

Procédé de dépôt d'une matière d'apport (M) solide se présentant originellement sous la forme d'une pièce (I) solide constituée de particules d'au moins un métal, alliage, métalloïde, sur un substrat (2) solide, caractérisé par la succession d'étapes consistant à: a) entraîner en mouvement un organe métallique de transfert (7) de la matière (M); b) appliquer avec frottement la pièce (I) sur l'organe de transfert (7) en mouvement pour prélever des particules de matière (M); c) appliquer l'organe de transfert (7) en mouvement sur le substrat (2) en aval de la pièce (I) pour déposer des particules de matière (M) sur le substrat (2); et le cas échéant, d) déplacer de façon relative l'organe de transfert (7) en mouvement et le substrat (2) le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt (3) à réaliser.

Description

PROCEDE ET APPAREIL DE DEPOT D'UNE MATIERE D'APPORT SOLIDE CONSTITUEE DE PARTICULES D' AU MOINS UN METAL,ALLIAGE,METALLOIDE
SUR UN SUBSTRAT SOLIDE
L'invention concerne le domaine technique du revêtement des matériaux avec des matériaux métalliques et a plus précisément pour objet un procédé et un appareil de dépôt d'une matière d'apport solide constituée de particules d'au moins un métal, alliage,métalloïde sur un substrat solide.
On connaît déjà divers procédés pour réaliser des dépôts de métaux,adaptés à la technologie mise en œuvre.Parmi ces technologies,une des plus fréquentes est celle,bien connue,du dépôt électrolyrtique.Toutefois cette technologie du dépôt électrolytique présente des limites de mise en oeuvre en ce qui concerne notamment les matériaux employés,les épaisseurs obtenues,les formes de dépôt réalisées,etc....ainsi que d'autres inconvénients intrinsèques. On connaît également d'autres technologies permettant la réalisation d'un dépôt métallique:
pulvérisation au magnétron ou cathodique,projection,dépôt par laser,dépôt chimique,application du métal fondu sur le substrat,diffusion,évaporation.sous vide,revêtement par décomposition,dépôt par contact,etc...On peut se référer,par exemple,aux document EP D3224-96,EP 0089604 et EP 0I4-86I3 qui concernent de telles technologies de dépôts métalliques.
Selon le document EP 0I52 204, qui décrit également l'état connu de la techni qué concernant le dépôt de couches fines, notamment métalliques,on réalise un dépôt en projetant une matière d'apport sur un rouleau-applicateur en matière textile (coton) en contact avec le substrat sur lequel la matière d'apport doit être déposée,un rouleau de retenue étant opposé au rouleau applicateur.
On connaît aussi, par ailleurs, d'autres technologies de dépôt mais pour des applications autres que le dépôt de métaux ou équivalents tels que ceux expressément visés par la présente invention, ces technologies connues par ailleurs appartenant donc à des domaines techniques différents que celui conéerné ici.Dans le document PR 243I 363,on applique un caoutchouc sur un substrat.Dans le document US 46229I4,il est proposé un dispositif destiné à un photocopieur. Se dispositif comporte des brosses souples prélevant une matière tendre en poudre sur une barre mobile pour la déposer sur un substrat.Mais le dispositif selon ce document n'est pas adapté au cas ou la matière d'apport serait un métal ou équivalent.
L'invention a donc pour objet de proposer une technologie
(définie par son procédé et un appareil pour la mise en oeuvre du procédé) permettant spécifiquement le dépôt d'une matière d'apport solide constituée de particules d'au moins un métal,alliage,métalloïde,sur un substrat solide.
A cet effet l'invention propose,d'abord,un procédé de dépôt d'une matière solide se présentant originellement sous la forme d'une pièce solide constituée de particules d'au moins un métal,alliage,métalloïde,sur un substrat solide,qui comprend la succession d'étapes suivantes consistant à:
a)Entraîner en mouvement un organe métallique de transfert de la dite matière d'apport;
b)Appliquer avec frottement la pièce de matière d'apport sur l'organe de transfert en mouvement,dans des conditions de pression réciproque,température,vitesse relative,aptes à réaliser des conditions physiques,notamment thermiques de la matière d'apport susceptibles de permettre à l'organe de transfert de prélever des particules de matière d'apport depuis le pièce; c)Appliquer l'organe de transfert en mouvement sur le substrat, en aval de la pièce de matière d'apport,avec une pression inférieure ou égale à la pression d'application réciproque pièce de matière d'apport/organe de transfert en mouvement et à une température inférieure ou égale à celle de la pièce de matière d'apport,ces conditions physiques de pression réciproque et température étant aptes à permettre le dépôt de particules de matière d'apport se trouvant sur l'organe de transfert en mouvement sur le substrat;
et le cas échéant, d) déplacer de façon relative l'organe de transfert en mouvement et le substrat ainsi appliqué sur lui le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt de matière d'apport à réaliser et avec une vitesse relative adaptée à l'épaisseur souhaitée pour ce dépôt. L'invention propose,ensuite, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé qui comprend:
a)des moyens support de la pièce de matière d'apport; b) des moyens support du substrat; c)un organe mobile métallique de transfert de la matière
d'apport;
d)des moyens d'entraînement en mouvement de l'organe de transfert; e)des moyens associés aux moyens support de la pièce en matière d'apport et à l'organe de transfert pour appliquer avec frottement la pièce en matière d'apport sur l'organe de transfert dans des conditions physiques de pression réciproque, température,vitesse relative susceptibles de permettre à l'organe de transfert de prélever des particules de matière d'apport depuis la pièce;
f)des moyens associés aux moyens support du substrat et à l'organe de transfert pour appliquer l'organe de transfert sur le substrat dans des conditions physiques de pression réciproque et température aptes à permettre le dépôt des particules de matière se trouvant sur l'organe de transfert en mouvement sur le substrat;
et le cas échéant, g)des moyens de déplacement relatif à l'ensemble de l' organe de transfert et des moyens de support du substrat le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt de matière d'apport à réaliser,avec une vitesse relative adaptée à l'épaisseur souhaitée du dépôt. l'invention propose,enfin,un substrat ainsi pourvu d'un
dépôt de matière d'apport grâce au procédé ou à l'appareil selon l'invention. Compte tenu de ce qui pré ce de, on comprend que le procédé et l'appareil selon l'invention sont totalement différents des procédés et appareils bien connu de l'homme du métier pour réaliser, selon des techniques connues différentes de celle de l'invention et rappelées plus haut, un revêtement métallique sur un substrat solide. Par exemple, et sans que cela ne soit limitatif,l'appareil selon l'invention est dépourvu d'électrode, de cuve d'électrolyte,de buse de pulvérisation etc... telles que celles couramment utilisées dans l'état de la technique applicable avec les technologies de dépôt électrolytique ou de pulvérisation.
S'agissant de la technologie enseignée par le document US 4 622 9I4 et qui concerne une application spécifique autre que celle de l'invention,il n'y a aucune raison de penser, à priori, qu'elle puisse être transposée à d'autres applications, puis que les conditions qui existent alors sont sensiblement différentes que celles prévues dans ce document ou qui résultent de l'application spécifique visée. En particulier, il convient de souligner que ce document se préoccupe de certains problèmes spécifiques tels que la manière selon laquelle le matériaux d'apport est érodé,la présence de poussières, le caractère flexible du substrat, etc...Déplus, dans le domaine du révêtement métallique, s 'il. est bien connu d'abraser une pièce métallique frottée avec une certaine pression au moyen d'une brosse,un disque ou un autre outil équivalent en mouvement,il n'est par contre pas connu ou évident, d'une part, de déposer sur un substrat de la poudre métallique portée par une brosse, un disque ou autre outil équivalent en mouvement et en contact avec le substrat et, d'autre part de combiner, ainsi que le prévoit précisément l'invention, l'abrasion d'une pièce métallique constituant la matière d'apport en poudre au moyen d'une brosse, un disque, ou un outil servant à transporter ultérieurement la matière d'apport en poudre prélevée par abrasion et, enfin, le dépôt de cette poudre sur un substrat auquel elle adhère totalement en faisant corps avec elle de façon rigide. En effet il est à noter que selon l'invention la dite brosse, disque ou outil joue successivement deux fonctions opposées: de prélèvement d'abord et de dépôt ensuite avec une fonction intermédiaire de transport. Cette combinaison de trois fonctions de l'organe métallique mobile de transfert mis en oeuvre dans l'invention par l'application spécifique d'un dépôt métallique conduit à l'obtention de résultats tout à fait surprenants, d'une part, quant à l'obtention mêmè d'un dépôt métallique sur un substrat et, d'autre part,à la qualité du dépôt obtenu.Enfin, il est à noter que l'invention permet d'échapper aux inconvénients des techniques de l'état connu de la technique,tels que la pollution,tout en permettant une grande souplesse de mise en oeuvre.
L'invention sera mieux comprise grâce aux dessin annexés:
La figure I est une vue shématique de l'invention
La figure 2 est une vue en élévation d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La figure 3 est une vue de dessus de cet appareil.
L'invention concerne d'abord un procédé et un appareil pour le dépôt d'une matière d'apport M,solide,se présentant originellement sous la forme d'une pièce I,sur un substrat 2.
L'invention concerne,ensuite,le substrat 2 comportant le dépôt 3 de matière d'apport M ainsi réalisé.
La matière d'apport M est essentiellement un(ou au moins un) métal ou,le cas échéant,un alliage ou un métalloïde. Cette matière d'apport est constituée généralement de particules, au sens physique du terme, c'est-à-dire de grains de matière de petites dimensions.
Originellement,la matière d'apport M se présente sous forme de la piècel qui forme un bloc solide constituée de la dite matière d'apport M dont les particules sont liées entre elles
Après mise en oeuvre du procédé,grâce à l'appareil selon l'invention,la matière d'apport M se présente,finalement, une fois déposée,sous la forme d'une couche ou dépôt 3 recouvrant une surface 4 du substrat 2.La matière d'apport M dont il est question ici est celle provenant de la pièce I
La piè ce I est un morceau formant un tout s tructurel de la dite matière d'apport M. La pièce I inclut donc un morceau de matière M en bloc de barre ou barreau, tube , profilé , bloc ou autre. La pièce I est de type apte à pouvoir être abrasée progressivement et notamment ave c une certaine régularité. Par exemple , la piè ce I est longitiligne , présentant ainsi un axe principal 5 le long duquel elle s ' étend. Et elle comporte une surface d'extrémité transversale d' attaque 6 , consomptible , sensiblement perpendiculaire à l'axe 5 , de laquelle est prélevée la matière d'apport M. Dans un tel cas la piè ce I voit sa longueur axiale diminuer eu fur et à mesure que la matière d'apport M est prélevée. La piè ce I est solide et rigide , c' est-à-dire qu' en l'absence de contraintes extérieure s ,elle a l'aspect d'un solide , comme l 'aurait, par exemple , un barreau de cuivre , de plomb, etc. . . Ce caractère solide et rigide fait que la pièce I peut être autoportante et portée par des moyens support sur lesquels on revient par la suite. La piè ce I de matière M, ainsi caractérisée , est différente et s' oppose à de la matière M originellement en poudre avec des particules séparées, ou constituant (ou portée par) un fluide liquide ou gazeux.
On entend par "métal" un métal pur ou presque pur ou encore son oxyde ou une composition renfermant essentiellement un métal. Il peut s 'agir aussi d'un alliage de métaux. Selon un résultat surprenant de l'invention, on a constaté qu'elle était opérante avec la plupart (sinon tous) les métaux et alliages couramment utilisés dans l 'industrie ou pour la rech- erche.Ainsi on peut citer comme liste non limitative de métaux pouvant être mis en oeuvre : l'aluminium,le zinc, le nickel, le cuivre , le lai ton, l'argent , l' or, le silicium, ete. . .
L 'invention s 'applique , également, au cas ou deux(ou plus) métaux(ou alliages de métaux) sont déposés simultanément, la piè ce I étant composite ou deux(ou plus) pièces I étant juxtaposées et attaquées simultanément par l' organe métallique de transfert
Dans le cas d'une pièce I dont la matière d'apport M est un alliage,c'est le dit alliage qui est prélevé,puis transporté, puis déposé.
L'invention s'applique, également,au cas ou deux(ou plus) métaux(ou alliages de métaux) sont déposés successivement, le deuxième sur le premier(et ainsi de suite)le cas échéant de façon superposée ou non.Ainsi,on peut obtenir,par l'association des dépôts successifs sur le substrat 2,un alliage ou une juxtaposition des dits métaux par superposition à partir de métaux(ou alliages de métaux) originellement distincts.
Selon l'invention,la matière d'apport M reste essentiellement à l'état solide visible du début à la fin du procédé, bien que se trouvant sous la forme finement divisée de particules liées originellement au début et à la fin du procédé et séparées pendant l'étape de transport de la pièce I au substrat 2. Toutefois,il n'est pas exclu,au contraire, que la matière d'apport M, subisse une transformation ou une évolution physique à l'échelle microscopique entre son état originel(piècel) et son état final(dépôt 3 sur le substrat 2).
Les substrat 2 est tout corps solide sur lequel un dépôt de le matière d'apport M peut-être effectué. Généralement,le substrat 2 est caractérisé par une surface libre 4 sur laquelle le dépôt de matière M est souhaité. Quant à sa composition,le substrat 2 est quelconque dès lors qu'il est compatible avec la matière d'apport M envisagée et le procédé selon l'invention.Par exemple,et sans que la liste ne soit exhaustive,le substrat 2 peut être métallique (métal,alliage, composition à base de métal ou d'alliage),en verre,en bois,en matière plastique,en céramique,etc...Le substrat 2 peut être de forme plate,filiforme,tubulaire,massive ou autre?Sa face 4 peut être lisse ou non, c'est-à-dire avec des reliefs importants (tels que des trous) ou,au contraire,peu importants (granité de surface),localisés ou au contraire étendus.Le substrat 2 est préférentiellement rigide, à la manière d'une plaque,mais peut aussi présenter une certaine souplesse, à la manière d'une feuille.Dans cedernier cas et compte tenu de la pression qui est exercée sur lui lors de la mise en oeuvre du procédé,on prévoit un support formant contrepartie pour un tel substrat 2ainsi déformable.Un cas typique,mais non limitatif,de l'invention est celui ou le substrat comporte une face libre 4 généralement plane et lisse,à la manière d'une plaque.Mais la face libre 4 peut-être incurvée lorsque le substrat 2 est un fil ou un tube.Préférentiellement,la pièce I a une dureté au plus égale à celle du substrat2.
Le procédé selon l'invention comporte la succession d'étapes consistant à:
a)Entraîner en mouvement un organe métallique de transfert 7 de la dite matière d'apport M; b) Appliquer avec frottement la pièce I de matière d'apportM sur l'organe de transfert 7 en mouvement,dans des conditions de pression réciproque,température,vitesse relative, aptes à réaliser des conditions physiques,notamment thermiques de la matière d'apport M susceptibles de permettre à l'organe de transfert 7 de prélever des particules de matière d'apport M depuis la pièce I,notamment depuis sa surface d'attaque 6; c)Appliquer l'organe de transfert 7 en mouvement sur le substrat 2,en aval de la pièce I de la matière d'apport M, avec une pression inférieure ou égale à la pression d'application réciproque pièce I de matière d'apport M/organe de transfert 7 en mouvement et à une température inférieure ou égale à celle de la pièce I de matière d'apport M, ces conditions physiques de pression réciproque et température étant aptes à permettre le dépôt de particules de matière d'apport M se trouvant sur l'organe de transfert 7 en mouvement sur le substrat 2;
et le cas échéant,
d)Déplacer de façon relative l'organe de transfert 7 en mouvement et le substrat 2 ainsi appliqué sur lui le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt 3 de matière d'apport M à réaliser et avec une vitesse relative adaptée à l' épaisseur souhaitée pour le dépôt3.
Ce procédé est mis en oeuvre au moyen d'un appareil qui comporte: a)des moyens support 8 de la pièce I de matière d'apport M; b)des moyens support 9 du substrat 2;
c)un organe mobile métallique de transfert 7 de la matière d'apport M;
d)des moyens d'entraînement I0 en mouvement de l'organe de transfert 7;
e)des moyens II associés aux moyens support 8 de la pièce I en matière d'apport M et à l'organe de transfert 7 pour appliquer avec frottement la pièce I en matière d'apport M sur l'organe de transfert 7 dans des conditions physiques de pression réciproque,température,vitesse relatives susceptibles de permettre à l'organe de transfert 7 de prélever des particules de matière d'apport M depuis la pièce I; f) des moyens I2 associés aux moyens support 9 du substrat 2 et à l'organe de transfert 7 pour appliquer l'organe de transfert sur le substrat dans des conditions physiques de pression réciproque et température aptes à permettre le dépôt de particules de matière d'apport M se trouvant sur l'organe de transfert 7 en mouvement sur le substrat 2;
et le cas échéant,
g) des moyens I3 de déplacement relatif d'ensemble de l'organe de transfert 7 et du substrat 2 le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt 3 de matière d'apport M à réaliser,avec une vitesse relative adaptée à l'épaisseur souhaitée du dépôt 3.
On entend,par dépôt ou couche 3 de matière M,une certaine quantité de cette matière M,se trouvant sur le substrat 2, associée rigidement à ce dernier.Le dépôt ou couche 3 peut être ponctuel ou longitiligne ou surfacique,et cela à l'échelle de l'observation visuelle humaine directe. Il peut être,par ailleurs, continu ou discontinu,tant à cette échelle visuelle directe qu'à l'échelle microscopique.il peut être enfin rectiligne ou curviligne quant à sa ligne d'étendue,de contour régulier ou non. Son épaisseur peut être constante ou non,faible ou au contraire plus importante.Normalement,un dépôt par une passe unique de l'organe de transfert 7 peut être de l'ordre de quelques microns.Par des passes successives aux mêmes endroits,il est possible d'effectuer un dépôt 3 ultérieur sur un dépôt 3 antérieur,sans que les dépôts 3 ne soient finalement indivisualisables entre eux, le dépôt total réalisé pouvant alors avoir une épaisseur de l'ordre du millimètre ou de plusieurs millimètres.
Les caractéristiques de forme,aspect, épaisseur,etc... du dépôt ou couche 3 sont,selon l'invention,déterminées essentiellement par les conditions d'application de l'organe de transfert 7 sur le substrat 2, ces caractéristiques pouvant faire l'objet de nombreuses variantes.
L'invention n'a pas nécessairement,à utiliser des masques telsque ceux mis enoeuvre,obligatoirement,dans d'autres technologies.Cependant de tels masques peuvent être aussi être mis en oeuvre dans l'invention,notamment pour la facilité de mise en oeuvre et,par exemple,l'obtention de motifs plus ou moins complexes de forme.
Des cas typiques de dépôt 3 sont des dépôts de type ponctuel tels que ceux pouvant constituer des contacts électriques ou électroniques; de type filiforme tels que ceux pouvant constituer des conducteurs électriques ou électroniques; de type surfacique tels que des bandes ou autres surfaces notamment pour le revêtement métallique de substrat 2 ou objets divers.
Selon un résultat surprenant de la mise en oeuvre du procédé, le dépôt 3 de matière M,sur le substrat 2,se présente comme de la matière M déposée sur et associée rigidement au substrat 2. Cela signifie que par une simple action manuelle,même énergique,le dépôt 3 ne peut être dissocié du substrat 2.
Les caractéristiques du dépôt 3 réalisé sont donc déterminées par l'organe 7 et les conditions de sa mise en oeuvre.Au delà des conditions générales de vitesse,pression,etc...déjà mentionnées,l'homme du métier peut choisir ou déterminer les conditions particulières de mise en oeuvre en fonction du dépôt 3 qui est souhaité,le choix ou la détermination de ces conditions de mise en oeuvre étant alors à sa portée.
L'organe 7 de l'appareil selon l'invention présente comme caractéristique essentielle d' être métallique ou conducteur de l'électricité et suffisamment dur.Il est entraîné en mouvement sur lui-même,grâce aux moyens d'entraînement IO.Par exemple, ce mouvement est un mouvement de rotation,notamment autour d'un axe I4 parallèle à la surface 4 et orthogonal à l'axe 5.Mais ce mouvement peut aussi être en mouvement de translation parallèlement à la surface 4.
D'excellents résultats ont été obtenus avec des organes 7 constitués par des brosses métalliques en fils d'acier ou encore par des disques en acier.
Cependant l'organe 7 peut être, également,une bande en mouvement,tel une bande sans fin,dont la partie plane est parallèle ou perpendiculaire ou inclinée par rapport à la surface 4. L'organe 7 peut être aussi une fraise. Il peut être non seuleen métal mais aussi en matière plastique chargée de matériau suffisamment dur et conducteur de l'électricité.
L'expérience a montré que des organes 7 non conducteurs de l'électricité ne convenaient pas à une mise en oeuvre convenable de l'invention.
Par exemple,d'excellents résultats ont été obtenus pour des dépôts surfaciques importantes avec des brosses 7 de diamètre extérieur compris entre 4cm et 20cm environ et d'épaisseur axiale de l'ordre de quelques centimètres.
Pour l'obtention de dépôts ponctuels ou longitilignes ou filiformes,de bons résultats ont été obtenus avec des disques minces de diamètre comparable à ce qui est.
La grosseur des fils d'acier d'une telle brosse 7 dépend et est adaptée au substrat 2.Pour un substrat 2 tel que l'acier, les fils d'acier peuvent avoir un diamètre deO,30mm.Pour un substrat 2 en cuivre,plus fragile,le diamètre des fils d'acier peut être de l'ordre de O,I6mm.
Un traitement préalable de la brosse 7 dans un bain de trichloréthylène ou autre solvant est obligatoire afin que la brosse 7 soit dégraissée d'une façon parfaite car il faut provoquer un effet de frottement sec et non un effet de frottement lubrifié sur la pièce I. Pour la mise en service d'une brosse 7 neuve sur un substrat 2 très tendre tel que le cuivre,il est obligatoire que la brosse 7 subisse une usure préalable, c'est-à-dire que pendant par exemple deux ou quelques minutes,elle soit frottée sur une subtance très abrasive qui va procurer une usure et un nivellement des extrémités libres des fils.Un test efficace pour contrôler que la brosse 7 est ainsi"faite" est que lorsque l'on passe la main dessus,la brosse ne doit être accrochante que sur un seul sens,le sens de rotation mais non dans le sens opposé.
Eventuellement l'organe 7 est traité pour être revêtu d'une matière dure telle que le chrome, ce qui évite le mélange du matériau constitutif de l'organe 7 avec la matière d'apportM.
Le procédé selon l'invention,de même que son appareil pour la mise en oeuvre,peuvent donc faire l'objet de nombreuses variantes. Ces variantes concernent notamment l'organe 7 ainsi que les moyens 8,9,I0,II,I2,I3,la matière M,la pièce I,le substrat 2 et les conditions de température,pression,vitesse. Ainsi que déjà indiqué,les conditions opératoires de détail peuvent,généralemen-fc,être déterminée par l'homme de métier en fonction de paramètres de départ(support2,matière M, caractéristiques du dépôt 3 souhaité.)
De plus,le procédé selon l'invention peut-être mis en oeuvre de façon plus complexe,par exemple en réalisant plusieurs dépôts 3 simultanés ou successifs,superposés ou non,en tout ou en partie,avec la même matière d'apport M ou avec des matières d'apport M différentes.
On réalise,ou non,un déplacement relatif de l'ensemble de l'organe 7 par rapport au substrat 2,Ie long d'un certain cheminement,notamment si l'on souhaite obtenir un dépôt 3 autre que ponctuel.En déplacement,le substrat 2 est déplacé dans le même sens que l'organe 7.
Dans le cas d'un organe 7 de forme générale circulaire appliqué au moins sensiblement tangentiellement sur le substrat 2,en l'absence de déplacement relatif,on réalise un dépôt 3 essentiellement ponctuel(organe 7 étroit) ou longitiligne (parallèle à l'axe de l'organe 7 dans le cas ou ce dernier s'étend le long de son axe)
Avec un déplacement relatif d'ensemble, on peut réaliser un dépôt longiligne (organe 7 étroit) ou surfacique (organe 7 axialement étendu)
L'organe 7 en mouvement est appliqué sur la pièce I dans des conditions aptes à arracher la matère d'apport M à la pièce I par suite du frottement qui intervient et avec une élévation de température substantielle de la pièce I.Par exemple,à partir d'une pièce I originellement à température ambiante on a pu atteindre,en fonctionnement,des températures de cellesci de l'ordre de 400°C (aluminium) à 800° C(Nickel) et cela en quelques secondes.
Selon l'invention,on a constaté que l'élévation de température de la matière d'apportM sur la pièce I est favorable à l'obtention du dépôt 3.L'invention prévoit donc, comme variante,d'augmenter la température de la pièce I de la matière d'apport M ou le gradient de température entre la pièce I et le substrat 2 par une action positive,propre,par exemple on peut chauffer la pièce I et/ou refroidir le substrat 2. A cet effet,on peut utiliser des moyens de chauffage: chalumeau,résistance électrique,infra-rouge agissant sur la pièce I;et/ou des moyens de refroidissement agissant sur le substrat 2,échangeur thermique,serpentin.de refroidissement. Sur la figure 2 sont représentes,à cet effet,des moyens de chauffage I5 de la pièce I et une sonde de température I6.
Selon l'invention,on a également constaté que l'existence d'un champ magnétique sur la matière d'apport M est favorable à l'obtention du dépôt 3.A cet effet,l'invention prévoit,en variante,de placer l'organe 7 dans un champ magnétique créé par exemple,par un aimant permanent ou des électro-aimants.
Selon l'invention, on a également constaté que l'existence d'une différence de potentiel électrique entre la pièce I et le substrat 2 électriquement conducteur est favorable à
I"obtention du dépôt 3.L'invention prévoit donc,en variante, la présence d'une source électrique convenablement branchée sur la pièce I et le substrat 2. En particulier, il a été constaté que cette mesure permettait de contribuer à empêcher un arc électrique gênant entre l'organe 7 et le substrat 2. Par exemple,le potentiel électrique entre la pièce I et le substrat 2 peut être de l'ordre de 3 à 6 volts avec un ampérage de l'ordre de I0 à 20 ampères,le courant étant continu.
Selon une autre variante,on peut prévoir un contact pièce I organe 7 non pas permanent mais intermitent et régulier(notamment à fréquence élevée) ce qui favorise l'arrachement de la matière d'apport M par l'organe 7.
L'élévation de température (ou du gradient de température), le champ magnétique,la différence de potentiel peuvent être également appliqués de façon temporaire,éventuellement répétée,et non de façon permanente.
Ainsi que cela résulte également de ce qui précède,l'organe 7 en mouvement est appliqué sur le substrat 2 dans des conditions aptes à assurer le dépôt de matière d'apport M préalablement prélevée de la pièce I et transportée par l'organe 7 sur le substrat 2.En particulier,l'organe 7 est appliqué sur le le substrat avec une légère pression relative juste suffisante pour assurer le dépôt 3 sans affecter le substrat 2,notamment sans l'entamer.
L'appareil considéré peut êuneappareil portatif ou à demeure Il peut être intégré à une chaîne de fabrication.Il peut faire l'objet de variantes de réalisation en fonction de la mise en oeuvre envisagée,l'invention s'appliquant aussi bien à des cas ne nécessitant pas obligatoirement une grande précision (métallurgie) et à des cas où,au contraire la précision est déterminante (électronique,optique).Dans le cas de figure 2, il peut être prévu un organe I7 de réglage de position de l'organe 7 par rapport au substrat 2 et/ou à la pièce I.De plus ,les déplacements du,substrat 2 peuvent être assurés par des moyens I3 tels que plateau mobile à avance variable.
Selon une autre caractéristique,l'organe 7 est au contact du substrat 2 juste le temps nécessaire à la réalisation du dépôt 3 de la matière d'apport M mais pas subtantiellement davantage.Acet effet,l'organe 7 est en contact essentiellement tangentiel,mais avec une pression suffisante,sur le sur le substrat 2. Inversement on évite un contact dimensionnellement ou de durée excessive entre le moyen 7 et le substrat 2 tel qu'il résulterait,par exemple,de l'emploi de brosses souples déformables,balayant le substrat 2 ainsi que le prévoit le document US 4 6229I4.
Les moyens 8 support de pièce I peuvent consister,par exemple en des griffes,tubes,pinces ou équivalents. Ils sont agencés, par exemple,pour permettre le déplacement de la pièce I au fur et à mesure qu'elle est consommée par l'organe 7.
Préférentiellement,les moyens 8 sont portés par un bâti I4 auquel sont également éventuellement fixés les moyens 7,I0, II,I3.
Les moyens 9,support de substrat 2 peuvent consister,par exemple,en un tapis transporteur ou une table.
Ces moyens 9 sont par exemple, fixes,le bâti I4 étant déplacé ou,au contraire mobiles,le bâti I4 étant fixe. Ou encore les moyens 9 et le bâtiI4 peuvent être tous les deux mobiles.
Les moyens 8,9 sont naturellement adaptés à la pièce I et au substrat 2, considérés notamment à leur nature,à leur forme,à leur dimension.
Les moyens II peuvent comprendre par exemple des moyens élastiques unidirectionnels tels que ressort ou vérin coopérant avec les moyens 8 et la pièce I,notamment pour solliciter la pièce I vers l'organe 7 avec la pression convenable.
Les moyens II peuvent comporter, également,des organes de chauffage,de création d'un champ magnétique,de création d 'une différence de potentiel ainsi que déjà indiqué.
Les moyens I2 peuvent comporter également des moyens de pression et d'entraînement adaptés à leur objet ainsi que des organes de refroidissement, création d'un champ magnétique, création d'une différence de potentiel.
Les moyens I3 peuvent comporter,par exemple,des moyens support du bâti I4 par rapport aux moyens 9 respectivement au substrat 2 tels que console,galets,etc...et des moyens d'entraînement tels que moteur.
La vitesse tangentielle de l'organe 7 peut être de l'ordre de quelques mètres à de l'ordre d'une centaine de mètres par seconde,selon les applications. Selon l'invention,la vitesse tangentielle de l'organe 7 (ou du moins les vitesses relatives organe 7/pièce I et organe 7/substrat 2)est assez importante.Par exemple,l'organe 7 pivote avec une vitesse de rotation de l'ordre de 3000 à 5 000 tours par minute.
L'invention .peut faire l'objet de nombreuses variantes d'application: métallisation de circuits pour l'électronique,le revêtement de feuillards,le transfert de matériaux supra ou semi-conducteurs,la réalisation de résistances électriques sur des supports,des sondes,la décoration de faïences, porcelaines,de bijoux; de matériaux de construction,la réalisation d'alliage,l'obtention de miroirs,la réalisation de piles et de batteries.
Dans ces domaines de variantes d'applications,l'invention permet le dopage des semi-conducteurs,les dépôts sur Inox de métaux ou de graphite,la décomposition voir la réduction de certains oxydes.
Il est possible également de métalliser et mettre en oeuvre des éléments techniques nouveaux tels que les matières comp osites à base de fibres de carbone et les tissus de verre ou de Kevlar,ces tissus étant employés seuls ou alliés aux résines peuvent être recouverts de métaux ou de graphite.
Dans de nombreux secteurs mécaniques et métallurgiques l'in vention permet dans des conditions particulières d'augmenter l'effet de glisse et de diminuer les coeficients de frotte - ment.
Le fait de déplacer le substrat à l'inverse de la rotation de l'organe de dépôt constitue un moyen de déposer le métal d'apport en couches plus épaisses. Exemples de réalisations
Exemple I:Décoration:
Dépôt d'or ou d'argent sur des faïences et porcelaines.Un ensemble composé d'une brosse en fis d'acier de 0,I6 mm de diamètre tournant à 3 000 tours-minute et reliée par un flexible à un groupe moteur connu en soi,permet de réaliser instantanément le filet d'or ou d'argent autour des assiettes sans utiliser les pâtes habituelles qu'il faut passer au four.
Dans le cas de décorations fines,la brosse métallique est remplacée par un disque en acier dur dont le diamètre peut varier de 5 à I7 mm pour une épaisseur de I mm.Comme pour la brosse,le métal est maintenu en effet de frottement sec sur l'outil; l'emploi d'un flexible ou d'une mini-perceuse permet de travailler avec la précision exigée pour des décorations et dessins sur verres et porcelaines.
Exemple 2: Mécanique:
Il est possible de réaliser des recharges de différents métaux en épaisseur allant de I à 6 mm afin de pouvoir par la suite réaliser un usinage de rectification.
Les métaux les plus couramment utilisés sont l'aluminium,le cuivre,le sine;dans ce genre d'application,la premeière couche ou couche d'adhérence est réalisée avec une brosse tournant à une vitesse de 3000 tours/minute.
Ensuite,dans le but d'épaissir la couche il faut chauffer le métal d'apport avant de provoquer cet effet de frottement sur la brosse.A cet effet le support du métal d'apport est aménagé afin de recevoir,soit un chalumeau oxy-acétylène,soit des spires reliées à un émetteur haute fréquence.
Des moyens sont mis en oeuvre pour maîtriser le métal préchauffé afin d'éviter sa diffusion non contrôlée; la température de chauffe du métal à 60°C au dessous de la température de fusion de chaque métal soit: 600°C pour l'aluminium
I000°C pour le cuivre
360°C pour le Zinc
I380°C pour le nickel
Le pré-chauffage ayant pour effet de ramollir même les métaux les plus durs,le nombre des métaux utilisables n'est pas limité.
La vitesse de rotation des brosses pour appliquer ce métal en préfusion ne doit pas dépasser' I500 tours/minute afin d'éviter toute projection et perte de contrôle de l'homogénéité de la couche appliquée.
Cette application en épaisseur est réalisable sur des arbres métalliques en rotation lente ainsi que sur des surfaces planes et fixes.
Exemple 3: Métallisation de céramiques techniques:
Les dépôts de métaux sur des céramiques en alumine pure ou mélangées à différents oxydes demeurent actuellement très coûteux et dangereux à cause de produits chimiques mis en présence car la céramique crée un phénomène de rejet sur de nombreux métaux.
Le procédé selon l'invention permet de simplifier et de résoudre ce problème important car il n'existe pas de moyen de transférer aussi facilement l'aluminium sur la céramique.
Selon l'invention,l'aluminium est déposé et adhère intimement sur la céramique, sa liaison profonde ne connaissant aucun phénomène de rejet; l'aluminium peut donc servir de souscouche d'accrochage pour tous métaux éventuels tels que le cuivre,l'argent,etc;...,le procédé permettant des dépôts en couches successives de métaux différents.
La vitesse de rotation des brosses est de 3000 tours/minute et la pression du métal d'apport sur l'ouiil est de 285 grammes au cm2. Exemple 4: Optique:
Le procédé permettant le dépôt d'aluminium sur du verre il est possible de réaliser à bas prix des miroirs de différentes natures: miroirs simpies,miroirs lentilles convergents ou divergents.
Le miroir peut être interne au dépôt, c'est à dire côté verre ou externe sur la partie supérieur du métal déposé.
Le procédé met enoeuvre une brosse en acier dont les fils ont un diamètre de 0,I6mm,une vitesse de rotation lente de 400 tours/minute,une force d'appui sur le métal d'apport de 500 grammes cm2.
Pour une brosse de 4,5cm de diamètre,la vitesse tangentielle est de I,I6 par seconde.
Si l'on utilise une vitesse de I500 tours/minute,le verre se trouve rayé et l'effet de miroir s'effectue sur la surface externe du métal déposé.
De telles lentilles miroirs peuvent être utilisée dans les Lasers.
Exemple 5: réalisation d'alliages:
Le procédé selon l'invention permet d'utiliser un ou plusieurs métaux d'apport différents,par exemple de l'aluminium et du cuivre.Il en résulte alors la formation d'un bronze d'aluminium.
Eacémple 6: Utilisation d'un courant de polarité inverse:
Le fait d'envoyer un courant continu dans le métal d'apport côté positif et dans le substrat côté négatif permet une augmentation de rendement du dépôt. Le voltage utilisé est par exemple de 6 volts avec une intensité de I0 ampères.
Exemple 1 : Electronique:
Pour déposer par exemple de l'or en points qui vont recevoir différents composants et soudures,le procédé selon l'inventon permet de supprimer le bain de cyanure d'or et de ne pas avoir à cacher les endroits que l'on ne veut pas traiter.
Pour faire un dépôt sur du cuivre,on utilise un disque en acier ou en nitrure de titane d'un diamètre de I7 mm,d'une épaisseur de 0,5mm,la vitesse de rotation étant de I 500tours minute,l'or en tant que métal d'apport est appliqué sur l'outil rotatif avec une force de 600 grammes au cm2,l'augmentation de température du métal d'apport atteint rapidement 300°C.
Le disque ne reste pas au même endroit sur le cuivre,il est dépecé en permanence afin qu'il n'échauffe pas le substrat; l'or étant plus dur que le cuivre, seule la différence thermique créée permet l'obtention du résultat.
Exemple 8: Réalisation de circuits nouveaux:
Dans le secteur des circuits sur verre et céramiques rectifiées,le procédé apporte une évolution technologique importante.
Dans le cas ou il n'est pas utile d'avoir de circuits très fins, c'est à dire composés de lignes supérieures au millimètre en tant que largeur,il est possible de réaliser des circuits au pochoir:un pochoir métallique comprenant l'empreinte de l'ensemble d'un circuit donné est placé entre la brosse et la céramique,le dépôt d'aluminium est effectué en sous-couche et ensuite un dépôt de cuivre et d'argent est envisageable.
Dans le cas de l'établissement d'un circuit dit de précision avec des lignes fines,par exemple de 500microns de largeur habituellement réalisé en sérigraphie avec des pâtes au Paiadium et billes de verre que l'on passe au four,il est possible de procéder comme suit:
On réalise le perçage des trous de la céramique,aux endroits des composants grâce à un laser.
Une unité de traçage reliée à un ordinateur et composée d'un disque fin en acier deI7 mm de diamètre et de 500 microns d'épaisseur en frottement avec son métal d'apport effectue en quelques secondes le circuit en aluminium.
Sur ce circuit et là ou on doit effectuer des soudures à l'étain,le procédé permet de déposer de façon sélective du cuivre sur de l'aluminium; l'épaisseur des lignes est en fonction des intensités demandées et peut atteindre 2 à I0 microns
La vitesse de rotation de l ' outil rotatif est de I500 tours/ minute et la pression d'appui du métal d'apport est de
200 g/cm2 pour l'aluminium et de 300g/cm2 pour le cuivre
Sur un tel circuit réalisé à un prix de revient très bas les dépôts successifs de métaux sont bien sûr envisageables.
Exemple 9: Cellules solaires:
Dans ce secteur,deux possibilités s'offrent pour le dépôt de métaux sur le silicium en déposant de l'aluminium avec une brosse tournant à une vitesse de 300tours/minute et une pression du métal d'apport de 300g/cm2, cela pour métalliser la partie inférieure de la cellule.
En ce qui concerne la, grille supérieure,un disque en acier guidé soit par un pochoir ou commandé par un ordinateur à tête de traçage,tourne à la vitesse de 300 tours/minute et réalise la grille en aluminium,la pression d'appui du métal d'apport sur l'outil étant de 200g/cm2.
Il est souhaitable de ne pas dépasser la vitesse de 300 tours minute car le silicium est un substrat fragile.
Exemple I0: Transfert de silicium :
Pour des déposer des couches minces I à 2 microns en silicium ou en germanium sur du verre ou des céramiques pour des éléments de 5 à I0 cm2,une brosse d'acier tournant à
I500 tours/minute et ayant un effet de frottement sec du silicium sur la brosse avec une pression d'appui de 500g/ cm2 est mise en oeuvre. Pour réaliser des dépôts par points en vue d'obtenir des diodes, des transistors,on utilise un disque en acier tournant à 200 tours/minute et le silicium se trouve appuyé sur l'outil par une pression de 500g/cm2.
Avec ce moyen,on peut réaliser des jonctions par exemple d'une largeur d'un millimètre et en couches superposées de silicium dopé positif ou dopé négatif.
Après un dépôt de silicium,il est possible de réaliser des lignes d'aluminium qui servent de connexions,sans détériorer le dépôt de semi-conducteur.
Dans ce domaine de l'électronique, ce procédé constitue un moyen de réalisation à la fois du circuit et des différents composants: résistances,diodes,transsistors,etc...
Pour transférer des oxydes frittes,par exemple,les supraconducteurs et pour l'arséniure de Galium un disque d'acier ne dépassant pas I00 Tours/minute et avec une pression de la matière d'apport sur l'outil de I50g/cm2
Le dépôt de métaux sur ces mêmes oxydes frittes,est réalisable dans les mêmes conditions afin d'obtenir des connexions soudables.

Claims

REVENDICATIONS
I)Procédé de dépôt d'une matière d'apport M solide se présentant originellement sous la forme d'une pièce (l) solide constituée de particules d'au moins un métal,alliage, métalloïde,minéraux, oxydes,sur un substrat(2) solide, caractérisé par la succession d'étapes consistant à :
a) Entraîner en mouvement un organe métallique de transfert(7) de la dite matière d'apport.
b) Appliquer avec frottement la pièce(l) de matière d'apport(M) sur l'organe de transfert(7) en mouvement, dans des conditions de pression réciproque,température, vitesse relative,aptes à réaliser des conditions physiques,notamment thermiques de la matière d'apport(M) depuis la pièce (I): c) Appliquer l'organe de transfert (7) en mouvement sur le substrat(2),en aval de la pièce de matière d'apport(M) avec une pression inférieure ou égale à la pression d'application réciproque pièce (I) de matière d'apport. ces conditions physiques de pression réciproque et température étant aptes à permettre le dépôt de particules de matière d'apport(M) se trouvant sur l'organe de transfert(7) en mouvement sur le substrat (2): et le cas échéant, d) Déplacer de façon relative l'organe" de transfert (7) en mouvement et le substrat (2)ainsi appliqué sur lui le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt (3) de matière d'apport (M) à réaliser et avec une vitesse relative adaptée à l'épaisseur souhaitée pour ce dépôt,le sens de déplacement du substrat par rapport au sens de rotation de l'organe de transfert (7) constitue une variante d'épaisseur.
2) Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre une matière d'apport(M) ayant une dureté égale ou inférieure à celle du substrat (2). 3) Procédé selon l'une des quelconques revendications Ià3, caractérisé en ce que l'on chauffe la pièce I et la substrat (2) se trouve refroidi.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications Ià3,
caractérisé en ce que l'on porte la pièce I et le substrat ou l'organe de transfert à des potentiels électriques de polarité opposée,renforcée éventuellement par un champ magnétique.
5)Procédé selon l'une quelconque revendications de là 4 caractérisé en ce que l'on dégraisse préalablement l'organe 7 et on lui donne une certaine usure.
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications de I à 5 caractérisé en ce que l'on dépose plusieurs matières d'apport (M) simultanément ou successivement,de façon superposéee ou non.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que l'on réalise un dépôt ponctuel, ou filiforme,ou surfacique: continu ou discontinu.
8) Procédé selon l'une quelconque des revendications de I à 7,caractérisé en ce que l'on réalise des dépôts sur des substrats sensibles et fragiles dont: le verre,le bois, les semi-conducteurs (dopage N-P),les minéraux,les céramiques,les supraconducteurs,les matières composites,les fibres de carbone,le Kevlar.
9) Procédé selon l'une quelconque des revendications de là 8,caractérisé en ce que l'on utilise des outils rotatifs métalliques ou non,mais conducteurs électriques ( brosses métalliques,disques fins en acier, cylindres )
I0) Appareil de dépôt de matière d'apport se présentant sous forme de machines fixes ou portables pouvant disposer de transmissions flexibles: ensembles manuels ou entièrement ou partiellement automatisés.
II) Appareil de dépôt d'une matière d'apport (M) solide se se présentant originellement sous la forme d'une pièce (I) constituée de particules d'au moins un métal,alliage,métalloïde, sur un substrat solide pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'une des revendications I à I0, caractérisé en ce qu'il comporte: a) des moyens (8) support de la pièce (I) de matière d 'apport b) des moyens (9) support du substrat (2); c) un organe mobile métallique de transfert (7) de la matière d'apport (M); d) des moyens (I0) d'entraînement en mouvement de l'organe
de transfert (7); e) des moyens (II) associés aux moyens support (8) de la
pièce (I) en matière d'apport et à l'organe de transfert (7) pour appliquer avec frottement la pièce (I) en matière d'apport sur l'organe de transfert (7) dans des conditions de pression réciproque,température,vitesse relative aptes à provoquer un choc thermique de la matière d'apport (M) permettant à l'organe de transfert (7) de prélever des particules de matière d'apport (M) depuis la pièce (I); f) des moyens (I2) associés aux moyens support (9) du substrat (2) et à l'organe de transfert (7) pour appliquer l'organe de transfert (7) sur le substrat (2) dans des conditions de pression réciproque,température aptes à permettre le dépôt de particules de matière d'apport (M) se trouvant sur l'organe de transfert (7) en mouvement sur le substrat. et,le cas échéant, g) des moyens (I3) de déplacement relatif de l'organe de transfert (7) et du substrat (2) le long d'un certain cheminement correspondant à la forme du dépôt (3 ) de matière d'apport (M) à réaliser,avec une vitesse relative correspondant à l'épaisseur souhaitée du dépôt (3).
I2 Appareil selon la revendication II, caractérisé en ce que l'organe de transfert(7) est mobile à rotation ou en
translation. I3) Appareil selon l'une quelconque des revendications II, I2, caractérisé en ce que l'organe de transfert (7) est rotatif tel qu'une brosse ou un disque ou une bande sans fin.
I4) Appareil selon l'une quelconque des revendications II à I3, caractérisé en ce que l ' organe de transfert (7) est étroit ou axialement étendu.
I5) Appareil selon l'une quelconque des revendications II à I4,caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage agissant sur la pièce (I) et/ou des moyens de refroidissement agissant sur le substrat (2).
I6) Appareil selon l'une quelconque des revendications II à I5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de création d'un champ magnétique.
I7) Appareil selon l'une quelconque des revendications II à I6,caractérisé en ce qu'il comporte une source électrique,de courant continu, convenablement branchée sur la pièce (I) et le substrat(2).
I8) Appareil selon l'une quelconque des revendications II à I7,caractérisé en ce qu'il dispose de plusieurs fixations de métaux différents,ces métaux différents étant en frottement sur le même organe de transfert (7) afin d'obtenir des alliages.
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