Brevet FR2197654A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne les procédés et les dispositifs de formage d'articles par électrophorèse à partir d'une substance solide finement divisée en suspension dans un liquide applicable notamment, mais non exclusivement, aux barbotines céramiques contenant de l'argile. On sait qu'il suffit de plonger, par exemple dans une barbotine d'argile, deux électrodes alimentées par un courant continu pour que les particules solides se déplacent vers l'une des électrodes et s'y déposent, le liquide se dirigeant vers l'autre électrode. En choisissant convenablement la poudre, le liquide, les paramètres électriques et les autres conditions expérimentales, il est possible d'obtenir un dépôt compact de 1 à 30 millimètres d'épaisseur, ayant une résistance mécanique suffisante pour être manipulé sans précaution particulière aussit8t après sa formation. L'électrophorèse ne peut seule expliquer la formation de ce dépôt, plusieurs phénomènes concomittants interviennent : ltélectro-déposition qui correspond à l'agglomération de particules de même charge sous l'effet du champ électrique, l'électro-osmose qui est l'élimination du liquide imprégnant les particules solides par migrations à l'intérieur des pores du dépôt compact sous l'effet du champ électrique dans le sens inverse à celui des grains de solide. C'est ce phénomène qui en éliminant le liquide hors du dépôt lui confère sa compacité et sa résistance mécanique suffisante pour être manipulée. Les procédés actuels de formage d'articles ayant de 1 à 30 mm d'épaisseur par électrophorèse ne permettant de réaliser des dépôts compacts et ayant les propriétés mécaniques suffisantes pour être immédiatement manipulés sans précaution que pour quelques rares suspensions ayant une très faible teneur en liquide. Les dépôts obtenus à partir de suspensions riches en liquide et pauvres enxsubstance solide restent mous et sont inutilisables car leurs teneurs en liquide restent trop élevés à la fin de l'opération de mise en forme. Cet inconvénient rend notamment impossible, à titre d'exemple, la formation d'un dépôt compact et dur à partir d'une barbotine contenant en partie ou totalement de l'argile.Suivant les variétés argile, la proportion d'eau nécessaire pour obtenir une barbotine fluide varie entre 5o et 150% du poids de matières sèches. Le poids d'eau à éliminer du dépôt est trop important et ne peut pas Titre suffisamment dans un délai de quelques minutes avec les procédés connus pour que le dép8t soit compact et manipulable. L' invention vise notamment à fournir un procédé et un dispositif de formage par électrophorése qui permettent d'obtenir avec certitude des dépôts compacts, aux propriétés mécaniques suffisantes pour être immédiatement manipulés après leur réalisation, et ceci quelles que soient la composition chimique et la teneur en liquide de la suspension de départ. Dans ce but, l'invention propose un procédé de formage d'articles par électrophorése-à partir de suspensions liquides, caractérisé en ce que le liquide expulsé du dépôt par le phénomène d'électro-osmose est régulièrement recueilli et évacué pour ne plus jamais cire en contact avec le dépot. Le liquide peutêtre recueilli sur l'électrode vers laquelle il se dirige plis s'écouler sous l'effet des forces de gravité le long de celle-ci pour être évacué dans la partie inférieure de l'électrode ou à travers le support inférieur des deux électrodes encore par des forces de gravité ou par des forces d'origine quelconque telles que les forces créées par une dépression faite sous le support d'électrode inférieur.Le liquide peut aussi être recueilli sur l'électrode vers laquelle il se dirige et être aussit8t évacué par des foces engendrées par une dépression créée derrière celle-ci sans avoir à s'écouler vers le bas de l'électrode. Les avantages du procédé par rapport aux procédés antérieurs de formage par électrophorése sont évidents puisque des dépôts compacts et immédia- tement manipulables en raison de leur dûreté peuvent être obtenus avec certitude quelle que soit la composition de la suspension et quelle que soit la proportion du liquide quelle contient. Ce résultat est particuliérement remarquable, mais non exclusif, pour le formage d'articles céramiques à partir de barbotines aqueuses d'argile pure ou de barbotines aqueuses composées d'argile et d'autres substances solides. De plus, le procédé est très simple, sir et économique. I1 réduit considérablement la durée du formage, simplifie les dispositifs de formage et réduit les taux de rebuts. Les qualités des produits ainsi formés sont accrues. L'invention propose également des dispositifs de formage d'articles par électrophorése avec élimination du liquide expulsé du dépôt. Le dispositif comprend une anode conductrice de l'électricité sur laquelle le dépôt s'effectlle dans la plupart des cas. L'autre électrode vers laquelle le liquide se dirige est constituée d'une toile de tamis métallique dont la taille de maille est inférieure à I millinétre, sur laquelle est plaquée à l'extérieur une toile imperméable ou non le long de laquelle le liquide extrait du dépôt s'écoulera par forces de gravité.Les deux électrodes sont maintenues dans une position fixe l'une par rapport à l'autre par un support d'électrodes inférieur percé de trous de moins de 2mm qui peut être avantageusement une toile de de tamis métallique ou non.Le support d'électrodes inférieur peut outre aussi une plaque percée de trous à travers desquels le liquide sera aspiré par dépression. Une feuille de toile perméable et non conductrice de l'électricité placée au-dessus ou au dessous du support interdit à la barbotine de 'écouler à travers les trous percés dans ce dernier. L'espace compris entre les deux électrodes et le support d'électrodes inférieur est rempli avec la barbotine qui fournit la piéce finale. L' ensemble du dispositif avec les électrodes et les supports peut être immergé dans un grand volume de bar botine, l'arête supérieure de la cathode affleurant la surface de la barbotine. Dans ce cas le liquide extrait du dépôt qui se forme dans l'espace inter-électrode s'accumule à ltextèrieur de la cathode et du support d'électrodes inférieur et remonte en partie sous l'effet des forces hydrostatiques à la surface de la barbo tine, à ltextèrieur de la cathode. Le liquide peut, dans ce cas être extrait à la surface de la barbotine par le haut du dispositif. L'immersion dans la suspension liquide a pour avantage d'abaisser la température du dépit et de l'anode qui s'échauffent par effet Joule. Le refroidissement de l'anode par circulation d'un fluide à l'intérieur permet aussi de réduire les effets néfastes dus à l'effet Joule. L'invention sera mieux comprise à la lecture du complément de description suivant qui est relatif à trois exemples de réalisation de l'invention, lesdits exemples étant seulement donnés à titre indicatif et non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : les figures I, 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale de trois variantes de réalisation pour formage de tubes cylindriques. Sur ces figures, la demi-coupe à gauche réprésente le dispositif contenant la barbotine, la demi-coupe de droite représente le meme dispositif en fin de formage lorsque le dépôt s'est formé aur l'anode. Dans l'exemple de la figure I, le dispositif considéré comporte une anode cylindriqueI conductrice de l'électricité sur laquelle est appliquée une couche d'agent de démoulage conducteur de l'électricité,une cathode 2 cylindrique conductrice de l'électricité constituée d'une toile de tamis de mailles inférieures à I mm sur laquelle est plaquée une toile de coton perméable 3 qui interdit à la barbotine 4 de passer à travers la cathode 2. Le support d'électrodes inférieur 5 est en toile de tamis de mailles inférieures à 2 mm, elle est fixée à la cathode 2. 'Une toile non conductrice de ltélectricité très perméable 6 est plaquée sur le support d'électrodes inférieur 5. Une rondelle d'isolant électrique 7 évite le passage du courant entre l'anode I et la cathode 2 par l'intermédiaire du support 5. Une plaque de centrage supérieure 8 faite en isolant électrique permet de centrer parfaitement les deux électrodes concentriques I et 2 . La barbotine 4 est placée dans l'espace limité par les deux électrodes et par les deux supports 5 et 8. Lors que la différence de potentiel est établie entre les deux électrodes I et 2 les particules solides se dirigent vers l'anode I et le liquide vers la cathode 2. Au début de l'opération le liquide traverse la cathode 2 et s'écoule entre celle-ci et la toile 3 pour arriver sur la toile 6 et le support d'électrodes inférieur 5 et ensuite tomber dans le récipient 9 . Lorsque l'opération est plus avancée, le dépôt IO s'appauvrit en liquide et se contracte; un jeu II apparait entre le dépit et la cathode. Le liquide qui sort du dépôt IO secoure alors dans le jeu II, tra verse le support inférieur 5 et la toile 6 et tombe dans le récipient 9. Sur la figure 2, on a repris une disposition pratiquement identique à celle illustrée sur la figure I qui différe exclusivement par le remplacement du récipient 9 par une chambre de dépression 21 dans laquelle le liquide est aspiré avant d'être évacué suivant la fléche e. On retrouve l'anode I2 et la cathode en toile de tamis I3, le support d'électrodes inférieur en toile de tamis I6, les toiles perméables I4 et I7, la rondelle isolante I8, le support d'électrodes supérieur isolant electrique I9, une rondelle 20 isolant électriquement la chambre de dépression 21 et le support 16, la barbotine I5 placée dans l'espace inter-elec- trode donne le dépôt final 22. La figure 3 est une variante de la figure I dans laquelle le liquide après avoir traversé la cathode 24, la toile perméable 25, le support d'électrodes inférieur 28 et la toile perméable 27 est aspiré par depression vers la chambre de d'pression 30 puis évacué suivant la fléche e. On retrouve comme précédemment l'anode 23, la cathode en toile de tamis métallique 24, la toile perméable 25, le support d'électrodes inférieur 27, le support d'électrodes supérieur 32 et la rondelle 29 tous deux isolant électrique. La chambre de dépression 30 entoure entiérement la cathode, elle est fixée de maniére étanche sur le support supérieur 32, des pieds isolants 31 sont intercallés entre elle et le support inférieur 28 .La barbotine est contenue dans l'espace inter4lectrode sous le repére 26 et donne finalement le dépôt 33. Le domaine d'application de l'invention ne se limite pas évidemment au formage d'articles céramiques à partir de barbotines aqueuses ou non contenant des argiles. La méthodes est applicable aux poudres métalliques ou aux mélanges de poudres céramiques et métalliques, en suspension dans l'eau ou dans tout autre liquide polaire. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples, il doit être entendu que la porté du présent brevet s 'étend aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites restant dans le cadre des équivalences. En particulier, si dans les exemples on a plus particuliérement envisagé des formes cylindriques pour les articles formés, il doit entre entendu que tout autre contour géométrique pourrait etre adopté. REVENDICATIONS 1. Procédés et dispositifs de formate d'articles par électrophorèse, carac térises en ce oJe le liquide expulsé dw dépôt formé sur une des électrodes par le phéroméne d'électro-osmose est immédiatement et réfuliérement recueilli au niveau de l'autre électrode et au fond ou à Ia partie supérieure du dispositif pour être rapidement évacué, et en ce que les articles formés sont compacts, contiennent une très faible quantité de liquide et possédent des propriétés mécaniques suffisantes pour être immédiatement manipulés sans précaution après leur formage. 2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait que la barbotine mise en oeuvre est composée d'une substance solide finement divisée telle que 1' argile, les poudres de métaux et minéraux naturels ou artificiels, et d'un liquide à raison de 3o à 20KEjo du poids de matiéres seches. 3. Procédé suivant revendication I caractérisé par le fait que le liquide peut contenir des sels dissous, des électrolytes, des colloSdes protecteurs, des agents mouillants ou des af-ents de collage. 4. Procédés salivant reverdication I, caractérisé par le fait que le liquide qui est sorti du dépôt peut être évacué à travers l'électrode vers laquelle il se dirige et à travers les supports d'électrodes inférieur ou supérieur par une force d'origine capillaire, de gravité, r'iydraulique, mécanique, pneumatique, électrique ou thermique. 5. Dispositif de formage d'articles par électrophorèse dans lequel le liauide expulsé du dépôt compact formé sur une des électrodes par le phénoméne d'électro-osmose est immédiatement et continuellement recueilli pour entre évacué, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen qui permet d'évacuer immédiatement et totalement, à travers l'électrode qui attire le liquide ou à travers le support d'électrodes inférieur ou supérieur, le liquide qui sort du dépôt, 6.Dispositif suivant revendication 5, caractérisé par le fait que l'électrode vers laquelle le liquide se dirige est faite soit d'une toile de tamis métallique de mailles inférieures à 2 millimétres sur laquelle est plaquée ou non une toile perméable non métalliaue, soit de piéces conductrices de l'électricité transpercées de petits trous iudicieusement placés, afin que le liquide extrait du dépôt puisse traverser immédiatement et sans retard l'électrode cui l'attire sans s'accumuler entre celle-ci et le dépôt. 7. Dispositif suivant revendication @, caractérisé par le fait que le moyen qui permet d'évacuer le liquide après sa traversée de l'électrode utilise une force d'origine capillaire, de gravité, hydraulique, pneumatique, mécanique, électrique ou thermique. 8. Dispositif suivant revendication 5 caractérisé en ce que l'électrode sur laqielle se d-pUsent les particules de substance solide est refroidie par passage d'un fluide à l'intérieur. 9. Produits céramiques, métalliques ou mixtes fabriqués selon l'un des procédés suivant l'une quelconque des revendications I à 4. IO. Produits céramiques, métalliques ou mixtes fabriqués avec l'un des dispositifs suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8