Brevet FR2461767A1 — publié le 19810206

i La orésente invention concerne un mandrin pour formation par électroformage de dépôts métalliques discrets. Des mandrins d'électroformage sont couram- ment utilisés pour produire des pièces de forme déter- minée utilisables comme matière d'anode dans des paniers en titane pour revêtement électrolytique. Ces formes ont typiquement de 19 à 32 mm de diamètre et ont une épaisseur de plusieurs mm. De telles formes, en parti- culier celles dites nickel Rounds (marque de Inco Ltd.), ont été produites dans le passé sur des mandrins ayant une base formée d'une feuille d'acier inoxyda- ble et portant un revêtement électriquement isolant, Dar exemple d'un émail époxy. Ce revêtement couvre la majeure Dartie de la surface du mandrin, à l'exception de zones ouvertes de la forme désirée pour les pièces à produire par électroformage. Typiquement, un tel mandrin est un carré de 1 mètre de côté, de 1 à 5 mm d'épaisseur, et comporte un certain nombre d'ouvertures circulaires dans le revêtement époxy, chaque ouverture avant un diamètre de 19 à 32 mm environ. Toutefois, ces mandrins ne oeuvent être utilisés d'une manière satis- faisante que pour un petit nombre de cycles d'élec- troformage, par exemple 10 cycles. Le revêtement exis- tant doit alors être enlevé et on applique un nouveau revêtement sur les mandrins. Cette opération est longue et coûteuse. Le brevet des E.U.A. NI 4 158 612 décrit un mandrin polymère pour electroformage qui est consti- tué d'un supoort ou substrat électriquement conduc- teur, d'une feuille polymère électriquement conductrice superposée au support et d'une couche de masquage de matière polymère électriquement isolante recouvrant la feuille polymère conductrice. La couche de masquage rrésente des trous par lesquels l'électrolyte atteint la feuille conductrice. Les trous, qui déterminent la forme des dépôts électrolytiques, sont habituellement circulaires. Un problème rencontré avec ce type de man- drin est que, durant l'utilisation, la matière déposée sur la couche conductrice a tendance à agrandir la zone exposée à l'électrolyte. Bien que les jonctions en- tre la matière conductrice et la matière non-conduc- trice soient prévues pour être aussi étanches que possible et que la couche conductrice et la couche non-conductrice soient toutes deux polymères, on a trou- vé que toute croissance latérale de métal durant l'é- lectrodéposition peut avoir pour résultat que des pres- sions énormes s'exercent sur les jonctions et peut mo- difier la forme et les dimensions des trous dans la couche de masquage en dépit de la liaison entre la cou- che de masquage et la couche conductrice. Le brevet des E.U.A. NI 4 040 937 décrit aus- si un mandrin électriquement conducteur. Ce mandrin, toutefois, est utilisé pour former des feuilles de dé- part à utiliser dans des procédés d'affinage électro- lytique. Ces feuilles ont typiquement une surface de 1 mètre carré et ont une épaisseur d'environ 0,5 mm. Le mandrin est constitué d'un élément métallique cen- tral plan placé "en sandwiche entre deux feuilles de polymère électriquement conducteur, tout l'ensemble étant entouré par un bord ou un cadre de polymère électri- quement isolant servant seulement à empêcher que les dépôts formés de chaque côté du mandrin ne se rejoi- gnent pour former une enveloppe. Un but de la présente invention est de fournir un mandrin amélioré utilisable pour l'élec- troformage simultané de dépôts métalliques discrets ne dépassant pas 50 mm de dimension majeure. Le mandrin selon l'invention comprend un support électriquement conducteur en forme de feuille stratifié sur au moins une surface à une feuille poly- mère qui comprend des zones polymères électriquement conductrices discrètes connectées électriquement au sup- port mais séparées les unes des autres par une matrice, d'un seul tenant et coplanaire avec elles, d'un poly- mère compatible électriquement isolant. Le support est de préférence une feuille métallique, par exemple de cuivre ou d'acier, qui peut être non-perforée ou peut être une surface étendue de grille ou de tamis, de préférence une feuil- le de métal déployé. La feuille polymère enveloppe de préférence le support et est collée à lui sur ses deux surfaces, de manière que le support ne soit pas exposé directement à l'électrolyte même à ses bords. Avantageusement, des feuilles séparées sont appliquées de chaque côté et soudées ensemble autour de leurs bords. La feuille polymère peut être formée d'une matière polymère insoluble dans l'eau quelconque stable dans les élec- trolytes aqueux dans des conditions de production d'hydrogène cathodique. Des matières utilisables sont, par exemple, le polypropylène, le polyéthylène, une polysulfone, le chlorure de polyvinyle et un polyester renforcé de verre. Les zones conductrices sont consti- tuées avantageusement du même polymère que la matrice, mélangé avec une substance telle que du noir de carbone lui donnant de la conductivité. Si les polymères ne sont pas les mêmes, ils doivent être compatibles de manière que les zones conductrices et non-conductrices puissent être fixées ensemble par soudage par fusion, soudage aux ultrasons ou autrement pour former une feuille d'un seul tenant. Les zones conductrices et non-conductrices doi- vent être coplanaires, c'est-à-dire qu'au moins leurs surfaces extérieures doivent se trouver dans le même plan, de manière que le métal déposé cathodiquement sur les zones conductrices n'exerce aucune force mécanique sur la matrice environnante et que les jonctions entre les zones conductrices et non-conductrices ne soient ras affectées par la croissance de métal sur les ilôts conducteurs. L'assemblage du métal et de la matière polymère peut être amélioré en formant des trous dans le support. Les trous correspondant à des zones non- conductrices de la feuille polymère sont avantageusement remplis, avant la stratification, de bouchons de matière polymère non-conductrice. Il est avantageux aussi de former dans le support des trous suivant le même modèle que dans les zones conductrices de la feuille polymère. Ces trous sont avantageusement remplis, avant la statification, de bouchons de polymère conducteur. De cette manière, la résistance mécanique du mandrin est améliorée sans inconvénient pour la distribution du courant. Quand la feuille de métal-déployé est utili- sée comme support, les ouvertures de mailles aux posi- tions correspondant aux zones conductrices de la feuille polymère sont de préférence remplies, avant la stratifi- cation, de matière polymère conductrice. L'invention va maintenant être décrite plus encdtail avec référence au dessin o la figure 1 est une vue de face simplifiée d'un mandrin selon l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 1 représente un mandrin 11 compor- tant des éléments de suspension 16 par lesquels le mandrin peut être susrendu à des barres omnibus (non re- présentées). Les surfaces extérieures du mandrin II sont des feuilles 12 comprenant une matrice de poly- pronylène non-conducteur 13 et des flots conducteurs 14 246 1767 de polypropvlène contenant du noir de carbone. Les feuilles 12 sont stratifiées avec un support 15 qui est une feuille déployée d'acier doux. La résistivité du mélange oolyDropylène-noir de carbone ne doit pas dépasser 100 ohms-centimètres. Comme on Deut le voir plus clairement sur la figure 2, les feuilles 12 sont des couches simples dans lesquelles la matrice non-conductrice 13 est copla- naire avec les flots conducteurs 14. Pour compléter la Protection du support 15 contre l'électrolyte, les feuilles polymères sont soudées ensemble autour du bord. Le mandrin représenté sur les dessins peut être assemblé commodément comme suit: tout d'abord, les dispositifs de suspension sont fixés au support constitué d'une feuille d'acier déployé. On prépare les feuilles polymères en prenant une feuille de poly- propylène de 3,2 mm d'épaisseur, en coupant des trous circulaires dans la feuille en utilisant une perceuse mécanique, en découpant des bouchons pour les trous (de préférence d'un diamètre légèrement plus grand) dans une feuille de polypropylène d'épaisseur égale rendue conductrice par du noir de carbone dispersé, en enfonçant les bouchons dans les trous de la feuille de polypro- Dvlène et en soudant les bouchons en place aux ultrasons aux jonctions feuille-bouchons. Le support en métal, qui présente des Derforations autour de sa périphérie (non représentées sur le dessin) est placé dans une presse en- tre deux feuilles polymères légèrement plus grandes et on effectue la stratification en appliquant chaleur et pression. On va maintenant donner quelques exemples de construction de mandrins. Exemple 1 On perce des trous de 1,43 cm de diamètre à travers deux feuilles de polvpropylène de 0,32 cm 2461I67 dténaisseur dans une disposition selon laquelle les trous sont espacés horizontalement de 2,7 cm (de centre à centre), les lignes horizontales adjacentes étant espacées de 2,5 cm (d'une ligne de centres à la suivante) , les trous dans chaque ligne horizontale étant décalés par rapport à ceux de la ligne précédente. On enfonce dans les trous des bouchons de polypropylène chargé de noir de carbone d'un diamètre supérieur de 0,007 cm à celui des trous eux-mêmes. Les bouchons sont de la même épaisseur que les feuilles de polyproDylène. Un support conducteur de courant formé d'une feuille d'acier doux revêtu de nickel est mise "en sandwich" entre les feuilles de polypropylène. Ce "sandwich" est préchauffé à 1701C pendant 3 heures et ensuite Dressé en utilisant une pression de 4 kg/cm2 à 1701C pour former un stratifié des feuilles polymères et du support. Exemple 2 On construit un mandrin comme décrit dans l'exemple 1, à ceci près que le conducteur de courant en acier a des trous de 0,47 cm de diamètre découpés à l'emporte-pièce autour de sa périphérie pour assurer une meilleure liaison entre le métal et la matière poly- mère. Exemple 3 On construit un mandrin comme décrit dans l'exemple 2, à ceci près que les trous dans la péri- phérie du support sont remplis avec les bouchons de poly- rropylène non-conducteur avant la stratification. On fait cela afin d'améliorer la liaison entre le métal et la matière polymère. Exemple 4 On construit un mandrin comme décrit dans l'exemple 3, à ceci près aue des trous supplémentaires 24 6161 sont percés à l'emDorte-pièce dans la feuille d'acier suivant le même modèle que les trous dans la feuille de polypropylène de manière à augmenter la résistance mécanique de l'ensemble du mandrin. Exemple 5 On construit un mandrin comme décrit dans l'exemple 4, à ceci près qu'on utilise de l'acier inoxydable à la place de l'acier doux revêtu de ni- ckel. Egalement, les trous dans le support sont rem- plis avec des bouchons de matière plastique conductrice avant la stratification de manière à améliorer la dis- tribution du courant vers les bouchons conducteurs dans les feuilles de polypropylène. Exemple 6 On forme un mandrin comprenant deux feuilles de polypropylène avec bouchons conducteurs insérés des deux côtés et entourant un support constitué d'une feuille d'acide déployé. On presse ce mandrin à la même pression et à la même température qu'utilisées dans les exemples précédents. Exemple 7 On construit un mandrin comme décrit dans l'exemple 6, à ceci près que des pastilles de matière plastique conductrice sont placées dans les ouvertures du métal déployé suivant le même modèle que les bou- chons conducteurs dans les feuilles de polypropylène. On essaie les mandrins décrits ci-dessus dans un bain classique d'affinage électrolytique de nickel. On utilise une densité de courant d'environ 5,4 A/dm2 pour le dép8t du nickel. Le comportement de chacun des mandrins selon l'invention est satisfaisant après de nombreux cycles de dépôt. 246M? REVENDICATIONS 1 - Un mandrin comportant des zones élec- triquement conductrices discrètes sur sa surface pour formation simultanée Dar électroformage de dépôts métalliques discrets, caractérisé en ce que le mandrin comprend un support électriquement conducteur en forme de feuille formant un stratifié à au moins une de ses surfaces avec une feuille polymère qui comprend des zones polymères électriquement conductrices discrètes connectées électriquement au support, mais séparées les unes des autres Dar une matrice, d'un seul tenant et coplanaire avec elles, d'un polymère compatible élec- triquement isolant. 2 - Un mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille polymère enveloppe le support électriquement conducteur et est stratifiée sur ses deux surfaces. 3 - Un mandrin selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le support élec- triauement conducteur est une feuille de métal. 4 - Un mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que des trous sont formés dans la feuille de métal à des positions correspondant aux zones non-conductrices de la feuille polymère et sont remplis avec des bouchons de matière polymère non- conductrice. - Un mandrin selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que des trous sont for- més dans la feuille de métal à des positions correspon- dant aux zones conductrices de la feuille polymère et sont remplis avec des bouchons de matière polymère con- ductrice. 6 - Un mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support électriquement conduc- teur est une feuille de métal déployé. 7 - Un mandrin selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ouvertures dans le métal déployé à des positions correspondant à des zones con- ductrices de la feuille polymère sont remplies avec la matière polymère conductrice. 8 - Un mandrin selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les zones élec- triquement conductrices sont circulaires. 9 - Un mandrin selon l'une des revendica- tions Précédentes, caractérisé en ce que la feuille polymère est formée de polypropylène, de polyéthylène, de polysulfone, de chlorure de polyvinyle ou de poly- ester renforcé de verre. 10 - Un procédé pour former simultanément par électroformage des dépôts métalliques discrets, caractérisé en ce que les dép8ts sont formés sur un mandrin selon l'une des revendications précédentes.