Brevet FR2636196A1 — publié le 19900309

La présente invention se rapporte à un procédé pour la production d'une membrane acoustique en carbone, faite en matières carbonées. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées ayant un poid léger, une haute élasticité, une vitesse rapide de transmission du son et une excellente rigidité en comparaison avec un matériau conventionnel pour membrane, que l'on utilise comme haut-parleur et microphone, une moindre déformation due à une force externe, une faible distorsion du son, une large plage de reproduction du son, une qualité distincte du son, et permettant la technique audionumérique. Il est généralement souhaitable qu'une membrane pour un haut-parleur et un corps de bobine mobile de haut-parleur satisfassent aux conditions suivantes: (1) faible densité, (2) grand module de Young, (3) grande vitesse de propagation des ondes longitudinales, (4) perte interne suffisamment importante des vibration, et (5) stable vis-à-vis des variations des conditions atmosphériques, sans déformation ni changement de propriétés. Plus particulièrement, le matériau pour la membrane doit avoir une large plage de reproduction du son pour une reproduction à haute fidélité sur une large plage de fréquences. Pour produire de manière efficace et distincte la qualité du son, le matériau doit avoir une haute rigidité, ne pas présenter de distorsion telle qu'un glissement vis-à-vis d'un effort externe et avoir une grande vitesse de propagation du son. Afin de mieux augmenter la vitesse du son à partir de l'équation V = (E/Â), o V: vitesse du son, E: modules de Young,: densité, on obtient un matériau ayant une petite densité et un fort module de Young. Pour les matériaux, on utilise du papier (pâte), du plastique et de plus ils peuvent contenir de la fibre de verre, de la fibre de carbone en mélange composite avec matériau de base, ou bien on peut les traiter en métal d'aluminium, titane, magnésium, béryllium ou bore, alliage de métal, nitrure de métal, carbure de métal ou borure de métal. Cependant, le papier, le plastique et leurs matériaux composites ont un faible module de Young et une faible densité. Ainsi, les vitesses du son de ces matériaux sont lentes. Une division des vibrations se produit dans un mode spécifique et les caractéristiques de fréquence dans la bande des hautes fréquences des matériaux sont particulièrement faibles, avec pour résultat une difficulté de production d'une qualité distincte du son. De plus, ces matériaux peuvent être affectés par les environnements externes comme la température et l'humidité, provoquant une détérioration de la qualité et de la fatigue au vieillissement, diminuant ainsi désavantageusement les caractéristiques. Par ailleurs, lorsque l'on emploie pour les matériaux des plaques en métal d'aluminium, magnésium, titane, les vitesses du son du matériau sont plus rapides que pour le papier ou le plastique mais comme ces matériaux ont de faibles valeurs de E/p et une faible perte interne des vibrations, les matériaux présentent un phénomène important de résonance dans la bande de hautes fréquences ou bien une fatigue au vieillissement telle qu'un glissement se produit dans les matériaux, ce qui détériore les caractéristiques. Le béryllium ou le bore offre d'excellentes propriétés physiques. Des hauts-parleurs ou des "tweeters" utilisant ces matériaux pour les membranes ont une limite de reproduction étendue Jusqu'auxbandes des fréquences audibles au plus, ce qui permet une reproduction correcte de la qualité du son naturel sans phénomène transitoire par les signaux dans la bande audible. Cependant, ces matériaux manquent et sont très coûteux et présentent des difficultés d'usinage industriel. Ces procédés sont difficiles pour produire des hauts-parleurs de grande taille. En plus de ces matériaux, il y a une tentative pour obtenir des membranes faites d'une matière carbonée, étant donné la grande de valeur E/P des matériaux de carbone. En effet, il y a: (1) une méthode de carbonisation uniquement en graphite, d'une feuille ou un film de résine, (2) une méthode de mise en forme et de carbonisation en graphite d'une matière composite de résine et d'une poudre carbonée, et (3) une méthode de carbonisation en graphite d'un plastique renforcé de fibres de carbone. Comme la méthode (1) a un faible rendement de carbone de la matière plastique utilisée, on peut difficilement obtenir un produit précis et on ne peut obtenir un produit ayant un module élevé de Young comme le graphite ou la fibre de carbone, étant donné que le carbone est fait à partir du plastique. La méthode (2) permet d'obtenir une production ayant un module élevé de Young en comparaison avec la méthode (1) en utilisant du graphite ou de la fibre de carbone, mais comme on utilise une autre résine afin d'améliorer l'aptitude au moulage, le rapport du carbone dans la résine à la matière calcinée est important, ce qui diminue le module de Young de la fibre de carbone ou du graphite. Comme seule la portion plastique est cuite et contractée dans la méthode (3), lorsque le plastique renforcé de la fibre de carbone est calcinée, de nombreuses fissures fines se produisent parmi les fibres de carbone, donc on ne peut obtenir un produit o la fibre de carbone et le carbone de la résine sont intégrés sans défaut. Par conséquent, cela présente un inconvénient que la fonction de la fibre de carbone est perdue. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone de matières carbonées, permettant d'éliminer les inconvénients ci-dessus décrits des matériaux des membranes conventionnelles, et qui est en un matériau de carbone ayant une valeur importante de E/p avec un matériau de carbone ayant une haute élasticité et une haute précision, sans fissure. Par suite du résultat d'études concernant les inconvénients ci-dessus, la présente invention est basée sur un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone, en matières carbonées, qui comprend les étapes de déposer uniformément du carbone décomposé thermiquement en phase vapeur qui est produit par la décomposition thermique d'un hydrocarbure introduit en même temps qu'un gaz porteur sur la couche de surface d'un matériau de gaz en forme de membrane et de séparer le dépôt de carbone décomposé thermiquement ainsi obtenu du matériau de base en forme de membrane de la présente invention, en tant que procédé de production de la membrane pour maintenir avec précision la taille et la forme initiale, sans perte de la forme au moment du moulage, en évitant les étapes compliquées dans le cas de la production, tout en conservant au maximum les fonctions du matériau de carbone. Comme la membrane en carbone obtenue par le procédé de la présente invention suit la forme du matériau de base, la précision de la taille et de la forme de la membrane est fortement maintenue, ce qui donne une membrane d'une haute élasticité et d'une haute vitesse, en même temps qu'un poids léger et une moindre distorsion. Un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone selon la présente invention sera maintenant décrit. Un matériau de base en forme de membrane obtenu par le traitement d'un métal tel que du fer ou du cuivre et en découpant un bloc de graphite est d'abord chauffé par un système de chauffage à induction en utilisant un four à induction à haute fréquence ou un système de chauffage utilisant un four tubulaire latéral, de l'hydrocarbure est introduit en même temps qu'un gaz porteur, tel que de l'argon, en contact avec le matériau chauffé de base pour ainsi décomposer l'hydrocarbure, et le carbone est produit et déposé. Comme hydrocarbure, on peut utiliser du méthane, du propane, du benzène, de l'acétylène, etc... Lorsque l'on utilise le chlorure d'éthylène commme le 1,1dichloroéthylène, le cis-1,2-dichloroéthylène, le trans-1,2dichloroéthylène, le 1,1,2-trichloroéthylène et le chlorure d'éthane tel que le 1,1-dichloroéthane, le 1,2-dichloroéthane, le 1,1,1trichloroéthane, le 1,1,2-trichloroéthane etc..., pour une décomposition thermique à basse température, on obtient du carbone thermiquement décomposé à 1100 C et mieux à 900 C, ce qui améliore la productivité. Il est important, dans ce cas, de maintenir toutes les surfaces à température égale sans gradient de température. A partir de cela, le carbone thermiquement décomposé obtenu par la décomposition thermique de la matière introduite en même temps que le gaz porteur peut être uniformément déposé sur la couche de surface. La concentration en hydrocarbure dans le gaz porteur dépend de la nature du matériau de base, de la pression du gaz et de la vitesse, et on préfère 20% en volume. Plus la température du matériau de base est élevée, plus la concentration doit être basse. La concentration est améliorée si la pression du gaz dans un récipient de production du carbone thermiquement décomposé est plus basse. Ainsi, plus la vitesse d'écoulement du gaz est élevée, plus la concentration peut être importante. Afin d'accélérer la vitesse de dépôt, la concentration de la matière est accrue. Afin d'améliorer le rendement de carbone, il est efficace de réduire le débit du gaz. Le carbone thermiquement décomposé peut être obtenu à une vitesse de dépSt de plusieurs mm/h au maximum par ces réglementations. La valeur d'élasticité du matériau de carbone en général est de 0,5 à 1,5 x 106 g/mm2, la valeur d'élasticité du matériau de carbone dur tel que du carbone vitreux obtenu par la carbonisation de la résine thermodurcissable et de 2,0 à 3,3 x 106 g/mm2 et l'élasticité du carbone thermiquement décomposé est inférieure à 3,0 à 6,0 x 106 g/mm2. Par conséquent, selon la présente invention, on peut obtenir un produit de membrane d'une plus haute élasticité que celui obtenu par moulage et carbonisation de la résine. Le dépSt du carbone thermiquement décomposé est alors séparé du matériau de base. La séparation est exécutée en refroidissant ou en réchauffant et en refroidissant en utilisant le coefficient de dilatation thermique du matériau de base et du carbone thermiquement décomposé ou en coupant pour l'enlèvement du matériau de base. Dans le cas du matériau de base de métal, la séparation est exécutée en dissolvant ou en fondant à haute température. De cette manière, la membrane qui n'est faite que du carbone thermiquement décomposé peut être obtenue. La membrane obtenue en carbone peut suivre avec précision la forme et la taille du matériau de base. La membrane obtenue en carbone est graphitée selon ce qui est requis. La présente invention sera décrite par des exemples de procédé de production d'une membrane acoustique en carbone, mais elle n'est pas limitée aux exemples particuliers. Exemple 1. Un bloc de graphite artificiel a été découpé pour obtenir un matériau de base en forme de membrane. Alors, ce matériau de base a été chauffé par un système de chauffage à induction en utilisant un four à induction à haute fréquence et un carbone thermiquement décomposé a été déposé sur la couche de surface du matériau de base. A ce moment, on a utilisé pour le matériau le cis-1,2dichloroéthylène, pour le gaz porteur, du gaz argon, une concentration de 13% en volume, un débit du gaz de 380 ml/mn, une température de matériau de base maintenue à 880 C et le carbone thermiquement décomposé a été déposé pendant 0,3 heure. Le graphite obtenu et le carbone thermiquement décomposé ont été intégrés, rapidement refroidis, rapidement chauffés et le carbone thermiquement décomposé a été séparé du matériau de base. A ce moment, comme une faible quantité de poudre de graphite adhérait du c8té membrane en carbone thermiquement décomposé, on l'a découpé et enlevé. La membrane obtenue avait 40 microns d'épaisseur et suivait avec précision la forme et la taille du matériau de base. La même pièce plate de test d'une épaisseur identique a été produite dans les mêmes conditions que cette membrane et diverses valeurs ont été mesurées. La densité était de 2,0 g/cm3, l'élasticité de 52 GPa et la vitesse du son de 5100 m/s. Exemple 2. Un bloc fait de graphite-silice-alumine a été découpé pour obtenir un matériau de base en forme de membrane. Alors, ce matériau de base a été chauffé par un système de chauffage externe en utilisant un four tubulaire latéral et un carbone thermiquement décomposé a été déposé sur la couche de surface du matériau de base. A ce moment, on a utilisé, pour le matériau, du propane, du gaz argon pour le gaz porteur, la concentration du matériau était de 16% en volume, le débit du gaz était de 420 ml/mn, la température du matériau de base a été maintenue à 1200 C, et le carbone thermiquement décomposé a été déposé pendant 0,3 heure. Le graphite obtenu et le carbone thermiquement décomposé ont été intégrés, rapidement refroidis, rapidement chauffés et le carbone thermiquement décomposé a été séparé du matériau de base. Le matériau obtenu a été chauffé à 2200 C dans une atmosphère d'azote gazeux. La membrane ainsi obtenue avait 60 microns d'épaisseur, et suivait avec précision la forme et la taille du matériau de base. La même pièce plate de test d'une épaisseur identique a été produite dans les mêmes conditions que cette membrane, et diverses valeurs ont été mesurées. La densité était de 2,1 g/cm 3, l'élasticité de 63 GPa, et la vitesse du son de 5480 m/s. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: déposer uniformément du carbone thermiquement décomposé en phase vapeur produit par la décomposition thermique d'un hydrocarbure introduit en même temps qu'un gaz porteur sur la couche de surface d'un matériau de base en forme de membrane et séparer le dép8t de carbone thermiquement décomposé obtenu du matériau de base en forme de membrane. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est prévu pour obtenir du carbone thermiquement décomposé par carbonisation en phase vapeur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est choisi dans le groupe consistant en méthane, propane, benzène et acétylène. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est choisi dans le groupe consistant en chlorure d'éthylène, tel qu'un 1, 1-dichloroéthylène, cis-1,2-dichloroéthylène, trans-1,2-dichloroéthylène, 1,1,2-trichloroéthylène et chlorure d'éthane comme 1,1-dichloroéthane, 1,2-dichlo- roéthane, 1,1,1-trichloroéthane, 1,1,2-trichloroéthane. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz porteur est un gaz inerte *tel que de l'hydrogène gazeux, de l'azote gazeux ou de l'argon gazeux.