Brevet FR2737736A1 — publié le 19970214

L'invention conceme, sous une forme générale, le domaine de la fabrication de structures métalliques poreuses. L'invention est plus particulièrement relative au domaine de la fabrication de structures métalliques ou métallisées poreuses, réalisées à partir de structures tissées. Les produits selon l'invention décrite sont spécialement conçus et trouvent à s'employer pour application à titre de supports de catalyse. Dans ce domaine particulier d'utilisation, une application récente et au développement industriel majeur, sera plus particulièrement retenue, à titre non limitatif de l'invention, afin de mettre en évidence l'originalité et l'intérêt de celle-ci. II s'agit du pot catalytique pour moteur thermique, pour véhicule automobile essentiellement Le pot catalytique comprend un support de catalyse, lequel est revétu d'un catalyseur à base de platine, destiné à provoquer l'oxydation du monoxyde de carbone. On a déjà proposé, pour cette application précise, l'usage et la définition de structures poreuses pouvant offrir divers types d'avantages. Les principales familles de structures poreuses réalisées à ce jour à cet effet sont les suivantes: tôles plates et'ou ondulées, mousses métalliques ou métallo-céramiques (structures réticulées), céramiques. Les tôles sont spiralées pour former un cylindre. D'une manière générale, on spirale l'une contre l'autre une tôle plane et une tôle ondulée. Pour ce qui est des céramiques, elles sont réalisées en blocs. La présente invention porte sur la définition et la réalisation d'une nouvelle famille de structures métalliques. Cette nouvelle gamme de structures est obtenue par métallisation de tissus épais caractérisés par les éléments suivants. II s'agit de structures dont les deux faces tissées extemes sont reliées par tricotage de fils qui les maintiennent espacées et interconnectées à la fois. Les deux faces peuvent être tricotées selon le même modèle ou être différentes, présenter une configuration dense ou espacée, offrir des dessins de mailles de petites ou grandes dimensions, un relief plus ou moins marqué, des types de points et maillages variés. Les faces, ou l'une d'entre elles, peuvent être réalisées par combinaison de fils de tailles différentes. La zone centrale, constituée par les fils espaceurs qui relient les deux faces, peut être plus ou moins épaisse, plus ou moins dense en fibres, et associer ou non des fils de caractéristiques dimensionnelles elles-mêmes variées. Les fibres de cette zone centrale ne sont pas tricotées. Ces produits peuvent éventuellement être découpés dans le sens de l'épaisseur, et ainsi dédoublés entre leurs deux faces extérieures, pour former des velours. Ce type de produits textiles peut être avantageusement fabriqué au moyen de métiers à tisser du type métier Raschel. L'invention, objet du présent brevet, consiste à réaliser des structures métalliques ou métallisées, par métallisation des textiles décrits ci-dessus, ces structures métalliques conservant la configuration précise du textile qui est choisi pour être métallisé. Les structures, selon l'invention, sont des répliques métalliques ou métallisées des produits textiles de base décrits cidessus, sans dédoublement par découpe du textile dans le sens de l'épaisseur. Pour la métallisation desdits textiles, toute méthode de dépôt de métal ou alliage existante ou à venir, peut être employée. Il importe cependant que la ou les étapes de métallisation s'effectuent au sein du produit, dans toute l'épaisseur du textile, sur l'ensemble de sa surface développée, c'est à dire sur chaque fibre de celui-å, en respectant sa configuration originelle, afin qu'en soit réalisée une réplique métallique, et donc sans colmatage de la structure, c'est à dire en préservant l'essentiel de son niveau de porosité initial. Diverses voies peuvent être suivies afin de procéder à la métallisation: dépôt chimique après sensibilisation, suivi d'un ou plusieurs dépôt(s) électrochimique(s), dépôt de particules de carbone, ou graphite, suivi d'un ou plusieurs dépôt(s) électrochimique(s), projection ou imprégnation d'une peinture métallique, éventuellement suivie d'un ou plusieurs dépôt(s) électochimique(s) complémentaire(s), dépôt sous vide, notamment par pulvérisation cathodique, diffusion gazeuse ou dépôt ionique, suivi d'un ou plusieurs dépôt(s) électrochimique(s), procédé de dépôt chimique en phase vapeur, dépôt initial par shoopage, éventuellement suivi d'un ou plusieurs dépôt(s) électrochimique(s), ou inversement, combinaison d'au moins deux des voies précédentes, pour dépôt d'au moins un métal ou alliage. Cette liste n'est nullement exhaustive. II peut notamment ne pas être nécessaire de procéder à un dépôt électrochimique après certains dépôts chimiques ou physiques. On peut également faire appel à d'autres voies pour effectuer la sensibilisation préalable au dépôt électrochimique, notamment par dépôt sur les fibres (par pulvérisation, enduction, immersion, . ) de tout matériau conducteur. La métallisation des fibres de la structure, est suivie par un traitement thermique ayant pour objet d'éliminer les fibres textiles pour ne conserver que leur revêtement métallique. Après traitement thermique de ce type, qui consiste en un brûlage ou pyrolyse des matières organiques, il est judicieux d'achever le cycle de production par un second traitement thermique, qui a pour objet de désoxyder le métal, I'alliage ou les métaux déposés, qui ont pu être oxydés lors de la pyrolyse. Ce demier traitement, qui est effectué sous atmosphère neutre ou réductrice, peut également être utilisé à titre de recuit en vue de conférer à la structure les caractéristiques mécaniques requises. Le méme traitement peut enfin avoir pour effet d'assurer la diffusion des métaux en vue de constituer l'alliage requis. La structure obtenue est en pareil cas purement métallique, à fibres creuses. Lorsque l'étape de recuit n'est pas requise, et que le matériau textile de base est stable dans les conditions d'utilisation (stabilité thermique et chimique), ii est possible de se dispenser du brûlage des fibres textiles et de bénéficier ainsi d'une tenue mécanique améliorée et d'une réduction du cout de production. Les caractéristiques des produits selon l'invention, sont préférentiellement les suivantes * Épaisseur : structure non dédoublée . d'environ 1,0 à 6,0 mm : structure dédoublée : d'environ 0,4 à 5,5 mm * Diamètre des fibres d'environ 1 u à 1 mm * Densité fibres de fibres: (nombre d'aiguiiles/pouce en surface) d'environ 10 à 30 (Soit 4 w 12 /cm) * Densité de dépôt métallique . d'environ 200 à 4.000 g/m2 * Nature des métaux ou alliages nickel, cuivre, fer, chrome, aluminium, zinc, - tous alliages, codépôts, mélanges ou superpositions de deux au moins de ces métaux, et notamment les alliages fer-chrome-aiuminium, éventuellement complétés par des additifs, notamment destinés à améliorer leur tenue à l'oxydation. Pour application au pot catalytique, la structure doit être réalisée en alliage fer-chromealuminium. Dans cet alliage le fer est préférentiellement présent à hauteur de 70 à 80% en poids, et le chrome à hauteur de 15 à 30 % en poids. L'aluminium est préférentiellement présent à hauteur de 1 à 10 %. Son rôle est d'améliorer la tenue thermique et la fixation du dépôt de catalyseur. Les caractéristiques chimiques du support peuvent également être avantageusement améliorées, par adjonction, notamment, de cénum, lanthane et/ou yttnum. Pour ladite application au pot catalytique, le matériau textile de base est brûlé. On s'attachera, afin d'illustrer à la fois l'intérêt de la mise au point des produits selon l'invention, et leur originalité par rapport aux structures concurrentes, à décrire les avantages qu'ils présentent pour l'application concernée: Les structures céramiques présentent les principaux inconvénients suivants une grande inertie thermique, qui rend difficiie un préchauffage rapide, une fragilité importante, o la création de points chauds en raison de la faible diffusivité thermique, e des écoulements laminaires, compatibles avec une faible perte de charge, mais qui ne favorisent pas l'échange entre la surface catalytique et les gaz. A l'opposé, les structures selon l'invention: offrent une grande diffusivité thermique, de par leur constitution métallique, permettant: 1. le chauffage presque instantané de la structure, particulièrement du fait de sa présentation sous une forme très divisée, 2. la combustion des suies par pyrolyse, 3. l'élimination des risques d'apparition de points chauds destructeurs de la structure; se caractérisent par une moindre fragilité que les céramiques, pour des structures qui, choisies de manière adéquate, présentent une perte de charge équivalente, tout en provoquant un régime turbulent d'écoulement des fluides à la surface d'échange. Vis à vis des pots métalliques traditionnels (tôles), les structures selon l'invention offrent les avantages suivants: e diminution du volume nécessaire du fait d'une efficacité accrue, en raison: - d'une surface d'échange (surface développée de la structure) plus importante: le rapport entre surface développée et surface apparente varie d'environ 10 à 20 selon les produits réalisés conformément à l'invention; - de la création d'un régime turbulent d'écoulement des fluides à la surface d'échange; optimisation aisée de la perte de charge, et de l'efficacité du traitement, par le choix des diamètres de fibres, de leur densité, de l'ouverture des mailles, liaison mécanique forte entre les faces tissées extemes de la structure métallique poreuse et les fibres intemes qui, par tricotage, les maintiennent à la fois espacées et interconnectées, par comparaison aux lignes de soudure entre tôles plates et ondulées, gain de poids, conséquence d'un volume plus faible. A titre d'exemples non limitatifs de présentations de produits selon l'invention, on se reportera avantageusement aux deux figures foumies en planche unique. Pour chacune d'elles, les faces tissées extemes apparaissent en (1), et les fils qui maintiennent les faces interconnectées en (2). La figure 1 présente un schéma de principe d'une structure selon l'invention. La figure 2 présente une vue en tranche d'une structure d'épaisseur 3,5 mm, agrandie ici 18 fois. Les supports de catalyse réalisés selon l'invention, pour application au pot catalytique, sont ensuite revêtus de catalyseur, constitué à base d'un ou plusieurs métaux de la mine du platine. Ils peuvent être appliqués les uns contre les autres, selon toutes configurations et méthodes de juxtaposition et'ou fixation appropriées, et notamment sous forme d'empilement à plat pour remplir l'intérieur de l'enveloppe du pot, ou spiralés sur euxmemes pour former un cylindre destiné à remplir l'intérieur de ladite enveloppe. Selon une mise en oeuvre préférentielle mais non limitative de l'invention, les supports étant spiralés sur eux-mêmes, on fait ainsi en sorte que la percolation des fluides se fasse perpendiculairement à chacune des tranches de la structure tissée métallique. Les supports de catalyse réalisés selon l'invention, pour applications diverses, peuvent être revêtus, à titre de catalyseur, par tous métaux à propriétés catalytiques. Outre les métaux de la mine du platine, il peut s'agir, par exemple, de nickel ou d'argent. Ces catalyseurs peuvent notamment être mis en oeuvre sous des formes divisées, telles que les formes de type Naturellement, et comme il résulte d'ailleurs largement de ce qui précede, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits à titre d'exemples. L'invention ne se limite pas aux exemples qui ont été donnés, mais en embrasse toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Structure métallique poreuse, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par métallisation, selon tout procédé approprié, en son sein et sur l'ensemble de sa surface développée, sans colmatage de sa porosité, d'une structure textile de base dont les deux faces tissées extemes sont reliées entre elles par tricotage de fils ou fibres qui les maintiennent espacées et interconnectées à la fois. 2. Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que son épaisseur est comprise entre 0,4 et 6,0 mm. 3. Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est produite par métallisation d'une structure textile fabriquée au moyen d'un métier à tisser de type métier Raschel. 4. Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dépôt métallique, réalisé sur l'ensemble de la surface développée de la structure textile de base, est un alliage fer-chrome. 5. Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dépôt métallique, réalisé sur l'ensemble de la surface développée de la structure textile de base, est un alliage fer-chrome-aluminium. 6. Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dépôt métallique, réalisé sur l'ensemble de la surface développée de la structure textile de base, est un alliage fer-chrome ou fer-chrome-aluminium contenant 70 à 80% de fer et 15 à 30% de chrome en poids. 7. Structure métallique poreuse selon les revendications 1 et 6, caractérisée en ce que le dépôt métallique est un alliage fer-chrome ou fer-chrome-aluminium, additionné de cérium. 8. Structure métallique poreuse selon les revendications 1 et 6 caractérisée en ce que le dépôt métallique est un alliage fer-chrome ou fer-chrome-aluminium, additionné de lanthane. 9. Structure métallique poreuse selon les revendications 1 et 6, caractérisée en ce que le dépôt métallique est un alliage fer-chrome ou fer-chrome-aluminium, additionné yttrium. 10.Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un catalyseur à base d'un ou plusieurs métaux de la mine du platine. il Structure métallique poreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un catalyseur à base de nickel ou d'argent. 1 2.Application d'une structure selon la revendication 1, à titre de support de catalyse.