Brevet FR2815626A1 — publié le 20020426

La présente invention concerne un procédé de dorure d'un tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, et des tubes de production d'ozone fabriqués au moyen de ce procédé. Dans les générateurs d'ozone utilisé dans des buts commerciaux et industriels, on utilise en général un procédé de micro-décharge pour produire l'ozone. L'ozone formé au moyen de ce procédé satisfait à la formule de Manley: Ca P = 4 f CvUd[Um - Ud(1 + ---)], Cv dans laquelle P est l'énergie stockée entre des matériaux diélectriques; f est la fréquence de la source d'alimentation; Cv est le coefficient diélectrique du condensateur; Ud est l'amplitude de la tension déchargée; Um est la tension appliquée entre deux électrodes; et Ca est le coefficient diélectrique de l'espace entre deux électrodes. Conformément à la formule indiquée ci-dessus, l'énergie stockée entre les matériaux diélectriques est proportionnelle à la fréquence de la source d'alimentation. En fonctionnement, on augmente la fréquence de la source d'alimentation pour accroître le débit de sortie ou la concentration d'ozone. La figure 1, annexée à la présente demande, est un schéma illustrant la production d'ozone en utilisant le procédé de micro-décharge. Sur ce schéma, on a représenté une paire d'électrodes 2, dont l'une est recouverte d'un diélectrique 4. La paire d'électrodes 2 est connectée à une source d'alimentation 6. Lorsqu'un gaz contenant de l'oxygène traverse la zone de décharge à haute tension comme indiqué par la flèche sur la figure, l'oxygène est déchargé pour produire de l'ozone. Le diélectrique utilisé dans le processus de micro- décharge doit résister à l'impact produit par des électrons sous haute tension et doit être anti-oxydant, et ce qui est plus important, doit résister à une température élevée due à l'énergie de micro-décharge produite dans des conditions de haute fréquence et de haute tension. Des générateurs d'ozone utilisant une micro- décharge dans des conditions de haute fréquence et de haute tension comprennent en général un élément important qui est le tube de production d'ozone. Les tubes de production d'ozone sont normalement réalisés en un type de matériau désigné sous le nom "pyrex". La surface intérieure du tube est pourvue d'une plaque en acier au silicium ou d'une plaque en acier inoxydable destinée à servir de conducteur. Cependant un bon contact entre une telle structure et le diélectrique ne peut pas se maintenir et cette structure n'est par conséquent pas un bon conducteur électrique. Pour cette raison, une grande quantité de chaleur peut être produite dans certaines zones de la surface du tube et ceci conduit à un endommagement du tube. C'est pourquoi on ne peut pas faire fonctionner un générateur d'ozone pendant un intervalle de temps suffisant. Le procédé visant à résoudre ce problème consiste à recouvrir la surface du tube par un matériau métallique. Cependant un point critique est de savoir de quelle manière un tube est recouvert par une couche de métal et si le métal en choisi en tant que matériau de revêtement. Un procédé connu largement utilisé est le dépôt en phase vapeur. Cependant les tubes fabriqués au moyen de ce procédé ne peuvent pas avoir une durée de vie suffisamment longue étant donné que le revêtement ainsi formé sur le tube ne peut pas résister à l'impact des électrons dans des conditions de haute fréquence et de haute tension. En outre la chaleur produite sur le tube provoque également des endommagements dans le revêtement. La présente invention a pour but de choisir des matériaux préférés pour un tube de production d'ozone et un métal de revêtement et d'améliorer le procédé pour recouvrir le tube avec le matériau sélectionné de manière que le tube ainsi que le matériau de revêtement puissent résister à une température élevée, et que la durée de vie utile d'un générateur d'ozone puisse ainsi être prolongée lorsqu'un tel tube pourvu d'un revêtement est utilisé dans le générateur d'ozone. La présente invention a trait à un procédé pour appliquer un revêtement à un tube de production d'ozone utilisé dans un générateur d'ozone, qui utilise une micro- décharge pour produire de l'ozone, et a pour objet d'éliminer les inconvénients de tubes de production d'ozone qui ne résistent pas à la température élevée produite dans ces tubes. Selon la présente invention, on choisit des tubes formés de quartz ou de matériau à haute teneur en oxyde d'aluminium pour servir de tubes de production d'ozone, et on choisit l'or comme matériau de revêtement étant donné que le quartz ou les matériaux contenant de grande quantité d'oxyde d'aluminium peuvent supporter une quantité supérieure à 1400 C et que l'or est bon conducteur. Le procédé inclut la cuisson dans un four pour former un revêtement d'or sur la surface du tube. Le revêtement obtenu au moyen de ce procédé adhère bien à la surface de sorte qu'il ne s'écaille pas aisément sous l'effet du choc d'électrons dans des conditions de haute fréquence ou de haute tension. La haute fréquence est définie comme étant la gamme allant de 15 kHz à 40 kHz, et la haute tension est définie comme étant une valeur crête-à-crête comprise entre kV et 18 kV. De façon plus précise l'invention concerne un procédé de dorure d'un tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, comprenant les étapes consistant à: préparer un matériau de revêtement qui contient de t'or; nettoyer le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium; sécher le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium; étaler le matériau de revêtement préparé sur le tube en quartz ou contenant une grande quantité d'aluminium pour former une pellicule sur ce tube; sécher le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium; inspecter le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, sec pour déterminer si la pellicule est formée d'une manière uniforme et est exempte de défauts, introduire le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, sec, dans un four, qui est maintenu à une température comprise entre 780 et 880 C pour réaliser la cuisson pendant 10 à 14 heures; et récupérer le tube une fois que la température présente dans le four est inférieure à 110 C et placer le tube à la température ambiante. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prépare le matériau de revêtement de manière qu'il contienne une concentration de 10 % à 11 % de AuCl3. Selon un mode particulier de l'invention, on maintient le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium à la température ambiante pendant trente minutes une fois que le matériau de revêtement a été étalé sur le tube. Selon un autre mode de l'invention, la durée de cuisson est de 12 heures. Selon un autre mode, on retire le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium du four lorsque la température du four tombe au-dessous de 100 C, et on le laisse refroidir ensuite à température ambiante. L'invention concerne aussi des tubes en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, utilisés dans des générateurs d'ozone, et sur lesquels une pellicule d'or est formée au moyen d'un procédé du type indiqué précédemment. Selon un mode particulier, l'épaisseur de la pellicule d'or présente sur ces tubes est égale à au moins 0,06 hm. On peut résumer les caractéristiques de la présente invention comme suit: (1) des tubes en quartz ou des tubes à haute teneur en oxyde d'aluminium sont utilisés comme diélectrique et peuvent supporter une température supérieure à 1400 C; (2) l'or est un bon conducteur ayant des propriétés et une structure stables et apte à résister au choc d'électrons une haute tension et possède la propriété de résister à une température élevée et la propriété d'anti-oxydation; (3) on utilise un procédé de cuisson dans un four, qui est à même de former une pellicule d'or d'une épaisseur de 0, 06 pm sur la surface de tubes en quartz ou de tubes à haute teneur en oxyde d'aluminium, et la pellicule d'or adhère à la surface d'une manière plus sûre que la pellicule d'or formée par dépôt en phase vapeur et peut efficacement résister à une température élevée et à l'impact d'électrons produits par la haute tension, et ne se détache pas par écaillage à partir de la surface; (4) le procédé de fabrication des tubes de production d'ozone est plus simple. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, qui fait référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, est un schéma illustrant un processus théorique de micro- décharge pour la production d'ozone; et - la figure 2 est un schéma représentant un tube de production d'ozone utilisé dans un générateur d'ozone qui met en oeuvre un procédé de micro-décharge pour produire de l'ozone. La figure 2 est un schéma représentant un tube de production d'ozone 10, le corps 12 du tube étant formé de matériaux tels que du quartz ou des matériaux à haute teneur en oxyde d'aluminium et qui possèdent la propriété de supporter une température supérieure à 1400 C. La surface du corps 12 du tube est recouverte d'une pellicule d'or 14 moyennant l'utilisation d'un procédé de cuisson dans un four, comme cela sera décrit plus loin. Le procédé de dépôt d'une pellicule d'or 14 sur la surface du corps 12 du tube comprend les étapes consistant à: préparer le matériau devant être déposé; nettoyer le corps 12 du tube et sécher ensuite ce corps; déposer le matériau sur la surface du corps 12 du tube; étaler et sécher le matériau de recouvrement; placer le tube pourvu du revêtement dans un four et le cuire pendant un intervalle de temps déterminé, et retirer ensuite le tube du four et le placer à la température ambiante. Lors de l'utilisation du présent procédé, il est très important de maintenir propre l'environnement de travail et d'empêcher que des impuretés tels que de la poussière, des particules en suspension, ne se fixent sur la surface du corps 12 du tube. Les impuretés peuvent entraîner de graves endommagements lors des processus ultérieurs de revêtement avec l'or. Le matériau de revêtement préféré, qui est utilisé dans le procédé, est une solution de chlorure d'or (AuCl3) en une concentration de 10 % à 11 %. La solution peut être diluée au moyen d'une huile volatile soufrée, qui est largement disponible sur le marché. On soumet le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium à un processus de nettoyage de manière à éliminer la graisse résiduelle ou des impuretés de la surface du tube. Un processus ultérieur de séchage est préférable avant que le tube soit prêt pour être recouvert d'un matériau de revêtement. On étale d'une manière uniforme la solution de AuCl3 sur la surface 12 du tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium. Une fois que la pellicule d'or est formée, on maintient le tube à la température ambiante pendant trente minutes, puis on le place dans un four pour en effectuer la cuisson. Avant de placer le tube dans le four, il faut l'inspecter soigneusement pour déterminer si la pellicule formée sur le tube est uniforme. On maintient une température comprise entre 780 880 C dans le four et on cuit le tube dans le four pendant 10 à 14 heures. La durée préférée de cuisson dépend du diamètre du tube et des dimensions du four. Lorsque la durée de cuisson est écoulée, et que la température dans le four est sur le point de tomber au- dessous de 110 C, ou de préférence au-dessous de 100 C, on retire le tube du four et on le pace à la température ambiante pour qu'il se refroidisse. L'épaisseur de la pellicule d'or doit être supérieure à 0,06 gm pour l'obtention d'un produit qualifié. Si l'épaisseur de la pellicule n'est pas suffisante, la durée de fonctionnement du tube est fortement réduite. L'épaisseur, sur laquelle la solution est étalée sur la surface du tube, est critique pour garantir une épaisseur suffisante de la pellicule formée sur le tube. Bien que l'on ait indiqué la forme de réalisation représentative et des détails représentatif pour illustrer l'invention, il apparaîtra aux spécialistes de la technique que l'on peut y apporter de nombreux changements et modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de dorure d'un tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium (12), comprenant les étapes consistant à: préparer un matériau de revêtement qui contient de l'or; nettoyer le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium (12); sécher le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium; étaler le matériau de revêtement préparé sur le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium pour former une pellicule (14) sur ce tube (12); sécher le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium; inspecter le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium (12), sec pour déterminer si la pellicule (14) est formée d'une manière uniforme et est exempte de défauts, introduire le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium (12), sec, dans un four, qui est maintenu à une température comprise entre 780 et 880 C pour réaliser une cuisson pendant 10 à 14 heures; et récupérer le tube une fois que la température présente dans le four est inférieure à 110 C et placer le tube à la température ambiante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare le matériau de revêtement de manière qu'il contienne une concentration de 10 à 11 % de AuC13. 3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel on maintient le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium à la température ambiante pendant trente minutes une fois que le matériau de revêtement a été étalé sur le tube. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée de cuisson est de 12 heures. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on retire le tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium (12) du four lorsque la température du four tombe au-dessous de 100 C, et qu'on le laisse refroidir ensuite à la température ambiante. 6. Tube recouvert d'une dorure, en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, utilisé dans un générateur d'ozone, comprenant une pellicule d'or (14) formée par un procédé selon la revendication 1. 7. Tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium doré, utilisé dans un générateur d'ozone, caractérisé en ce qu'il comporte une pellicule d'or (14) formée au moyen du procédé selon la revendication 5. 8. Tube en quartz ou à haute teneur en oxyde d'aluminium, doré selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la pellicule d'or (14) est égale à au moins 0,06 im.