CH711352B1 - Process for manufacturing a material of a colored solid noble metal - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau comprenant entre 12 et 23 carats d’un métal noble massif coloré, formé d’un assemblage de nanoparticules contenant un métal noble dans une matrice d’un matériau inorganique, le matériau comprenant au moins 50% en poids du métal noble; le procédé comprenant les étapes de: fournir dans un réacteur un mélange comprenant un précurseur de métal noble (S3), par exemple un sel d’or, un précurseur du matériau inorganique, et un solvant incluant de l’eau (S1), un solvant alcoolique, et un solvant aprotique polaire (S2); chauffer ledit mélange à une première température, jusqu’au reflux, de manière à réduire le précurseur de métal noble (S3); refroidir le mélange à une seconde température inférieure à la première température de manière à obtenir une suspension; et filtrer la suspension. Le mélange comprend entre 5 et 20%-vol d’eau; entre 40 et 60%-vol du solvant aprotique polaire, entre 25 et 50%-vol du solvant alcoolique. Et entre 50 et 100 g du précurseur de métal noble. L’invention porte aussi un produit horloger, un bijou ou un instrument d’écriture, réalisés dans le matériau obtenu par le procédé selon l’invention.The invention relates to a method for producing a material comprising between 12 and 23 carats of a colored solid noble metal, formed of a noble metal-containing nanoparticle assembly in a matrix of an inorganic material, the material comprising at least one minus 50% by weight of the noble metal; the process comprising the steps of: providing in a reactor a mixture comprising a noble metal precursor (S3), for example a gold salt, a precursor of the inorganic material, and a solvent including water (S1), a alcoholic solvent, and a polar aprotic solvent (S2); heating said mixture to a first temperature, to reflux, so as to reduce the noble metal precursor (S3); cooling the mixture to a second temperature below the first temperature so as to obtain a suspension; and filter the suspension. The mixture comprises between 5 and 20% -vol of water; between 40 and 60% -vol of the aprotic polar solvent, between 25 and 50% -vol of the alcoholic solvent. And between 50 and 100 g of the noble metal precursor. The invention also relates to a watchmaking product, a jewel or a writing instrument made of the material obtained by the method according to the invention.
Description
L’invention porte aussi un produit horloger, un bijou ou un instrument d’écriture, réalisés dans le matériau obtenu par le procédé selon l’invention.The invention also relates to a watch product, a jewel or a writing instrument, made from the material obtained by the process according to the invention.
CH 711 352 B1CH 711 352 B1
Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau comprenant entre 12 et 23 carats d’un métal noble massif de couleur ajustable ainsi que le matériau obtenu par le procédé.Description Technical Field The present invention relates to a process for manufacturing a material comprising between 12 and 23 carats of a solid noble metal of adjustable color as well as the material obtained by the process.
Etat de la technique [0002] Les métaux précieux tels que l’or, l’argent ou un de leurs alliages sont largement utilisés dans la fabrication de produit de luxe tel que les produits horlogers, bijoux ou instruments d’écriture. Les métaux précieux peuvent être utilisés sous la forme d’une couche décorative mince ou épaisse mais également sous forme massive.STATE OF THE ART [0002] Precious metals such as gold, silver or one of their alloys are widely used in the manufacture of luxury goods such as watchmaking products, jewelry or writing instruments. Precious metals can be used in the form of a thin or thick decorative layer but also in solid form.
[0003] L’utilisation de tels métaux précieux permet d’obtenir des produits dans une certaine gamme de couleurs. Par exemple, dans le cas de l’or, on peut utiliser l’or «jaune» 18 carats, ainsi que les ors communément appelés en orfèvrerie «or blanc» (alliages d’or et de nickel), «or rouge» (alliages d’or et de cuivre), «or vert» (alliages d’or et d’argent), «or gris» (alliages d’or et de fer), «or violet» (alliages d’or et d’aluminium) «or jaune», ou «rose» (alliages d’or, d’argent et de cuivre), etc. La palette de couleurs obtenues par ces différents alliages reste cependant limitée essentiellement à des nuances sur la couleur originale de l’or.The use of such precious metals makes it possible to obtain products in a certain range of colors. For example, in the case of gold, 18-carat "yellow" gold can be used, as well as gold commonly known in goldsmithery "white gold" (gold and nickel alloys), "red gold" ( gold and copper alloys), "green gold" (gold and silver alloys), "gray gold" (gold and iron alloys), "purple gold" (gold and silver alloys) aluminum) "yellow gold", or "rose" (alloys of gold, silver and copper), etc. The palette of colors obtained by these different alloys remains however limited essentially to nuances on the original color of gold.
[0004] Il est impossible d’obtenir une gamme étendue de couleurs et coloris par l’utilisation de métaux précieux ou d’alliages de métaux précieux. En particulier il est difficile, sinon impossible, d’obtenir jusqu’à présent certaines gammes ou variétés de couleurs telles que le rouge qui soient franches, vives et stables dans le temps.It is impossible to obtain a wide range of colors and colors by the use of precious metals or alloys of precious metals. In particular, it is difficult, if not impossible, to obtain until now certain ranges or varieties of colors such as red which are frank, lively and stable over time.
[0005] Le recouvrement de la pièce de métal ou d’alliage précieux avec un revêtement afin d’ajouter une coloration de surface n’est pas satisfaisant puisque la couche colorée risque de partir à l’usure et la pièce se décolorer partiellement ou complètement avec le temps.The covering of the piece of metal or precious alloy with a coating in order to add a surface coloration is not satisfactory since the colored layer is liable to wear out and the part will discolour partially or completely with time.
[0006] L’utilisation de nanoparticules métalliques pour la coloration est connue dans le cas de la coloration des verres et des céramiques. Par exemple, dans EP 1 887 052, des céramiques ont été pigmentées avec des nanoparticules enrobées, notamment des nanoparticules revêtues de silice, ont été utilisées pour fabriquer un matériau céramique pigmenté dans la masse, par exemple de couleur rouge saturé.The use of metallic nanoparticles for coloring is known in the case of coloring glasses and ceramics. For example, in EP 1 887 052, ceramics have been pigmented with coated nanoparticles, in particular nanoparticles coated with silica, have been used to manufacture a pigmented ceramic material in the mass, for example of saturated red color.
[0007] Cependant, aucune des méthodes connues ne permet de colorer dans la masse afin d’obtenir des métaux ou alliages de métaux précieux dans ces tons de couleurs.[0007] However, none of the known methods makes it possible to color in the mass in order to obtain metals or alloys of precious metals in these color tones.
[0008] Le document EP 2 369 022 décrit un matériau massif de métal noble de couleur ajustable formé d’un assemblage de nanoparticules, les nanoparticules contenant un métal noble et étant revêtues d’une matrice inorganique (ou diélectrique). En particulier, les nanoparticules de métal noble sont revêtues d’une matrice inorganique qui permet d’obtenir une coloration spécifique à l’état solide. En effet, la matrice inorganique est susceptible d’influencer la longueur d’onde de la bande de résonance de plasmon et donc de la couleur perçue. La matrice inorganique peut comprendre un oxyde tel que la silice, la zircone ou l’alumine ou leurs dérivés. Les nanoparticules sont mises en forme de sorte à obtenir un compact non consolidé, le compact est fritté pour obtenir un matériau de métal noble coloré. Le matériau de métal noble coloré comprend au moins 50% en poids du métal noble, sa couleur étant déterminée par la composition et l’environnement chimique, la forme et la taille des nanoparticules.The document EP 2 369 022 describes a solid material of noble metal of adjustable color formed from an assembly of nanoparticles, the nanoparticles containing a noble metal and being coated with an inorganic (or dielectric) matrix. In particular, the noble metal nanoparticles are coated with an inorganic matrix which makes it possible to obtain a specific coloring in the solid state. Indeed, the inorganic matrix is capable of influencing the wavelength of the plasmon resonance band and therefore of the perceived color. The inorganic matrix can comprise an oxide such as silica, zirconia or alumina or their derivatives. The nanoparticles are shaped so as to obtain an unconsolidated compact, the compact is sintered to obtain a colored noble metal material. The colored noble metal material comprises at least 50% by weight of the noble metal, its color being determined by the composition and the chemical environment, the shape and size of the nanoparticles.
[0009] Les nanoparticules de métal noble de taille et de géométrie contrôlées (sphères, cubes, bâtonnets, etc.) peuvent être synthétisées par réduction d’un précurseur métallique (par exemple un sel métallique) en solution pour produire de fines particules colloïdales du métal noble. Une couche d’un matériau inorganique, tel qu’un oxyde, est réalisée, par exemple, par addition d’un précurseur de Si ou Al à une suspension de colloïdes dans un solvant préférentiellement aqueux ou alcoolique (notamment méthanol, éthanol, propanol, ou Isopropanol) et en présence d’un agent de minéralisation, d’hydrolyse et ou de catalyse comme par exemple l’ammoniaque.The noble metal nanoparticles of controlled size and geometry (spheres, cubes, rods, etc.) can be synthesized by reduction of a metal precursor (for example a metal salt) in solution to produce fine colloidal particles of the noble metal. A layer of an inorganic material, such as an oxide, is produced, for example, by adding a precursor of Si or Al to a suspension of colloids in a preferably aqueous or alcoholic solvent (in particular methanol, ethanol, propanol, or Isopropanol) and in the presence of a mineralization, hydrolysis and or catalysis agent such as for example ammonia.
[0010] Cependant, les concentrations du précurseur métallique qui peuvent être utilisées dans la solution de synthèse restent faibles, c’est-à-dire typiquement inférieures à un dixième de gramme du précurseur métallique par litre de solution de synthèse. Les rendements de production du matériau massif de métal noble synthétisé restent donc relativement faibles. De plus, la réaction de synthèse doit se faire en plusieurs étapes. Par exemple, il est nécessaire de réaliser la réduction du précurseur métallique avant la formation de la matrice inorganique. A cette fin, le précurseur du matériau inorganique doit être ajouté à la solution de synthèse après la réduction du précurseur métallique.However, the concentrations of the metal precursor which can be used in the synthesis solution remain low, that is to say typically less than one tenth of a gram of the metal precursor per liter of synthesis solution. The production yields of the solid material of noble metal synthesized therefore remain relatively low. In addition, the synthesis reaction must be carried out in several stages. For example, it is necessary to carry out the reduction of the metal precursor before the formation of the inorganic matrix. To this end, the precursor of the inorganic material must be added to the synthesis solution after the reduction of the metallic precursor.
Bref résumé de l’invention [0011] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau de métal noble massif de couleur ajustable formé d’un assemblage de nanoparticules contenant un métal noble dans une matrice d’un matériau inorganique, exempt des limitations des procédés connus.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a process for manufacturing a solid noble metal material of adjustable color formed from an assembly of nanoparticles containing a noble metal in a matrix of an inorganic material, free of limitations of known methods.
[0012] Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau comprenant entre 12 et 23 carats d’un métal noble massif de couleur ajustable formé d’un assemblage de nanoparticules contenant un métalMore particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a material comprising between 12 and 23 carats of a solid noble metal of adjustable color formed from an assembly of nanoparticles containing a metal
CH 711 352 B1 noble dans une matrice d’un matériau inorganique, le matériau comprenant au moins 50% en poids du métal noble; le procédé comprenant les étapes de:CH 711 352 B1 noble in a matrix of an inorganic material, the material comprising at least 50% by weight of the noble metal; the process comprising the steps of:
fournir dans un réacteur un mélange de synthèse comprenant un précurseur de métal noble, un précurseur du matériau inorganique, et un solvant incluant de l’eau, un solvant alcoolique, et un solvant aprotique polaire; et chauffer ledit mélange à une première température de manière à réduire le précurseur de métal noble;providing in a reactor a synthesis mixture comprising a noble metal precursor, a precursor of the inorganic material, and a solvent including water, an alcoholic solvent, and a polar aprotic solvent; and heating said mixture to a first temperature so as to reduce the noble metal precursor;
ledit mélange comprenant entre 5 et 20%-vol d’eau; entre 40 et 60%-vol du solvant aprotique polaire, entre 25 et 50%-vol du solvant alcoolique; et entre 50 et 100 g du précurseur de métal noble.said mixture comprising between 5 and 20% -vol of water; between 40 and 60% -vol of the polar aprotic solvent, between 25 and 50% -vol of the alcoholic solvent; and between 50 and 100 g of the noble metal precursor.
[0013] Un avantage du procédé de fabrication décrit ici est que le mélange de synthèse peut comprendre jusqu’à 1 à 2 g/L du précurseur de métal noble, c’est-à-dire environ de 40 à 80 fois la concentration admissible dans les procédés connus. Les rendements de production du matériau massif de métal noble synthétisé sont donc relativement plus élevés. De plus, la réduction du précurseur métallique peut être réalisée avec la formation de la matrice inorganique, permettant de synthétiser le matériau noble en une seule étape.An advantage of the manufacturing process described here is that the synthesis mixture can comprise up to 1 to 2 g / L of the noble metal precursor, that is to say approximately 40 to 80 times the admissible concentration in known methods. The production yields of the massive synthesized noble metal material are therefore relatively higher. In addition, the reduction of the metal precursor can be carried out with the formation of the inorganic matrix, making it possible to synthesize the noble material in a single step.
Brève description des figures [0014] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:Brief description of the figures Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which:
la fig. 1 illustre une séquence d’ajout dans un réacteur des différents composants d’un mélange de synthèse, selon une première forme d’exécution; et la fig. 2 illustre une séquence d’ajout dans un réacteur des différents composants d’un mélange de synthèse, selon une seconde forme d’exécution.fig. 1 illustrates a sequence of adding to a reactor the various components of a synthesis mixture, according to a first embodiment; and fig. 2 illustrates a sequence for adding the various components of a synthesis mixture to a reactor, according to a second embodiment.
Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0015] Selon un mode de réalisation, un procédé de fabrication d’un matériau composite de couleur ajustable comprenant un métal noble et une matrice inorganique, le procédé comprenant des étapes de:Example (s) of embodiment of the invention According to one embodiment, a method of manufacturing a composite material of adjustable color comprising a noble metal and an inorganic matrix, the method comprising steps of:
fournir dans un réacteur un mélange comprenant un précurseur de métal noble, un précurseur du matériau inorganique, et un solvant incluant de l’eau, un solvant alcoolique, et un solvant aprotique polaire; et chauffer ledit mélange à une première température T-ι de manière à réduire le précurseur de métal noble et à former la matrice inorganique.providing in a reactor a mixture comprising a noble metal precursor, a precursor of the inorganic material, and a solvent including water, an alcoholic solvent, and a polar aprotic solvent; and heating said mixture to a first temperature T-ι so as to reduce the noble metal precursor and to form the inorganic matrix.
[0016] De manière préférée, le mélange comprend entre 8 et 14%-vol d’eau; entre 47 et 53%-vol du solvant aprotique polaire, et entre 33 et 38%-vol du solvant alcoolique.Preferably, the mixture comprises between 8 and 14% -vol of water; between 47 and 53% -vol of the polar aprotic solvent, and between 33 and 38% -vol of the alcoholic solvent.
[0017] La réduction du précurseur de métal noble dans le mélange permet une concentration plus élevée du précurseur de métal noble dans le mélange que dans les procédés de fabrication connus. De manière préférée, le mélange peut comprendre entre 1 et 2 g/L du précurseur de métal noble. Le mélange permet donc d’avoir des rendements de production supérieurs.The reduction of the noble metal precursor in the mixture allows a higher concentration of the noble metal precursor in the mixture than in the known manufacturing processes. Preferably, the mixture can comprise between 1 and 2 g / L of the noble metal precursor. The mixture therefore makes it possible to have higher production yields.
[0018] Une telle concentration du précurseur de métal noble permet de fabriquer le matériau de métal noble massif avec une concentration du métal noble comprise entre 12 et 23 carats, c’est-à-dire entre environ 50% et 95% en poids.Such a concentration of the noble metal precursor makes it possible to manufacture the solid noble metal material with a concentration of the noble metal of between 12 and 23 carats, that is to say between approximately 50% and 95% by weight.
[0019] Dans le présent procédé, le précurseur de métal noble et le précurseur du matériau inorganique sont fournis ensemble dans le réacteur, avant de chauffer le mélange à la première température ΤΊ. Le chauffage du mélange à T-i permet de réduire le précurseur de métal noble et de faire réagir le précurseur du matériau inorganique afin de former la matrice inorganique. L’ajout d’un réducteur chimique dans le mélange peut être nécessaire pour réduire le métal noble et faire réagir le précurseur du matériau inorganique lors de l’étape de chauffage. C’est le cas pour la réduction d’un précurseur d’or en présence d’un précurseur de silice, comme décrit plus bas. La réduction du précurseur de métal noble et la réaction du précurseur du matériau inorganique sont donc réalisées en une seule étape, contrairement aux procédés connus où la réduction du précurseur de métal noble est réalisée avant la réaction du précurseur du matériau inorganique. L’étape de chauffage permet d’obtenir une suspension (dispersion colloïdale) formée par le métal noble dans sa matrice inorganique.In the present process, the noble metal precursor and the precursor of the inorganic material are supplied together in the reactor, before heating the mixture to the first temperature Τ Ί . Heating the mixture to Ti makes it possible to reduce the noble metal precursor and to react the precursor of the inorganic material in order to form the inorganic matrix. The addition of a chemical reducing agent to the mixture may be necessary to reduce the noble metal and react the precursor of the inorganic material during the heating step. This is the case for the reduction of a gold precursor in the presence of a silica precursor, as described below. The reduction of the noble metal precursor and the reaction of the precursor of the inorganic material are therefore carried out in a single step, in contrast to known methods where the reduction of the noble metal precursor is carried out before the reaction of the precursor of the inorganic material. The heating step makes it possible to obtain a suspension (colloidal dispersion) formed by the noble metal in its inorganic matrix.
[0020] Selon une variante, un agent chélatant est ajouté au mélange afin de réduire la vitesse de réaction du précurseur inorganique.Alternatively, a chelating agent is added to the mixture to reduce the reaction rate of the inorganic precursor.
[0021] Selon un mode de réalisation, le solvant alcoolique est l’isopropanol. De manière préférée, le solvant aprotique polaire est le Ν,Ν-diméthylformamide (ou DMF).According to one embodiment, the alcoholic solvent is isopropanol. Preferably, the polar aprotic solvent is Ν, Ν-dimethylformamide (or DMF).
CH 711 352 B1 [0022] Encore selon un mode de réalisation, le métal noble comprend un sel d’or. Le précurseur du matériau inorganique comprend un précurseur de zircone, par exemple le propoxide de zirconium ou encore un précurseur de silice, par exemple un orthosilicate de tétraéthyle (TEOS).CH 711 352 B1 [0022] Still according to one embodiment, the noble metal comprises a gold salt. The precursor of the inorganic material comprises a zirconia precursor, for example zirconium propoxide or also a silica precursor, for example a tetraethyl orthosilicate (TEOS).
[0023] Selon l’invention, le procédé comprend une étape de refroidissement du mélange à une seconde température T2 inférieure à la première température. La seconde température T2 peut être d’environ 30 °C. Le procédé comprend une étape de filtration de la suspension, par exemple sur une membrane. Après passage de la solution sur le filtre, une poudre est récupérée.According to the invention, the method comprises a step of cooling the mixture to a second temperature T 2 lower than the first temperature. The second temperature T 2 can be around 30 ° C. The method comprises a step of filtering the suspension, for example on a membrane. After passing the solution over the filter, a powder is recovered.
[0024] Le procédé peut également comprendre une étape consistant à passer la poudre dans une étuve, par exemple à une température d’environ 80 °C pendant environ 12 h. Le procédé peut également comprendre une étape de broyage et de tamisage de la poudre afin d’obtenir une poudre fine et homogène. En particulier, l’étape de broyage et de tamisage permet de contrôler la granulométrie de la poudre. Le procédé peut également comprendre un traitement thermique de la poudre entre 450 et 900 °C sous air ou sous une atmosphère neutre. Le traitement thermique permet une pré-consolidation du matériau inorganique. Le procédé peut également comprendre un post-traitement de tamisage de la poudre thermiquement traitée.The method can also include a step of passing the powder through an oven, for example at a temperature of about 80 ° C for about 12 hours. The method can also include a step of grinding and sieving the powder in order to obtain a fine and homogeneous powder. In particular, the grinding and sieving step makes it possible to control the granulometry of the powder. The process can also include a heat treatment of the powder between 450 and 900 ° C in air or in a neutral atmosphere. The heat treatment allows a pre-consolidation of the inorganic material. The method can also include a post-treatment of sieving the heat-treated powder.
[0025] Le procédé comprend une étape de compactage de la poudre par un procédé de frittage. Le procédé de frittage est préférablement un procédé de frittage flash (ou frittage SPS, (acronyme anglais de Spark Plasma Sintering)).The method comprises a step of compacting the powder by a sintering process. The sintering process is preferably a flash sintering process (or SPS sintering (English acronym for Spark Plasma Sintering)).
[0026] Selon un mode de réalisation, un adjuvant inorganique tel que le mica est ajouté au mélange fourni dans le réacteur, avant l’étape de chauffer le mélange à la première température ΤΊ. L’adjuvant inorganique a pour but de modifier les propriétés optiques et colorimétriques du matériau de métal noble massif, par exemple la brillance. La quantité de l’adjuvant inorganique ajouté est contrôlée en fonction de la réaction de synthèse de sorte à garder le caractère précieux de la matière. De manière alternative, l’adjuvant inorganique est ajouté et mélangé à la poudre obtenue après l’étape de filtration, mais avant l’étape de compactage.According to one embodiment, an inorganic adjuvant such as mica is added to the mixture supplied to the reactor, before the step of heating the mixture to the first temperature Τ Ί . The purpose of the inorganic adjuvant is to modify the optical and colorimetric properties of the solid noble metal material, for example the gloss. The amount of inorganic adjuvant added is controlled according to the synthesis reaction so as to keep the preciousness of the material. Alternatively, the inorganic adjuvant is added and mixed with the powder obtained after the filtration step, but before the compacting step.
[0027] Selon un mode de réalisation, le solvant introduit dans le réacteur comprend entre 4 à 6 L, mais préférablement 5.5 L, d’eau, entre 20 à 25 L, mais préférablement 23.5 L, de DMF et entre 12 et 17 L, mais préférablement 15.75 L, d’isopropanol et le précurseur de métal noble comprend entre 50 et 100 g de sel d’or dans entre 300 et 320 mL, mais préférablement 310 mL, d’eau. L’ajout du DMF crée une réaction exothermique résultant dans une montée en température faible du mélange d’eau et de DMF.According to one embodiment, the solvent introduced into the reactor comprises between 4 to 6 L, but preferably 5.5 L, of water, between 20 to 25 L, but preferably 23.5 L, of DMF and between 12 and 17 L , but preferably 15.75 L, of isopropanol and the noble metal precursor comprises between 50 and 100 g of gold salt in between 300 and 320 ml, but preferably 310 ml, of water. The addition of DMF creates an exothermic reaction resulting in a low temperature rise of the mixture of water and DMF.
[0028] Selon une première forme d’exécution, le précurseur du matériau inorganique comprend entre 200 et 300 mL, mais préférablement 250 mL, d’isopropanol, une trentaine de mL de propoxide de zirconium (précurseur, polymère) ainsi que entre 1 et 2 mL, mais préférablement 1.43 mL, d’acetylacétone comme agent chélatant.According to a first embodiment, the precursor of the inorganic material comprises between 200 and 300 ml, but preferably 250 ml, of isopropanol, about thirty ml of zirconium propoxide (precursor, polymer) as well as between 1 and 2 mL, but preferably 1.43 mL, of acetylacetone as a chelating agent.
[0029] Selon la première forme d’exécution illustrée à la fig. 1, les différents composants du mélange sont ajoutés dans le réacteur dans l’ordre suivant:According to the first embodiment illustrated in FIG. 1, the various components of the mixture are added to the reactor in the following order:
eau (S1);water (S1);
le solvant aprotique polaire (S2);the polar aprotic solvent (S2);
le précurseur de métal noble, sous agitation (S3); et le précurseur du matériau inorganique (S4).the noble metal precursor, with stirring (S3); and the precursor of the inorganic material (S4).
[0030] Selon une seconde forme d’exécution, le précurseur du matériau inorganique comprend une première solution contenant entre 200 et 400 mL d’isopropanol mais préférentiellement 250 mL d’isopropanol, entre 20 et 60 mL de précurseur de silice mais préférentiellement 45 mL de précurseur de silice, tel le TEOS. Une seconde solution contient entre 300 et 400 g de citrate de sodium dans 1 L de H2O.According to a second embodiment, the precursor of the inorganic material comprises a first solution containing between 200 and 400 ml of isopropanol but preferably 250 ml of isopropanol, between 20 and 60 ml of silica precursor but preferably 45 ml silica precursor, such as TEOS. A second solution contains between 300 and 400 g of sodium citrate in 1 L of H 2 O.
[0031] Selon la seconde forme d’exécution illustrée à la fig. 2, les différents composants du mélange peuvent être ajoutés dans le réacteur dans l’ordre suivant:According to the second embodiment illustrated in FIG. 2, the different components of the mixture can be added to the reactor in the following order:
eau (S1);water (S1);
le solvant aprotique polaire (S2);the polar aprotic solvent (S2);
le précurseur de métal noble, sous agitation (S3);the noble metal precursor, with stirring (S3);
la première solution (S4);the first solution (S4);
la seconde solution (S5); et l’étape de chauffage du mélange à la première température T-, est réalisée entre l’ajout de la première solution et l’ajout de la seconde solution.the second solution (S5); and the step of heating the mixture to the first temperature T-, is carried out between the addition of the first solution and the addition of the second solution.
CH 711 352 B1 [0032] La première température ΤΊ à laquelle le mélange est chauffé permet de réduire le précurseur de métal noble entre 90 et 130 °C. Le mélange est chauffé à la première température T-ι pendant environ trois heures à partir du moment où le mélange est à reflux. Une première température de 130 °C permet au mélange d’arriver à environ 95 °C.CH 711 352 B1 The first temperature Τ Ί to which the mixture is heated makes it possible to reduce the noble metal precursor between 90 and 130 ° C. The mixture is heated to the first temperature T-ι for approximately three hours from the time when the mixture is at reflux. A first temperature of 130 ° C allows the mixture to reach approximately 95 ° C.
Exemple 1 [0033] Cet exemple concerne la fabrication d’un matériau comprenant un taux d’or compris entre 50 et 95% minimum en masse d’or, ce qui correspond respectivement à des objets entre 12K et 23K minimum, dans une matrice de silice.Example 1 This example relates to the manufacture of a material comprising a gold content of between 50 and 95% minimum by mass of gold, which corresponds respectively to objects between 12K and 23K minimum, in a matrix of silica.
[0034] Un mélange comprend 77,28 g de HAuCI4, 5,81 L d’eau ultra-pure, entre 20 à 25 L, mais préférablement 23,5 L, de N,N diméthylformamide, entre 12 et 17 L, mais préférablement 15,4 L, d’isopropanol. La quantité de précurseur de silice (orthosilicate de tétraéthyle ou TEOS) peut être comprise entre 25,5 et 400 mL. Dans cet exemple, le mélange comprend 80 mL de TEOS. Le mélange est initialement de couleur jaune, caractéristique du sel d’or.A mixture comprises 77.28 g of HAuCI 4 , 5.81 L of ultra-pure water, between 20 to 25 L, but preferably 23.5 L, of N, N dimethylformamide, between 12 and 17 L, but preferably 15.4 L, of isopropanol. The amount of silica precursor (tetraethyl orthosilicate or TEOS) can be between 25.5 and 400 mL. In this example, the mixture comprises 80 ml of TEOS. The mixture is initially yellow, characteristic of gold salt.
[0035] Le mélange est fourni dans un réacteur de 60 L et est ensuite porté à reflux à une première température d’environ 130°C. Une fois le reflux atteint, entre 300 et 500 g, mais préférablement 391 g, de citrate de sodium préalablement dissous dans entre 300 et 900 mL d’eau ultra-pure, mais préférablement 500 mL, d’eau ultra-pure sont ajoutés dans le mélange (milieu réactionnel). Le mélange se décolore et devient transparent. Environ dix minutes après l’ajout du citrate de sodium, entre 150 et 250 mL, mais préférablement 200 mL, d’ammoniaque sont ajoutés au mélange. Les particules d’Au-silice se forment et le milieu devient bleu foncé. Une fois les particules formées, le milieu est laissé à la température T-ι pendant environ deux heures afin d’obtenir une suspension avant de redescendre à une seconde température T2 correspondant à la température ambiante.The mixture is supplied to a 60 L reactor and is then brought to reflux at a first temperature of around 130 ° C. Once the reflux is reached, between 300 and 500 g, but preferably 391 g, of sodium citrate previously dissolved in between 300 and 900 ml of ultra-pure water, but preferably 500 ml, of ultra-pure water are added to the mixture (reaction medium). The mixture discolours and becomes transparent. About ten minutes after the addition of the sodium citrate, between 150 and 250 ml, but preferably 200 ml, of ammonia are added to the mixture. The particles of Au-silica form and the medium becomes dark blue. Once the particles have been formed, the medium is left at temperature T-ι for approximately two hours in order to obtain a suspension before falling again to a second temperature T 2 corresponding to ambient temperature.
[0036] La suspension est ensuite filtrée sur membrane en nylon 0,22 μm. Le précipité de poudre est ensuite rincé par retrempage dans de l’eau ultrapure. Environ 45 g de poudre sont récoltés en fin de réaction. La poudre Au-silice ainsi obtenue titre à 91% en masse d’or.The suspension is then filtered through a 0.22 μm nylon membrane. The powder precipitate is then rinsed by re-soaking in ultrapure water. About 45 g of powder are collected at the end of the reaction. The Au-silica powder thus obtained has a title of 91% by mass of gold.
[0037] La poudre est précuite entre 400 et 900 °C, pendant 1 à 5 heures, dans un four permettant de travailler sous air, sous azote et sous argon. La poudre est préférentiellement précuite sous atmosphère inerte, préférentiellement sous argon et préférentiellement à 700 °C pendant deux heures. La poudre est ensuite broyée puis tamisée afin d’obtenir une granulométrie fine, préférentiellement en dessous de 50 μm.The powder is precooked between 400 and 900 ° C, for 1 to 5 hours, in an oven allowing to work in air, under nitrogen and under argon. The powder is preferably precooked under an inert atmosphere, preferably under argon and preferably at 700 ° C for two hours. The powder is then ground and then sieved in order to obtain a fine particle size, preferably below 50 μm.
[0038] La mise en forme s’effectue par frittage flash. A cette fin, la poudre est introduite dans un moule en graphite ou en carbure de tungstène, préférentiellement en carbure de tungstène, dont la chambre interne est protégée par une feuille de graphite. La pression est appliquée à froid ou à chaud, préférentiellement à froid. La gamme de pression varie entre 2 et 400 MPa. La montée en température s’effectue avant ou après que la pression nominale soit appliquée, préférentiellement après. La température de mise en forme se situe entre 500 et 900 °C, préférentiellement à 700 °C. L’atmosphère de travail pour le frittage peut être l’azote, l’argon ou bien le vide mais est préférentiellement l’argon. Le frittage dure entre 7 et 19 minutes, préférentiellement 12 minutes. Les compacités des pastilles obtenues sont entre 87 et 100%.The shaping is carried out by flash sintering. To this end, the powder is introduced into a graphite or tungsten carbide mold, preferably tungsten carbide, the internal chamber of which is protected by a graphite sheet. The pressure is applied cold or hot, preferably cold. The pressure range varies between 2 and 400 MPa. The temperature rise takes place before or after the nominal pressure is applied, preferably after. The shaping temperature is between 500 and 900 ° C, preferably at 700 ° C. The working atmosphere for sintering can be nitrogen, argon or vacuum but is preferably argon. The sintering lasts between 7 and 19 minutes, preferably 12 minutes. The compactness of the pellets obtained is between 87 and 100%.
[0039] Par exemple, une poudre Au-silice dosée à 94% en masse d’or, précuite à 450 °C, avec une mise en forme sous argon, pression de 32 MPa appliquée à froid puis montée à 700 °C le tout pendant 7 minutes conduit à la formation d’une pastille ayant une masse volumique de 14,4 g.cm-3 et une compacité de 95%.For example, an Au-silica powder dosed at 94% by mass of gold, precooked at 450 ° C, with shaping under argon, pressure of 32 MPa applied cold and then mounted to 700 ° C all for 7 minutes leads to the formation of a pellet having a density of 14.4 g.cm -3 and a compactness of 95%.
Exemple 2 [0040] Cet exemple concerne la fabrication d’un matériau comprenant un taux d’or compris entre 50 et 95% minimum en masse d’or, ce qui correspond respectivement à des objets entre 12K et 23K minimum, dans une matrice de zirconium.Example 2 This example relates to the manufacture of a material comprising a gold content of between 50 and 95% minimum by mass of gold, which corresponds respectively to objects between 12K and 23K minimum, in a matrix of zirconium.
[0041] Un mélange comprend entre 50 et 100 g de HAuC4 mais préférentiellement 77,28 g de HAuCI4, entre 3,5 et 8 L d’eau ultra-pure mais préférentiellement 5,81 L d’eau ultra-pure, entre 20 et 25 L de N,N diméthylformamide mais préférentiellement 23,5 L de N,N diméthylformamide, entre 14 et 20 L d’isopropanol mais préférentiellement 15,75 L d’isopropanol. La quantité de précurseur de zircone peut être comprise entre 6 et 55 mL de d’isopropoxyde de zirconium et la quantité d’agent chélatant (acétylacétone) peut être comprise entre 1,4 et 12 mL. Dans cet exemple, le mélange comprend 6,58 mL d’isopropoxyde de zirconium (Zr(OiPr)4) et 1,43 mL d’acétylacétone (un agent chélatant). Le mélange est initialement de couleur jaune, caractéristique du sel d’or.A mixture comprises between 50 and 100 g of HAuC4 but preferably 77.28 g of HAuCI 4 , between 3.5 and 8 L of ultra-pure water but preferably 5.81 L of ultra-pure water, between 20 and 25 L of N, N dimethylformamide but preferably 23.5 L of N, N dimethylformamide, between 14 and 20 L of isopropanol but preferably 15.75 L of isopropanol. The amount of zirconia precursor can be between 6 and 55 mL of zirconium isopropoxide and the amount of chelating agent (acetylacetone) can be between 1.4 and 12 mL. In this example, the mixture comprises 6.58 ml of zirconium isopropoxide (Zr (OiPr) 4 ) and 1.43 ml of acetylacetone (a chelating agent). The mixture is initially yellow, characteristic of gold salt.
[0042] Le mélange est fournit dans un réacteur de 60L et est ensuite porté à reflux à une première température ΤΊ de 130 °C. Une heure après que le reflux est atteint, le mélange (milieu réactionnel) se décolore et devient transparent, puis se recolore en marron. La réaction dans le mélange est laissée sous reflux pendant deux heures, puis le mélange est laissé redescendre à une seconde température T2 correspondant à la température ambiante, de manière à obtenir une suspension.The mixture is supplied in a 60L reactor and is then brought to reflux at a first temperature Τ Ί of 130 ° C. One hour after reflux is reached, the mixture (reaction medium) discolours and becomes transparent, then recolours in brown. The reaction in the mixture is left under reflux for two hours, then the mixture is allowed to descend to a second temperature T 2 corresponding to room temperature, so as to obtain a suspension.
[0043] La suspension obtenue est ensuite filtré sur une membrane en nylon de 0,22 μm. Environ 45 g de produit de poudre sont récoltés en fin de réaction. La poudre Au-zircone ainsi obtenue titre à 94% en masse d’or.The suspension obtained is then filtered through a 0.22 μm nylon membrane. About 45 g of powder product are collected at the end of the reaction. The Au-zirconia powder thus obtained contains 94% by mass of gold.
[0044] La poudre est précuite entre 400 et 900 °C, pendant 1 à 5 heures, dans un four permettant de travailler sous air, sous azote et sous argon. La poudre est préférentiellement précuite sous atmosphère inerte, préférentiellement sousThe powder is precooked between 400 and 900 ° C, for 1 to 5 hours, in an oven allowing to work in air, under nitrogen and under argon. The powder is preferably precooked under an inert atmosphere, preferably under
CH 711 352 B1 argon et préférentiellement à 450 °C pendant deux heures. La poudre est ensuite broyée puis tamisée afin d’obtenir une granulométrie fine, préférentiellement en dessous de 50 μm.CH 711 352 B1 argon and preferably at 450 ° C for two hours. The powder is then ground and then sieved in order to obtain a fine particle size, preferably below 50 μm.
[0045] La mise en forme s’effectue par frittage flash. A cette fin, la poudre est introduite dans un moule en graphite ou en carbure de tungstène, préférentiellement en carbure de tungstène, dont la chambre interne est protégée par une feuille de graphite. La pression est appliquée à froid ou à chaud, préférentiellement à froid. La gamme de pression varie entre 2 et 400 MPa. La montée en température s’effectue avant ou après que la pression nominale soit appliquée, préférentiellement après. La température de mise en forme se situe entre 500 et 900 °C, préférentiellement à 700 °C. L’atmosphère de travail pour le frittage peut être l’azote, l’argon ou bien le vide mais est préférentiellement l’argon. Le frittage dure entre 9 et 20 minutes, préférentiellement 11 minutes. Les compacités des pastilles obtenues sont entre 95 et 100%.Shaping is carried out by flash sintering. To this end, the powder is introduced into a graphite or tungsten carbide mold, preferably tungsten carbide, the internal chamber of which is protected by a graphite sheet. The pressure is applied cold or hot, preferably cold. The pressure range varies between 2 and 400 MPa. The temperature rise takes place before or after the nominal pressure is applied, preferably after. The shaping temperature is between 500 and 900 ° C, preferably at 700 ° C. The working atmosphere for sintering can be nitrogen, argon or vacuum but is preferably argon. Sintering lasts between 9 and 20 minutes, preferably 11 minutes. The compactness of the pellets obtained is between 95 and 100%.
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