EP4077760A1 - Traitement surfacique par pulvérisation cathodique pour filtre actif - Google Patents

Traitement surfacique par pulvérisation cathodique pour filtre actif

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EP4077760A1
EP4077760A1 EP20848804.9A EP20848804A EP4077760A1 EP 4077760 A1 EP4077760 A1 EP 4077760A1 EP 20848804 A EP20848804 A EP 20848804A EP 4077760 A1 EP4077760 A1 EP 4077760A1
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EP
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electrode
pipe
opening
support
gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP20848804.9A
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German (de)
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Inventor
Tiberiu Minea
Philippe LECOEUR
Gilles WALRAND
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
AddUp SAS
Universite Paris Saclay
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
AddUp SAS
Universite Paris Saclay
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, AddUp SAS, Universite Paris Saclay filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/77—Recycling of gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to the general technical field of active filters.
  • an oxygen-free atmosphere is particularly desirable in order to avoid the phenomena of oxidation of the part during an operation.
  • Oxidation phenomena can lead to the formation of oxide phases in the material and form discontinuities in the mechanical characteristics of the final part.
  • Various techniques are conventionally known, such as placing the part in an atmosphere of nitrogen, or inert gas, during the manufacturing process, or even propelling gases which are chemically inert with respect to the part in the areas of the part which are concerned. by the production process, for example during welding.
  • the part is placed in an atmosphere in which a partial vacuum is produced, so as to work at very low pressure.
  • Such a method is based on the principle of the periodic renewal of a so-called greedy surface (in English "getter”, which designates a reactive material deliberately placed on a surface in contact with a gas with the objective of improving the quality of said gas by trapping traces of another gas that we want to eliminate and which reacts with the material).
  • the greedy material acts when gas molecules come in contact with reactive materials, leading to chemical reactions (absorption or adsorption) of gas molecules on the solid surface.
  • the gaseous atmosphere is found to be 'purified' of certain reactive gases, or more precisely the fraction of reactive gas in the atmosphere decreases in proportion to the quantity of the species which is trapped on the greedy surface.
  • this product p * V is divided by the mass of greedy material which is proportional to the number of active sites, and is expressed in either Pa * m 3 / g.
  • the conventional methods of making such active filters are long, expensive and difficult to implement.
  • An aim of the invention is to make it possible to produce an active filter by means of a more efficient method than the methods of the prior art.
  • Another object is to allow the reactivation of an active filter on a functional gas mixture filtration system.
  • the invention proposes a method for constituting and / or recharging an active filter capable of trapping at least one reactive compound of a gaseous mixture, the method comprising a step of depositing at least one partial or full layer of a greedy material on the surface of a support, the deposition step being carried out by cathodic sputtering of an electrode comprising at least one greedy material chosen to react with the reactive compound of the gas mixture.
  • Such a process makes it possible to produce an active filter by depositing an avid material by cathodic sputtering, this process being able to be carried out regularly in order to renew the filtering power of the active filter.
  • the filter is an active oxygen filter and the greedy material comprises a material chosen from Aluminum, Barium, Magnesium, Titanium, Zirconium, Tantalum, Niobium, Thorium, and rare earths, or a combination of these; this makes it possible to produce an active filter making it possible to capture oxygen;
  • the support is isolated in a closed chamber and the total pressure in the chamber is adjusted to a value below atmospheric pressure; this makes it possible to minimize the impact between the sprayed particles of the electrode material and particles of the ambient atmosphere, and thus increase the efficiency of the deposition process;
  • the deposit is made on a support installed in a pipe of a gas mixture filtration device in working order; this makes it possible to simplify the process for constituting and / or recharging the active filter and to reduce its duration;
  • the invention proposes a surface treatment device configured to carry out a method for constituting and / or recharging an active filter in accordance with the invention, the device comprising:
  • an electrode having different configurations including a configuration in which the electrode is located in the chamber and a configuration in which the electrode is located outside the chamber, the electrode being movable in translation
  • an actuator capable of driving the electrode in translation through the opening.
  • such a device is supplemented by the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the device further comprises an isolation valve capable of closing the opening; this makes it possible, when the electrode is in the chamber, to isolate the electrode from the gas flow;
  • the device further comprises a pump capable of producing an at least partial vacuum in the chamber; this makes it possible to limit the oxidation of the electrode;
  • the device comprises a first pipe, a support extending in the first pipe, an electrode located in the first pipe and supplied by a supply device configured to cause the deposit of the material of the electrode on the support by spraying electrode material when energized.
  • the invention provides a system for filtering a gas mixture, the filtration system comprising a surface treatment device in accordance with the invention, and at least one first pipe extending at least partially in a longitudinal direction and having a first opening configured to cooperate with the opening of the chamber, such that the actuator can translate the electrode so as to position the electrode in the first pipe for carrying out a process according to the invention.
  • the first pipe has a second opening and a third opening each equipped with a valve capable of closing their respective opening; this makes it possible to isolate the first pipe from the rest of the system, in particular when the electrode is positioned in the first pipe to carry out a method in accordance with the invention;
  • the system further comprises a second pipe having:
  • a diverter valve capable of closing off the second pipe and arranged so as to split the second pipe into a first section comprising the fourth and sixth opening, and a second section comprising the fifth and seventh opening, so that, when the valve deviation is closed, the gas flow passes through the first section, the first pipe and the second section; this makes it possible to divert the flow to the first pipe and therefore to the active filter, and also to maintain the circulation of the gas flow even when the first pipe is isolated in order to carry out a process according to the invention;
  • the first pipe further comprises a removable section capable of receiving a support configured to be covered with greedy material during the treatment step, the removable housing being configured to allow the installation and removal of the support in the first pipe; this makes it possible to facilitate the maintenance operations of the system.
  • the invention provides a system for filtering a gas mixture, the filtration system comprising a surface treatment device in accordance with one of the embodiments of the invention, a first device possibly comprising an enclosure , a gas recirculation system comprising:
  • a circulation pump configured to drive the flow circulating in the gas recirculation circuit, in which the first pipe of the surface treatment device is connected on the one hand to an isolation valve and on the other hand to the first segment.
  • the invention provides an additive manufacturing machine comprising an additive manufacturing enclosure connected to a system for filtering a gas mixture in accordance with the invention.
  • FIGS. la and lb represent a gas mixture filtration system equipped with a surface treatment device according to the invention, more precisely FIG. la represents the system in the surface treatment phase, FIG. operation;
  • FIGS. 2a, 2b and 2c represent different configurations of an electrode of a surface treatment device according to the invention, in particular as a function of the operating pressure range, respectively less than 1 mbar, between 1 and 100 mbar and , finally, around atmospheric pressure;
  • FIG. 3a and 3b show different configurations of a support for an active filter of a filtration system according to the invention
  • FIGS. 4a and 4b represent an embodiment of a gas mixture filtration system equipped with a surface treatment device according to the invention, more precisely FIG. 4a represents the system in the operating phase, FIG. 4b representing the system in the surface treatment phase
  • FIG. 5 shows an embodiment of a gas mixture filtration system equipped with a surface treatment device according to the invention.
  • FIG. 1a and 1b A gas mixture filtration system 1 is shown in FIG. 1a and 1b.
  • the filtration system 1 is configured to allow the routing of a flow of gas mixture from a first device A to a second device B.
  • the filtration system 1 can in particular be inserted in a closed circuit comprising for example a chamber of manufacture, a particulate filter, a cooler and a pump.
  • the atmosphere in the enclosure is circulated by circulating it in a closed recirculation circuit in which the active filter is inserted, - the active filter is located in the enclosure, in contact with the atmosphere.
  • the filtration system 1 comprises a first pipe 2, a second pipe 3 extending in parallel with the first pipe 2, and an active filter 21 arranged in the first pipe 2.
  • the gas mixture passing through the first pipe 2 circulates through the active filter 21 while coming into contact with the active filter 21, and is devoid of components reacting with the active filter 21.
  • Such an active filter 21 can be produced by means of a process for surface treatment by cathodic sputtering, carried out by means of a surface treatment device 4.
  • the active filter 21 is produced by depositing one or more thin layers of a material chosen on a support 20.
  • the material deposited on the support 20 is chosen as a function of its potential for reaction with the compound of the gas mixture passing through the filter which it is desired to filter.
  • an active filter 21 by depositing on the surface of the support 20 one or more layers of an avid material reacting with oxygen.
  • oxygen-hungry materials for example, we can mention aluminum (Al), barium (Ba), magnesium (Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr) tantalum (Ta), niobium, thorium (Th), rare earths (cerium, lanthanum, etc.).
  • the principle described here is not limited only to the trapping of oxygen, but it can be extended to other reactive gases, such as hydrogen or nitrogen monoxide, effectively captured by carbon-based filters, mono or carbon dioxide, effectively captured by boron-based mineral filters, etc.
  • the deposition step is carried out by means of a method of cathodic sputtering of an electrode 7 comprising at least one greedy material, therefore in the case of an oxygen filter a greedy material chosen from aluminum, barium, magnesium, titanium, zirconium, tantalum, niobium, thorium, and rare earths, or a combination thereof.
  • This electrode 7 is sprayed onto a receiving surface, for example the support 20, which thus has an active surface layer called an “active filter” 21.
  • This cathodic sputtering process has many advantages, in particular a relative simplicity of implementation and respect for the environment, limiting waste by using greedy solid materials as an electrode and not generating by-products.
  • This spraying process has other advantages, being effective for producing vapors at low temperature and advantageously avoiding, for example, the heating of the installation, as in the case of evaporation. Also spraying is possible over a wide pressure range, from secondary vacuum (pressure ⁇ 10 3 mbar) to atmospheric pressure.
  • cathodic sputtering consists of creating a plasma by polarizing an electrode (cathode) at a negative voltage, long enough (> 10 ps) to induce the tearing of the material (atoms, molecules) from the cathode by the positive plasma ions, a phenomenon commonly known as sputtering.
  • This pulverized material in the neutral state, has the characteristics of the material constituting the electrode, that is to say that for a metal electrode it is a question of particles of the same metal which are found in the gas phase, without reach the melting temperature of the electrode material. Spraying is a process which takes place out of thermodynamic equilibrium, and therefore at low temperature, unlike evaporation.
  • the metal particles thus formed are deposited on the surrounding surfaces. These particles can cross long distances practically without interacting with the gas, if the pressure is low ( ⁇ 10 3 mbar) and in this case they condense directly on the walls forming a greedy thin layer. On the contrary, at high pressure (around atmospheric pressure) the path traveled in the gas phase between two collisions is very low ( ⁇ 1 ⁇ m at 1 bar), and therefore the metal particles can act with the gas molecules long before they reach the wall. In this case, the deposited film is mainly composite. The filtering effect can therefore occur both in the gas phase and in the solid phase.
  • the active element is said to have been passivated.
  • a new layer of greedy material is added to the surface of the filter 21, which renews the reactive element with regard to the gaseous compound to be filtered, thus regenerating the active character of the filter 21.
  • Renewing the reagent with such a cathodic sputtering process makes it possible in particular to dispense with the prior step of treating the filter 21.
  • the discharge In order to improve the efficiency of the plasma, it is preferable to perform the discharge at a pressure lower than atmospheric pressure.
  • the support 20 can be isolated in a closed enclosure, then the total pressure in the enclosure can be adjusted to a value less than the atmospheric pressure.
  • Spraying under low pressure has several advantages: it makes it possible to reduce the working voltage, and therefore the power consumed; the density of the plasma is increased, hence the spraying efficiency; the mean free path of the pulverized metal particles is increased, and in fact the capacity of the particles to reach the deposition surface with a kinetic energy much greater than the thermal energy of the gas (a factor of 10 to 100), leading to a structuring or texturing of the deposit (for example, formation of nanometric or micrometric islands, growth in dendritic form, etc.).
  • a magnetic trapping of the electrons of the plasma it is possible to increase its density.
  • the electrode 7 must be electrically isolated from the support 20, and separated by a distance allowing easy ignition of a discharge plasma (according to the Paschen curve, for example, which fixes the minimum voltage to obtain the breakdown of a gas depending on the product working pressure by the distance between the electrodes).
  • the electrode can be supplied with high voltage (> kV) under direct voltage, with electrode 7 negatively polarized, or in radio frequency (RF), or pulsed, between electrode 7 and the support 20.
  • This voltage can also be bipolar.
  • the plasma can be filamentary (around atmospheric pressure), homogeneous (around mbar) or very high density, in the case of magnetic assistance for the discharge at very low pressure (around 10 2 mbar) and ionization by very high power pulses.
  • Electrode 7 Several configurations are possible for the electrode 7. By way of example, three configurations are presented.
  • FIG. 2a A first embodiment is illustrated in FIG. 2a. It is a cylindrical electrode, solid or hollow, and which comprises an arm allowing the voltage supply, the electrical insulation with respect to the enclosure and the axial movement of the assembly.
  • a plasma is generated around the electrode 7.
  • the positive ions of the plasma are accelerated by the high voltage towards the electrode 7 and produce its sputtering.
  • the metal vapor thus produced is deposited on the support 20.
  • a second embodiment is shown in Figure 2b. It is a star electrode 7, with a developed surface much greater than that of a cylinder. In fact, the deposition surface is also adjusted so as to accommodate the metal vapor sprayed on both sides of each blade of the electrode 7.
  • a third embodiment is shown in Figure 2c. This is an electrode 7 composed of a multitude of rods (or tubes) centered either with respect to the axis of a multitude of tubes 20 (supports) or of other structures (for example hexagons of the type Honeycomb).
  • this configuration makes it possible to increase the surface covered with active material.
  • the plasma can operate at high pressure (around atmospheric pressure) and in gas scavenging. The whole increases the efficiency of the process.
  • An advantageous solution is the use of a porous material, for example aluminum or zeolite, as illustrated in FIG. 3a.
  • the flow of gas F can pass through the porous material and react with the greedy material deposited on the support 20.
  • a fastening system 22 which makes it possible to keep the support 20 integral with the first pipe 2.
  • the support 20 must allow the insertion and retraction of the electrode, while ensuring a maximum of free surface.
  • the fixing system 22 comprises a plurality of flanges 23 allowing the positioning of the support 20 in a pipe, and a clamping ring 24 ensuring the maintenance in position of the support 20 in the pipe.
  • the deposition time By limiting the deposition time and by choosing the pair of greedy materials / deposition surface, it is possible to obtain nano and microparticles at the surface and not necessarily a continuous thin layer. If the deposition time is long, then a continuous and thick film is obtained. This film is formed from several monolayers of material stacked on top of each other. However, contact with the gas is only made with the surface atoms, therefore the material deposited below, in the case of a thick film, is inactive for filtering (screened by the surface layer).
  • porous or cellular materials are very good candidates for this type of growth.
  • the gas flow F is thus distributed in an elongated circuit and therefore travels a greater distance in contact with the walls of the active filter 21.
  • a system of multiple walls and flutes forces the flow of gas through the areas determined by the geometry of the support 20, with deposition of active material, thus increasing the capture efficiency. oxygen through the active filter.
  • the support 20 comprises a plurality of parallel channels in which the gas flow F circulates.
  • the electrode 7 comprises a plurality of cylindrical bodies arranged in an arrangement corresponding to the channels of the support 20. The cylindrical bodies of the electrode 7 are therefore at least partially inserted into the channels in order to achieve the active filter 21.
  • Such a method is carried out in particular by means of a surface treatment device 4.
  • the surface treatment device 4 shown in Figures la, lb, 4a and 4b, comprises a chamber 5 extending in a longitudinal direction in which an electrode 7 is housed when the surface treatment device 4 is not operating.
  • the surface treatment device 4 comprises an actuator 9 capable of driving the electrode 7 in longitudinal translation in the chamber 5 and through the opening 6.
  • the surface treatment device 4 comprises a supply device 8 configured to supply the electrode 7 whatever its position.
  • the surface treatment device 4 can therefore be implemented by deploying the electrode 7 outside the chamber 5 by means of the actuator 9 until the electrode is located opposite a support 20 or a surface to be treated.
  • the supply device 8 supplies the electrode 7, leading to the atomization of the electrode 7 and to the deposition of a layer of material constituting the electrode 7 on the surface of the support 20, thus producing the active filter 21.
  • the opening 6 can be equipped with an isolation valve 11 capable of closing off the opening 6.
  • the electrode 7 is placed in the chamber 5 and isolated from the gas mixture passing through the first pipe 2, which makes it possible to limit the oxidation of the gas. 'electrode 7.
  • the surface treatment device 4 also comprises a pump 12 capable of producing an at least partial vacuum in the chamber 5. This makes it possible to create an at least partial vacuum in the chamber 5 when the surface treatment device 4 is not in operation, which limits the oxidation of the electrode 7.
  • This also makes it possible to create a partial vacuum in the entire space connected to the chamber 5 during a surface treatment step.
  • Such a surface treatment device 4 can in particular be connected or installed on a filtration system 1 for a gas mixture.
  • the chamber 5 of the surface treatment device 4 can be configured to cooperate with a pipe, for example the first pipe 2 of a filtration system 1 for a gas mixture.
  • the opening 6 of the chamber 5 is configured to cooperate with a first opening 10 of the first pipe 2, so that the actuator 9 can translate l 'electrode 7 so as to position the electrode 7 in the first pipe 2 in order to implement a method for constituting and / or recharging an active filter 21 in the first pipe 2.
  • the support 20 is arranged in the first pipe 2, and the electrode 7 is brought to the level of the support
  • the first pipe 2 can comprise elements configured (for example similar to those presented in FIG. 3b) to be covered with greedy material by the electrode 7 and thus form the filter.
  • the first pipe 2 has a second opening 13 and a third opening 14 each equipped with a valve 15a, 15b capable of closing their respective opening, the second opening 13 and the third opening 14 opening into the second pipe 3. Thanks to the valves 15a, 15b, the first pipe 2 can be isolated from the rest of the active filtration circuit during a surface treatment step, which makes it possible to improve the efficiency of the surface treatment by limiting the dispersion of the particles of greedy material, and to create a vacuum, thanks to the pump 12, in an enclosure reduced to a minimum, comprising only the chamber 5, the first pipe 2 and the surface to be treated.
  • the second line 3 comprises:
  • a deflection valve 18 capable of closing off the second pipe 3 and arranged so as to split the second pipe 3 into a first section 3a comprising the fourth 16a and sixth opening 17a, and a second section 3b comprising the fifth 16b and seventh opening 17b , so that, when the deflection valve 18 is closed, the gas flow passes through the first section 3a, the first pipe 2 and the second section 3b.
  • Such an architecture makes it possible, in a first configuration (valve 15a, 15b closed, deflection valve 18 open, isolation valve 11 open), to maintain the flow of gas flow F between the first device A and the second device B even at during a surface treatment step, while isolating the treated area from the rest of the circuit.
  • device A can be the enclosure of an additive manufacturing machine, and device B a passive filter. If the gas injected into device A is recirculated, then at the outlet of device B it is led by a pipe 25 to a circulator or circulation pump 33 which forces the gas, purified after passing through the passive filter, to enter the device A.
  • a circulator or circulation pump 33 which forces the gas, purified after passing through the passive filter, to enter the device A.
  • This also makes it possible, in a second configuration (valve 15a, 15b open, diverter valve 18 closed, isolation valve 11 closed), to direct the flow F of gas towards the active filter 21.
  • the gas can be also recirculated between devices A and B using pipe 25 and circulator 33.
  • the first pipe 2 further comprises a removable section 19 able to receive the support 20 configured to be covered with greedy material during the treatment step, the removable section 19 being configured to allow the installation and removal. of the support 20 in the first pipe 2.
  • the support can thus be easily replaced, if necessary, in order to facilitate maintenance operations.
  • the process of activating the active filter 21 can comprise three steps:
  • Step 1 Vacuuming the chamber 5 housing the electrode 7. This is carried out initially with the isolation valve 11 closed and subsequently the isolation valve 11 is open, but the valves 15a, 15b are still closed. Once the set pressure has been reached in chamber 5 and the first pipe 2, the activation step can begin.
  • Step 2 The electrode 7 is moved from the chamber 5 to the first pipe 2, in the deposit position, in particular illustrated in FIG.
  • a high voltage direct, radiofrequency or pulsed
  • the duration of the deposit will depend on several parameters, in particular the rate. spraying capacity, the working pressure, the quantity of material to be deposited, depending on the required greedy capacity, etc.
  • the electrode 7 is returned to the chamber 5, the isolation valve 11 is closed and it is preserved under vacuum.
  • Step 3 Once the surface of the support 20 has been activated, that is to say having received the deposit of 'pure' (non-oxidized) metal on its surface, the gas passage is blocked along the second pipe 3 using valve 18 of deviation and diverted through the first pipe 2 by opening the two valves 15a, 15b. This configuration is illustrated in particular in FIG. 1b.
  • the support 20 can be translated in the pipe 5 and the electrode 7 is kept in a fixed position. It is also possible to have two supports, with substantially different diameters, so that a first support 20 is isolated (valve 14 closed) in the duct 5, surrounding the electrode 7, while a second support is in section 19. Thus, while the first support 20 is activated by the spraying described in step 2, the second support, activated previously, acts as an active filter 21 in section 19. After a chosen duration, in In accordance with the saturation time of the second support, the first freshly activated support 20 is translated into the section 19 and the second support is in turn moved in the conduit 5, around the electrode 7. The regeneration of the layer s' active on the second support according to step 2.
  • FIG. 4a and 4b A second embodiment is shown in Figures 4a and 4b, in which a filtration system 1 is fitted to a first device A, and comprises a first pipe 2 and a surface treatment device 4.
  • the opening 6 can be equipped with an isolation valve 11 capable of closing off the opening 6.
  • the first pipe 2 comprises a second opening 13 and a third opening 14, the second opening 13 being equipped with a valve 15 capable of closing off said opening, the second opening 13 being in fluid communication with the first device A, the third opening 14 being closed by a cover and intended to allow the replacement of the support 20 in the first pipe 2.
  • the filtration system 1 is assembled with a first device A comprising a machine for additive manufacturing.
  • the second device B may include a cover closing off the first pipe 2.
  • the first device A comprises an additive manufacturing machine using an electron beam to achieve material fusion
  • a low pressure is preferable so as to limit the energy dissipation of the beam by shocks between the beams. gaseous atmosphere particles and beam electrons.
  • the second device B it is then advantageous for the second device B to include a pump capable of reducing the pressure in the first device A, the second device B also possibly comprising a filter.
  • the process of activating the active filter comprises three steps, and which are similar, at least for the first two, to those described above.
  • Step 1 The chamber 5 housing the electrode 7 is placed under vacuum by a pump 12 with the isolation valve 11 closed, as illustrated in FIG. 4a. By opening the isolation valve 11 and leaving the valve 15 closed, the pressure is also lowered in the pipe 2 to the desired setpoint.
  • Step 2 The electrode 7 is moved in front of the support 20 which must have the largest possible specific surface, as illustrated in FIG. 4b. By applying a high voltage (direct, radiofrequency or pulsed) to this electrode 7, it is then possible to obtain an electric discharge between the electrode 7 and the support 20. At the end of the deposition, the electrode 7 is put back in. its chamber 5, the isolation valve 11 is closed and it is preserved under vacuum.
  • a high voltage direct, radiofrequency or pulsed
  • Step 3 With the deposition surface activated, that is to say with the pure metal deposited on the surface of the support 20, the first device A is placed in fluid connection with the first pipe 2 by opening the valve 15. Thus, the gas present in enclosure A will fill the first pipe 2 and the activated surfaces will capture molecules of reactive gas.
  • This variant is effective for processes which operate in a static atmosphere, without gas recirculation.
  • FIG. 5 Another embodiment is shown in FIG. 5, in which a filtration system 1 comprising a first pipe 2 and a surface treatment device 4 equips a gas recirculation system 25 with an enclosure A.
  • the gas recirculation system 25 comprises an intake 26 and an exhaust 27 both opening into the enclosure A, each of these openings being able to be fitted with an isolation valve 15, 29.
  • the filtration system 1 is positioned near the inlet 26, so that the valve 15 of the first pipe 2 is located at the level of the inlet 26.
  • the isolation valves 15, 29 allow the isolation of the enclosure A of the filtration system 1 and of the gas recirculation circuit 25.
  • the gas recirculation circuit 25 further comprises a first segment 30 of pipe and a second segment 31 of pipe connected by means of a shut-off valve 32, and a circulation pump 33 configured to drive the flow circulating in the circuit. gas recirculation 25.
  • the first pipe 2 of the filtration system 1 is connected on the one hand to an isolation valve 15 and on the other hand to the first segment 30.
  • the filtration system 1 can therefore be isolated by closing the isolation valve 15 and the block valve 32. This is particularly advantageous during the process for activating the active filter.
  • the method of activating the active filter comprises three steps, which are different from those described above in that the electrode 7 is fixed and that the activation system 4 operates at or near atmospheric pressure and continuously.
  • Step 1 The circulation of the gas (indicated by arrows in Figure 5) allows a flow to be made from enclosure A to the first pipe 2 housing the electrode 7. This circulation is forced by the pump 33 and can be stopped if the block valve 32 is closed. By opening the isolation valves 15 and 29, the gas from enclosure A enters into the first segment 30.
  • Step 2 The electrode 7 suitably placed between the interstices of the support 20, allows the ignition and maintenance of a plasma for a range of pressures substantially close to atmospheric pressure.
  • the distance between a surface portion of the electrode 7 and a surface portion of the support 20 located opposite the surface portion of the electrode 7 is between 10 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • a plasma is generated between the electrodes 7 and 20, which can be continuous or pulsed, or even radiofrequency. This plasma ensures a spraying towards the surface of the support 20 having the greatest possible specific surface (multiple tubes, honeycomb configuration, etc.).
  • Step 3 The gas from enclosure A is forced to pass through the grooves of the support 20 by the fluid connection with the first pipe 2, by opening the isolation valves 15, 29 and sectioning 32 and by activating the recirculation pump 33.
  • the gas present in enclosure A will come into contact with the activated surfaces which will capture molecules of reactive gas.
  • the circulator or circulation pump 33 does not necessarily lower the pressure of the gas or gases which it circulates.
  • the device of this embodiment can have several modes of operation. These are possible modes for application to the filtration of oxygen (or another reactive gas) at pressures substantially equal to atmospheric pressure.
  • Mode 1 Optimization of filter refill Enclosure A is isolated from pipe 2 and from the recirculation pipe (30 and 31) by closing valves 15 and 29, but keeping valve 32 open.
  • the pressure is lowered in the pipe 2 housing the electrode 7.
  • the pump 33 was presented above as a circulation pump. If we want to be able to decrease the pressure as proposed here, we must add to the device a member for this purpose such as a vacuum pump opening out of the gas circuit, or put there a 3-way valve associated with the pump 33 to extract gas from line 31.
  • the pressure is lowered, for example, until a value of between 1 and 10 4 Pa (0.01 and 100 mbar), and preferably between 10 and 100 Pa (0.1 to 10 mbar)) is obtained.
  • the generation or regeneration of the active filter is carried out as explained in step 2 presented above.
  • the electric power applied by the unit 8 to the electrode 7 is particularly effective for the spraying of the metal and the generation of an active film on the supports 20.
  • the filter is operational to adsorb the residual oxygen in the gas which will come into contact with the film deposited on the supports 20.
  • This operation (or mode of implementation) can be repeated as many times as necessary, even in masked time.
  • the gas from enclosure A penetrates into the first segment 30 and comes into contact with the activated filter.
  • the system can subsequently operate statically, with valve 32 and pump 33 closed, or dynamically - in gas recirculation - with valve 32 open and pump 33 operating so as to create forced circulation of the gas. work filling enclosure A in conduits 2, 30 and 31.
  • This operating mode allows the gas recirculation of enclosure A and requires a single filling thereof.
  • the spray device can operate continuously or intermittently by supplying the electrode 7 with a power delivered by the power supply 8 during the circulation of gas in the conduits 2, 30 and 32.
  • the efficiency of the spraying cathode decreases with increasing pressure, sputtering is possible at pressures close to atmospheric pressure and above, particularly for radiofrequency (RF) or pulse operation of the plasma between elements 7 and 20.
  • RF radiofrequency
  • This same system makes it possible to lower the pressure in enclosure A. This is the case, for example, after opening a door putting the interior of the enclosure in communication with the outside, following loading for a new task, for example the additive manufacturing of a new part.
  • valves 15 and 32 are kept closed, the valve 29 is open and the aforementioned device making it possible to reduce the pressure in the pipe 31 is activated.
  • the gas pressure in the pipe 31 and in the enclosure A The closing of the valves 15 and 32 makes it possible to maintain the filter previously deposited on the support 20 in an active state.
  • Mode 4 Dismantling or intervention on the active filtration system
  • filtration systems 1 can be placed along the same gas pipe.
  • the second is activated.
  • the gas is forced to pass through the second (activated) and the first is isolated, initiating the activation procedure.
  • This split installation can operate with a single pumping system and with a single power supply, suitably reducing the cost, and significantly increasing the efficiency of the process.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement surfacique pour constituer un filtre actif (21) pour un composé réactif d'un mélange gazeux, le procédé comportant une étape de dépôt d'au moins une couche d'un matériau avide à la surface d'un support, l'étape de dépôt étant réalisée par pulvérisation cathodique d'une électrode (7) comportant au moins un matériau avide choisi pour réagir avec le composé réactif du mélange gazeux.

Description

TRAITEMENT SURFACIQUE PAR PULVERISATION CATHODIQUE POUR FILTRE ACTIF
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine technique général des filtres actifs.
Elle propose en particulier un procédé pour la constitution et/ou le rechargement d'un tel filtre actif.
Elle propose également un dispositif de traitement surfacique pour la mise en œuvre de ce procédé.
Au cours de certains procédés de production et de fabrication de pièces, ou certaines opérations de recherches, il est nécessaire de réaliser un vide, au moins partiel, dans une enceinte afin d'obtenir des résultats optimaux.
C'est notamment le cas, par exemple, lors de procédés de fabrication de pièces métalliques en atmosphère dépourvue d'oxygène, comme les procédés de fabrication additive.
Dans le cas particulier des procédés de fabrication additive, une atmosphère dépourvue d'oxygène est particulièrement recherchée afin d'éviter les phénomènes d'oxydation de la pièce au cours d'une opération.
Au cours d'une fabrication additive, les phénomènes d'oxydation peuvent entraîner la formation de phases d'oxydes dans le matériau et former des discontinuités dans les caractéristiques mécaniques de la pièce finale.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Différentes techniques sont classiquement connues, comme placer la pièce dans une atmosphère d'azote, ou de gaz inerte, au cours du procédé de fabrication, ou encore propulser des gaz inertes chimiquement par rapport à la pièce dans les zones de la pièce qui sont concernées par le procédé de production, par exemple au cours d'un soudage. Dans certains modes de réalisation, la pièce est placée dans une atmosphère dans laquelle on réalise un vide partiel, de manière à travailler à très basse pression.
La réalisation de ces vides partiels présente néanmoins des limites concernant le contrôle de la composition du gaz persistant dans l'enceinte, et notamment ne permet pas de s'assurer que l'oxygène soit éliminé de l'enceinte.
Des phénomènes d'oxydation partielle de la pièce sont donc observés, ce qui impose des limites techniques fortes pour l'utilisation des pièces réalisées selon ces procédés.
Dans l'art antérieur, des procédés de filtrage actif d'un flux de gaz transitant dans une conduite ont été proposés. Un tel filtrage peut être réalisé de manière à filtrer un composant particulier par réaction chimique.
Un tel procédé repose sur le principe du renouvellement périodique d'une surface dite avide (en anglais « getter », qui désigne un matériau réactif délibérément placé sur une surface en contact avec un gaz avec l'objectif d'améliorer la qualité dudit gaz par le piégeage des traces d'un autre gaz que l'on veut éliminer et qui réagit avec le matériau).
Le matériau avide agit lorsque les molécules de gaz entrent en contact avec les matériaux réactifs, conduisant à des réactions chimiques (absorption ou adsorption) des molécules de gaz à la surface solide.
Ainsi, l'atmosphère gazeuse se trouve 'purifiée' de certains gaz réactifs, ou plus précisément la fraction de gaz réactif dans l'atmosphère diminue proportionnellement à la quantité de l'espèce qui est piégée sur la surface avide.
La capacité d'avidité est définie à partir du produit pression volume de gaz (de la loi des gaz parfaits p*V = n*kB*T ; avec n la densité volumique de molécules, kB la constante de Boltzmann et T la température du gaz), exprimée en Pa * m3.
Afin de rendre compte de l'activité chimique de l'élément avide, ce produit p*V est divisé par la masse de matériau avide qui est proportionnelle au nombre de sites actifs, et est exprimée en soit Pa * m3 /g. Toutefois, les procédés classiques de réalisation de tels filtres actifs sont longs, coûteux et difficiles à mettre en œuvre.
Notamment, la régénération du potentiel filtrant de tels filtres actifs est classiquement réalisée par réduction chimique, au cours d'un procédé long et contraignant.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de permettre de réaliser un filtre actif au moyen d'un procédé plus performant que les procédés de l'art antérieur.
Un autre but est de permettre la réactivation d'un filtre actif sur un système fonctionnel de filtration de mélange gazeux.
L'invention propose un procédé pour la constitution et/ou le rechargement d'un filtre actif apte à piéger au moins un composé réactif d'un mélange gazeux, le procédé comportant une étape de dépôt d'au moins une couche partielle ou pleine d'un matériau avide à la surface d'un support, l'étape de dépôt étant réalisée par pulvérisation cathodique d'une électrode comportant au moins un matériau avide choisi pour réagir avec le composé réactif du mélange gazeux.
Un tel procédé permet de réaliser un filtre actif par dépôt d'un matériau avide par pulvérisation cathodique, ce procédé pouvant être réalisé régulièrement afin de renouveler le pouvoir filtrant du filtre actif.
Avantageusement, un tel procédé est complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le filtre est un filtre actif à oxygène et le matériau avide comporte un matériau choisi parmi l'Aluminium, le Baryum, le Magnésium, le Titane, le Zirconium, le Tantale, le Niobium, le Thorium, et les terres rares, ou une combinaison de ceux-ci ; cela permet de réaliser un filtre actif permettant de capter l'oxygène ;
- le support est isolé dans une enceinte fermée et on règle la pression totale dans l'enceinte, à une valeur inférieure à la pression atmosphérique ; cela permet de minimiser les chocs entre les particules pulvérisées du matériau de l'électrode et les particules de l'atmosphère ambiante, et ainsi d'augmenter l'efficacité du procédé de dépôt ;
- le dépôt est réalisé sur un support installé dans une canalisation d'un dispositif de filtration de mélange gazeux en ordre de marche ; cela permet de simplifier le procédé pour constituer et/ou recharger le filtre actif et d'en diminuer la durée ;
Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de traitement surfacique configuré pour réaliser un procédé pour constituer et/ou recharger un filtre actif conforme à l'invention, le dispositif comprenant :
- une chambre présentant une ouverture,
- une électrode présentant différentes configurations dont une configuration dans laquelle l'électrode est située dans la chambre et une configuration dans laquelle l'électrode est située hors de la chambre, l'électrode étant mobile en translation,
- un dispositif d'alimentation de l'électrode,
- un actionneur apte à entraîner l'électrode en translation à travers l'ouverture.
Avantageusement, un tel dispositif est complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le dispositif comporte en outre une vanne d'isolation apte à obturer l'ouverture ; cela permet, lorsque l'électrode est dans la chambre, d'isoler l'électrode du flux de gaz ;
- le dispositif comporte en outre une pompe apte à réaliser un vide au moins partiel dans la chambre ; cela permet de limiter l'oxydation de l'électrode ;
- le dispositif comporte comportant une première canalisation, un support s'étendant dans la première canalisation, une électrode située dans la première canalisation et alimentée par un dispositif d'alimentation configuré pour entraîner le dépôt du matériau de l'électrode sur le support par pulvérisation du matériau de l'électrode lorsqu'elle est alimentée.
Selon un autre aspect, l'invention propose un système de filtration d'un mélange gazeux, le système de filtration comportant un dispositif de traitement surfacique conforme à l'invention, et au moins une première canalisation s'étendant au moins partiellement selon une direction longitudinale et présentant une première ouverture configurée à coopérer avec l'ouverture de la chambre, de telle manière que l'actionneur peut entraîner en translation l'électrode de manière à positionner l'électrode dans la première canalisation pour réaliser un procédé conforme à l'invention.
Un tel système est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la première canalisation présente une deuxième ouverture et une troisième ouverture chacune équipée d'une vanne apte à obturer leur ouverture respective ; cela permet d'isoler la première canalisation du reste du système, notamment lorsque l'électrode est positionnée dans la première canalisation pour réaliser un procédé conforme à l'invention ;
- le système comporte en outre une deuxième canalisation présentant :
- une quatrième ouverture en communication avec un premier dispositif,
- une cinquième ouverture en communication avec un deuxième dispositif,
- une sixième ouverture connectée à la deuxième ouverture,
- une septième ouverture connectée à la troisième ouverture,
- une vanne de déviation apte à obturer la deuxième canalisation et disposée de manière à scinder la deuxième canalisation en un premier tronçon comportant la quatrième et sixième ouverture, et un deuxième tronçon comportant la cinquième et septième ouverture, de telle sorte que, lorsque la vanne de déviation est fermée, le flux de gaz transite par le premier tronçon, la première canalisation et le deuxième tronçon ; cela permet de dévier le flux vers la première canalisation et donc vers le filtre actif, et également de maintenir la circulation du flux de gaz même lorsque la première canalisation est isolée pour réaliser un procédé conforme à l'invention ;
- la première canalisation comporte en outre un tronçon amovible apte à recevoir un support configuré pour être recouvert de matériau avide au cours de l'étape de traitement, le logement amovible étant configuré pour permettre la mise en place et le retrait du support dans la première canalisation ; cela permet de faciliter les opérations de maintenance du système.
Selon un autre aspect, l'invention propose un système de filtration d'un mélange gazeux, le système de filtration comportant un dispositif de traitement surfacique conforme à un des modes de réalisation de l'invention, un premier dispositif pouvant par exemple comprendre une enceinte, un système de recirculation de gaz comportant :
- une admission et un échappement débouchant toutes deux dans le premier dispositif, l'admission et l'échappement comprenant chacun une vanne d'isolation,
- un premier segment de canalisation et un deuxième segment de canalisation connectés au moyen d'une vanne de sectionnement,
- une pompe de circulation configurée pour entraîner le flux circulant dans le circuit de recirculation de gaz, dans lequel la première canalisation du dispositif de traitement surfacique est connectée d'une part à une vanne d'isolation et d'autre part au premier segment.
Selon un autre aspect, l'invention propose une machine de fabrication additive comprenant une enceinte de fabrication additive reliée à un système de filtration d'un mélange gazeux conforme à l'invention.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
- les figures la et lb représentent un système de filtration de mélange gazeux équipé d'un dispositif de traitement surfacique selon l'invention, plus précisément la figure la représente le système en phase de traitement surfacique, la figure lb représentant le système en phase de fonctionnement ; - les figures 2a, 2b et 2c représentent différentes configurations d'une électrode d'un dispositif de traitement surfacique selon l'invention, notamment en fonction du domaine de pression d'utilisation, respectivement inférieure à 1 mbar, entre 1 et 100 mbar et, enfin, autour de la pression atmosphérique ;
- les figures 3a et 3b représentent différentes configurations d'un support pour un filtre actif d'un système de filtration selon l'invention ;
- les figures 4a et 4b représentent un mode de réalisation d'un système de filtration de mélange gazeux équipé d'un dispositif de traitement surfacique selon l'invention, plus précisément la figure 4a représente le système en phase de fonctionnement, la figure 4b représentant le système en phase de traitement surfacique
- la figure 5 représente un mode de réalisation d'un système de filtration de mélange gazeux équipé d'un dispositif de traitement surfacique selon l'invention.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATION
Généralité :
Un système de filtration 1 de mélange gazeux est représenté en figure la et lb.
Le système de filtration 1 est configuré pour permettre l'acheminement d'un flux de mélange gazeux d'un premier dispositif A vers un deuxième dispositif B. Le système de filtration 1 peut notamment être inséré dans un circuit fermé comprenant par exemple une enceinte de fabrication, un filtre à particules, un refroidisseur et une pompe.
Dans certains modes de réalisation, par exemple dans le cas d'un système pour fabrication additive, il n'y a qu'un dispositif comprenant une enceinte dans laquelle la pièce est réalisée. Deux solutions sont alors envisagées :
- l'atmosphère de l'enceinte est brassée en la faisant circuler dans un circuit de recirculation fermé dans lequel le filtre actif est inséré, - le filtre actif est situé dans l'enceinte, au contact de l'atmosphère.
Le système de filtration 1 comporte une première canalisation 2, une deuxième canalisation 3 s'étendant en parallèle de la première canalisation 2, et un filtre 21 actif disposé dans la première canalisation 2.
Ainsi, le mélange gazeux transitant par la première canalisation 2 circule à travers le filtre actif 21 en rentrant en contact avec le filtre 21 actif, et est dépourvu des composants réagissant avec le filtre 21 actif.
Un tel filtre 21 actif peut être réalisé au moyen d'un procédé de traitement de surface par pulvérisation cathodique, réalisé au moyen d'un dispositif de traitement de surface 4.
Réalisation du filtre actif
Le filtre 21 actif est réalisé en déposant une ou plusieurs couches minces d'un matériau choisi sur un support 20.
Le matériau déposé sur le support 20 est choisi en fonction de son potentiel de réaction avec le composé du mélange gazeux transitant dans le filtre que l'on souhaite filtrer.
Par exemple, si on souhaite filtrer l'oxygène du mélange gazeux, il est possible de réaliser un filtre 21 actif en déposant à la surface du support 20 une ou plusieurs couches d'un matériau avide réagissant avec l'oxygène.
Parmi les matériaux avides d'oxygène, par exemple, on peut citer l'aluminium (Al), le baryum (Ba), le magnésium (Mg), le titane (Ti), le zirconium (Zr) le tantale (Ta), le niobium, le thorium (Th), les terres rares (cérium, lanthane, etc.).
Le principe décrit ici n'est pas limité seulement au piégeage de l'oxygène, mais il peut être étendu à d'autres gaz réactifs, tels l'hydrogène ou le monoxyde d'azote, captés efficacement par les filtres à base de carbone, le mono ou le dioxyde de carbone, captés efficacement par des filtres minéraux à base de bore, etc.
L'étape de dépôt est réalisée au moyen d'un procédé de pulvérisation cathodique d'une électrode 7 comportant au moins un matériau avide, donc dans le cas d'un filtre à oxygène un matériau avide choisi parmi l'aluminium, le baryum, le magnésium, le titane, le zirconium, le tantale, le niobium, le thorium, et les terres rares, ou une combinaison de ceux-ci.
Cette électrode 7 est pulvérisée sur une surface réceptrice, par exemple le support 20, qui présente ainsi une couche active en surface nommée 'filtre actif' 21.
Ce procédé de pulvérisation cathodique présente de nombreux avantages, notamment une relative simplicité de mise en œuvre et un respect de l'environnement, limitant les déchets par l'utilisation des matériaux avides solides comme électrode et ne générant pas de sous- produits. Ce procédé de pulvérisation présente d'autres avantages, étant efficace pour produire des vapeurs à basse température et évitant avantageusement, par exemple, le chauffage de l'installation, comme dans le cas de l'évaporation. Aussi la pulvérisation est possible sur une large gamme de pression, allant du vide secondaire (pression < 103 mbar) jusqu'à la pression atmosphérique.
Le principe de la pulvérisation cathodique consiste à créer un plasma en polarisant une électrode (cathode) à une tension négative, suffisamment longtemps (> 10 ps) afin d'induire l'arrachement de la matière (atomes, molécules) de la cathode par les ions positifs du plasma, phénomène communément appelé pulvérisation ('sputtering' en anglais).
Cette matière pulvérisée, à l'état neutre, présente les caractéristiques du matériau constitutif de l'électrode, c'est-à-dire que pour une électrode métallique il s'agit de particules du même métal qui se retrouvent en phase gazeuse, sans atteindre la température de fusion du matériau de l'électrode. La pulvérisation est un processus qui se passe hors équilibre thermodynamique, donc à basse température, contrairement à l'évaporation.
Les particules métalliques ainsi formées se déposent sur les surfaces environnantes. Ces particules peuvent traverser des longues distances pratiquement sans interagir avec le gaz, si la pression est faible (< 103 mbar) et dans ce cas elles se condensent directement sur les parois formant une couche mince avide. Au contraire, à haute pression (autour de la pression atmosphérique) le chemin parcouru en phase gazeuse entre deux collisions est très faible (< 1 pm à 1 bar), et donc les particules métalliques peuvent agir avec les molécules de gaz bien avant de rejoindre la paroi. Dans ce cas le film déposé est majoritairement composite. L'effet filtrant peut se manifester donc aussi bien en phase gazeuse qu'en phase solide.
Si les particules métalliques composant le filtre 21 ont déjà réagi avec le gaz, alors on dit que l'élément actif a été passivé.
En outre, afin de « régénérer » le pouvoir filtrant du filtre 21 actif, il est possible de réitérer l'étape de pulvérisation au bout d'un certain nombre de cycles de fonctionnement du filtre 21.
Une nouvelle couche de matériau avide est ajoutée à la surface du filtre 21, ce qui renouvelle l'élément réactif au regard du composé gazeux à filtrer, régénérant ainsi le caractère actif du filtre 21.
Le renouvellement de réactif avec un tel procédé de pulvérisation cathodique permet notamment de se passer d'étape préalable de traitement du filtre 21.
Cela permet notamment de limiter fortement la durée de régénération du filtre 21 en se passant d'étapes de réduction chimiques des procédés de l'art antérieur.
Afin d'améliorer l'efficacité du plasma, il est préférable de réaliser la décharge à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Avantageusement, au cours du procédé pour constituer et/ou recharger le filtre actif, et avant l'étape de dépôt, on peut isoler le support 20 dans une enceinte fermée, puis régler la pression totale dans l'enceinte à une valeur inférieure à la pression atmosphérique.
La pulvérisation sous une basse pression présente plusieurs avantages : cela permet de réduire la tension de travail, donc la puissance consommée ; la densité du plasma est augmentée, donc l'efficacité de pulvérisation ; le libre parcours moyen des particules métalliques pulvérisées est augmenté, et de fait la capacité des particules à atteindre la surface de dépôt avec une énergie cinétique bien supérieure à l'énergie thermique du gaz (un facteur 10 à 100), conduisant à une structuration ou une texturation du dépôt (par exemple, formation d'ilots nanométriques ou micrométriques, croissance en forme dendritique, etc.). En option, il est possible d'utiliser un piégeage magnétique des électrons du plasma pour augmenter sa densité.
L'électrode 7 doit être isolée électriquement du support 20, et séparée par une distance permettant l'allumage aisé d'un plasma de décharge (suivant la courbe de Paschen, par exemple, qui fixe le minimum de tension pour obtenir le claquage d'un gaz en fonction du produit pression de travail par la distance entre les électrodes).
L'alimentation de l'électrode peut être réalisée en haute tension, (> kV) sous tension continue, avec l'électrode 7 polarisée négativement, ou alors en radio fréquence (RF), ou impulsionnelle, entre l'électrode 7 et le support 20. Cette tension peut aussi être bipolaire.
Suivant la pression de travail, le plasma peut être filamentaire (autour de la pression atmosphérique), homogène (autour du mbar) ou de très haute densité, dans le cas de l'assistance magnétique de la décharge à très basse pression (autour de 102 mbar) et de l'ionisation par des impulsions de très haute puissance.
Plusieurs configurations sont possibles pour l'électrode 7. A titre d'exemple, trois configurations sont présentées.
Un premier mode de réalisation est illustré en figure 2a. Il s'agit d'une électrode cylindrique, massive ou creuse, et qui comporte un bras permettant l'alimentation en tension, l'isolation électrique par rapport à l'enceinte et le mouvement axial de l'ensemble. En appliquant la haute tension, un plasma est généré autour de l'électrode 7. Les ions positifs du plasma sont accélérés par la haute tension vers l'électrode 7 et produisent sa pulvérisation. La vapeur métallique ainsi produite se dépose sur le support 20.
Un second mode de réalisation est représenté en Figure 2b. Il s'agit d'une électrode 7 en étoile, avec une surface développée bien supérieure à celle d'un cylindre. De fait, la surface de dépôt est également ajustée de façon à accueillir la vapeur métallique pulvérisée des deux côtés de chaque pale de l'électrode 7. Un troisième mode de réalisation est représenté en Figure 2c. Il s'agit d'une électrode 7 composée d'une multitude de tiges (ou tubes) centrées soit par rapport à l'axe d'une multitude de tubulures 20 (supports) soit d'autres structures (en exemple des hexagones de type nid d'abeille). Avantageusement, cette configuration permet d'augmenter la surface recouverte de matière active. En outre, le plasma peut fonctionner à haute pression (autour de la pression atmosphérique) et en balayage de gaz. L'ensemble augmente l'efficacité du procédé.
Afin d'assurer aussi une surface spécifique de dépôt élevée, plusieurs configurations de supports 20 sont possibles. A titre d'exemple deux configurations sont présentées dans les Figures 3a et 3b.
Une solution intéressante est l'utilisation d'un matériau poreux, par exemple en aluminium ou en zéolithe, tel qu'illustré en figure 3a.
Le flux de gaz F peut traverser le matériau poreux et réagir avec le matériau avide déposé sur le support 20.
Un système de fixation 22 qui permet de maintenir le support 20 solidaire avec la première canalisation 2. Le support 20 doit permettre l'insertion et la rétraction de l'électrode, tout en assurant un maximum de surface libre.
Dans le mode de réalisation représenté, le système de fixation 22 comprend une pluralité de brides 23 permettant la mise en position du support 20 dans une canalisation, et une bague de serrage 24 assurant le maintien en position du support 20 dans la canalisation.
En limitant le temps de dépôt et en choisissant le couple de matériaux avide/surface de dépôt, il est possible d'obtenir des nano et microparticules à la surface et non nécessairement une couche mince continue. Si la durée de dépôt est longue, alors un film continu et épais est obtenu. Ce film est formé de plusieurs monocouches de matière empilées les unes sur les autres. Seulement, le contact avec le gaz se fait uniquement avec les atomes de surface, donc la matière déposée en dessous, dans le cas d'un film épais, est inactive pour le filtrage (écranté par la couche superficielle).
Pour augmenter l'efficacité du procédé, il faut maximiser le nombre d'atomes en surface. Ceci est obtenu pour des agrégats (clusters) de taille nanométrique. Parfois, ces clusters sont reliés par un film très mince (quelques monocouches) et continu. Cette structuration est nommée 2D1/2.
Une autre structuration, colonnaire et relativement poreuse est possible parfois, pour des films plus épais. Ce mécanisme de croissance est nommé 3D. Dans ce cas aussi la surface active est bien plus grande que la surface apparente du film, car à l'échelle atomique le gaz peut diffuser le long des pores (colonnes) et se faire piéger.
En outre, les matériaux poreux ou alvéolaires (y compris les céramiques) sont des très bons candidats pour ce type de croissance.
Une autre solution comprend une division de la surface de dépôt en sous-ensembles (comme les pales d'une hélice), appelés pellets et présentée en Figure 3b. Ainsi, la surface est multipliée, tout en gardant une forme précise et un contrôle du circuit d'écoulement des gaz.
Le flux de gaz F est ainsi distribué selon un circuit allongé et parcourt de ce fait une distance plus importante au contact des parois du filtre 21 actif.
Optionnellement, un système de multiples parois et de cannelures, tel qu'illustré en Figure 2c, force l'écoulement du gaz à traverser les zones déterminées par la géométrie du support 20, avec du dépôt de matériau actif, augmentant ainsi le rendement de capture de l'oxygène par le filtre actif. Dans ce mode de réalisation, le support 20 comporte une pluralité de canaux parallèles dans lesquels le flux de gaz F circule. Afin de réaliser le filtre actif 21, l'électrode 7 comporte une pluralité de corps cylindriques disposés selon un arrangement correspondant aux canaux du support 20. Les corps cylindriques de l'électrode 7 sont donc au moins partiellement insérés dans les canaux afin de réaliser le filtre actif 21. Un tel procédé est notamment réalisé au moyen d'un dispositif de traitement surfacique 4.
Dispositif de traitement surfacique
Le dispositif de traitement surfacique 4, représenté en figures la, lb, 4a et 4b, comporte une chambre 5 s'étendant dans une direction longitudinale dans laquelle est logée une électrode 7 lorsque le dispositif de traitement surfacique 4 ne fonctionne pas.
La chambre 5 présente une ouverture 6.
Le dispositif de traitement surfacique 4 comporte un actionneur 9 apte à entraîner l'électrode 7 en translation longitudinale dans la chambre 5 et à travers l'ouverture 6.
Le dispositif de traitement surfacique 4 comprend un dispositif d'alimentation 8 configuré pour alimenter l'électrode 7 quelle que soit sa position.
Le dispositif de traitement surfacique 4 peut donc être mis en œuvre en déployant l'électrode 7 hors de la chambre 5 au moyen de l'actionneur 9 jusqu'à ce que l'électrode soit située en regard d'un support 20 ou d'une surface à traiter.
Le dispositif d'alimentation 8 alimente l'électrode 7, conduisant à la pulvérisation de l'électrode 7 et au dépôt d'une couche de matériau constituant l'électrode 7 à la surface du support 20, réalisant ainsi le filtre 21 actif.
Avantageusement, l'ouverture 6 peut être équipée d'une vanne 11 d'isolation apte à obturer l'ouverture 6.
De cette manière, lorsque le dispositif de traitement surfacique 4 n'est pas en fonctionnement, l'électrode 7 est disposée dans la chambre 5 et isolée du mélange gazeux transitant dans la première canalisation 2, ce qui permet de limiter l'oxydation de l'électrode 7.
Avantageusement, le dispositif de traitement surfacique 4 comporte aussi une pompe 12 apte à réaliser un vide au moins partiel dans la chambre 5. Cela permet de faire un vide au moins partiel dans la chambre 5 lorsque le dispositif de traitement surfacique 4 n'est pas en fonctionnement, ce qui limite l'oxydation de l'électrode 7.
Cela permet également de faire un vide partiel dans tout l'espace connecté à la chambre 5 lors d'une étape de traitement surfacique.
Un tel dispositif de traitement surfacique 4 peut notamment être connecté ou installé sur un système de filtration 1 de mélange gazeux.
Système de filtration
En effet, la chambre 5 du dispositif de traitement surfacique 4 peut être configurée pour coopérer avec une canalisation, par exemple la première canalisation 2 d'un système de filtration 1 de mélange gazeux.
Dans un premier mode de réalisation illustré par les figures la et lb, l'ouverture 6 de la chambre 5 est configurée pour coopérer avec une première ouverture 10 de la première canalisation 2, de telle manière que l'actionneur 9 peut entraîner en translation l'électrode 7 de manière à positionner l'électrode 7 dans la première canalisation 2 pour mettre en œuvre un procédé pour constituer et/ou recharger un filtre actif 21 dans la première canalisation 2.
Dans ce premier mode de réalisation, le support 20 est disposé dans la première canalisation 2, et l'électrode 7 est amenée au niveau du support
20 par l'actionneur 9 avant d'être activée pour réaliser le procédé de traitement surfacique.
En variante, la première canalisation 2 peut comporter des éléments configurés (par exemple similaires à ceux présentés dans la figure 3b) pour être recouverts de matériau avide par l'électrode 7 et ainsi former le filtre
21 actif.
La première canalisation 2 présente une deuxième ouverture 13 et une troisième ouverture 14 chacune équipée d'une vanne 15a, 15b apte à obturer leur ouverture respective, la deuxième ouverture 13 et la troisième ouverture 14 débouchant dans la deuxième canalisation 3. Grâce aux vannes 15a, 15b, la première canalisation 2 peut être isolée du reste du circuit de filtration active au cours d'une étape de traitement surfacique, ce qui permet d'améliorer l'efficacité du traitement surfacique en limitant la dispersion des particules de matériau avide, et de faire le vide, grâce à la pompe 12, dans une enceinte réduite au minimum, comportant uniquement la chambre 5, la première canalisation 2 et la surface à traiter.
La deuxième canalisation 3 comporte :
- une quatrième ouverture 16a en communication avec un premier dispositif A,
- une cinquième ouverture 16b en communication avec un deuxième dispositif B,
- une sixième ouverture 17a connectée à la deuxième ouverture 13,
- une septième ouverture 17b connectée à la troisième ouverture 14,
- une vanne 18 de déviation apte à obturer la deuxième canalisation 3 et disposée de manière à scinder la deuxième canalisation 3 en un premier tronçon 3a comportant la quatrième 16a et sixième ouverture 17a, et un deuxième tronçon 3b comportant la cinquième 16b et septième ouverture 17b, de telle sorte que, lorsque la vanne 18 de déviation est fermée, le flux de gaz transite par le premier tronçon 3a, la première canalisation 2 et le deuxième tronçon 3b.
Une telle architecture permet dans une première configuration (vanne 15a, 15b fermées, vanne 18 de déviation ouverte, vanne 11 d'isolation ouverte), de maintenir la circulation de flux F de gaz entre le premier dispositif A et le deuxième dispositif B même au cours d'une étape de traitement surfacique, tout en isolant la zone traitée du reste du circuit.
Pour un procédé de fabrication additive, par exemple, le dispositif A peut être l'enceinte d'une machine de fabrication additive, et le dispositif B un filtre passif. Si le gaz injecté dans le dispositif A est recirculé, alors en sortie du dispositif B il est conduit par une canalisation 25 vers un circulateur ou pompe de circulation 33 qui force le gaz, purifié après le passage par le filtre passif, à entrer dans le dispositif A. Cela permet également dans une deuxième configuration (vanne 15a, 15b ouvertes, vanne 18 de déviation fermée, vanne 11 d'isolation fermée), de diriger le flux F de gaz vers le filtre actif 21. Dans cette deuxième configuration, le gaz peut être également recirculé entre les dispositifs A et B à l'aide de la canalisation25 et du circulateur 33.
Optionnellement, la première canalisation 2 comporte en outre un tronçon 19 amovible apte à recevoir le support 20 configuré pour être recouvert de matériau avide au cours de l'étape de traitement, le tronçon 19 amovible étant configuré pour permettre la mise en place et le retrait du support 20 dans la première canalisation 2. Le support peut être ainsi facilement remplacé, en cas de besoin, afin de faciliter les opérations de maintenance.
Le processus d'activation du filtre 21 actif peut comprendre trois étapes :
Etape 1 : Mise sous vide de la chambre 5 abritant l'électrode 7. Ceci est réalisé dans un premier temps avec la vanne 11 d'isolation fermée et par la suite la vanne 11 d'isolation est ouverte, mais les vannes 15a, 15b sont toujours fermées. Une fois la pression de consigne atteinte dans la chambre 5 et la première canalisation 2, l'étape d'activation peut commencer.
Etape 2 : L'électrode 7 est déplacée de la chambre 5 vers la première canalisation 2, en position de dépôt, notamment illustré en figure la. En appliquant une haute tension (continue, radiofréquence ou impulsionnelles) sur l'électrode 7, il est alors possible d'obtenir une décharge électrique entre l'électrode et le support 20. La durée du dépôt va dépendre de plusieurs paramètres, notamment le taux de pulvérisation, la pression de travail, la quantité de matière à déposer, en fonction de la capacité avide recherchée, etc. A la fin du dépôt, l'électrode 7 est remise dans la chambre 5, la vanne 11 d'isolation est refermée et elle est préservée sous vide.
Etape 3 : Une fois la surface du support 20 activée, c'est-à-dire ayant reçu le dépôt de métal 'pur' (non-oxydé) sur sa surface, le passage du gaz est obstrué le long de la deuxième canalisation 3 à l'aide de la vanne 18 de déviation et dévié à travers la première canalisation 2 en ouvrant les deux vannes 15a, 15b. Cette configuration est notamment illustrée en figure lb.
Dans une variante, non illustrée, le support 20 peut être translaté dans la canalisation 5 et l'électrode 7 est gardée en position fixe. Il est aussi possible d'avoir deux supports, avec des diamètres sensiblement différents, de telle façon qu'un premier support 20 se trouve isolé (vanne 14 fermée) dans le conduit 5, entourant l'électrode 7, pendant qu'un deuxième support se trouve dans le tronçon 19. Ainsi, pendant que le premier support 20 est activé par la pulvérisation décrite à l'étape 2, le deuxième support, activé antérieurement, agit comme filtre actif 21 dans le tronçon 19. Après une durée choisie, en accord avec le temps de saturation du deuxième support, le premier support 20 fraîchement activé est translaté dans le tronçon 19 et le deuxième support est déplacé à son tour dans le conduit 5, autour de l'électrode 7. La régénération de la couche s'active sur le deuxième support suivant l'étape 2. Cette variante avec deux supports permet avantageusement de maximiser le temps de circulation du gaz dans le circuit avec un filtre actif 21, donc augmente l'efficacité du filtrage, car le temps d'activation des supports est caché et seulement pendant le changement de support, très court, le flux de gaz F circule par le tronçon 3.
Un deuxième mode de réalisation est représenté en figures 4a et 4b, dans lequel un système de filtration 1 équipe un premier dispositif A, et comprend une première canalisation 2 et un dispositif de traitement surfacique 4.
Avantageusement, l'ouverture 6 peut être équipée d'une vanne 11 d'isolation apte à obturer l'ouverture 6.
La première canalisation 2 comporte une deuxième ouverture 13 et une troisième ouverture 14, la deuxième ouverture 13 étant équipée d'une vanne 15 apte à obturer ladite ouverture, la deuxième ouverture 13 étant en communication fluidique avec le premier dispositif A, la troisième ouverture 14 étant fermée par un couvercle et destinée à permettre le remplacement du support 20 dans la première canalisation 2. Dans un mode de réalisation, le système de filtration 1 est assemblé à un premier dispositif A comprenant une machine pour fabrication additive.
Dans le cas où le premier dispositif A comporte une machine de fabrication additive utilisant un faisceau laser pour réaliser une fusion du matériau ajouté en couche successives, le deuxième dispositif B peut comporter un couvercle obturant la première canalisation 2.
Dans un mode de réalisation dans lequel le premier dispositif A comporte une machine de fabrication additive utilisant un faisceau d'électrons pour réaliser une fusion de matériau, une pression basse est préférable de manière à limiter la dissipation d'énergie du faisceau par chocs entre les particules d'ambiance gazeuse et les électrons du faisceau. Il est alors avantageux que le deuxième dispositif B comporte une pompe apte à faire diminuer la pression dans le premier dispositif A, le deuxième dispositif B pouvant également comporter un filtre.
Le processus d'activation du filtre actif comprend trois étapes, et qui sont analogues, au moins pour les deux premières, à celles décrites précédemment.
Etape 1 : La mise sous vide de la chambre 5 abritant l'électrode 7 est faite par une pompe 12 avec la vanne 11 d'isolation fermée, tel qu'illustré en figure 4a. En ouvrant la vanne 11 d'isolation et en laissant la vanne 15 fermée, la pression est abaissée également dans la canalisation 2 jusqu'à la consigne désirée.
Etape 2 : L'électrode 7 est déplacée devant le support 20 qui doit présenter la surface spécifique la plus grande possible, tel qu'illustré en figure 4b. En appliquant une haute tension (continue, radiofréquence ou impulsionnelles) sur cette électrode 7, il est alors possible d'obtenir une décharge électrique entre l'électrode 7 et le support 20. A la fin du dépôt, l'électrode 7 est remise dans sa chambre 5, la vanne 11 d'isolation est refermée et elle est préservée sous vide.
Etape 3 : Avec la surface de dépôt activée, c'est-à-dire avec le métal pur déposé sur la surface du support 20, le premier dispositif A est mis en liaison fluidique avec la première canalisation 2 en ouvrant la vanne 15. Ainsi, le gaz présent dans l'enceinte A va remplir la première canalisation 2 et les surfaces activées vont capter des molécules de gaz réactif. Cette variante est efficace pour des procédés qui travaillent en atmosphère statique, sans recirculation du gaz.
Un autre mode de réalisation est représenté en figure 5, dans lequel un système de filtration 1 comprenant une première canalisation 2 et un dispositif de traitement surfacique 4 équipe un système de recirculation de gaz 25 d'une enceinte A.
Le système de recirculation de gaz 25 comporte une admission 26 et un échappement 27 débouchant toutes deux dans l'enceinte A, chacune de ces ouvertures pouvant être équipée d'une vanne d'isolation 15, 29. Dans le mode de réalisation représenté, le système de filtration 1 est positionné à proximité de l'admission 26, de sorte que la vanne 15 de la première canalisation 2 est située au niveau de l'admission 26.
Les vannes d'isolation 15, 29 permettent l'isolation de l'enceinte A du système de filtration 1 et du circuit de recirculation du gaz 25.
Le circuit de recirculation de gaz 25 comporte en outre un premier segment 30 de canalisation et un deuxième segment 31 de canalisation connectés au moyen d'une vanne de sectionnement 32, et une pompe de circulation 33 configurée pour entraîner le flux circulant dans le circuit de recirculation de gaz 25.
La première canalisation 2 du système de filtration 1 est connectée d'une part à une vanne d'isolation 15 et d'autre part au premier segment 30. Le système de filtration 1 peut donc être isolé en fermant la vanne d'isolation 15 et la vanne de sectionnement 32. C'est notamment avantageux lors du procédé d'activation du filtre actif.
Le procédé d'activation du filtre actif comprend trois étapes, et qui sont différentes de celles décrites précédemment par le fait que l'électrode 7 est fixe et que le système d'activation 4 fonctionne à la pression atmosphérique ou proche de celle-ci et en continu.
Etape 1 : La mise en circulation du gaz (indiqué par des flèches en Figure 5) permet de réaliser un flux de l'enceinte A vers la première canalisation 2 abritant l'électrode 7. Cette circulation est forcée par la pompe 33 et peut être arrêtée si la vanne de sectionnement 32 est fermée. En ouvrant les vannes d'isolation 15 et 29, le gaz de l'enceinte A pénètre jusque dans le premier segment 30.
Etape 2 : L'électrode 7 placée convenablement entre les interstices du support 20, permet l'allumage et l'entretien d'un plasma pour une gamme de pressions sensiblement proches de la pression atmosphérique. De préférence, la distance entre une portion de surface de l'électrode 7 et une portion de surface du support 20 situé en regard de la portion de surface de l'électrode 7 est comprise entre 10 pm et 200 pm. En appliquant la puissance à partir de l'alimentation électrique 8, un plasma est généré entre les électrodes 7 et 20, qui peut être continu ou impulsionnel, ou encore radiofréquence. Ce plasma assure une pulvérisation vers la surface du support 20 présentant la plus grande surface spécifique possible (multiples tubulures, configuration en nid d'abeille, etc).
Etape 3 : Le gaz de l'enceinte A est forcé à traverser les cannelures du support 20 par la liaison fluidique avec la première canalisation 2, en ouvrant les vannes d'isolation 15, 29 et de sectionnement 32 et en activant la pompe de recirculation 33. Ainsi, le gaz présent dans l'enceinte A va rentrer en contact avec les surfaces activés qui vont capter des molécules de gaz réactif.
Il est à noter que, dans la présente invention, le circulateur ou pompe de circulation 33 n'abaisse pas forcément la pression du ou des gaz qu'il fait circuler.
Le dispositif de ce mode de réalisation peut avoir plusieurs modes de fonctionnement. Il s'agit de modes possibles pour une application à la filtration de l'oxygène (ou un autre gaz réactif) à des pressions sensiblement égales à la pression atmosphérique.
Mode 1 : Optimisation de la recharge du filtre L'enceinte A est isolée de la canalisation 2 et du conduit de recirculation (30 et 31) par la fermeture des vannes 15 et 29, mais en gardant ouverte la vanne 32.
Puis on abaisse la pression dans la canalisation 2 abritant l'électrode 7. On rappelle toutefois que la pompe 33 a été présentée plus haut comme une pompe de circulation. Si on veut pouvoir diminuer la pression comme on le propose ici, il faut ajouter au dispositif un organe à cette fin tel qu’une pompe à vide débouchant hors du circuit de gaz, ou y mettre une vanne 3 voies associée à la pompe 33 pour extraire du gaz du conduit 31. On abaisse la pression par exemple jusqu'à obtenir une valeur comprise entre 1 et 104 Pa (0.01 et 100 mbar), et de préférence entre 10 et 100 Pa (0.1 à 10 mbar)).
Puis on effectue la génération ou la régénération du filtre actif comme expliqué à l'étape 2 présentée plus haut. Ainsi, en présence de cette pression réduite, la puissance électrique appliquée par l'unité 8 sur l'électrode 7 est particulièrement efficace pour la pulvérisation du métal et la génération d'un film actif sur les supports 20.
A la fin de cette étape, le filtre est opérationnel pour adsorber l'oxygène résiduel dans le gaz qui entrera en contact avec le film déposé sur les supports 20. Cette opération (ou mode de mise en œuvre) peut être répétée autant de fois que nécessaire, même en temps masqué.
Mode 2 : Phase de filtration de l'oxygène
En ouvrant les vannes d'isolation 15 et 29, partiellement ou totalement, le gaz de l'enceinte A pénètre jusque dans le premier segment 30 et entre en contact avec le filtre activé.
Le système peut fonctionner par la suite en statique, avec la vanne 32 et la pompe 33 fermées, ou en dynamique - en recirculation de gaz - avec la vanne 32 ouverte et la pompe 33 en fonctionnement de manière à créer une circulation forcée du gaz de travail remplissant l'enceinte A dans les conduits 2, 30 et 31.
Ce mode de fonctionnement permet la recirculation du gaz de l'enceinte A et nécessite un seul remplissage de celle-ci. Par ailleurs, le dispositif de pulvérisation peut fonctionner de manière continue ou intermittente en alimentant l'électrode 7 avec une puissance délivrée par l'alimentation 8 pendant la circulation de gaz dans les conduits 2, 30 et 32. Bien que le rendement de la pulvérisation cathodique diminue avec l'augmentation de la pression, la pulvérisation est possible à des pressions proches de la pression atmosphérique et au-delà, particulièrement pour un fonctionnement radiofréquence (RF) ou impulsionnel du plasma entre les éléments 7 et 20. Ainsi, il est possible d'activer de manière quasi-continue, voire continue si nécessaire, le filtre actif sans arrêter le système de circulation de gaz forcée par la pompe 33.
Mode 3 : Pré-vidaae de l'enceinte A
Ce même système permet d'abaisser la pression dans l'enceinte A. C’est le cas par exemple après l’ouverture d’une porte mettant l’intérieur de l’enceinte en communication avec l’extérieur, suite à un chargement pour une nouvelle tâche, par exemple la fabrication additive d’une nouvelle pièce.
Dans ce cas, une fois la porte refermée, les vannes 15 et 32 sont maintenues fermées, la vanne 29 est ouverte et l’organe précité permettant de réduire la pression dans le conduit 31 est activé. Ainsi, on réduit la pression de gaz dans le conduit 31 et dans l’enceinte A. La fermeture des vannes 15 et 32 permet de maintenir le filtre déposé préalablement sur le support 20 dans un état actif.
Il est également possible, avant cette opération et préalablement à l’ouverture de la porte de l'enceinte A, d'abaisser la pression dans les conduits 2 et 30 puis d'isoler cette section par la fermeture des vannes 15 et 32. De la sorte, il est possible d'activer le mode 1, par exemple pour le rechargement du filtre, pendant qu’on accède à l’intérieur de l'enceinte par la porte.
Mode 4 : Démontage ou intervention sur le système de filtration active
On suppose qu’un travail (par exemple une fabrication) est en cours d’exécution dans l'enceinte A. En fermant les vannes 15 et 32, il est possible d'agir sur le conduit 2 ou 30, sans incidence directe sur le travail en cours, si ce n’est que, pendant le temps de l'intervention, le gaz contenu dans l'enceinte ne sera pas filtré en oxygène. Mais au moins, le remplacement de certains éléments (électrode 7, support 20, etc.) peut être réalisé sans arrêt du procédé mis en œuvre dans l'enceinte, et par la suite le mode 1 peut être exécuté.
Dans un mode de réalisation non illustré, le long d'un même conduit de gaz plusieurs systèmes de filtration 1 peuvent être disposés Ainsi, pendant qu'un filtre 21 actif agit, le second est activé. Quand on estime que le premier filtre 21 perd de son efficacité, alors on force le gaz à passer par le second (activé) et on isole le premier, enclenchant la procédure d'activation.
Cette installation dédoublée peut fonctionner avec un seul et même système de pompage et avec une seule alimentation électrique, réduisant convenablement le coût, et augmentant significativement l'efficacité du procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour constituer un filtre actif (21) apte à piéger au moins un composé réactif d'un mélange gazeux, le procédé comportant une étape de dépôt d'au moins une couche d'un matériau avide recouvrant au moins partiellement la surface d'un support (20), l'étape de dépôt étant réalisée par pulvérisation cathodique d'une électrode (7) comportant au moins un matériau avide choisi pour réagir avec le composé réactif du mélange gazeux, dans lequel le dépôt est réalisé sur un support (20) installé dans une canalisation d'un dispositif de filtration (1) de mélange gazeux en ordre de marche.
2. Procédé pour recharger un filtre actif (21) apte à piéger au moins un composé réactif d'un mélange gazeux, le procédé comportant une étape de dépôt d'au moins une couche d'un matériau avide recouvrant au moins partiellement la surface d'un support (20), l'étape de dépôt étant réalisée par pulvérisation cathodique d'une électrode (7) comportant au moins un matériau avide choisi pour réagir avec le composé réactif du mélange gazeux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le filtre (21) est un filtre actif à oxygène et le matériau avide comporte un matériau choisi parmi l'aluminium, le baryum, le magnésium, le titane, le zirconium, le tantale, le niobium, le thorium, et les terres rares, ou une combinaison de ceux-ci.
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le support (20) est isolé dans une enceinte fermée et on règle la pression totale dans l'enceinte à une valeur inférieure à la pression atmosphérique.
5. Dispositif de traitement surfacique (4) configuré pour réaliser un procédé pour constituer et/ou recharger un filtre (21) actif apte à piéger au moins un composé réactif d'un mélange gazeux, le procédé comportant une étape de dépôt d'au moins une couche d'un matériau avide recouvrant au moins partiellement la surface d'un support (20), l'étape de dépôt étant réalisée par pulvérisation cathodique d'une électrode (7) comportant au moins un matériau avide choisi pour réagir avec le composé réactif du mélange gazeux, le dispositif comprenant :
- une chambre (5) présentant une ouverture (6),
- une électrode (7) présentant différentes configurations dont une configuration dans laquelle l'électrode (7) est située dans la chambre (5) et une configuration dans laquelle l'électrode (7) est située hors de la chambre (5), l'électrode (7) étant mobile en translation,
- un dispositif d'alimentation (8) de l'électrode (7), et
- un actionneur (9) apte à entraîner l'électrode (7) en translation à travers l'ouverture (6).
6. Dispositif de traitement surfacique (4) selon la revendication 5, comportant en outre une vanne d'isolation (11) apte à obturer l'ouverture (6).
7. Dispositif de traitement surfacique (4) selon l'une des revendications 5 ou 6, comportant en outre une pompe (12) apte à réaliser un vide au moins partiel dans la chambre (5).
8. Dispositif de traitement surfacique (4) configuré pour réaliser un procédé pour constituer et/ou recharger un filtre actif (21) selon l'une des revendications 1 à 4, comportant une première canalisation (2), un support (20) s'étendant dans la première canalisation (2), une électrode (7) située dans la première canalisation (2) et alimentée par un dispositif d'alimentation (8) configuré pour entraîner le dépôt du matériau de l'électrode (7) sur le support (20) par pulvérisation du matériau de l'électrode (7) lorsqu'elle est alimentée.
9. Système de filtration (1) d'un mélange gazeux, le système de filtration (1) comportant un dispositif de traitement surfacique (4) selon l'une des revendications 5 à 7, et au moins une première canalisation (2) s'étendant au moins partiellement selon la direction longitudinale et présentant une première ouverture (10) configurée à coopérer avec l'ouverture (6) de la chambre (5), de telle manière que l'actionneur (9) peut entraîner en translation l'électrode (7) de manière à positionner l'électrode (7) dans la première canalisation (2) pour réaliser un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.
10. Système selon la revendication 9, dans lequel la première canalisation (2) présente une deuxième ouverture (13) et une troisième ouverture (14) chacune équipée d'une vanne (15a, 15b) apte à obturer leur ouverture respective.
11. Système selon l'une des revendications 9 ou 10, comportant en outre une deuxième canalisation (3) présentant :
- une quatrième ouverture (16a) en communication avec un premier dispositif (A),
- une cinquième ouverture (16b) en communication avec un deuxième dispositif (B),
- une sixième ouverture (17a) connectée à la deuxième ouverture
(13),
- une septième ouverture (17b) connectée à la troisième ouverture
(14),
- une vanne (18) de déviation apte à obturer la deuxième canalisation (3) et disposée de manière à scinder la deuxième canalisation (3) en un premier tronçon (3a) comportant la quatrième (16a) et sixième (17a) ouverture, et un deuxième tronçon (3b) comportant la cinquième (16b) et septième (17b) ouverture, de telle sorte que, lorsque la vanne (18) de déviation est fermée, le flux de gaz transite par le premier tronçon (3a), la première canalisation (2) et le deuxième tronçon (3b).
12. Système selon l'une des revendications 9 à 11 dans lequel la première canalisation comporte en outre un tronçon (19) amovible apte à recevoir un support (20) configuré pour être recouvert de matériau avide au cours de l'étape de traitement, le logement (19) amovible étant configuré pour permettre la mise en place et le retrait du support (20) dans la première canalisation (2).
13. Système de filtration (1) d'un mélange gazeux, le système de filtration (1) comportant un dispositif de traitement surfacique (4) selon la revendication 8, un premier dispositif (A) pouvant par exemple comprendre une enceinte, un système de recirculation de gaz (25) comportant :
- une admission (26) et un échappement (27) débouchant toutes deux dans le premier dispositif (A), l'admission (26) et l'échappement (27) comprenant chacun une vanne d'isolation (15, 29),
- un premier segment (30) de canalisation et un deuxième segment (31) de canalisation connectés au moyen d'une vanne de sectionnement (32),
- une pompe de circulation (33) configurée pour entraîner le flux circulant dans le circuit de recirculation de gaz (25), dans lequel la première canalisation (2) du dispositif de traitement surfacique (4) est connectée d'une part à une vanne d'isolation (15, 29) et d'autre part au premier segment (30).
14. Machine de fabrication additive comprenant une enceinte de fabrication additive comprenant un système de filtration d'un mélange gazeux selon l'une des revendications 9 à 13.
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