FR2789403A1 - Fines particules metalliques revetues d'oxyde et procede pour les produire - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne de fines particules de métal revêtues d'oxyde 10. Elles comprennent de fines particules de métal de coeur 12 qui sont recouvertes d'une couche de revêtement d'oxyde 14. L'invention concerne aussi un procédé permettant de produire ces particules. Il comprend les étapes consistant à mélanger un métal en poudre et un oxyde en poudre, à amener ce mélange dans un plasma thermique et à tremper le mélange en phase vapeur de manière à obtenir lesdites fines particules 10.
Description
I
FINES PARTICULES MÉTALLIQUES REV TUES D'OXYDE
ET PROCÉDÉ POUR LES PRODUIRE
La présente invention concerne de fines particules de métal re-
vêtues d'oxyde, qui comprennent de fines particules de métal de coeur re-
vêtues d'un oxyde, d'un oxyde complexe ou d'un sel d'oxacide d'un métal différent, ou d'un oxyde complexe ou d'un sel complexe d'oxydes du métal de coeur et d'un métal différent. L'invention concerne aussi un procédé
pour produire ces particules fines de métal revêtues d'un oxyde.
Jusqu'à présent, on a utilisé des particules de métal revêtues comprenant des particules de coeur faites de matériaux minéraux tels que
le diamant et les céramiques, ou de métaux, qui sont revêtues avec diffé-
rents matériaux métalliques ou matériaux minéraux tels que des cérami-
ques, des oxydes, des carbures et des nitrures, qui servent d'agents auxi-
liaires de frittage ou d'agents auxiliaires de métallisation à chaud, dans di-
vers domaines, y compris la fabrication d'objets frittés tels que des maté-
riaux isolants électriques (par exemple, des substrats semi-conducteurs, des planches de câblage imprimé et divers autres composants isolants
électriques), des machines d'usinage de haute précision et de dureté éle-
vée (par exemple, des outils de coupe, des outillages de frappe et des sup-
ports), des dispositifs fonctionnels (par exemple, des condensateurs à
joints de grain et des détecteurs d'humidité) et des moulages frittés de pré-
cision, ainsi que la fabrication de pièces métallisées à chaud comme des
valves de moteur qui doivent présenter une résistance à l'usure à des tem-
pératures élevées. L'utilisation de ces particules revêtues contribue à aug-
menter non seulement l'adhérence entre des céramiques ou des métaux dif-
férents dans les objets frittés et les pièces métallisées à chaud, mais aussi
leur densité.
La demande de brevet japonais publiée non examinée
N 253851/1996 divulgue une poudre composite destinée à une métallisa-
tion à chaud, qui présente une taille moyenne de particules de 10 à 150 gm, qui comprend des particules de Ti présentant une couche de revêtement de Ni de 5 gm ou plus, le rapport de la taille des particules de Ti à l'épaisseur
de la couche de Ni ne dépassant pas 10. La demande de brevetjaponais pu-
bliée non examinée N 253853/1996 divulgue une poudre composite des-
tinée à une métallisation à chaud, comprenant des particules d'alliage à base de Co-Cr dont la taille moyenne va de 20 à 99 gm, qui sont revêtues de particules de WC partiellement enrobées et présentant une taille moyenne de 0,5 à 20 gm. Pour produire ces poudres composites destinée à une métallisation à chaud, les poudres des deux matériaux de départ sont confinées dans un récipient sous agitation, soit directement, soit après avoir été mélangées uniformément avec un mélangeur, puis agitées avec
un agitateur de sorte que les particules de revêtement soient mécanique-
ment broyées et comprimées contre les particules de coeur, ce qui permet
d'obtenir un revêtement mécanique de ces dernières.
Les demandes de brevet japonais non examinées du même titu-
laire Nos 75302/1991, 53268/1995, 54008/1995, etc. divulguent des parti-
cules revêtues comprenant des particules d'un matériau minéral ou métal-
lique dont la taille moyenne va de 0,1 à 100 gtm, qui sont revêtues avec des
particules très fines d'un matériau métallique ou minéral identique ou dif-
férent, dont la taille moyenne va de 0,005 à 0,5 tm, ainsi que des procédés pour produire ces particules revêtues. Les procédés divulgués dans ces brevets comprennent les étapes de génération de particules très fines par une méthode en phase vapeur telle qu'une méthode par plasma thermique,
d'introduction de particules de coeur dans le courant de particules très fi-
nes générées, et de mise en contact des deux sortes de particules à l'état fluide de sorte que les surfaces des particules de coeur soient revêtues
avec les particules très fines.
Les poudres composites destinées à une métallisation à chaud,
qui sont divulguées dans les demandes de brevet japonais publiées non-
examinées Nos 253851/1996 et 253853/1996 ci-dessus, ne sont pas rien d'autres que des poudres produites par broyage mécanique et compression de particules de revêtement, telles que des particules de Ni ou de WC, contre des particules de coeur, telles que des particules d'alliage à base de
Ti ou de Co-Cr, jusqu'à ce qu'un revêtement mécanique soit produit. L'ad-
hérence entre les particules de coeur et les particules de revêtement à leur interface est faible et, comme autre problème, la taille des particules de coeur est aussi grande que plusieurs micromètres jusqu'à cent micromètres ou plus, et les particules de revêtement sont aussi limitées à celles qui ne sont
pas plus petites que 0,5 à 20 lrm. En outre, les particules de coeur sont métalli-
ques et la divulgation portant sur les particules de revêtement est limitée
aux métaux et à leurs carbures; en d'autres termes, les surfaces des parti-
cules de métal de coeur ne sont pas revêtues d'un oxyde de métal différent.
A propos des particules revêtues divulguées dans les demandes de brevet japonais du même titulaire Nos 75302/1991, 53268/1995, 54008/1995, etc, ci-dessus, les particules de revêtement présentent une taille moyenne aussi fine que 0,005 à 0,5 tm puisqu'elles sont générées
par une méthode en phase vapeur telle que la méthode par plasma thermi-
que. Cependant, si les particules de coeur sont très petites, c'est-àdire, présentant une taille moyenne de 1 im ou moins, une agglomération est à
même de se produire, rendant difficile l'obtention de particules monodis-
persées, et par conséquent, de particules de coeur effectivement revêtues.
En ce qui concerne ce problème, on garde les particules de coeur présen-
tant une taille moyenne aussi grande que 0,1 à 100 tm et elles sont revê-
tues de particules très fines, ce qui fait que l'on peut seulement produire de grandes particules revêtues. De plus, les particules revêtues ne présentent
pas un film les entourant complètement. Il faut aussi noter que la divulga-
tion est pratiquement limitée au cas o les particules de revêtement très fi-
nes sont aussi formées de métal si les particules de coeurs sont formées de métal; en d'autres termes, il n'y a aucun enseignement en ce qui concerne le revêtement de fines particules de métal d'un oxyde d'un métal différent
pour produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde.
La demande de brevet japonais publiée non-examinée
N 54008/1995 ci-dessus, divulgue des particules de TiAl quasi-fines re-
vêtues d'alumine, comprenant des particules de coeur quasi-fines de TiAl qui présentent une taille moyenne de 40 tm, qui sont revêtues de très fines particules d'alumine (A1203). Cependant, les particules de coeur ne sont pas plus petites que 1 gm et le revêtement d'alumine n'est pas un oxyde d'un métal différent, mais identique au métal du composant principal des
particules de coeur.
Comme cela est décrit ci-dessus, les particules revêtues disponi-
bles jusqu'à aujourd'hui, comprennent de grandes particules de coeur, uti-
lisent des revêtements métalliques si les particules de coeur sont formées de métal et présentent des revêtements minéraux si les particules de coeur sont formées de matériaux minéraux. Ces particules revêtues sont utiles
dans des objets frittés et dans des pièces métallisées à chaud de types dé-
crits ci-dessus, mais ne sont pas appropriées pour une utilisation dans les os artificiels avec lesquels une résistance et une biocompatibilité sont deux soucis majeurs, et dans les matériaux d'électrode dans les piles à combustible qui nécessitent une résistance élevée et une bonne adhérence à différents matériaux minéraux. Par conséquent, on a fortement souhaité mettre au point de fines particules de métal revêtues d'oxyde comprenant
de fines particules de métal revêtues d'un oxyde d'un métal différent.
La présente invention a donc pour objet de proposer de nouvelles particules fines de métal revêtues d'oxyde, comprenant de fines particules de métal de coeur qui portent un revêtement rugueux, de préférence sur
toutes les surfaces, d'un oxyde qui ne contient pas comme composant prin-
cipal, l'élément métallique qui est le composant principal des fines parti-
cules de métal.
Un autre objet de l'invention consiste à fournir un procédé per-
mettant de produire facilement ces nouvelles particules fines de métal re-
vêtues d'oxyde.
Le premier objet de l'invention consiste en de fines particules de métal revêtues d'oxyde, comprenant de fines particules de métal de coeur
qui sont recouvertes d'une couche de revêtement comprenant soit un oxy-
de, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide qui ne contient pas comme com-
posant principal, l'élément métallique qui est le composant principal des
particules fines de métal de coeur, soit un oxyde complexe ou un sel com-
plexe de l'oxyde, de l'oxyde complexe ou du sel d'oxacide et d'un oxyde de
l'élément métallique.
De préférence, les particules de coeur présentent une taille moyenne de 0,01 à 1 gm, et la couche de revêtement présente une épaisseur
moyenne de 1 à 10 nm.
Dans un mode de réalisation préféré, l'élément métallique qui est le composant principal des fines particules de métal de coeur, est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par Ai, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Zr, Ru, Pd, Ag, In, Pt, Au et Sm, et l'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel d'oxacide avec lequel les fines particules de métal de coeur sont revêtues, est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par
l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de si-
licium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'argent, l'oxyde de fer, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de manganèse, l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de cérium,
l'oxyde de samarium, l'oxyde de béryllium, le titanate de baryum, le tita-
nate de plomb, l'aluminate de lithium, le vanadate d'yttrium, le phosphate
de calcium, le zirconate de calcium, le zirconate-titanate de plomb, l'oxy-
de de fer et de titane, l'oxyde de cobalt et de titane et le stannate de baryum.
Le second objet de l'invention concerne un procédé permettant de produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde, comprenant les étapes qui consistent à: mélanger un métal en poudre avec un oxyde en poudre qui est un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide qui ne contient pas comme composant principal, l'élément métallique qui est le composant principal du métal en poudre, pour obtenir un mélange de matériaux en poudre; à amener le mélange de matériaux en poudre dans un plasma thermique pour obtenir un mélange en phase vapeur; et ensuite à tremper le mélange en phase vapeur pour former de fines particules de métal revêtues d'oxyde comprenant de fines particules de métal de coeur qui sont sont plus fines que le métal en poudre et qui sont recouvertes d'une couche de revêtement comprenant soit un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide, soit un oxyde complexe ou un sel complexe de l'oxyde,de l'oxyde complexe ou du
sel d'oxacide et d'un oxyde de l'élément métallique.
De préférence, les particules de coeur présentent une taille moyenne de 0,01 à 1 gm et la couche de revêtement présente une épaisseur
moyenne de 1 à 10 nm.
Dans un mode de réalisation préféré, l'élément métallique qui est le composant principal des fines particules de métal de coeur est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par AI, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Zr, Ru, Pd, Ag, In, Pt, Au et Sm, et l'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel d'oxacide avec lequel les fines particules de métal de coeur sont revêtues, est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par
l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de si-
licium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'argent, l'oxyde de fer, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de manganèse, l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de cérium,
l'oxyde de samarium, l'oxyde de béryllium, le titanate de baryum, le tita-
nate de plomb, l'aluminate de lithium, le vanadate d'yttrium, le phosphate
de calcium, le zirconate de calcium, le zirconate-titanate de plomb, l'oxy-
de de fer et de titane, l'oxyde de cobalt et de titane et le stannate de baryum.
De préférence, le métal en poudre présente une taille moyenne de
particules de 0,5 à 20 ptm, et mieux encore, toutes les particules dans l'ali-
mentation ont une taille de 20 rtm et moins; l'oxyde en poudre présente de
préférence une taille moyenne de particules de 0,1 à 1 [tm.
Dans un mode de réalisation préféré, on mélange un métal en poudre et un oxyde en poudre avec un mélangeur à turbine et à vitesse de cisaillement élevée ou avec un broyeur. Dans un autre mode de réalisation préféré, le mélange de matériaux en poudre formé d'un métal en poudre et d'un oxyde en poudre, est un agrégat de particules composites présentant des particules individuelles dans le métal en poudre revêtues par l'oxyde
en poudre.
De préférence, le plasma thermique présente une température plus élevée que les points d'ébullition du métal en poudre et de l'oxyde en poudre. Dans un mode de réalisation préféré, le plasma thermique se trouve sous une pression de 10,1 x 104 Pa (760 mm Hg) ou moins. Dans un autre mode de réalisation préféré, le plasma thermique se trouve sous une
pression de 2,6 x 104 Pa à 8,0 x 104 Pa (200 à 600 Torr).
De préférence, le mélange en phase vapeur est trempé dans une atmosphère inerte ou réductrice; on préfère aussi que le mélange en phase vapeur soit trempé dans une atmosphère contenant un gaz rare soit seul,
soit en mélange avec de l'hydrogène.
La Figure 1 représente une coupe transversale schématique d'un
exemple de fine particule de métal revêtue d'un oxyde selon l'invention.
La Figure 2 est un schéma-bloc d'un exemple de procédé de l'in-
vention permettant de produire de fines particules de métal revêtues d'un oxyde.
La Figure 3 est un schéma-bloc d'un exemple de l'étape de bras-
sage du procédé montré dans la figure 2.
Les Figures 4A à 4C illustrent la manière dont on élabore des particules composites dans l'étape de brassage montrée dans la Figure 3. La Figure 5 est une section verticale schématique d'un mode de
réalisation d'un appareil destiné à produire de fines particules de métal re-
vêtues d'un oxyde par réalisation d'un traitement par plasma thermique
dans le procédé montré dans la figure 2.
La Figure 6 est une micrographie prise au microscope électroni-
que en transmission de l'une des fines particules de métal revêtues d'oxyde
préparées dans l'exemple 1 de l'invention.
La Figure 7 est un spectre d'analyse par spectrométrie X à disper-
sion d'énergie au point N 5 de la fine particule de métal revêtue d'oxyde
montrée sur la micrographie, prise au microscope électronique en trans-
mission, de la figure 6.
La Figure 8 est un spectre d'analyse par spectrométrie X à disper-
sion d'énergie au point N 6 de la fine particule de métal revêtue d'oxyde
montrée dans la micrographie, prise au microscope électronique en trans-
mission, de la figure 6.
La Figure 9 est une micrographie, prise au microscope électroni-
que en transmission, de l'une des fines particules de métal revêtues d'oxy-
de préparées dans l'exemple 2 de l'invention.
La Figure 10 est un spectre d'analyse par spectrométrie X à dis-
persion d'énergie au point B 1 de la fine particule de métal revêtue d'oxyde
montrée sur la figure 9.
La Figure 1 1 est un spectre d'analyse par spectrométrie X à dis-
persion d'énergie au point B6 de la fine particule de métal revêtue d'oxyde
montrée sur la figure 9.
Les fines particules de métal revêtues d'oxyde de l'invention et le procédé permettant de les produire sont décrits ci-dessous en détail en se référant aux modes de réalisation préférés montrés dans les dessins joints.
La Figure 1 est une coupe transversale schématique d'un exem-
ple de fine particule de métal revêtue d'un oxyde selon l'invention. Telle
que montrée, la fine particule de métal revêtue d'oxyde (appelée simple-
ment ci-dessous "particule revêtue") qui est généralement indiquée par
, comprend une fine particule de métal de coeur 12 et une couche de re-
vêtement d'oxyde 14 comprenant un composé oxygéné d'un élément diffé-
rent, tel qu'un oxyde qui ne contient pas comme composant principal, l'élément métallique qui est le composant principal de la fine particule de métal de coeur 12, ou un oxyde complexe dudit oxyde et d'un oxyde dudit
élément métallique.
La fine particule de métal de coeur 12 qui sert de coeur à la parti-
cule revêtue 10, peut comprendre un seul métal ou un alliage de deux ou
plus de deux métaux et on peut choisir un type approprié selon l'applica-
tion de la particule revêtue 10. Par exemple, l'élément métallique qui est le composant principal de la fine particule de métal de coeur 12 peut être au moins un élément de l'ensemble constitué par AI, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Zr, Ru, Pd, Ag, In, Pt, Au et Sm. Plus spécifiquement, ces métaux
peuvent être utilisés sous leur forme élémentaire, ou sous la forme de com-
posés intermétalliques divers, ou sous la forme d'alliages de deux ou plus
de deux d'entre eux, par exemple, les alliages Fe-Co-Ni, Ni-Fe, Ni-Cu, Ni-
Mn, In-Ni, Al-Ti et Ti-Cu; des composites de ces matériaux peuvent aussi être utilisés. En particulier, Ti est préféré pour une utilisation dans les os
artificiels, Fe dans les additifs aux produits cosmétiques et comme cataly-
seur, et Ni dans les matériaux d'électrode dans les piles à combustible.
La taille moyenne des fines particules de métal de coeur 12 n'est
pas particulièrement limitante dans la mesure o ce sont de fines particu-
les; ce sont de préférence de fines particules présentant une taille moyen-
ne de 0,0 1 à 1 gtm, mieux encore de 0,1 à 0,5,tm.
La distribution de taille des fines particules de métal de coeur 12 n'est pas particulièrement limitante, à l'exception du fait qu'elle présente de préférence une moindre dispersion ou une largeur à demi- hauteur plus
petite.
La couche de revêtement d'oxyde (appelée simplement ci-des-
sous "couche de revêtement") 14 recouvre la surface, de préférence, toute la surface de la fine particule de métal de coeur 12, et il s'agit d'une couche
d'un oxyde qui ne contient pas comme composant principal, l'élément mé-
tallique qui est le composant principal de la fine particule de métal de
coeur 12 (lequel oxyde peut être appelé "oxyde différent"), ou d'une cou-
che d'un oxyde complexe ou d'un sel d'oxacide qui satisfont tous les deux à la condition énoncée, ou bien il s'agit d'une couche d'un oxyde complexe ou d'un sel complexe de l'élément dudit oxyde, oxyde complexe ou sel d'oxacide différent, de l'élément métallique de la fine particule de métal
de coeur 12 et d'oxygène.
L'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel d'oxacide différent, ou bien l'oxyde complexe ou le sel complexe de ces derniers, que l'on utilise dans la couche de revêtement d'oxyde 14 (et qui sont tous appelés simplement ci-dessous "oxyde" ou "oxydes"), ne sont pas particulièrement limitants et ils peuvent être n'importe quel oxyde, oxyde complexe, sel d'oxacide, ou sel complexe, un type approprié pouvant être choisi en fonction de la fine particule de métal de coeur 12 à recouvrir avec la couche de revêtement d'oxyde 14, et de la particule revêtue 10 à produire au final. Des exemples
englobent les oxydes tels que l'oxyde de titane (TiO2), l'oxyde de zirco-
nium (ZrO2), l'oxyde de calcium (CaO), l'oxyde de silicium (SiO2), l'oxy-
de d'aluminium (alumine: A1203), l'oxyde d'argent (Ag2O), l'oxyde de fer, l'oxyde de magnésium (MgO), l'oxyde de manganèse (Mn207), l'oxyde
d'yttrium (Y203), l'oxyde de cérium, l'oxyde de samarium, l'oxyde de bé-
ryllium (BeO), ainsi que des oxydes complexes et des sels d'oxacides com-
me le (méta)titanate de baryum (BaTiO3), le titanate de plomb (PbTiO3), l'aluminate de lithium, le vanadate d'yttrium, le phosphate de calcium, le zirconate de calcium, le zirconate-titanate de plomb, l'oxyde de fer et de titane (FeTiO3), l'oxyde de cobalt et de titane (CoTiO3) et le stannate de baryum (BaSnO3). En particulier, CaO ou SiO2 ou le phosphate de calcium est de préférence utilisé avec Ti dans les os artificiels, TiO2 avec Fe dans les additifs aux produits cosmétiques ou comme catalyseur, et ZrO2 ou
BaTiO3 avec Ni ou Cu dans les matériaux d'électrode dans les piles à com-
bustible. L'épaisseur moyenne de la couche de revêtement 14 n'est pas particulièrement limitante et peut être choisie de manière appropriée en fonction de la taille moyenne de la fine particule de métal de coeur 12 ainsi
que de la taille et de l'application de la particule revêtue 10; de préféren-
ce, elle se situe dans l'intervalle allant de 1 à 10 nm, mieux encore dans l'intervalle allant de 3 à 5 nm. L'une des caractéristiques de l'invention consiste en ce que l'épaisseur de la couche de revêtement 14 est uniforme ou pratiquement uniforme sur toute la surface de la fine particule de métal
de coeur 12 et, cela va sans dire, plus l'épaisseur est uniforme, mieux c'est.
Cependant, ce n'est pas l'unique cas rentrant dans le cadre de l'invention et il est possible de faire varier l'épaisseur de la couche de revêtement 14 si son épaisseur moyenne sur toute la surface de la fine particule de métal de
coeur 12 se situe dans l'intervalle mentionné allant de 1 à 10 nm.
La construction de base des fines particules de métal revêtues d'oxyde de l'invention étant décrite selon un premier aspect, nous allons maintenant décrire le procédé permettant de produire ces particules selon
un second aspect de l'invention en se référant aux figures 2 à 5.
La figure 2 est un schéma-bloc d'un exemple de procédé de l'in-
vention, permettant de produire de fines particules de métal revêtues
d'oxyde. La Figure 3 est un schéma-bloc d'un exemple de l'étape de brassa-
ge du procédé montré dans la Figure 2. Les figures 4A à 4C illustrent la
manière dont on élabore des particules composites dans l'étape de brassa-
ge montrée dans la Figure 3. La Figure 5 est une section verticale schéma-
tique d'un exemple d'appareil destiné à produire de fines particules de mé-
tal revêtues d'oxyde par réalisation d'un traitement par plasma thermique
dans le procédé montré sur la Figure 2. Il faut cependant noter que le pro-
cédé de l'invention permettant de produire de fines particules de métal re-
vêtues d'oxyde n'est en aucune manière limitée aux cas illustrés.
Dans la Figure 2, le schéma fonctionnel de base de réalisation du procédé de l'invention permettant de produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde est globalement indiqué par 20 et comprend une étape de
brassage 26 dans laquelle on mélange un métal en poudre 22 destiné à for-
mer les fines particules de métal de coeur 12, avec un oxyde en poudre 24
destiné à former la couche de revêtement d'oxyde 14, et une étape de trai-
tement par plasma thermique 28 dans laquelle on traite le mélange du mé-
tal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24 tel qu'obtenu dans l'étape de
brassage 26, avec un plasma thermique pour produire les particules revê-
tues 10 de l'invention qui comprennent les fines particules de métal 12 qui ont été raffinées à partir du métal en poudre 22 et qui sont revêtues avec la
couche de revêtement 14 dense.
Le métal en poudre 22 utilisé dans l'invention est un matériau il brut de poudre métallique destiné à fournir le métal qui doit constituer les fines particules de métal 12 qui servent de coeurs aux particules revêtues et il n'est pas particulièrement limitant dans la mesure o il s'agit d'un
métal choisi parmi ceux qui ont été indiqués dans la liste ci-dessus concer-
nant les fines particules de métal 12. La taille moyenne des particules du métal en poudre 22 n'est pas particulièrement limitante; si la taille moyenne des fines particules de métal de coeur 12 se situe dans l'intervalle allant de 0,05 à 1 gm, la taille moyenne des particules du métal en poudre
22 se situe de préférence dans l'intervalle allant de 0,5 à 20 tm, mieux en-
core, toutes les particules de métal en poudre 22 ne présentent pas une
taille aussi grande que 20 gm.
L'oxyde en poudre 24 utilisé dans l'invention est un matériau brut de poudre d'oxyde destiné à fournir l'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel d'oxacide qui doit constituer la couche de revêtement d'oxyde 14 des particules revêtues 10 et qui ne contient pas comme composant principal, l'élément métallique qui est le composant principal du métal en poudre
22; l'oxyde en poudre 24 n'est pas particulièrement limitant dans la mesu-
re o il s'agit d'un composé choisi parmi les oxydes, les oxydes complexes et les sels d'oxacide précédemment cités. La taille moyenne des particules d'oxyde en poudre 24 n'est pas particulièrement limitante; si l'épaisseur moyenne de la couche de revêtement 14 se situe dans l'intervalle allant de i à 10 nm, la taille moyenne des particules de l'oxyde en poudre 24 se situe
de préférence dans l'intervalle allant de 0,1 à 1 gim, mieux encore dans l'in-
tervalle allant de 0,2 à 0,5 gm.
L'étape de brassage 26 montrée dans la figure 2 permet de mélan-
ger un métal en poudre 22 (qui doit former les particules de coeur 12) avec un oxyde en poudre 24 (qui doit former la couche de revêtement 14). Dans
l'étape de brassage 26, on peut employer tout procédé qui permet de mé-
langer les deux matériaux en poudre 22 et 24, et on préfèere les mélanger de manière homogène. L'équipement de brassage à utiliser dans l'étape de brassage 26 n'est pas particulièrement limitant et on peut citer à titre d'exemple, des types connus tels que des mélangeurs à turbine et à vitesse
de cisaillement élevée, et un broyeur.
Dans l'étape de brassage 26, on préfère particulièrement élabo-
rer un composite à partir des deux matériaux en poudre 22 et 24 de sorte
que les particules individuelles dans le métal en poudre 22 soient disper-
sées et que chaque particule discrète soit revêtue, sur toute sa surface, de nombreuses particules d'oxyde en poudre 24 qui ont été dispersées et fixées pour former des particules composites présentant un revêtement uniforme sur toutes les particules de coeur. La figure 3 est un schémabloc d'un exemple d'étape de brassage
permettant de produire de telles particules composites. Telle que montrée, l'étape de brassage 26 comprend une sous-
étape de brassage préliminaire 30 dans laquelle on mélange un métal en poudre 22 et un oxyde en poudre 24, de préférence de manière homogène,
avant d'élaborer un composite, et une sous-étape d'élaboration de compo-
site 32 dans laquelle on élabore des particules composites 34 à partir du
mélange préliminaire résultant des deux matériaux en poudre.
La sous-étape de brassage préliminaire 30 permet de préparer un
mélange préliminaire homogène de métal en poudre 22 et d'oxyde en pou-
dre 24. Dans la sous-étape de brassage préliminaire 30, on utilise typique-
ment un mélangeur en V ou un mélangeur biconique, mais on peut les rem-
placer par tout autre type connu de mélangeurs.
* En utilisant les mélangeurs précédemment cités dans la sous-
étape de brassage préliminaire 30, on mélange de manière homogène un
métal en poudre 22 et un oxyde en poudre 24 comme dans le cas d'un bras-
sage ordinaire (voir Fig. 4A), à l'exception près que des particules de mé-
tal en poudre 22 ou bien, comme c'est souvent le cas, des particules plus fi-
nes d'oxyde en poudre 24 forment ensemble plus ou moins un agglomérat.
Le mélange homogène du métal en poudre 22 et de l'oxyde en
poudre 24 est ensuite transféré à la sous-étape d'élaboration d'un composi-
te 32 o on élabore un composite à partir des particules des deux poudres
pour produire des particules composites 34.
Le terme "élaboration d'un composite" tel qu'utilisé dans le pré-
sent document, a l'une des trois significations suivantes: les particules dans le métal en poudre 22 ne s'agglomèrent pas ensemble, mais elles sont
individuellement revêtues sur toute leur surface avec de nombreuses par-
ticules d'oxyde en poudre 24 qui ont été dispersées et fixées pour produire
des particules composites indiquées par 34a dans la figure 4B; de nom-
breuses particules d'oxyde en poudre 24 sont dispersées, de préférence uniformément, et adhèrent pour donner un revêtement, de préférence un revêtement uniforme, sur toute la surface d'une particule individuelle d'oxyde en poudre 24, de sorte qu'elles sont partiellement ou entièrement enfouies dans la surface de chaque particule de métal en poudre 22, ce qui produit des particules composites indiquées par 34b dans la Figure 4C; et des particules composites 34 qui présentent plusieurs états entre ceux des
particules composites 34a et 34b.
Dans la sous-étape d'élaboration d'un composite 32, on élabore de préférence un matériau composite à partir de toutes les particules dans les deux matériaux en poudre 22 et 24 de sorte que les particules revêtues sont des particules composites. Evidemment, ce n'est pas seulement le seul cas rentrant dans le cadre de l'invention et il peut rester une partie du mélange des deux matériaux en poudre à transformer en un matériau composite.
La sous-étape d'élaboration d'un composite 32 n'est pas particu-
lièrement limitante si on élabore un composite à partir de particules grâce à une force de cisaillement, une force de choc ou une force de broyage; par conséquent, elle peut être réalisée au moyen de n'importe quelle machine
appropriée telle qu'un mélangeur à turbine et à force de cisaillement éle-
vée ou un broyeur.
Le mélange de matériaux en poudre ainsi obtenu (contenant de préférence les particules composites 34) est ensuite envoyé vers l'étape de
traitement par plasma thermique 28, qui est réalisée au moyen de l'appa-
reil destiné à produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde qui est
montré sur la Figure 5.
L'appareil globalement indiqué par 40 sur la Figure 5 comprend une torche à plasma 42 comportant un compartiment à plasma 42a, un tube de quartz gainé 44, un tube de refroidissement gainé 46, un tube de trempe 48, une unité d'alimentation de mélange de matériaux en poudre 50 et une
unité de récupération de produit 52.
La torche à plasma 42 comprend un tube de quartz 42 b qui déli-
mite le compartiment à plasma 42a pour générer à l'intérieur un plasma
thermique (flamme de plasma) 43, une bobine de transmission haute fré-
quence (HF) 42c montée autour du tube de quartz 42b, un manchon tubu-
laire de refroidissement 42d monté autour de la bobine de transmission HF 42c, une sortie de gaz 42e qui est montée au sommet du tube de quartz 42b
et à travers laquelle le gaz formant le plasma est éjecté dans trois direc-
tions tangentielle, axiale et radiale, et un orifice d'alimentation 42f à tra-
vers lequel est alimenté le mélange de matériaux en poudre dans le plasma thermique 43 formé à l'intérieur du compartiment à plasma 42a.
La torche à plasma 42 présente une structure à double paroi com-
prenant un tube de quartz 42b et un manchon tubulaire 42d, une bobine 42c étant insérée entre eux. Ceci n'est pas le seul cas rentrant dans le cadre de
l'invention et la bobine 42c peut être enroulée autour du manchon tubulai-
re 42d, ou alors et elle peut présenter une structure à parois multiples com-
prenant trois tubes ou plus; la taille de la bobine 42c n'est pas particulière-
ment limitante. Les directions d'éjection du gaz formant le plasma à tra-
vers la sortie de gaz 42e ne sont pas limitées aux trois directions tangen-
tielle, axiale et radiale, mais on peut le concevoir ainsi de manière à per-
mettre l'éjection dans diverses autres directions.
La sortie de gaz 42e est reliée à une ou plusieurs sources d'ali-
mentation de gaz 42g qui sont situées en dehors et au-dessus de la torche à
plasma 42.
Quand le gaz formant le plasma est amené de la source d'alimen-
tation de gaz 42g vers la sortie de gaz 42e, il est éjecté de la sortie de gaz
42e dans le compartiment à plasma 42a dans les trois directions mention-
nées ci-dessus. Le gaz formant le plasma éjecté est excité par une tension à
haute fréquence fournie par une source d'énergie haute fréquence à la bo-
bine de transmission HF 42c, d'o la formation d'un plasma thermique 43 à
l'intérieur du compartiment à plasma 42a dans la torche à plasma 42.
Le gaz formant le plasma qui est amené par l'intermédiaire de la sortie de gaz 42e, est limité à un gaz rare tel que l'argon ou l'hélium, un gaz tel que l'hydrogène ou l'azote, et les mélanges de ces gaz. Le volume dans lequel ces gaz sont amenés par l'intermédiaire de la sortie de gaz 42e peut être choisi de manière appropriée en fonction de différents facteurs, y compris la taille du compartiment à plasma 42a, les propriétés du plasma
thermique 43 et le débit du mélange de matériaux en poudre.
La fréquence de la tension à haute fréquence à appliquer à la bo-
bine de transmission HF 42c et la tension (ou puissance) ne sont pas parti-
culièrement limitantes et peuvent être choisies de manière appropriée en
fonction de différents facteurs tels que les propriétés, c'est-à-dire, la tem-
pérature du plasma thermique 43.
Afin de transformer le mélange du métal en poudre 22 et de l'oxy-
de en poudre 24 en une phase vapeur, la température du plasma thermique 43 doit être supérieure au point d'ébullition de l'eutectique du mélange. Plus la température du plasma thermique 43 est élevée, plus il est facile de faire passer le mélange des deux matériaux en poudre à l'état de vapeur, et
par conséquent, mieux c'est. Cependant, la température du plasma thermi-
que 43 n'est pas particulièrement limitante; elle peut être supérieure aux points d'ébullition du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24, ou bien on peut choisir toute autre température de manière appropriée en
fonction du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24. A titre d'exem-
ple spécifique, la température du plasma thermique 43 peut être supérieure à 6 000 C. La limite supérieure de la température du plasma thermique 43
n'est pas particulièrement limitante; en raison de la difficulté de la mesu-
re, il n'est pas facile de déterminer la limite supérieure mais en théorie, el-
le pourrait être aussi élevée que 10 000 C environ.
L'atmosphère autour du plasma thermique 43 n'est pas parti-
culièrement limitante, mais la pression vaut de préférence 10,1 x 104 Pa (760 mm Hg) ou moins, mieux encore elle vaut de 2,6 x 104 Pa à 8,0 x 104 Pa
(200 à 600 Torr).
L'orifice d'alimentation 42f à travers lequel le mélange de maté-
riaux en poudre doit être amené, est relié à l'unité d'alimentation de mélan-
ge de matériaux en poudre 50 qui est aussi située en dehors et au-dessus de
la torche à plasma 42.
A partir de l'unité d'alimentation 50, on amène le mélange de ma-
tériaux en poudre, par exemple, un mélange en poudre de Fe-TiO2, de pré-
férence, sous la forme des particules composites 34, et on l'introduit dans
le plasma thermique à travers l'orifice d'alimentation 42f, lesquelles par-
ticules sont transportées par un gaz vecteur. Le gaz vecteur destiné à transporter le mélange de matériaux en poudre est limité à un gaz rare tel
que l'argon ou l'hélium, un gaz tel que l'hydrogène ou l'azote et les mélan-
ges de ces gaz. Si on le souhaite, le gaz formant le plasma ou une partie de ce dernier (un ou plusieurs des gaz à mélanger) peut être utilisé comme gaz
vecteur destiné à transporter le mélange de matériaux en poudre.
On fait momentanément passer le mélange de matériaux en pou-
dre introduit dans le plasma thermique, à l'état gazeux par chauffage du plasma thermique 43 de sorte que dans ce plasma thermique 43, le métal en poudre 22 et l'oxyde en poudre 24 dans le mélange se trouvent à l'état de vapeur. Le volume de mélange des matériaux en poudre à alimenter par
l'intermédiaire de l'orifice d'alimentation 42f et le type ainsi que le volu-
me du gaz vecteur qui transporte le mélange de matériaux en poudre ne
sont pas particulièrement limitants, et peuvent être choisis de manière ap-
propriée en fonction de différents facteurs tels que les propriétés du plas-
ma thermique 43 et le débit du mélange de matériaux en poudre.
Le tube de quartz gainé 44 est positionné sous la torche à plasma 42 et comprend un tube de quartz 44b présentant un plus grand diamètre
que le tube de quartz 42b dans la torche à plasma 42 et un manchon tubulai-
re de refroidissement 44c monté autour du tube de quartz 44b. Le tube de
quartz 44b délimite dans sa partie intérieure un compartiment de refroi-
dissement 44a dans lequel le mélange gazeux (phase vapeur) du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24 produit par chauffage avec le plasma
thermique 43 et émergeant de ce dernier, est introduit pour un premier re-
froidissement. Le tube de refroidissement gainé 46 est positionné sous le tube
de quartz gainé 44 et comprend un tube intérieur 46b qui présente généra-
lement le même diamètre que le tube de quartz 44b dans le tube de quartz gainé 44 et un manchon tubulaire de refroidissement 46c monté autour du tube intérieur 46b. Le tube intérieur 46b délimite dans sa partie intérieure
un compartiment de refroidissement 46a pour effectuer un deuxième re-
froidissement du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24 en phase vapeur, liquide ou solide, qui ont été soumis à un premier refroidissement
dans le tube de quartz gainé 44.
Le tube de trempe 48 est positionné sous le tube de refroidisse-
ment gainé 46 et comprend un tube intérieur 48b d'un diamètre beaucoup plus grand que celui du tube de quartz 46b dans le tube de refroidissement gainé 46, et un manchon tubulaire de refroidissement 48c monté autour du tube intérieur 48b. Le tube intérieur 48b délimite dans sa partie intérieure un compartiment de génération de particules revêtues 48a o l'on trempe le métal en poudre 22 et l'oxyde en poudre 24 en phase vapeur, liquide ou
solide, qui ont été soumis à un second refroidissement dans le tube de re-
froidissement gainé 46, pour produire des particules revêtues générées de l'invention. Dans le compartiment de génération de particules revêtues 48a du tube de trempe 48, on trempe le mélange en phase vapeur, liquide ou solide du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24, qui a été soumis à un deuxième refroidissement dans le tube gainé de refroidissement 46, de
sorte que les particules revêtues 10 de l'invention en phase solide sont tou-
tes produites immédiatement à partir du mélange en phase vapeur ou liqui-
de du métal en poudre 22 et de l'oxyde en poudre 24. Chacune des particu-
les revêtues 10 comprend une fine particule de métal de coeur 12 qui est plus raffinée que le métal en poudre 22 (c'est-à-dire, présentant une taille
plus petite que les particules dans le métal en poudre 22, allant de préfé-
rence de quelques dixièmes à quelques centièmes de la taille de ces derniè-
res) et qui est recouverte d'une couche de revêtement d'oxyde 14 dense et uniformément épaisse, formée à partir d'un oxyde en poudre 24. La couche de revêtement 14 est formée d'un oxyde, d'un oxyde complexe ou d'un sel
d'oxacide qui ne contient pas comme composant principal, l'élément mé-
tallique qui est le composant principal des fines particules de métal 12, à condition qu'il puisse contenir aussi un oxyde, un oxyde complexe ou un
sel d'oxacide de l'élément métallique qui est le composant principal des fi-
nes particules de métal 12 s'il y a conservation d'un joint (ou liaison) ou
d'un revêtement étanche sur les fines particules de métal 12.
Afin de retarder ou d'empêcher l'oxydation des fines particules
de métal de coeur, à savoir, la génération d'un oxyde de l'élément métalli-
que contenu dedans, l'atmosphère dans le compartiment de génération de particules revêtues 48a du tube de trempe 48 destiné à tremper le mélange
de matériaux en phase liquide ou vapeur, est de préférence inerte ou réduc-
trice. L'atmosphère inerte ou réductrice que l'on peut utiliser, n'est pas
particulièrement limitante et on peut citer à titre d'exemple, une atmos-
phère composée d'au moins un gaz inerte choisi parmi l'argon (Ar), l'hé-
lium (He) et l'azote (N2), ou une atmosphère contenant à la fois l'un de ces gaz inertes et de l'hydrogène (H2); des exemples spécifiques englobent une atmosphère de gaz rare tel qu'une atmosphère d'argon ou d'hélium, une atmosphère inerte tel qu'une atmosphère d'azote gazeux ou un mélange d'argon ou d'hélium et d'azote gazeux, et une atmosphère réductrice telle qu'une atmosphère d'argon contenant de l'hydrogène, une atmosphère d'hélium contenant de l'hydrogène, ou une atmosphère d'azote gazeux
contenant de l'hydrogène. Le pouvoir réducteur de ces atmosphères réduc-
trices n'est pas particulièrement limitant. Dans le cas illustré, non seulement la torche à plasma 42 mais aussi le tube de quartz gainé 44, le tube de refroidissement gainé 46 et le tube de trempe 48 sont conçus pour présenter une structure à double paroi; cependant, ce n'est pas le seul cas rentrant dans le cadre de l'invention et ils peuvent présenter une structure à multiples parois comprenant 3 ou
plus de trois tubes et leur taille n'est pas particulièrement limitante.
L'unité de récupération du produit 52 est utilisée pour récupérer
les particules revêtues 10 de l'invention qui ont été générées dans le com-
partiment de génération de particules revêtues 48a du tube de trempe 48.
Cette unité comprend: une chambre de récupération 52a qui est position-
née en dehors et à côté de la partie inférieure du tube de trempe 48, et qui communique avec le compartiment de génération de particules revêtues 48a; un filtre 52b qui est positionné entre la chambre de récupération 52a et la connexion au compartiment de génération de particules revêtues 48a
de manière à séparer les particules revêtues 10 de l'invention, des gaz flui-
disants tels que le gaz vecteur et le gaz formant le plasma; et un orifice d'aspiration/échappement 52c à travers lequel sont déchargés seulement les gaz fluidisants qui ont été aspirés avec les particules revêtues 10 de
l'invention, de l'intérieur du compartiment de génération de particules re-
vêtues 48a, après séparation avec le filtre 52b.
On relie l'orifice d'aspiration/échappement 52c à une source
d'aspiration de gaz 52d qui est positionnée en dehors et au-dessus de l'uni-
té de récupération du produit 52.
Les gaz fluidisants qui sont aspirés à travers l'orifice 52c au moyen d'une source d'aspiration de gaz 52d comprennent le gaz formant le
plasma, tel que l'argon ou l'azote utilisé pour produire le plasma thermi-
que 43, et le gaz vecteur, tel que l'argon, destiné à transporter le mélange
de matériaux en poudre. Ces gaz sont aspirés du compartiment de généra-
tion de particules revêtues 48a pour les envoyer dans l'unité de récupéra-
tion du produit 52 avec les particules revêtues 10 de l'invention. Même si les particules produites dans le compartiment de génération des particules
revêtues 48a contiennent non seulement les particules revêtues 10 de l'in-
vention, mais aussi des particules qui ne sont pas complètement revêtues ainsi que des particules d'oxyde et de métal, on récupère complètement les particules dont on ne veut pas, par le filtre 52b pour pénétrer dans la cham- bre de récupération 52a et seuls les gaz fluidisants qui ont été éliminés par
filtration sont déchargés à travers l'orifice d'aspiration 52c.
L'unité d'alimentation de mélange de matériaux en poudre 50 est un dispositif par lequel on alimente en mélange de métal en poudre 22 et d'oxyde en poudre 24 qui a été préparé par divers appareils de brassage
dans l'étape de brassage 26, le plasma thermique 43 dans la torche à plas-
ma 42, ce mélange étant transporté par un gaz vecteur tel que l'argon. Bien
que cela ne soit pas montré, les composants de base de l'unité d'alimenta-
tion 50 sont un réservoir pour conserver le mélange de matériaux en pou-
dre, un compartiment de brassage dans lequel le mélange de matériaux en poudre provenant du réservoir est transporté par le gaz vecteur, et une
source d'alimentation de gaz pour alimenter en gaz vecteur le comparti-
ment de mélange.
Dans l'appareil illustré 40 destiné à produire de fines particules
de métal revêtues d'oxyde, le tube de quartz gainé 44 et le tube de refroi-
dissement gainé 46 qui permettent de faire un refroidissement intermé-
diaire (premier et deuxième), sont positionnés entre la torche à plasma 42 permettant de faire passer le mélange de métal en poudre 22 et d'oxyde en poudre 24 à l'état de vapeur, et le tube de trempe 48 qui permet la trempe du
mélange de matériaux en poudre qui se trouve en phase vapeur pour pro-
duire les particules revêtues 10 de l'invention. Cependant, ceci n'est pas le
seul cas rentrant dans le cadre de l'invention et ces dispositifs intermé-
diaires de refroidissement peuvent être omis complètement, ou bien un dispositif de réalisation d'un refroidissement intermédiaire en une étape
ou trois étapes ou plus, peut les remplacer.
La construction de base de l'appareil pour réaliser l'étape de trai-
tement par plasma thermique 28 étant décrite dans le schéma fonctionnel de production de fines particules de métal revêtues d'oxyde de l'invention, nous allons maintenant décrire le fonctionnement de l'appareil ainsi que
de l'étape de traitement par plasma thermique 28 dans la production de fi-
nes particules de métal revêtues d'oxyde.
Tout d'abord, on envoie le mélange de matériaux en poudre (de
préférence, les particules composites 34) préparées dans l'étape de bras-
sage 26 vers l'étape de traitement par plasma thermique 28, le mélange étant introduit dans l'unité d'alimentation de mélange de matériaux en poudre 50 dans l'appareil 40 montré sur la figure 5. Dans toute l'étape de
traitement par plasma thermique 28, une tension à haute fréquence prédé-
terminée est appliquée à la bobine de transmission HF 42c dans la torche à
plasma 42, le gaz formant le plasma alimenté provenant de la source d'ali-
mentation de gaz 42g est éjecté par la sortie de gaz 42e, et le plasma ther-
mique (flamme de plasma) 43 est produit et conservé dans le compartiment
à plasma 42a.
Ensuite, le mélange de matériaux en poudre est alimenté par l'unité 50 via l'orifice d'alimentation 42f, dans le plasma thermique 43 à l'intérieur du compartiment à plasma 42a, dans lequel le métal en poudre
22 et l'oxyde en poudre 24 dans le mélange passent à l'état gazeux.
Les deux matériaux, le métal en poudre 22 et l'oxyde en poudre
24, qui sont passés à l'état de vapeur par l'intermédiaire du plasma thermi-
que 43, descendent jusqu'au compartiment à plasma 42a pour quitter le plasma thermique 43 et pénétrer dans le compartiment de refroidissement 44a du tube de quartz gainé 44 o les deux matériaux subissent un premier
refroidissement; les matériaux refroidis continuent à descendre et pénè-
trent dans le compartiment de refroidissement 46a du tube de refroidisse-
ment gainé 46 o ils sont soumis à un deuxième refroidissement.
Les deux matériaux (métal en poudre 22 et oxyde en poudre 24) que l'on a fait passer à l'état de vapeur ou partiellement à l'état de liquide, descendent encore pour pénétrer dans le compartiment de génération des particules revêtues 48a du tube de trempe 48. Puisque le compartiment de
génération de particules revêtues 48a est beaucoup plus grand que le com-
partiment de refroidissement 46a du tube de refroidissement gainé 46, les
deux matériaux (métal en poudre 22 et oxyde en poudre 24) en phase va-
peur ou partiellement en phase liquide qui ont pénétré dans le comparti-
ment de génération de particules revêtues 48a sont trempés pour toutes so-
lidifier immédiatement et produire des particules revêtues 10 de l'inven-
tion. Chacune des particules revêtues 10 comprend une fine particule de
métal de coeur 12 qui est plus raffinée que le métal en poudre 22 (c'està-
dire, présentant une taille plus petite que les particules dans le métal en poudre 22, par exemple, quelques centièmes de la taille de ces dernières)
et qui est recouverte d'une couche de revêtement d'oxyde 14 dense et uni-
formément épaisse, formée à partir de l'oxyde en poudre 24. De cette manière, on peut produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde 10 de l'invention comprenant des particules de métal de
coeur raffinées 12, chacune d'entre elles étant recouverte de manière den-
se sur toute sa surface d'une couche de revêtement 14 qui est formée d'un
oxyde, d'un oxyde complexe ou d'un sel d'oxacide qui ne contient pas com-
me composant principal, l'élément métallique qui est le composant princi-
pal des fines particules de métal 12, ladite couche de revêtement 14 conte-
nant éventuellement un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide de l'élément métallique qui est le composant principal des fines particules de
métal 12.
Dans l'étape de traitement par plasma thermique 28, le mélange de matériaux en poudre peut être remplacé par les particules composites 34 préparées dans la sous-étape d'élaboration de particules composites 32 de l'étape de brassage 26, de manière à être alimenté à partir de l'unité d'alimentation 50 dans l'appareil 40 pour produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde, et ceci contribue à atteindre une amélioration
marquée dans le domaine des particules revêtues 10 de l'invention.
Tel que déjà mentionné, le refroidissement intermédiaire réalisé dans le procédé de l'invention permettant de produire de fines particules
de métal revêtues d'oxyde, n'est pas limité au refroidissement en deux éta-
pes par le tube de quartz gainé 44 et le tube de refroidissement gainé 46, et
on peut l'effectuer en une seule étape ou en trois étapes ou plus.
Les caractéristiques de base du procédé de l'invention permet-
tant de produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde, sont décri-
tes ci-dessus.
Bien que les fines particules de métal revêtues d'oxyde de l'in-
vention et le procédé permettant de les produire aient été décrits cidessus en détail, il faut noter que l'invention n'est en aucune manière limitée à ce qui précède et diverses améliorations et modifications peuvent être faites
sans s'éloigner du cadre de l'invention.
Tel que décrit en détail ci-dessus, le premier aspect de l'inven-
tion présente l'avantage de produire de nouvelles particules fines de métal revêtues d'oxyde qui comprennent des particules fines de métal de coeur recouvertes, de préférence sur toute leur surface, d'une couche rugueuse de revêtement d'oxyde, l'oxyde ne contenant pas comme composant prin-
cipal, l'élément métallique qui est le composant principal des fines parti-
cules de métal de coeur (ladite couche de revêtement peut éventuellement contenir un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide ordinaire). Les nouvelles particules fines de métal revêtues d'oxyde sont appropriées pour une utilisation dans des applications telles que les os artificiels, les additifs aux produits cosmétiques et les catalyseurs qui ont besoin d'une fusion entre les propriétés des métaux (par exemple, résistance mécanique et magnétisme) et les propriétés des oxydes (par exemple, compatibilité
avec l'environnement et photo-activité), et dans d'autres applications tel-
les que des matériaux d'électrode dans les piles à combustible qui ont be-
soin d'une bonne adhérence entre le métal et l'oxyde.
Selon le second aspect de l'invention, les nouvelles particules fi-
nes de métal revêtues d'oxyde présentant les avantages mentionnés ci-des-
sus peuvent être facilement produites, de préférence avec un rendement
élevé.
EXEMPLES
Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration supplé-
mentaire de la présente invention et ne doivent pas être considérés comme
limitatifs.
Exemple 1
On a introduit du Fe en poudre 22 présentant une taille moyenne
de particules de 5 gm, et du TiO2 en poudre 24 présentant une taille moyen-
ne de particules de 1 irm, dans l'appareil 40 montré en figure 5 et on les a traité selon la ligne de production 20 montrée dans les figures 2 et 3 pour
produire de fines particules de Fe revêtues de TiO2 10.
Dans la sous-étape de brassage préliminaire 30 de l'étape de brassage 26 montrée dans la figure 3, on a utilisé un mélangeur-agitateur à vitesse élevée Hi-X (Nisshin Engineering Co., Ltd); dans la sous-étape
d'élaboration de particules composites 32, on a utilisé un appareil d'élabo-
ration de particules composites Théta (O) Composer (Tokuju Kosakusho
K.K.). En se reportant à l'appareil 40 montré dans la figure 5, le tube de quartz
* 42b dans la torche à plasma 42, le tube de quartz 44b dans le tube de quartz gainé 44, le tube intérieur 46b du tube de refroidissement gainé 46
et le tube intérieur 48b du tube de trempe 48 présentaient les valeurs sui-
vantes de diamètre intérieur et de longueur: 42b (55 mm x 220 mm); 44b
(120 mmx 250 mm); 46b (120 mmx 100 mm); 48b (400 mm x 900 mm).
Le TiO2 en poudre 24 et le Fe en poudre 22 ont été alimenté en un tel rapport que la proportion de TiO2 en poudre 24 était de 4,5 % en poids
(8 % en volume).
La bobine de transmission HF 42c dans la torche à plasma 42 a
été alimenté avec une tension à haute fréquence d'environ 6 kV à une fré-
quence d'environ 4 MHz; le gaz formant le plasma à éjecter à travers la sortie de gaz 42e était un mélange d'argon (100 1/min.) et d'hydrogène (10 i/min.). Dans toute l'étape de traitement par plasma, le plasma thermique 43 formé dans le compartiment à plasma 42a de la torche à plasma 42 se
trouvait sous une pression d'environ 6 x 104 Pa (450 Torr).
On a alimenté le mélange de matériaux en poudre (particules composites de Fe-TiO2 34) dans le plasma thermique 43 dans la torche à
plasma 42 via l'orifice d'alimentation 42f à un débit de 10 g/h, lequel mé-
lange est transporté par un gaz vecteur (argon) s'écoulant à un débit de 1/min. L'atmosphère dans le compartiment de génération de particules
revêtues 48a du tube de trempe 48 était une atmosphère réductrice compo-
sée d'argon et d'hydrogène.
Grâce au protocole décrit ci-dessus, de fines particules de métal revêtues d'oxyde 10 peuvent être produites avec un rendement élevé. Elles sont constituées de fines particules de Fe de coeur 12 présentant une taille moyenne de 0,3 gm, qui ont été recouvertes avec une couche de revêtement
d'oxyde 14 présentant une épaisseur moyenne de 5 nm et adhérant forte-
ment et de manière étanche (formant un revêtement rugueux) aux surfaces
des fines particules de Fe 12.
On a examiné l'une des fines particules de métal revêtues d'oxy-
de 10 qui ont été produites dans l'exemple 1, avec un microscope élec-
tronique en transmission (MET) et la micrographie prise est montrée en Fig. 6. On a soumis cette même particule à une analyse par spectrométrie X à dispersion d'énergie aux points Nos 5 et 6 et les spectres résultants sont montrés en Fig. 7 (point N 5) et Fig. 8 (point N 6).
D'après la Fig. 6, on peut voir que la seule particule revêtue exa-
minée est constituée d'un coeur et d'une couche de revêtement (ou film) d'une épaisseur de plusieurs nanomètres. Selon la Fig. 8, le coeur est une particule de Fe de plusieurs dizaines de nanomètres de diamètre et il ne contient pas de Ti, ni de O. Puisque Fe, Ti et O apparaissent sur la Fig. 7, on peut conclure que la couche de revêtement (ou film) est formée d'un oxyde de Fe et de Ti en une épaisseur de plusieurs nanomètres; à savoir, il ne s'agit pas d'une simple couche d'oxyde de Fe, mais elle est principalement composée d'un oxyde complexe formé par coalescence entre le Fe du coeur
et le TiO2 de la couche de revêtement.
Ces données étant données, on peut voir que les fines particules de métal revêtues d'oxyde 10 produites dans l'exemple 1 présentent sur la
totalité de leurs surfaces de particules fines de Fe de coeur 12, un revête-
ment avec la couche de revêtement 14 uniforme et dense qui est principa-
lement constituée de l'oxyde complexe Fe-Ti-O, et que ladite couche de
revêtement 14 présente une épaisseur très uniforme.
On peut également voir d'après l'invention, que l'on peut facile-
ment produire avec un rendement élevé de fines particules de métal revê-
tues d'oxyde 10, dont l'une est montrée sur la Fig.e 6.
Exemple 2
On a introduit du Ni en poudre 22 présentant une taille moyenne de particules de 6 gm, et du BaTiO3 en poudre 24 présentant une taille
moyenne de particules de 0,5 ffm, dans le même appareil 40 que celui utili-
sé dans l'exemple 1, et on a suivi le même processus que celui de l'exemple
1 avec la même ligne de production 20 que celle de l'exemple 1 pour pro-
duire de fines particules de Ni revêtues de BaTiO3 10.
Le BaTiO3 en poudre 24 et le Ni en poudre 22 ont été alimentés en un tel rapport que la proportion de BaTiO3 en poudre 24 était de 5 % en
poids (7,3 % en volume).
Les autres conditions de la production dans l'exemple 2 étaient
complètement identiques à celles employées dans l'exemple 1.
Grâce au protocole décrit ci-dessus, on peut produire de fines particules de métal revêtues d'oxyde 10 avec un rendement élevé. Elles sont constituée de fines particules de Ni de coeur 12 présentant une taille moyenne de 0,3 gim, qui ont été recouvertes d'une couche de revêtement d'oxyde 14 en une épaisseur de 3 nm, qui adhère fortement et de manière
étanche (formant un revêtement rugueux) aux surfaces des fines particu-
les de Ni 12.
On a examiné l'une des fines particules de métal revêtues d'oxy-
de 10 qui ont été produites dans l'exemple 2, avec un microscope électro-
nique en transmission (MET) et la micrographie prise est montrée en Fig. 9. On a soumis cette même particule à une analyse par spectrométrie X à dispersion d'énergie aux points B 1 et B6 et les spectres résultants sont
montrés en Fig. 10 (point B1) et Fig. 11 (point B6).
D'après la Fig. 9, on peut voir que la seule particule revêtue exa-
minée est constituée d'un coeur et d'une couche de revêtement (ou film)
d'une épaisseur de plusieurs nanomètres. Selon la Fig. 10, le coeur présen-
te un diamètre de particules de Ni de plusieurs centaines de nanomètres et il ne contient pas de Ba, ni de Ti, ni de O. Puisque Ba, Ti et O apparaissent sur la Fig. 11, on peut conclure que la couche de revêtement (ou film) est formée d'un oxyde de Ba et de Ti en une épaisseur de plusieurs nanomètres; à savoir, il s'agit d'une couche d'oxyde complexe (BaTiO3) uniquement composée d'un oxyde de revêtement exempt du composant Ni
du coeur.
Ces données étant données, on peut voir que les fines particules de métal revêtues d'oxyde 10 produites dans l'exemple 2, présentent sur la totalité des surfaces de particules fines de Ni de coeur 12, un revêtement avec la couche de revêtement 14 uniforme et dense, qui est composée de l'oxyde complexe Ba-Ti-O, et que ladite couche de revêtement 14 présente
une épaisseur très uniforme.
On peut également voir que selon l'invention, on peut facilement produire avec un rendement élevé de fines particules de métal revêtues
d'oxyde 10, dont l'une est montrée sur la Fig. 9.
Claims (14)
1. Fines particules de métal revêtues d'oxyde, caractérisées en ce
qu'elles comprennent de fines particules de métal de coeur qui ont été re-
couvertes avec une couche de revêtement comprenant soit un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide qui ne contient pas comme composant principal, l'élément métallique qui est le composant principal des fines particules de métal de coeur, soit un oxyde complexe ou un sel complexe dudit oxyde, dudit oxyde complexe ou dudit sel d'oxacide et d'un oxyde
dudit élément métallique.
2. Fines particules de métal revêtues d'oxyde selon la revendica-
tion 1, caractérisées en ce que lesdites particules de coeur présentent une taille moyenne de 0,01 à 1,um, et ladite couche de revêtement présente une
épaisseur moyenne de 1 à 10 nm.
3. Fines particules de métal revêtues d'oxyde selon la revendica-
tion 1 ou 2, caractérisées en ce que l'élément métallique qui est le compo-
sant principal desdites fines particules de métal de coeur est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par A1, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Zr, Ru, Pd, Ag, In, Pt, Au et Sm, et caractérisées en ce que l'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel d'oxacide avec lequel lesdites fines particules
de métal de coeur sont revêtues, est au moins un élément choisi dans l'en-
semble constitué par l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'argent,
l'oxyde de fer, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de manganèse, l'oxyde d'yt-
trium, l'oxyde de cérium, l'oxyde de samarium, l'oxyde de béryllium, le ti-
tanate de baryum, le titanate de plomb, l'aluminate de lithium, le vanadate
d'yttrium, le phosphate de calcium, le zirconate de calcium, le zirconate-
titanate de plomb, l'oxyde de fer et de titane, l'oxyde de cobalt et de titane
et le stannate de baryum.
4. Procédé permettant de produire de fines particules revêtues d'oxyde, comprenant les étapes qui consistent à: mélanger un métal en poudre avec un oxyde en poudre qui est un oxyde, un oxyde complexe ou un sel d'oxacide qui ne contient pas comme composant principal, l'élément métallique qui est le composant principal du métal en poudre, pour obtenir un mélange de matériaux en poudre; à
amener le mélange de matériaux en poudre dans un plasma ther-
mique pour obtenir un mélange en phase vapeur; et ensuite à
tremper le mélange en phase vapeur pour former de fines particu-
les de métal revêtues d'oxyde comprenant de fines particules de métal de coeur qui sont sont plus fines que le métal en poudre et qui sont recouver-
tes d'une couche de revêtement comprenant soit un oxyde, un oxyde com-
plexe ou un sel d'oxacide, soit un oxyde complexe ou un sel complexe du-
dit oxyde, dudit oxyde complexe ou dudit sel d'oxacide et d'un oxyde dudit
élément métallique.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites particules de coeur présentent une taille moyenne de 0,01 à 1 Pm et ladite
couche de revêtement présente une épaisseur moyenne de 1 à 10 nm.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que
l'élément métallique qui est le composant principal desdites fines particu-
les de métal de coeur est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par A1, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Zr, Ru, Pd, Ag, In, Pt, Au et Sm, et caractérisé en ce que l'oxyde, l'oxyde complexe ou le sel
d'oxacide avec lequel lesdites fines particules de métal de coeur sont revê-
tues, est au moins un élément choisi dans l'ensemble constitué par l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de silicium,
l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'argent, l'oxyde de fer, l'oxyde de magné-
sium, l'oxyde de manganèse, l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de cérium, l'oxyde de samarium, l'oxyde de béryllium, le titanate de baryum, le titanate de
plomb, l'aluminate de lithium, le vanadate d'yttrium, le phosphate de cal-
cium, le zirconate de calcium, le zirconate-titanate de plomb, l'oxyde de
fer et de titane, l'oxyde de cobalt et de titane et le stannate de baryum.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, ca-
ractérisé en ce que ledit métal en poudre présente une taille moyenne de particules de 0,5 à 20,m et ledit oxyde en poudre présente une taille
moyenne de 0,1 à 1 pm.
8. Procédé selon les revendications 4 à 7, caractérisé en ce que
ledit métal en poudre et ledit oxyde en poudre sont mélangés avec un mé-
langeur à turbine et à vitesse de cisaillement élevée ou un broyeur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, ca-
ractérisé en ce que le mélange de matériaux en poudre dudit métal en pou-
dre et dudit oxyde en poudre est un agrégat de particules composites pré-
sentant des particules individuelles dans ledit métal en poudre revêtu avec
ledit oxyde en poudre.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, ca-
ractérisé en ce que ledit plasma thermique présente une température supé-
rieure aux points d'ébullition dudit métal en poudre et dudit oxyde en pou-
dre.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, ca-
ractérisé en ce que ledit plasma thermique se trouve sous une pression de
10,1 x 104 Pa (760 mm Hg) ou moins.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 1 1, ca-
ractérisé en ce que ledit plasma thermique se trouve sous une pression de
2,6 x 104 Pa à 8,0 x 104 Pa (200 à 600 Torr).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, ca-
ractérisé en ce que ledit mélange en phase vapeur est trempé dans une
atmosphère inerte ou réductrice.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 13, ca-
ractérisé en ce que ledit mélange en phase vapeur est trempé dans une atmosphère contenant un gaz rare soit seul, soit en mélange avec de
l'hydrogène.
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