FR2821861A1 - Appareil pour la commande de l'ecoulement dans un procede d'electrodeposition - Google Patents
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Abstract
Cellule de galvanoplastie (10), ayant un bac (20) avec une extrémité supérieure ouverte définie par une bordure (22a, 24a) du bac, de l'électrolyte (12) dans le bac et plusieurs plaques électrodes (40, 50) métalliques, disposées dans le bac, juxtaposées, séparées, mutuellement parallèles. Des plaques électrodes adjacentes définissent entre elles un intervalle inter-électrode (88). Un manifold d'injection est disposé au fond du bac pour amener l'électrolyte dans le bac à des emplacements situés en dessous des plaques électrodes. Une grille collectrice, composée de plusieurs collecteurs (100) ayant des orifices (106), définit un niveau supérieur de l'électrolyte en collectant l'électrolyte depuis le bac. Les orifices sont disposés, séparés les uns des autres, dans l'extrémité supérieure ouverte définie par la bordure du bac. La grille collectrice et l'injecteur créent un courant ascendant d'électrolyte entre les plaques lorsque l'électrolyte s'écoule depuis les emplacements du manifold situés en dessous des plaques jusqu'aux orifices.
Description
revendication. Domaine de l'invention La présente invention concerne
l'électrodéposition de métal en général, et, plus particulièrement, une cellule de galvanoplastie et son système d'écoulement de l'électrolyte. Alors que la présente invention est applicable particulièrement à un procédé de galvanoplastie pour former du cuivre, et sera décrite en se rétérant à cette application, l'invention trouve aussi une application avantageuse dans l'électrodéposition
lO d'autres types de métaux et de composés métalliques.
Arrière-plan de l'invention Il est bien connu qu'un métal peut être extrait à partir d'ions métal dans l 5 une solution électrolytique par un procédé de galvanoplastie. Un procédé de galvanoplastie utilise la technique connue de placage de métal ou de composés métalliques à partir d'une solution électrolytique sur une plaque électrode. La galvanoplastie moderne a lieu typiquement dans un bac non-conducteur, relativement grand, qui
contient des ions métal dissous dans une solution électrolytique.
Plusieurs plaques cathodes et anodes, disposées parallèlement les unes à côté des autres, sont suspendues dans la solution électrolytique. Dans une cellule de galvanoplastie pour cuivre, les cathodes et les anodes sont finalement installées de sorte que chaque cathode est disposée entre deux anodes. Les cathodes et les anodes sont connoctées à une source d'énergie électrique, en vue de provoquer le placage de cuivre
sur les plaques cathodes.
Les cellules pour galvanoplastie comportent typiquement un système de cTrculation qui fait circuler la solution électrolytique depuis un réservoir vers la cellule de galvanoplastie et, en retour, depuis cette cellule vers le réservoir. Les ions métal épuisés à partir de la solution électrolytique pendant le procédé d'électrodéposition sont rechargés dans le réservoir. La solution électrolytique rechargée (c'est-à-dire "fraîche") est pompée dans le bac pour galvanoplastie, typiquement au fond de celui-ci. La solution en excès dans le bac déborde de la bordure supérieure du bac et elle est collectée dans une cuve. L'électrolyte
collecté (c'est-à-dire dont le métal est "épuisé'i) retourne au réservoir.
Ce type d' install ation pro duit une circulation de s oluti on éle ctrolytique peu satisfaisante dans le bac. La solution électrolytique circule typiquement depuis son point d'entrce au fond du bac vers la bordure du bac, o la solution sort, c'est-à-dire déborde du bac. Cela produit des zones de faible écoulement entre les plaques, ce qui est plus marqué au milieu de la région supérieure du bac. La circulation de la solution lO électrolytique est aussi influencce par les bulles de gaz qui se forment entre les plaques électrodes pendant le processus d'électrodéposition, puisque du gaz est libéré à la surface des plaques anodes. Ces bulles de gaz tendent aussi à diriger la solution électrolytique hors des espaces ou intervalles entre les plaques parallèles anodes et cathodes vers les côtés et les bordures du bac. Ainsi, la solution électrolytique rechargée, fraîche, refoulée dans le bac, circule typiquement vers les bordures du bac, o elle déborde du bac, plutôt que dans les intervalles entre cathode et anode o se produit la véritable électrodéposition et o la
solution électrolytique rechargée est nécessaire.
La présente invention résout ces problèmes ainsi que d'autres et propose une cellule de galvanoplastie ainsi que son système d'écoulement, avec lesquels la solution électrolytique frâîche entrant dans le bac est dirigée plus uniformément entre les plaques anodes et cathodes. Résumé de l'invention Selon la présente invention, il est proposé une cellule de galvanoplastie qui comporte un bac pour contenir l'électrolyte. Le bac présente une extrémité supérieure ouverte. Plusieurs plaques électrodes, métalliques, plates, sont disposées à l'intérieur du bac, juxtaposces, séparées et parallèles les unes aux autres, les plaques électrodes définissant un intervalle entre plaques électrodes adjacentes. Un système de circulation d'électrolyte comporte un manifold d'entrée disposé sous les plaques électrodes et une pluralité de collecteurs séparés s'étendant au travers de l'extrémité supérieure ouverte du bac. Les collecteurs s'étendent parallèlement aux plaques électrodes. L'électrolyte est
pompé en permanence vers le bac à travers le manifold d'entrée.
L'éleckolyte pompé vers le bac circule vers le haut à travers les intervalles, vers les collecteurs, les collecteurs établissant un niveau de
l'électrolyte dans le bac.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé une cellule de galvanoplastie ayant un bac, de l'électrolyte dans le bac et une pluralité de plaques électrodes métalliques, plates, disposées à l'intérieur du bac, juxtaposées, séparées et parallèles les unes aux autres. Les plaques électrodes adjacentes définissent entre elles un intervalle inter-électrodes. Une ligne d'alimentation en éleckolyte est prévue pour injecter de l'électrolyte dans le bac en dessous des parties inférieures des plaques électrodes. Une grille de collecte de l'électrolyte composée de plusieurs collecteurs généralement en parallèle qui s'étendent au travers du bac, est disposée entre les plaques électrodes et établit un niveau de l'électrolyte dans le bac en collectant l'électrolyte lorsque l'électrolyte atteint le niveau. Les collecteurs sont disposés par rapport à la ligne d'alimentation à l'entrée pour collecter la solution électrolyte à des emplacements espacés les uns des autres dans le bac et pour produire un écoulement en général vertical de l'électrolyte dans
les intervalles entre les plaques électrodes.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé une cellule de galvanoplastie, comprenant un bac ayant une extrémité supérieure ouverte définie par une bordure du bac, de l'électrolyte dans le bac et une pluralité de plaques électrodes, métalliques, plates, disposées à l'intérieur du bac, juxtaposées, séparées et parallèles les unes aux autres. Des plaques électrodes adjacentes définissent entre elles un intervalle entre électrodes. Un manifold d'injection est disposé au fond du bac pour amener l'électrolyte dans le bac en des endroits situés sous les plaques électrodes. Une grille de collecte de l'électrolyte, composée d'une pluralité d'orifices de collecte, définit un niveau supérieur de l'électrolyte en collectant l'électrolyte provenant du bac. Les orifices sont disposés séparés les uns des autres au travers de l'ouverture supérieure ouverte du bac. La grille de collecte et l'injecteur créant un écoulement de l'électrolyte vers le haut, entre les plaques, puisque la solution s'écoule depuis les emplacements de manifold sous les plaques
vers les orifices de collecte.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé une méthode de galvanoplastie pour cuivre, comportant les étapes consistant à: (a) orienter verticalement une plaque cathode entre deux plaques anodes verticales séparées à l'intérieur d'un bac, la plaque cathode et les plaques anodes étant sensiblement parallèles les unes aux autres, avec un intervalle uniforme défini entre la plaque cathode et chaque plaque anode; (b) exciter négativement la plaque cathode et exciter positivement les plaques anodes; et (c) provoquer un écoulement vertical ascendant de l'électrolyte au travers des intervalles entre la plaque cathode et les plaques anodes, 1) en refoulant l'électrolyte dans le bac en dessous de la plaque cathode et des plaques anodes et 2) en collectant l'électrolyte par une pluralité d'orifices de collecte disposés au travers du bac entre les plaques anodes. Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé une méthode de galvanoplastie pour cuivre telle que décrite ci-dessus, comportant encore les étapes consistant à: (d) obliger l'électrolyte à circuler à travers les intervalles entre plaque cathode et plaques anodes à une vitesse moyenne uniforme comprise entre 21,2.10-5 (m/s 0,50 pouces/min.) et 42,4.10-4 m/s (10,00 pouces/min.). Un objet de la présente invention est de proposer une cellule de galvanoplastie ayant des caractéristiques de fonctionnement améliorées. Un autre objet de la présente invention est de proposer une cellule de galvanoplastie telle que décrite ci-dessus, pour galvanoplastie du cuivre. Un autre objet de la présente invention est de proposer une cellule de galvanoplastie telle que décrite ci-dessus, permettant un meilleur
écoulement de l'électrolyte entre les plaques électrodes.
Un objet de la présente invention est de proposer un système de
circulation d'électrolyte pour une cellule d'électrodéposition.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un système de circulation d'électrolyte tel que décrit ci-dessus, qui produit un écoulement uniforme d'électrolyte devant les plaques électrodes dans
une cellule de galvanoplastie.
Encore un autre objet de la présente invention est de proposer une cellule d'électrodéposition et un système de circulation d' él ectrolyte tel s que décrits ci-dessus, qui améliorent la qualité du produit et la
productivité de la cellule de galvanoplastie.
Ces objets et ces avantages ainsi que d'autres ressortiront de la
description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, en
liaison avec les dessins d'accompagnement et les revendications
jointes.
Brève description des dessins
L'invention peut prendre une forme physique dans certaines parties et certaines disposition de parties, dont les modes de réalisation préférés seront décrits en détails dans la spécification et illustrés dans les dessins d'accompagnement qui en font partie, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une cellule de galvanoplastie ayant intérieurement des plaques électrodes parallèles, et ayant un système d'écoulement d'électrolyte conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe prise le long des lignes 2-2 de la fgure 1; la fgure 3 est une vue en coupe prise le long des lignes 3-3 de la fgure 1; la fgure 4 est une vue en plan de dessus de la cellule de galvanoplastie représentée sur la figure 1; la figure 5 est une vue en coupe agrandie d'un système de collecte de l'électrolyte selon la présente invention; la fgure 6 est une vue en coupe agrandie prise le long des lignes 6-6 de la fgure 5; la fgure 7 est une vue partielle agrandie prise le long des lignes 7-7 de la fgure 3; la figure 8 est une vue en perspective d'une plaque électrode anode, montrant un collecteur d'électrolyte le long de sa bordure supérieure; la fgure 9 est une vue en perspective agrandie des extrémités de plusieurs plaques anodes, là o elles se projettent à travers une paroi du bac, montrant le schéma d'écoulement de l'électrolyte depuis la cellule de galvanoplastie jusque dans la cuve de collecte de l'électrolyte; la fgure 10 est une vue schématique montrant les orifices d'entrée de l'électrolyte et une grille des orifces de sortie de l'électrolyte, formés par un système de circulation de l'électrolyte selon la présente invention; la fgure 11 est une vue en élévation d'un coin supérieur d'une plaque anode montrant un collecteur d'électrolyte selon un autre mode de réalisation de la présente invention; et la fgure 12 est une vue de dessus en plan d'une exkémité d'une plaque anode montrant une disposition de scellement pour sceller l'extrémité
de l'anode et le collecteur d'électrolyte à une paroi de bac.
Description détaillée du mode de réalisation préféré
En se référant maintenant aux dessins, dont les vues ont pour but seulement d'illustrer le mode de réalisation préféré de l'invention et non de limiter celle-ci, la figure 1 est une vue en perspective d'une cellule de galvanoplastie 10 destinée à extraire du métal d'une solution électrolytique contenant des ions du métal. (Dans toute la spécification, les termes "solution électrolytique" et "électrolyte" sont utilisés comme synonymes). La présente invention sera décrite par rapport à une cellule de galvanoplastie pour produire du cuivre, bien que, comme on l'appréciera, la cellule 10 peut aussi être utilisce pour former d'autres métaux, tels que, à titre d'exemple et sans limitation, du zinc ou du manganèse. Généralement parlant, la cellule 10 se compose d'un bac 20 contenant une solution électrolytique 12. Dans le mode de réalisation représenté, le bac 20 est en général de forme rectangulaire et comporte des parois latérales verticales 22, 24, des parois d'extrémité 26, 28 et une paroi de fond 32. Des cuves 34, 36 sont formées le long des bordures supérieures externes 22a, 24a des parois latérales 22, 24, respectivement, comme on le voit au mieux sur les figures 1, 5 et 9. Les cuves 34, 36 font partie d'un système de circulation d'électrolyte, qui sera décrit plus en détails ci-dessous. Les bacs de cellules de galvanoplastie sont formés typiquement d'un matériau résistant à la corrosion et résistant aux acides, tel que matière plastique ou métal inerte. Le bac 20 et les cuves 34, 36 sont formés de préférence d'une matière plastique. Le bac 20 est dimensionné pour recevoir une pluralité d'électrodes, désignées par 40, 50, juxtaposées, séparées et parallèles les unes aux autres. L'électrode 40 est une plaque cathode, et
l'électrode 50 est une plaque anode.
La plaque cathode 40 est généralement une plaque rectangulaire plate ayant une barre de suspension rectiligne 42 qui s'étend le long de la bordure supérieure de la plaque. La barre de suspension 42 est. de prétérence, soudée à la plaque cathode 40, comme cela est connu usuellement. La barre de suspension 42 présente une longueur plus grande que la largeur du bac 20, les extrémités de la barre de suspension 42 s'étendant au-delà de la périphérie du bac 20, comme on
le voit sur la figure 1.
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La plaque anode 50, que l'on voit au mieux sur la figure 8, est une plaque rectangulaire plate ayant une barre de suspension 52 qui s'étend le long le long de la bordure supérieure de la plaque. La barre de suspension 52 est dimensionnée pour s'étendre au-delà des cuves 34, 36 du bac 20, comme on le voit au mieux sur la figure 1. Les barres de suspension 42, 52 sont formées dun métal conducteur, comme cela est
connu usuellement.
Les plaques cathodes 40 et les plaques anodes 50 sont dimensionnées pour être supportées à l'intérieur du bac 20, juxtaposées et en alternance. A cette fin, des supports structurels 62, 64 sont disposés à l'extérieur du bac 20, en vue de supporter les plaques cathodes 40 et les
plaques anodes 50 par leurs barres de suspension respectives 42, 52.
Les supports 62, 64 sont représentés seulement en partie sur les dessins.
Dans le mode de réalisation représenté, les supports 62, 64 sont des rails conducteurs, c'est-à-dire des barres omnibus en cuivre, qui, en plus de soutenir les plaques cathodes 40 et les plaques anodes 50, forment des passages conducteurs pour mettre sous tension les plaques cathodes 40 et les plaques anodes 50, comme cela ressort
schématiquement des figures 1 à 5.
Comme on le voit au mieux sur les figures 1 et 3, les supports 62 sont disposés par rapport au bac 20, de sorte que les plages 40 soient supportées dans le bac 20 avec la partie inférieure de chaque plaque cathode 40 située à l'intérieur du bac 20, et avec la barre de suspension 42 ainsi que la partie supérieure de la plaque cathode 40 situées au dessus des bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24 du bac 20. Les supports 64 pour les plaques anodes 50 sont disposés, par rapport au bac 20, de sorte que chaque plaque anode 50 ainsi que sa barre de suspension correspondante 52 soient situées en dessous des
bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24 du bac 20.
Pour permettre aux plaques anodes 50 d'être positionnées en dessous des bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24, des fentes verticales séparées 72 sont formées dans les bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24, comme on le voit au mieux sur les fgures 1 et 2. Les fentes 72 sont dimensionnces pour recevoir les barres de suspension d'anodes 52. Les extrémités distales des barres de suspension 52 s'étendent par-dessus les cuves 34, 36 lorsque les plaques anodes 50 sont en position dans le bac 20, comme on le voit au mieux sur la fgure 3. Les fentes 72 sont dimensionnées de sorte que le bord supérieur de la barre de suspension 52 soit disposé à une distance prédéterminée en dessous des bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24. Dans le mode de réalisation représenté sur les fgures 1 à 9, la largeur des fentes 72 est dimensionnce pour être ajustée étroitement à la largeur de la barre de suspension 52, de sorte que la barre de suspension 52 affleure dans la fente. Dans un autre mode de réalisation, un joint 76, formé d'un matériau en élastomère résilient, qui est chimiquement inerte par rapport à l'électrolyte 12, peut étre prévu entre la barre de suspension 52 et les parois latérales 22, 24, en vue de former entre elles un joint étanche aux fluides, comme cela est illustré
sur la fgure 12.
Dans le mode de réalisation représenté, les plaques cathodes 40 et les plaques anodes 50 sont disposces côte à côte, de manière alternée, une plaque cathode 40 étant disposée entre deux plaques anodes 50. Des rails guides (non représentés) sont disposés dans le bac 20, s'étendant entre les parois d'extrémité 26,28, pour recevoir les bords inférieurs des plaques cathodes 40 et des plaques anodes 50, respectivement. Les rails guides sont prévus pour aligner verticalement les plaques cathodes 40 et les plaques anodes 50 à l'intérieur du bac 20. Des guides verticaux fendus (non représentés) peuvent aussi être prévus le long de la face interne des parois latérales 22, 24, en vue d'aider à l'alignement vertical des plaques cathodes 40 et des plaques anodes 50 les unes par rapport aux autres. Un intervalle 88 entre électrodes, généralement uniforme,
est défni entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50 adjacentes.
Un système de circulation d'électrolyte 90 est prévu pour faire circuler l'électrolyte 12 à travers le bac 20. Le système de circulation 90 comporte un réservoir 92 et une pompe 94, qui sont l'un et l'autre illustrés schématiquement sur la fgure 3. Le réservoir 92 assure une fourniture d'électrolyte 12 contenant des ions métal, en vue de l'emploi dans le bac de galvanoplastie 10. Le réservoir 92 est essentiellement un réservoir de recharge, dans lequel l'électrolyte 12 dont les ions métal sont épuisés est rechargé en ions métal. Un tel "réservoir de recharge en ions métal" est connu conventionnellement dans la technique et ne sera donc pas décrit en détails. Le réservoir 92 assure une source d'électrolyte 12 à la pompe 94 via la ligne 93. Dans le mode de réalisation représenté, une ligne d'alimentation 95 à partir de la pompe est fractionnée en deux lignes d'alimentation 95a, 95b. Les lignes d'alimentation 95a, 95b s'étendent à travers les parois latérales 22, 24 dans le bac 20. Chaque ligne d'alimentation 95a, 95b aboutit à un tube distributeur 96, que l'on voit au mieux sur la figure 2. Les tubes distributeurs 96 sont disposés au-dessus de la paroi de fond 32 du bac et en dessous des extrémités inférieures des plaques cathodes 40 et des plaques anodes 50. Les tubes distributeurs 96 présentent, formées en eux, des ouvertures 98 dirigées vers le bas, comme on le voit au
mieux sur les fgures 2 et 7.
Plusieurs collecteurs d'électrolyte 100 s'étendent au travers de l'extrémité supérieure du bac 20.Dans le mode de réalisation représenté, les collecteurs 100 sont des canaux en forme de U. qui sont montés le long du bord supérieur de la barre de suspension 52. Les collecteurs en forme de U ont de préférence une paroi de fond plate 102 et des parois latérales 104 s'étendant vers le haut. Les collecteurs 100 sont formés, de préférence, d'un matériau plastique, non-conducteur. Les collecteurs 100 peuvent étre fixés aux barres de suspension 52 par différents moyens de fixation, mais dans le mode de réalisation préféré, les collecteurs 100 sont fxés aux barres de suspension 52 par des éléments de fixation filetés, non métalliques, 112, qui sont vissés dans des ouvertures réalisées dans la surface supérieure des barres de
suspension 52, comme on le voit au mieux sur la figure 6.
Comme on le voit au mieux sur la fgure 5, les collecteurs 100 sont dimensionnés de sorte qu'une partie des extrémités distales de chaque
collecteur 100 s'étende au-delà des parois latérales 22, 24 du bac 20.
Les collecteurs 100 sont dimensionnés pour avoir une largeur ajustée étroitement à la largeur de la barre de suspension d'anode associée 52, de sorte que les faces latérales 104 des collecteurs 100 affleurent dans la fente 72 réalisée dans les parois latérales 22, 24 du bac 20, comme on le voit au mieux sur la figure 6, et forment avec elle un joint
relativement étanche aux fluides.
Plusieurs ouvertures séparées et alignées 106 sont formées dans chaque paroi latérale 104 de chacun des collecteurs 100 en forme de U. Dans le mode de réalisation représenté, les ouvertures 106 sont de forme cylindrique et sont disposées à environ mi-chemin de la hauteur de chaque paroi latérale 104 des collecteurs 100. Les ouvertures 106 sont alignées en rangées, et chaque rangée d'ouvertures 106 est. de prélérence, parallèle à celle des ouvertures 106 des autres collecteurs
, aLm qu'elles soient situées dans un plan commun.
Les collecteurs lOO sont adaptés pour collecter l'électrolyte 12 en provenance du bac 20 et pour diriger l'électrolyte 12 vers des cuves 34, 36. Chaque cuve 34, 36 comporte un ou plusieurs tuyaux d'écoulement 132 qui sont connectés à une ligne 134 de retour de l'électrolyte pour
ramener l'électrolyte 12 au réservoir 92.
En se référant au fonctionnement de la cellule de galvanoplastie 10, la présente invention sera décrite en considérant la galvanoplastie du cuivre. Le réservoir 20 est rempli de l'électrolyte 12 composé d'acide sulfurique (SO4H2) contenant des ions cuivre. Les plaques cathodes 40 sont polarisées négativement et les plaques anodes 50 sont polarisées p o sitivement, afn de pro duire un champ él ectrique à travers le s intervalles inter-électrodes 88 définis entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50 adjacentes. La pompe 94 refoule l'électrolyte 12 dans le bac 20 à travers les tubes distributeurs 96. Les ouvertures 98 dans les tubes distributeurs 96 dirigent l'électrolyte 12 vers le fond du bac 20, comme cela est indiqué par les flèches sur la fgure 2. Depuis le fond du bac 20, l'électrolyte 12 circule en général verticalement à travers les intervalles 88 entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50. Selon un aspect de la présente invention, la pompe 94 est actionnce, de prétérence, pour crcer une circulation d'électrolyte 12 dans les intervalles inter-électrodes 88 entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50, à une vitesse comprise entre 21,2.10-5 m/s (0,50 pouces/min.) et 42,4. 10-4 m/s (10,00 pouces/min.). Dans un autre mode de réalisation, la vitesse de l'électrolyte 12 dans les intervalles 88 est comprise entre 8,5.10-4 m/s (2 pouces/min.) et 29,7.10 4 m/s (7 pouces/min.). De prétérence, la vitesse de l'électrolyte 12 dans les intervalles 88 est comprise entre 17.10 -4 m/s (4 pouces/min.) et
25,5.10-4 m/s (6 pouces/min.).
Le niveau de l'électrolyte 12 dans le bac 20 est établi par les ouvertures 106 dans les collecteurs 100. Puisque les bordures supérieures 22a, 24a des parois latérales 22, 24 et les bordures supérieures 26a, 28a des parois d'extrémité 26, 28 du bac 20 sont au-dessus des ouvertures 106, une fois que l'électrolyte 12 a atteint le niveau des ouvertures 106, l'électrolyte 12 coule dans les collecteurs 100 en forme de U et est transporté par les collecteurs 100 vers les cuves 34, 36, comme illustré sur la figure 9. L'électrolyte 12 dans les cuves 34, 36 retourne au
réservoir 92 par les lignes 134.
Comme indiqué ci-dessus, la barre de suspension d'anode 52 et le collecteur 100 forment de préférence un ajustement étanche avec les fentes 72 dans les parois latérales 22, 24, afin de minimiser les fuites d'électrolyte 12 depuis le bac 20 au travers desdits joints. Cependant, comme on l'appréciera, une petite fuite d'électrolyte n'affectera pas de manière significative le flux d'électrolyte 12 dans les ouvertures 106 des collecteurs 100, et toute fuite à travers les parois 22, 24 sera, par exemple, collectée par les cuves 34, 36 et ramenée au réservoir 92 via les tuyaux d'écoulement 132 et les lignes de retour 134. Si l'on souhaite un joint étanche aux fluides, un joint 76, comme montre la figure 12,
peut être utilisé.
La pluralité de collecteurs 100 s'étendant à travers la bordure supérieure du bac 20 forme fondamentalement un système d'ouvertures 106 analogue à une grille qui offre essentiellement une pluralité d'orifices de sortie ou d'orifces d'écoulement pour l'électrolyte 12, qui enjambe la surface supérieure du bac 20. La figure 10 représente schématiquement la pluralité d'ouvertures 106 dans les collecteurs 100 et montre comment de telles ouvertures 106 offrent un modèle, analogue à une grille, d'orifices de sortie d'électrolyte à travers l'extrémité supérieure du bac 20. Puisque les orifces de sortie de l'électrolyte, c'est-à-dire les ouvertures 106, sont situées directement au-dessus des orifices d'entrée de l'électrolyte, c'est-à-dire des ouvertures 98 dans les tubes de distribution 96, l'électrolyte 12 est refoulé dans le fond du bac 20 et suit un trajet ascendant, généralement vertical, dans les intervalles 88 entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50, comme l'indiquent les flèches sur la fgure 7. Il en résulte qu'il y a un flux continu de nouvel électrolyte rechargé depuis le réservoir 92, et qui circule entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50, là o le processus d'électrodéposition a lieu. Ce type de flux, non seulement apporte un électrolyte 12 riche en ions métal entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50, mais il aide aussi à chasser les bulles de gaz B qui se forment typiquement sur la surface des plaques anodes
pendant le processus d'électrodéposition.
La fgure 7 illustre schématiquement la cellule 10 en fonctionnement.
Les flèches indiquent la direction du flux d'électrolyte 12. Le cuivre, désigné par "C" sur la fgure, est montré en train de se déposer sur les plaques cathodes 40. Les bulles de gaz, désignées par B sur le dessin,
sont illustrées comme se formant sur la surface des plaques anodes 50.
Les bulles de gaz B se comportent comme des isolants et elles réduisent le potentiel du champ électrique entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50. L'utilisation du flux d'électrolyte 12 pour chasser de telles bulles B améliore en outre le processus d'électrodéposition. Du fait que l'on prévoit des orifces de sortie de l'électrolyte, c'est-à-dire des ouvertures 106 dans les collecteurs 100 entre plaques cathodes 40 adjacentes, l'électrolyte 12 consommé, c'est-à-dire l'électrolyte ayant une concentration réduite en ions métal, ce qui résulte du processus d'électrodéposition, est repoussé du bac 20 dans les collecteurs 100 par
l'électrolyte frais 12 qui est poussé vers le haut depuis le bas.
Ainsi la présente invention propose une cellule 10 de galvanoplastie et unsystème de circulation d'électrolyte pour une telle cellule, qui assure un écoulement d'électrolyte 12 consistant et plus uniforme dans les intervalles 88 entre plaques cathodes 40 et plaques anodes 50 adjacentes. Le flux d'électrolyte consistant et plus uniforme facilite un
dépôt de métal consistant et plus uniforme.
Un autre avantage de la présente invention est que la vitesse d'écoulement de l'électrolyte 12 dans les intervalles 88 peut être commandée. Puisque le flux dans les intervalles 88 dépend du flux d'électrolyte 12 vers le bac 20, en commandant le débit de la pompe 94, des vitesses variables d'écoulement de l'électrolyte 12 peuvent être établies dans les intervalles 88 pour optimiser une vitesse de dépôt souhaitée. Typiquement, les cellules de galvanoplastie pour cuivre les plus classiques, qui présentent des configurations avec débordement latéral ou depuis la bordure, fonctionnent avec une vitesse d'écoulement de l'électrolyte équivalente à environ 0,946.10-4 m/s (1,5 gallons/minute/pied carré). Ceci équivaut à une vitesse moyenne du fluide à travers l'unité de surface d'environ 0,828.10-3 m/s (0,163 pieds/minute ou 0,033 pouces/sec.). Dans les cellules conventionnelles de galvanoplastie pour cuivre avec drainage latéral ou depuis la bordure, l'augmentation de la vitesse d'écoulement de l'électrolyte
n'améliore pas de manière signifcative la vitesse de dépôt du cuivre.
On pense qu'une telle confguration produit des vitesses d'écoulement non uniformes entre électrodes et limite donc la vitesse d'écoulement opératoire de l'électrolyte, parce que, dans quelques zones de tels bacs, particulièrement sur les côtés, les vitesses d'écoulement de l'électrolyte sont plus grandes que dans les zones du centre supérieur du bac. De telles vitesses non uniformes d'écoulement de l'électrolyte entre les électrodes produisent aussi un dépôt non uniforme du métal électrodéposé. La présente invention assure un écoulement vertical d'électrolyte 12 plus uniforme et distribué de façon égale devant les plaques cathodes 40 et anodes 50. Un tel écoulement assure de meilleures vitesses de dépôt du cuivre à des vitesses d'écoulement conventionnelles d'environ 3,39.10-3 m/s (0,05 gallons/min./pied carré). Même à des vitesses plus élevées, jusqu'à 33,9.10-3 m/s (0,5 gallons/min./pied carré) , une cellule selon la présente invention assure un dépôt de cuivre accrû. A des vitesses d'écoulement supérieures à 10,17.10-3 m/s (0,15 gallons/min./pied carré), des améliorations seulement légères du dépôt de cuivre semblent se produire lorsque la vitesse d'écoulement augmente.
La description précédente concerne un mode de réalisation spécifque
de la présente invention. On doit être conscient que ce mode de réalisation est décrit à titre d'illustration seulement et que de nombreux changements et modifications peuvent être effectués par l'homme du métier sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. Par exemple, l'homme du métier estimera que d'autres types de collecteur peuvent être utilisés pour former des orifces de sortie d'électrolyte séparés au travers de l'extrémité supérieure du bac 20. A cet égard, la fgure 11 montre un collecteur 100' ayant des encoches 106' en forme de V formoes dans les parois latérales 104'. Les encoches 106' en forme de V déDmissent les orifces de sortie de l'électrolyte pour collecter
l'électrolyte 12.
De plus, l'invention a été décrite jusqu'à présent eu égard à une cellule de galvanoplastie pour cuivre, o le cuivre est déposé sur les plaques cathodes 40 et les collecteurs 100 sont disposés le long de la bordure supérieure des plaques anodes 50. Dans d'autres types de cellules de galvanoplastie, telles que cellules pour former du manganèse, le métal est électrodéposé sur une plaque anode. Dans de telles cellules, les collecteurs seraient disposés de préférence le long des bordures
supérieures des plaques cathodes.
On appréciera encore que les collecteurs 100 n'ont pas besoin d'être fixés à la bordure supérieure d'une plaque électrode pour offrir un réscau d'orifces de sortie de l'électrolyte analogue à une grille au
travers de l'extrémité supérieure du bac.
C 'est l 'intenti on du déposant que de tels changements et modifications soient inclus, pour autant qu'ils se situent dans la portée de l'invention
ou de ses Equivalents.
s
Claims (28)
1. Cellule de galvanoplastie comportant: - un bac (20) pour contenir l'électrolyte, ayant une extrémité supérieure ouverte; - une pluralité de plaques électrodes métalliques plates (40,50) disposées dans ledit bac, juxtaposées, séparées et parallèles les unes aux autres, lesdites plaques électrodes défnissant un intervalle entre plaques électrodes adjacentes; caractérisce par un système de circulation d'électrolyte (90) comportant: un manifold d'entrée (96) disposé sous lesdites plaques électrodes; une pluralité de collecteurs séparés (100) s'étendant au travers de ladite extrémité supérieure ouverte dudit bac, lesdits collecteurs s'étendant parallèlement aux plaques électrodes; et un dispositif (94) pour pomper l'électrolyte en continu vers ledit bac, à travers ledit manifold d'entrée, dans lequel ledit électrolyte pompé vers ledit bac circule vers le haut, dans lesdits intervalles, vers lesdits collecteurs (100), lesdits collecteurs établissant un niveau de ladite
solution électrolytique dans ledit bac (20).
2. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cellule de galvanoplastie est destinée à la galvanoplastie du cuivre, et en ce que lesdites plaques électrodes comportent des plaques cathodes (40) et des plaques anodes (50) alternées, une plaque
cathode (40) étant disposce entre deux plaques anodes (50).
3. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque collecteur s'étend d'une extrémité à l'autre de la bordure
supérieure desdites plaques anodes (50).
4. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits collecteurs (100) sont des canaux en forme de U dont les
extrémités sont situées au-delà des côtés dudit bac (20).
- 5. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits canaux (100) en forme de U ont des parois latérales (104) dans lesquelles sont formées des ouvertures (106), lesdites ouvertures constituant des orifices de sortie de l'électrolyte, qui établissent ledit niveau de l'électrolyte dans ledit bac (20).
6. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif de pompage est une pompe (94)susceptible d'être commandée en vue de faire varier le déhit de l'électrolyte dans ledit bac.
7. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrolyte circule dans ledit intervalle à une vitesse moyenne comprise entre 21,2.10-5 m/s (0,5 pouces/min.) et 42,4.10-4 m/s (0,10 pouces/min.).
8. Cellule de galvanoplastie, comportant: - un bac (20); un électrolyte dans ledit bac; et - une pluralité de plaques électrodes métalliques plates (40,50) disposées dans ledit bac, juxtaposées, séparées et parallèles les unes aux autres, les plaques électrodes adjacentes défmissant entre elles un intervalle inter-électrode, caractérisée par: une ligne (90) d'alimentation en électrolyte pour injecter de l'électrolyte dans ledit bac (20) en dessous des parties inférieures desdites plaques électrodes; et par - une grille collectrice d'électrolyte composce d'une pluralité de collecteurs (100) généralement parallèles qui s'étendent au travers dudit bac, lesdits collecteurs étant disposés entre lesdites plaques électrodes (40,50) et établissant un niveau de l'électrolyte dans ledit bac par collecte dudit électrolyte lorsque ledit électrolyte atteint ledit niveau, lesdits collecteurs étant disposés par rapport à ladite ligne d'alimentation à l'entrée en vue de collecter ledit électrolyte en des emplacements séparés à l'intérieur dudit bac et de produire un - a écoulement généralement vertical de l'électrolyte à travers lesdits
intervalles entre lesdites plaques électrodes (40,50).
9. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 8, caractérisce en ce que lesdits emplacements séparés sont disposés dans les intervalles (88)
entre plaques électrodes adjacentes.
10. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que lesdits collecteurs (100) s'étendent d'une extrémité à l'autre
des sommets desdites plaques électrodes (40,50).
11. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdits collecteurs (100) sont des conduits s'étendant à travers une paroi dudit bac, lesdits conduits dirigeant l'électrolyte depuis lesdits emplacements séparés jusqu'à une cuve de collecte (34,36)
située le long du côté dudit bac.
12. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdits conduits sont des canaux (100) en forme de U ayant des parois (104) latérales dans lesquelles sont formoes des ouvertures (106), lesdites ouvertures défnissant le niveau de l'électrolyte dans ledit bac par collecte de l'électrolyte au travers desdites ouvertures et en
dirigeant ledit électrolyte dudit bac vers ladite cuve.
13. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus un système (90) de circulation de l'électrolyte qui comprend: - un réservoir (92) pour recharger ledit électrolyte en atomes métalliques; - une pompe (94) pour transporter l'électrolyte depuis ledit réservoir jusqu'audit bac; et - au moins une cuve (34,36) connectée audit réservoir (92) pour recevoir l'électrolyte desdits collecteurs (100) et ramener ledit
électrolyte audit réservoir.
14. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite pompe (94) est à détit variable, en vue de faire varier ledit écoulement de l'électrolyte dans lesdits intervalles entre lesdites
plaques électrodes.
s
15. Cellule de galvanoplastie comportant: - un bac (20) ayant une extrémité supérieure ouverte définie par une bordure du bac; - de l'électrolyte dans ledit bac; - une pluralité de plaques électrodes métalliques plates (40,50) disposées dans ledit bac, juxtaposées, séparces et parallèles les unes aux autres, les plaques électrodes adjacentes défmissant entre elles un intervalle inter-électrode; caractérisée par: un manifold d'injection (96) au fond dudit bac, pour amener l'électrolyte dans ledit bac en des emplacements situés en dessous desdites plaques éleckodes; et par - une grille collectrice composée d'une pluralité de collecteurs (100) ayant des orifices de sortie (106) qui définissent un niveau supérieur dudit électrolyte par collecte dudit éleckolyte à partir dudit bac, lesdits orifces étant disposés espacés les uns des autres à l'intérieur de l'extrémité supérieure ouverte définie par ladite bordure de bac, ladite grille de collecte et ledit injecteur créant un écoulement ascendant de l'électrolyte entre lesdites plaques lorsque ladite solution s'écoule, depuis lesdits emplacements de manifold en dessous desdites plaques,
vers lesdits orifices.
16. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 15, caractérisée en ce que ladite grille de collecteur est composée d'une pluralité de conduits allongés (100) pour fluide, s'étendant au travers de ladite
extrémité supérieure ouverte dudit bac.
17. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 16, caractérisée en ce que lesdits conduits (100) sont en général parallèles les uns aux
autres et sont disposés entre lesdites plaques électrodes (40,50).
18. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 17, caractérisée en ce que lesdits conduits sont des canaux (100) en forme de U et lesdits
orifices sont des ouvertures (106) dans les côtés dudit canal.
19. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 18, caractérisée en
ce que lesdites ouvertures (106) sont circulaires.
20. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 18, caractérisée en ce que lesdites ouvertures (106') sont des encoches en forme de V.
21. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 18, caractérisée en ce que ledit électrolyte s'écoule dans ledit intervalle inter-électrode entre lesdites plaques électrodes à une vitesse moyenne comprise entre
21,2.10-5 m/s (0,50 pouces/min.) et 42,4.10-4 m/s (10,00 pouces/min.).
22. Cellule de galvanoplastie comportant: - un bac (20) ayant une extrémité supérieure ouverte; - un électrolyte dans ledit bac; et - une pluralité de plaques éleckodes (40,50) séparées dans ledit bac; caractérisce par: - une pluralité d'orifices (98) d'entrée d'électrolyte disposés dans ledit bac sous lesdites plaques électrodes, lesdits orifices d'entrée pouvant être connectés à une source d'électrolyte sous pression pour refouler l'électrolyte dans ledit bac; et par - une pluralité d'orifices (106) de sortie d'électrolyte, situés à un niveau prédéterminé dans ledit bac et espacés au travers de l'extrémité supérieure ouverte dudit bac, lesdits orifices de sortie étant disposés au dessus desdits orifices d'entrée, afin de collecter l'électrolyte dans ledit
bac lorsque ledit électrolyte atteint ledit niveau prédéterminé.
23. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 22, caractérisée en ce que lesdits orifices (106) de sortie d'électrolyte sont des ouvertures dans des collecteurs (100) qui enjambent lesdites ouvertures dans ledit bac.
24. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 23, caractérisée en
ce que lesdits collecteurs (100) sont fxés à des plaques électrodes.
25. Cellule de galvanoplastie selon la revendication 22, caractérisée en ce que lesdits orifices de sortie (106) sont disposés entre les plaques électrodes.
26. Procédé pour la galvanoplastie du cuivre, comportant les étapes suivantes: (a) orienter verticalement une plaque cathode (40) entre deux plaques anodes verticales (50), séparées, à l'intérieur d'un bac (20), ladite plaque cathode (40) et lesdites plaques anodes (50) étant sensiblement parallèles les unes aux autres, avec un intervalle uniforme défini entre ladite plaque cathode et chacune des plaques anodes; et (b) mettre ladite plaque cathode (40) sous tension négative et lesdites plaques anodes (50) sous tension positive; caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à (c) provoquer un courant ascendant vertical de l'électrolyte dans lesdits intervalles entre ladite plaque cathode (40) et lesdites plaques anodes (50) 1) en refoulant l'électrolyte dans ledit bac sous ladite plaque cathode et lesdites plaques anodes et 2) en collectant ledit électrolyte avec une pluralité d'orifices de collecte (106) disposés à
travers ledit bac entre lesdites plaques anodes.
27. Procédé pour la galvanoplastie du cuivre, selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comprend encore l'étape consistant à: (d) obliger ledit électrolyte à s'écouler dans lesdits intervalles entre ladite plaque cathode (40) et lesdites plaques anodes (50) à une vitesse moyenne uniforme comprise entre 21,2.10-5 m/s (0,50 pouces/min.) et
42,4.10-4 m/s (10,00 pouces/min).
28. Procédé pour la galvanoplastie du cuivre, selon la revendication 27, caractérisé en ce que ladite vitesse dudit électrolyte est comprise entre
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