PROCEDE DE DEPOT D'UN FILM COMPACT DE PARTICULES SUR LA SURFACE INTERIEURE D'UNE PIECE PRESENTANT UN CREUX DELIMITE PAR CETTE SURFACE INTERIEURE

Description

[0001] L'invention se rapporte au domaine des procédés et des installations de dépôt d'un film compact de particules sur la surface intérieure d'une pièce présentant un creux délimité par cette surface. Il peut par exemple s'agir d'un dépôt de particules ordonnées sur la surface intérieure d'une pièce tubulaire. Un exemple de mise en oeuvre de cette technique est divulgué dans le document WO 2010/059682.

[0002] De préférence, elle concerne le dépôt d'un film de particules solides ordonnées présentant une taille comprise entre quelques nanomètres et plusieurs centaines de micromètres. Les particules solides, de préférence de forme sphérique, peuvent par exemple être des particules de silice.

[0003] L'invention présente des applications dans des domaines techniques variés, comme par exemple le domaine de l'éclairage et des objets décoratifs, ou encore celui de la structuration de surface.

[0004] De l'art antérieur, il n'existe qu'un faible nombre de techniques de dépôt d'un film compact de particules sur la surface intérieure d'une pièce. L'une d'elles est décrite dans le document intitulé « Continuous Convective Assembling of Fine Particules into Two-Dimensional Arrays on Solid Surfaces », Langmuir 1996, 12 1303-1311, Dimitrov and Nagayama. Cette technique consiste globalement à placer verticalement la pièce dans un bain de suspension colloïdale, et de la retirer lentement au fur et à mesure de l'évaporation du bain. Cette évaporation au niveau de la ligne de contact entre le bain et la surface intérieure de la pièce crée un flux convectif de liquide, qui entraîne les particules du bain vers cette même ligne de contact. Cela initie un réseau de particules qui devient compact du fait des forces de capillarité qui attirent les particules entre elles.

[0005] La vitesse de retrait de la pièce doit être contrôlée de façon très précise de manière à ce qu'elle soit constante et équivalente à la vitesse de croissance du réseau de particules, elle-même dépendant de la vitesse d'évaporation du bain. Aussi, cette technique de dépôt est particulièrement difficile à contrôler en raison du nombre important de paramètres dont il faut tenir compte, pour espérer obtenir le dépôt d'un film de qualité sur la surface intérieure de la pièce.

[0006] Parallèlement, la mise en oeuvre de cette technique se limite bien évidemment à l'emploi de solutions colloïdales, et n'offre donc pas une grande diversité dans la nature des particules susceptibles d'être déposées.

[0007] Enfin, le dépôt contrôlé d'un film compact hétérogène est compliqué, car il requiert une vidange complète du bain dès que la nature et/ou la dimension des particules est amenée à changer.

[0008] Pour résoudre au moins partiellement ces inconvénients, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de dépôt d'un film compact de particules sur la surface intérieure d'une pièce présentant un creux délimité par cette surface intérieure, le procédé comprenant les étapes suivantes :

a) placer ladite pièce dans un liquide porteur de manière à définir une ligne de contact entre une surface de ce liquide porteur et la surface intérieure de la pièce ;

b) générer un flux de liquide porteur dans ledit creux de la pièce en direction de la surface du liquide porteur, de manière à ce que cette surface du liquide porteur présente une protubérance ;

c) dispenser les particules à la surface du liquide porteur de manière à générer un film compact de particules flottant sur le liquide porteur entre ladite ligne de contact et un front amont de particules agencé autour de la protubérance ; et

d) transférer le film compact de particules sur la surface intérieure de la pièce en opérant un déplacement relatif entre cette pièce et la surface du liquide porteur, tout en poursuivant la dispense des particules sur ledit front amont entourant la protubérance à la surface du liquide porteur.

[0009] L'invention est remarquable en ce qu'elle offre un large choix dans la nature des particules susceptibles d'être déposées sur la surface intérieure de la pièce. En particulier, l'invention n'est pas limitée à l'emploi de solutions colloïdales.

[0010] En outre, l'invention est simple à mettre en oeuvre comparativement à la technique de l'art antérieur décrite ci-dessus. Cela s'explique par le principe retenu, qui met à profit le courant de surface et la pente de la protubérance pour ordonner les particules avant leur dépôt sur la surface intérieure. En effet, tout d'abord, la présence du flux générant la protubérance implique que le courant en surface du liquide porteur pousse les particules à son contact à se diriger radialement vers l'extérieur, en direction de la ligne de contact formant butée pour ces mêmes particules. De plus, grâce à la présence même de la protubérance, les particules présentes sur celle-ci sont également conduites radialement vers l'extérieur par gravité, du fait de la pente définie par cette protubérance. Aussi, ces deux effets combinés amènent l'énergie nécessaire à l'ordonnancement des particules contre la ligne de contact. Ils sont ainsi judicieusement retenus pour créer, à la surface du liquide porteur, le film compact de particules dont le concept est par exemple divulgué dans le document Sachin Kinge, "Self-Assembling Nanoparticles at Surfaces and Interfaces", ChemPhysChem 2008, 9, 20-42.

[0011] Le principe proposé par l'invention facilite également le dépôt contrôlé d'un film compact hétérogène. Pour obtenir un tel film hétérogène, il suffit de faire varier la nature et/ou la dimension des particules dispensées à la surface du liquide porteur.

[0012] De préférence, le procédé comprend également une étape visant à placer, dans la protubérance, un élément d'accentuation de la pente définie par cette protubérance, ledit élément d'accentuation de pente présentant une surface extérieure de section se rétrécissant dans une direction opposée à celle dudit flux de liquide porteur généré dans le creux de la pièce. De préférence, l'élément d'accentuation présente une surface extérieure de forme conique ou tronconique.

[0013] Cela permet d'une manière simple d'accentuer la pente de la protubérance sur laquelle flottent les particules, et renforce ainsi l'effet de déplacement de ces particules en direction de la ligne de contact. Par conséquent, cet élément d'accentuation de pente permet de renforcer la pression des particules ordonnées contre la ligne de contact, sans nécessiter l'augmentation de la puissance du flux de liquide porteur généré dans le creux de la pièce. La stabilité de la protubérance s'en trouve avantageusement améliorée.

[0014] De préférence, ladite protubérance et ledit élément d'accentuation sont coaxiaux, de préférence centrés dans ledit creux de la pièce.

[0015] De préférence, l'étape visant à générer le flux de liquide porteur dans ledit creux est réalisée à l'aide d'une bouche de projection de liquide agencée dans ledit creux. Pour diminuer encore davantage les risques d'instabilité de la protubérance et les éventuelles turbulences en surfaces, la bouche de projection est recouverte d'une ou plusieurs grilles.

[0016] De préférence, le procédé comprend également, simultanément à l'étape visant à générer le flux de liquide porteur dans ledit creux, une étape d'aspiration dudit liquide porteur, une bouche d'aspiration étant préférentiellement agencée dans ledit creux. Alternativement, cette bouche d'aspiration peut être située en dehors du creux. Pour obtenir une surface de liquide porteur restant à un même niveau durant la mise en oeuvre du procédé, les débits de projection de liquide et d'aspiration de liquide sont de préférence sensiblement identiques.

[0017] La bouche de projection et la bouche d'aspiration peuvent communiquer respectivement avec la sortie et l'entrée d'une pompe. Elles peuvent donc faire partie d'un même circuit hydraulique.

[0018] De préférence, l'étape de transfert du film compact est mise en oeuvre en déplaçant ladite pièce.

[0019] Alternativement, cette étape de transfert du film compact est mise en oeuvre en abaissant la surface du liquide porteur dans la pièce restant fixe. Une solution combinant les deux précédentes est également envisageable, sans sortir du cadre de l'invention. Dans la seconde solution visant à abaisser la surface du liquide porteur dans la pièce, d'autres éléments de l'installation comme les bouches de projection / d'aspiration peuvent être déplacés simultanément avec le niveau de liquide.

[0020] De préférence, l'étape visant à dispenser les particules est réalisée à l'aide d'une ou plusieurs buses, éventuellement mobiles. Le but est d'obtenir une dispense relativement uniforme tout autour de la protubérance. Par conséquent, une buse annulaire centrée sur la protubérance peut également être envisagée, sans sortir du cadre de l'invention. Alternativement, la buse pourrait alimenter un distributeur assurant la dispense uniforme de particules tout autour de la protubérance.

[0021] Par exemple, le procédé s'applique à une pièce tubulaire.

[0022] Plus généralement, la section de la surface intérieure de la pièce peut être de forme quelconque, symétrique ou dissymétrique, par exemple circulaire, carrée, ou encore intégrant des portions concaves et/ou convexes, ou bien encore présenter des angles aigus, droits ou obtus. De plus, la section intérieure peut être évolutive en taille et/ou en forme. Par ailleurs, le creux peut s'étendre le long d'une ligne droite pour former une pièce tubulaire, ou bien s'étendre sur une ligne non droite, par exemple courbe, brisée, etc. Enfin, le creux de la pièce à revêtir peut être débouchant ou traversant, sans sortir du cadre de l'invention.

[0023] De préférence, lesdites particules du film compact présentent une grande dimension de l'ordre de 1 nm à 500 µm.

[0024] De préférence, le film compact de particules est déposé sur la surface intérieure de la pièce est homogène ou hétérogène. Dans ce dernier cas, des particules de tailles différentes et/ou de compositions différentes composent le film. D'autre part, il est possible de revêtir la surface intérieure de la pièce en alternant des portions revêtues et des portions non-revêtues, par exemple pour former des interruptions périodiques du film le long de la surface intérieure délimitant le creux.

[0025] Par exemple, le groupe d'étapes a) à d) est répété pour le dépôt de plusieurs films superposés, identiques ou différents. Il s'agit alors d'un revêtement multicouche déposé sur la surface intérieure délimitant le creux.

[0026] Enfin, le procédé comprend de préférence également une étape visant à déposer un film compact de particules sur la surface extérieure de la pièce, simultanément, avant ou après le dépôt du film compact sur la surface intérieure de la pièce. Dans ce cas de figure, toutes les techniques de dépôt réputées appropriées sont envisageables, en particulier celles assurant la formation préalable d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, avant le transfert de ce film sur un substrat.

[0027] L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, comprenant :

• un récipient recevant le liquide porteur ;
• des moyens pour générer le flux de liquide porteur dans ledit creux de la pièce, en direction de la surface du liquide porteur ;
• des moyens de dispense des particules à la surface du liquide porteur ; et
• des moyens permettant d'opérer un déplacement relatif entre la pièce et la surface du liquide porteur.

[0028] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

[0029] Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

• la figure 1 montre une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt d'un film compact de particules, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ;
• les figures 2 à 5 représentent différentes étapes d'un procédé de dépôt mis en oeuvre à l'aide de l'installation montrée sur la figure précédente, selon un mode de réalisation préféré ;
• la figure 6 représente une vue similaire à celle de la figure 5, selon une alternative de réalisation ; et
• la figure 7 représente une vue de l'installation montrée sur les figures précédentes, sur laquelle ont été référencées plusieurs cotes.

[0030] En référence tout d'abord à la figure 1, il est représenté une installation 1 pour le dépôt d'un film compact de particules sur la surface intérieure d'une pièce 2.

[0031] L'installation comprend un récipient 3 recevant un liquide porteur 6. Il s'agit de préférence d'une eau dé-ionisée, sur laquelle les particules peuvent flotter.

[0032] Selon une alternative, la pièce 2 et le récipient 3 peuvent être confondus.

[0033] L'installation comporte également des moyens pour générer un flux de liquide porteur dans le creux 8 de la pièce 2 défini par sa surface intérieure 10. Les moyens comprennent ici une pompe 12 reliée à une canalisation 14 à l'extrémité de laquelle se trouve une bouche 16 de projection de liquide, orientée en direction de la surface 18 du liquide porteur 6. Plus précisément, la bouche 16 placée dans le liquide 6 est orientée de manière à créer un flux orthogonal à la surface de liquide, ce flux étant donc vertical. De plus, la bouche de projection 16 est centrée dans le creux 8 de la pièce, qui est ici une pièce tubulaire dont la surface intérieure 10 présente une section circulaire. Aussi, l'axe 16a de la bouche 16 est confondu avec l'axe 10a de la surface intérieure 10 de la pièce 2 plongée partiellement dans le liquide porteur 6 du récipient 3.

[0034] D'ailleurs, il est noté qu'une ligne de contact 20 est définie à l'interface entre la surface intérieure 10 de la pièce et la surface 18 du liquide porteur 6.

[0035] En outre, la pompe 12 est reliée à son entrée à une canalisation 22 à l'extrémité de laquelle se trouve une bouche d'aspiration de liquide 24. Cette bouche peut être placée dans le creux 8 comme représenté sur la figure 1, ou extérieurement à la pièce 2, toujours dans le récipient. De ce fait, le liquide 6 aspiré par la bouche 24 transite par la pompe 12 avant d'être éjecté dans le creux 8 par la bouche 16. Il est noté que pour limiter les turbulences au sein du creux 8, la bouche d'aspiration est effectivement placée préférentiellement en dehors de ce creux 8 dans lequel le flux de liquide doit être généré, pour la formation d'une protubérance en surface.

[0036] Comme cela sera décrit ci-après, la protubérance précitée est prévue pour former une pente sur laquelle les particules à déposer peuvent se déplacer par gravité et en suivant les lignes de courant de surface orientées radialement vers l'extérieur.

[0037] Pour améliorer encore davantage ces effets visant à déplacer les particules contre la ligne de contact 20, l'installation 1 comporte de plus un élément d'accentuation de la pente définie par cette protubérance. Cet élément est ici un pion 28 présentant une surface extérieure conique 30 de section se rétrécissant en allant vers le fond du récipient. En d'autres termes, la section de la surface conique 30 se rétrécit dans une direction opposée à celle de propagation du flux de liquide porteur destiné à être généré dans le creux 8, en sortie de la bouche 16.

[0038] Le pion 28 est agencé coaxialement à la bouche de projection 16. Son axe 28a est donc confondu avec les axes 16a et 10a, et également confondu avec l'axe de la protubérance destinée à être formée à la surface 18 du liquide porteur.

[0039] Lorsque la protubérance est formée, le pion 28 pénètre coaxialement dans celle-ci de manière à accentuer la pente de cette protubérance sur laquelle les particules sont destinées à flotter. Par cette accentuation, l'effet de déplacement de ces particules en direction de la ligne de contact 20 est renforcé.

[0040] De plus, la surface conique 30 permet de dériver les lignes de courant de surface de manière symétrique, permettant l'obtention d'une pression uniforme en périphérie.

[0041] Le pion 28 peut pénétrer dans la protubérance de liquide porteur au-delà de sa surface conique 30. Il est réalisé dans un matériau hydrophobe pour empêcher le dépôt des particules sur sa surface conique 30. Le matériau retenu est par exemple du Téflon (PTFE).

[0042] L'installation 1 comporte par ailleurs des moyens 34 de dispense de particules 4 à la surface 18 du liquide porteur 6. La taille des particules 4 peut être comprise entre quelques nanomètres et plusieurs centaines de micromètres. Les particules solides, de préférence de forme sphérique, peuvent par exemple être des particules de silice. D'autres particules d'intérêt peuvent être faites de métal ou d'oxyde de métal comme le Platine, le TiO2, de polymère comme le polystyrène ou le PMMA, de carbone, etc. Il peut aussi s'agir de molécules chimiques. D'autres exemples sont les fibres de verre, les particules en PTFE, en époxy, les particules du type Janus, ou encore les particules dites coeur-coquille.

[0043] Plus précisément, dans le mode de réalisation préféré, les particules sont des sphères de silice d'environ 1 µm de diamètre, stockées en solution dans le dispositif de dispense 34. La proportion du milieu est d'environ 7 g de particules pour 200 ml de solution, ici du butanol. Naturellement, pour des raisons de clarté, les particules représentées sur les figures adoptent un diamètre supérieur à leur diamètre réel.

[0044] Le dispositif de dispense 34 présente une ou plusieurs buses d'injection 36 commandables, d'environ 500 µm de diamètre. En effet, seule une buse 36 a été représentée sur la figure 1, mais il est préférentiellement souhaité une dispense de particules sensiblement uniforme autour de l'axe 10a, en direction de la surface 18. Pour ce faire, il peut donc être prévu plusieurs buses 36 réparties autour de l'axe 10a, ou bien une ou plusieurs buses mobiles selon une trajectoire circulaire centrée sur ce même axe 10a.

[0045] Enfin, l'installation comporte des moyens 40 permettant d'opérer un déplacement relatif entre la pièce 2 et la surface 18 du liquide porteur 6. Dans ce mode de réalisation, les moyens 40 permettent de déplacer verticalement la pièce 2, selon son axe 10a, avec le récipient 3 et ses équipements restant fixes. Des moyens mécaniques conventionnels à moteur peuvent être utilisés pour réaliser ces moyens 40.

[0046] Un procédé de dépôt d'un film compact de particules 4, sur la surface intérieure 10 de la pièce 2, va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 5.

[0047] Tout d'abord, comme le montre la figure 1, la pièce 2 est partiellement immergée dans le liquide porteur 6, de manière à définir la ligne de contact 20 entre les deux surfaces 10, 18.

[0048] Ensuite, comme cela est schématisé sur la figure 2, la pompe 12 est actionnée de manière à générer le flux de liquide porteur 44 dans le creux 8, en sortie de la bouche de projection 16. Ce flux 44, orienté verticalement de manière ascendante, provoque une protubérance 50 sur la surface de liquide 18. Elle s'étend donc vers le haut et est centrée sur les axes 10a, 16a, 28a. La protubérance 50 prend globalement la forme d'un dôme, dont le centre est traversé par le pion 28 qui accentue la pente de ce dôme relativement à la partie adjacente horizontale de la surface 18 du liquide porteur. La protubérance 50 est séparée de cette partie adjacente horizontale par une ligne de démarcation 58, située plus ou moins proche de la surface intérieure 10 et centrée dans le creux 8.

[0049] Il est noté que pour la formation d'une protubérance 50 la plus stable possible, sans turbulences néfastes pour les étapes ultérieures de circulation des particules, la bouche de projection 16 est recouverte d'une ou plusieurs grilles (non représentées). Il peut s'agir de grilles en acier inoxydable, par exemple à maille carrée avec un pas de 1 mm.

[0050] Cette configuration avec la protubérance 50 représentée sur la figure 2 est maintenue durant toute la mise en oeuvre du procédé, et accompagnée parallèlement d'une étape continue d'aspiration du liquide 6 par la bouche dédiée 24. Cette aspiration est schématisée par la flèche 52 sur la figure 2.

[0051] Ensuite, en référence aux figures 3 et 4, les particules 4 sont dispensées à la surface 18 du liquide porteur, et plus spécifiquement sur la protubérance 50. En arrivant sur celle-ci, les particules 4 sont automatiquement dirigées radialement vers l'extérieur en direction de la ligne de contact 20, du fait de la pente accentuée définie par la protubérance 50, et en raison des lignes de courant de surfaces orientées également radialement vers l'extérieur.

[0052] Progressivement, les particules dispensées 4 viennent s'accumuler contre la surface intérieure 10 au niveau de la ligne de contact 20 formant butée, tout le long de celle-ci. Durant cette phase d'amorçage du film compact, le front amont 60 de ces particules a tendance à se décaler radialement vers l'intérieur, en direction des axes 10a, 16a, 28a. L'injection de particules 4 est poursuivie même après que ce front amont ait dépassé la ligne 58 de démarcation de la protubérance 50, afin qu'il remonte sur la pente définie par celle-ci et que les particules entourent en partie cette même protubérance. Effectivement, il est fait en sorte que le front amont 60 de particules remonte sur la pente de la protubérance 50 de manière à ce qu'il se situe à une distance verticale donnée de la ligne de démarcation 58, comme montré sur les figures 3 et 4. Le front amont 60 peut alors être obtenu à proximité de la ligne de contact entre la surface extérieure du pion 28 et le liquide 6.

[0053] A cet instant, les particules solides 4 sont ordonnées à la surface 18 du liquide porteur, entre la ligne de démarcation 58 et le front amont 60 agencé autour de la protubérance 50, par exemple à proximité de son sommet. L'ordonnancement s'effectue automatiquement, sans assistance, grâce notamment à leur énergie cinétique et aux forces capillaires mises à profit au moment de l'impact sur le front 60. L'ordonnancement est tel que le film compact obtenu présente une structure dite « hexagonale compacte », dans laquelle chaque particule 4 est entourée et contactée par six autres particules 4 en contact entre elles. Il est alors indifféremment parlé de film compact de particules, ou de film de particules ordonnées.

[0054] Une fois que les particules ordonnancées 4 forment la couronne souhaitée à la surface du liquide porteur, il est procédé au transfert du film compact de particules sur la surface intérieure 10 de la pièce 2.

[0055] Cette étape est réalisée en déplaçant la pièce 2, à savoir en la retirant progressivement du liquide porteur, selon la direction verticale. Cette étape est schématisée sur la figure 5. Elle s'opère à l'aide des moyens 40 agissant directement sur la pièce 2 pour la déplacer, alors que simultanément, la dispense des particules 4 est poursuivie sur le front amont 60. Cela entraîne un transfert du film sur la surface intérieure 10 définissant le creux de la pièce.

[0056] Au cours du transfert, l'injection de particules et la vitesse de retrait de la pièce 2 sont réglées de sorte que le front de particules 60 reste dans une position sensiblement identique, montrée sur les figures 3 et 4. Pour ce faire, le débit de particules peut être de l'ordre de 0,1 ml/min à plusieurs dizaines de millilitres par minute, tandis que la vitesse linéaire de la pièce 2, également dénommée vitesse de tirage, peut être de l'ordre de quelques mm/min à plusieurs centaines de mm/min.

[0057] Durant ce tirage, le récipient 3 et ses équipements restent fixes, seule la pièce 2 étant mise en mouvement.

[0058] Dans un autre mode de réalisation schématisé sur la figure 6, durant l'étape de transfert, la pièce 2 reste fixe et c'est le niveau de la surface 18 du liquide porteur 6 qui est abaissée. Cela est par exemple réalisé à l'aide des moyens 40 en abaissant le récipient et tous ses équipements, en particulier les bouches 16, 24. Pour faciliter le déplacement relatif entre ces éléments, une platine mobile 62 peut être solidarisée aux bouches 16, 24, et glisser le long de la surface intérieure 10 de la pièce à la manière d'une tête de piston.

[0059] Alternativement, il est possible d'abaisser le niveau de liquide 6 dans le récipient 3 restant fixe, par exemple en prévoyant un débit plus fort pour le flux d'aspiration 52 que pour le flux sortant 44. Cela revient à vider progressivement le récipient 3 de son liquide 6, tout en maintenant la pièce fixe.

[0060] La figure 7 montre plusieurs cotes préférées pour la mise en oeuvre de l'invention. Tout d'abord, le diamètre intérieur D1 de la surface 10 de la pièce 2 peut être de l'ordre de 8 mm à plusieurs dizaines de centimètres. Le diamètre D2 de la ligne de démarcation 58 de la protubérance 50 est par exemple de l'ordre de 25 mm, tandis que la distance verticale « d » entre la bouche de projection 16 et la ligne de démarcation 58 est par exemple de l'ordre de 15 mm, mais peut s'inscrire entre quelques millimètres et plusieurs dizaines de centimètres. La hauteur h de la protubérance 50, en configuration sans le pion d'accentuation de pente, est par exemple de l'ordre de 3 à 4 mm.

[0061] De manière plus générale, il est prévu que le diamètre D2 de la ligne de démarcation 58 de la protubérance 50 soit compris entre 30% et 50% du diamètre D1 de la surface intérieure 10.

[0062] En outre, le diamètre D3 de la bouche 16 est par exemple compris entre 8 mm et plusieurs dizaines de centimètres.

[0063] Même si cela n'est pas représenté sur la figure 7, il est prévu que le diamètre maximal du pion conique 28 soit de l'ordre de quelques millimètres à plusieurs centimètres, suivant le diamètre D1 de la surface intérieure 10 de la pièce. Plus généralement, la ligne de contact entre le liquide porteur 6 et la surface conique 30 présente un diamètre compris entre 30% à 50% du diamètre D2 de la ligne de démarcation 58 définissant la protubérance 50.

[0064] L'angle de la surface conique 30 par rapport à l'axe 28a du pion 28 est par exemple de l'ordre de 45°. D'autres valeurs sont néanmoins envisageables, par exemple de 20° à 170°.

[0065] Il est noté que la succession des étapes précitées peut être réitérée pour déposer plusieurs films superposés sur la surface intérieure 10 de la pièce.

[0066] En outre, pour le dépôt d'un film, les particules 4 employées peuvent être homogènes ou hétérogènes. Aussi, la nature et/ou la dimension des particules 4 dispensées peuvent varier au cours du dépôt d'une même couche, en fonction des besoins rencontrés. De manière analogue, le dépôt peut être interrompu le long de la surface intérieure 10, puis repris.

[0067] Enfin, il est aussi possible de déposer, par des techniques conventionnelles, un ou plusieurs films compacts de particules sur la surface extérieure de la pièce 2.

[0068] Plusieurs applications sont possibles pour l'invention décrite ci-dessus.

[0069] Il s'agit tout d'abord du domaine de l'éclairage et des objets décoratifs. Le dépôt du film compact de particules est alors de préférence réalisé de manière à créer un effet iridescent. Il peut par exemple s'agir de revêtir la surface intérieure d'une ampoule pour lui conférer cet effet iridescent. Pour ce faire, des microsphères de silices peuvent être utilisées, par exemple d'un diamètre d'environ 1 µm. En passant à un diamètre d'environ 0,3 µm, il se crée un effet opalescent.

[0070] L'invention peut également s'appliquer au domaine de la structuration de surfaces intérieures. A titre d'exemple indicatif, la surface intérieure des tubes d'échangeurs thermiques à fluides caloporteurs, en étant structurée, permet d'augmenter la surface d'échange avec le fluide traversant ce tube. Dans le cas présent, les particules déposées sur la surface intérieure du tube permettent d'agir comme des lentilles de focalisation pour la gravure ultérieure du substrat par laser. Les particules peuvent ici être en quartz, polystyrène ou silice.

[0071] Dans le domaine de la mécanique, il est également possible de structurer la surface intérieure de pièces pour améliorer leur coefficient de frottement. La structuration s'effectue alors par gravure plasma au travers d'un masque de particules, de préférence des particules de silice sphériques. Ce principe peut par exemple être appliqué dans les chemises de pistons.

[0072] Dans le domaine du médical également, la structuration du type opale inverse peut être appliquée sur certains capteurs d'espèces chimiques particulières. La structuration opale inverse est réalisée à l'intérieur de tubes où circule un liquide. La porosité périodique de l'opale inverse est alors fonctionnalisée pour capter en surface l'espèce chimique recherchée, susceptible d'être contenue dans le liquide. La captation de cette espèce dans la porosité de la structuration périodique opale inverse modifie en conséquence la réponse optique de l'opale (la diffraction). Cette réponse est ensuite détectée et analysée, de manière à conclure à la présence ou non de l'espèce chimique recherchée.

Revendications

1. Procédé de dépôt d'un film compact de particules (4) sur la surface intérieure (10) d'une pièce (2) présentant un creux (8) délimité par cette surface intérieure, le procédé comprenant les étapes suivantes :

a) placer ladite pièce (2) dans un liquide porteur (6) de manière à définir une ligne de contact (20) entre une surface (18) de ce liquide porteur et la surface intérieure (10) de la pièce ;

b) générer un flux de liquide porteur (44) dans ledit creux (8) de la pièce en direction de la surface (18) du liquide porteur, de manière à ce que cette surface du liquide porteur présente une protubérance (50) ;

c) dispenser les particules (4) à la surface du liquide porteur de manière à générer un film compact de particules flottant sur le liquide porteur (6) entre ladite ligne de contact (20) et un front amont (60) de particules agencé autour de la protubérance (50) ; et

d) transférer le film compact de particules (4) sur la surface intérieure (10) de la pièce en opérant un déplacement relatif entre cette pièce (2) et la surface (18) du liquide porteur, tout en poursuivant la dispense des particules (4) sur ledit front amont (60) entourant la protubérance (50) à la surface (18) du liquide porteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape visant à placer, dans la protubérance (50), un élément (28) d'accentuation de la pente définie par cette protubérance, ledit élément d'accentuation de pente présentant une surface extérieure (30) de section se rétrécissant dans une direction opposée à celle dudit flux de liquide porteur (44) généré dans le creux (8) de la pièce.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite protubérance (50) et ledit élément d'accentuation (28) sont coaxiaux, de préférence centrés dans ledit creux (8) de la pièce (2).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape visant à générer le flux de liquide porteur (44) dans ledit creux est réalisée à l'aide d'une bouche (16) de projection de liquide agencée dans ledit creux (8).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bouche de projection (16) est recouverte d'une ou plusieurs grilles.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également, simultanément à l'étape visant à générer le flux de liquide porteur (44) dans ledit creux, une étape d'aspiration dudit liquide porteur (52), une bouche d'aspiration (24) étant préférentiellement agencée dans ledit creux (8).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d) est mise en oeuvre en déplaçant ladite pièce (2).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape d) est mise en oeuvre en abaissant la surface (18) du liquide porteur dans la pièce (2) restant fixe.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape visant à dispenser les particules est réalisée à l'aide d'une ou plusieurs buses (36), éventuellement mobiles.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pièce (2) est tubulaire.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites particules (4) présentent une grande dimension de l'ordre de 1 nm à 500 µm.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film compact de particules (4) déposé sur la surface intérieure (10) de la pièce est homogène ou hétérogène.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe d'étapes a) à d) est répété pour le dépôt de plusieurs films superposés.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape visant à déposer un film compact de particules sur la surface extérieure de la pièce (2).

15. Installation (1) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un récipient (3) recevant le liquide porteur (6) ;

- des moyens pour générer le flux de liquide porteur (44) dans ledit creux (8) de la pièce, en direction de la surface (18) du liquide porteur ;

- des moyens (34) de dispense des particules à la surface (18) du liquide porteur ; et

- des moyens (40) permettant d'opérer un déplacement relatif entre la pièce (2) et la surface (18) du liquide porteur.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aufbringen eines kompakten Films von Partikeln (4) auf die Innenfläche (10) eines Stücks (2), welches einen Hohlraum (8) aufweist, welcher durch diese Innenfläche begrenzt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Platzieren des Stücks (2) in einer Trägerflüssigkeit (6) derart, dass eine Kontaktlinie (20) zwischen einer Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit und der Innenfläche (10) des Stücks definiert wird;

b) Erzeugen eines Stroms von Trägerflüssigkeit (44) in dem Hohlraum (8) des Stücks in Richtung der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit derart, dass diese Oberfläche der Trägerflüssigkeit eine Protuberanz (50) aufweist;

c) Eingeben der Partikel (4) auf die Oberfläche der Trägerflüssigkeit derart, dass ein kompakter Film von auf der Trägerflüssigkeit (6) schwimmenden Partikeln zwischen der Kontaktlinie (20) und einer stromaufwärtigen Front (60) von Partikeln gebildet wird, welche sich um die Protuberanz (50) herum befindet; und

d) Übertragen des kompakten Films von Partikeln (4) auf die Innenfläche (10) des Stücks durch Hervorrufen einer relativen Verlagerung zwischen dem Stück (2) und der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit, während das Eingeben der Partikel (4) auf die stromaufwärtige Front (60) weitergeführt wird, welche die Protuberanz (50) an der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit umgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schritt umfasst, welcher darauf abzielt, in der Protuberanz (50) ein Element (28) zum Verstärken einer Steigung zu platzieren, welche durch diese Protuberanz definiert ist, wobei das Element zum Verstärken der Steigung eine Außenfläche (30) mit einem Querschnitt aufweist, welcher sich in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des Stroms von Trägerflüssigkeit (44) verjüngt, welcher in dem Hohlraum (8) des Stücks erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Protuberanz (50) und das Element zum Verstärken (28) koaxial sind, vorzugsweise auf den Hohlraum (8) des Stücks (2) zentriert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, welcher darauf abzielt, den Strom von Trägerflüssigkeit (44) in dem Hohlraum zu erzeugen, mit Hilfe einer Sprühöffnung (16) für Flüssigkeit durchgeführt wird, welche in dem Hohlraum (8) angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühöffnung (16) von einem oder mehreren Gittern bedeckt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner gleichzeitig mit dem Schritt, welcher darauf abzielt, den Strom von Trägerflüssigkeit (44) in dem Hohlraum zu erzeugen, einen Schritt eines Ansaugens der Trägerflüssigkeit (52) umfasst, wobei vorzugsweise eine Ansaugöffnung (24) in dem Hohlraum (8) angeordnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) durch ein Verlagern des Stücks (2) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) durch Absenken der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit in dem Stück (2) durchgeführt wird, welches fest verbleibt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, welcher auf ein Eingeben der Partikel abzielt, mit Hilfe von einer oder mehreren Düsen (36) durchgeführt wird, welche gegebenenfalls bewegbar sind.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stück (2) rohrförmig ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (4) eine Größenabmessung in der Größenordnung von 1 nm bis 500 µm aufweisen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompakte Film aus Partikeln (4), welcher an der Innenfläche (10) des Stücks aufgebracht wird, homogen oder heterogen ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe aus den Schritten a) bis d) für das Aufbringen von mehreren überlagerten Filmen wiederholt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schritt umfasst, welcher darauf abzielt, einen kompakten Film von Partikeln auf der Außenfläche des Stücks (2) aufzubringen.

15. Einrichtung (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:

- eine Aufnahme (3), welche die Trägerflüssigkeit (6) aufnimmt;

- Mittel zum Erzeugen des Stroms von Trägerflüssigkeit (44) in dem Hohlraum (8) des Stücks in Richtung der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit;

- Mittel (34) zum Eingeben von Partikeln auf die Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit; und

- Mittel (40), welche es erlauben, eine relative Verlagerung zwischen dem Stück (2) und der Oberfläche (18) der Trägerflüssigkeit hervorzurufen.

Claims

1. A process for depositing a compact film of particles (4) on the internal surface (10) of a part (2) having a hollow (8) delimited by this internal surface, the process comprising the following steps of:

a) placing said part (2) in a carrier liquid (6) so as to define a contact line (20) between a surface (18) of this carrier liquid and the internal surface (10) of the part;

b) generating a carrier liquid stream (44) in said hollow (8) of the part towards the surface (18) of the carrier liquid, such that this surface of the carrier liquid has a protuberance (50);

c) dispensing the particles (4) at the surface of the carrier liquid so as to generate a compact film of particles floating on the carrier liquid (6) between said contact line (20) and an upstream front (60) of particles arranged around the protuberance (50); and

d) transferring the compact film of particles (4) onto the internal surface (10) of the part by operating a relative displacement between this part (2) and the surface (18) of the carrier liquid, while continuing dispensing the particles (4) on said upstream front (60) surrounding the protuberance (50) at the surface (18) of the carrier liquid.

2. The process according to claim 1, characterized in that it also comprises a step for placing, in the protuberance (50), an element (28) for enhancing the slope defined by this protuberance, said slope enhancing element having an external surface (30) with a cross-section narrowing in a direction opposite to that of said carrier liquid stream (44) generated in the hollow (8) of the part.

3. The process according to claim 2, characterized in that said protuberance (50) and said enhancing element (28) are coaxial, preferably centred in said hollow (8) of the part (2).

4. The process according to any of the preceding claims, characterized in that the step for generating the carrier liquid stream (44) in said hollow is made using a liquid spraying port (16) arranged in said hollow (8).

5. The process according to claim 4, characterized in that the spraying port (16) is covered with one or more grids.

6. The process according to any of the preceding claims, characterized in that it also comprises, simultaneously with the step for generating the carrier liquid stream (44) in said hollow, a step of sucking said carrier liquid (52), a sucking port (24) being preferentially arranged in said hollow (8).

7. The process according to any of the preceding claims, characterized in that step d) is implemented by displacing said part (2).

8. The method according to any of claims 1 to 6, characterized in that step d) is implemented by lowering the surface (18) of the carrier liquid in the part (2) remaining fixed.

9. The process according to any of the preceding claims, characterized in that the step for dispensing the particles is made using one or more possibly movable nozzles (36).

10. The process according to any of the preceding claims, characterized in that said part (2) is tubular.

11. The process according to any of the preceding claims, characterized in that said particles (4) have a major diameter in the order of 1 nm to 500 µm.

12. The process according to any of the preceding claims, characterized in that the compact film of particles (4) deposited onto the internal surface (10) of the part is homogeneous or heterogeneous.

13. The process according to any of the preceding claims, characterized in that the group of steps a) to d) is repeated for depositing several superimposed films.

14. The method according to any of the preceding claims, characterized in that it also comprises a step for depositing a compact film of particles onto the external surface of the part (2).

15. A facility (1) for implementing the process according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises:

- a container (3) holding the carrier liquid (6);

- means for generating the carrier liquid stream (44) in said hollow (8) of the part, towards the surface (18) of the carrier liquid;

- means (34) for dispensing the particles at the surface (18) of the carrier liquid; and

- means (40) for operating a relative displacement between the part (2) and the surface (18) of the carrier liquid.

Dessins