Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie fait l'objet d'une recherche dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (quelques centaines de ?m) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche décrite réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Deux exemples sont présentés, un dans le domaine des piles à combustible haute température et l'autre dans celui des sondes haute fréquence pour l'imagerie médicale.
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The development of industrial processes and materials for new technologies in the energy sector has been the subject of dynamic research at the CEA / DAM (Direction of Military Applications), particularly within its Ripault center. As an example the ink-jet method is presented in this article. The ink-jet technique has aroused the interest of many industrialists and research laboratories in order to produce patterns of a very small size (a few hundred microns) from ceramic materials. The development of inorganic inks is the principal issue to be addressed by this technology applied to patterned ceramic coatings. The originality of the approach lies in the use of sol-gel chemistry in order to develop inks. Two examples are presented, one in the field of high temperature fuel cells and the other in the field of high-frequency transducers for medical imaging.
Auteur(s)
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Philippe BOY : CEA/Le Ripault
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Chrystel AMBARD : CEA/Le Ripault
-
Bruno FOUSSERET : CEA/Le Ripault
INTRODUCTION
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie font l'objet d'une R dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (centaine de μm) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche proposée ici réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Les deux exemples présentés concernent la préparation de solutions sol-gel spécifiques pour des applications dans les domaines des piles à combustible haute température et des sondes « haute fréquence » pour l'imagerie médicale.
Within its Centre Le Ripault, CEA/DAM has been leading an active R for developing manufacturing processes and materials for energy new technologies. One example of process studied at CEA/Le Ripault is presented in this article : inkjet printing. Several industries and research laboratories are interested in the inkjet printing process to realize patterns with high definition (few hundred micrometers) using ceramics materials. Inorganic inks preparation is the aim key to succeed in this technology when applied to patterned ceramic coatings. Here, sol-gel chemistry is an original approach to elaborate inks. Two examples are given here : the first one deals with solid oxidefuel cells, and the last one concerns high frequency transducers for medical imaging.
jet d'encre, dépôts localisés, encre sol-gel, piles à combustible, imagerie médicale
ink jet, sol-gel ink, fuel cell, medical patterned layers imaging
Domaine : traitement de surface, revêtements céramiques
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Procédé jet d'encre
Domaines d'application : micro-piles, cellules photovoltaïques, microélectronique, imagerie médicale
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : CEA – Le Ripault
Pôles de compétitivité :
Autres acteurs dans le monde :
Contact : [email protected] ou [email protected]
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Présentation
Exemple 1 : formulation d'oxyde de cuivre (II) pour la réalisation d'anode de pile SOFC3. Présentation du moyen jet d'encre utilisé
L'équipement utilisé au CEA – Le Ripault est le CeraPrinter X-Série (figure 5a), commercialisé par l'entreprise Ceradrop dont le laboratoire a fait l'acquisition en 2008. Il permet la réalisation de structures tridimensionnelles par prototypage rapide de type impression jet d'encre.
Ci-dessus : (a) Dispositif de prototypage de type impression jet d'encre « CeraPrinter X-Série », (b) vue 3D du système de micro-positionnement du dispositif d'impression jet d'encre comprenant le porte-substrat (associé au repère 1 dont les déplacements s'effectuent selon les axes z1 et y1) et le porte-tête d'impression (associé au repère 2 dont les déplacements s'effectuent selon l'axe x2 et selon la rotation
)
Quatre platines assurent le positionnement de la tête d'impression et du substrat suivant les axes X, Y, Z et q. Le support du substrat (repère 1 – figure 5b) se déplace selon les axes y1 et z1 , et le porte-tête (repère 2 – figure 5b) selon l'axe x2 . L'axe de rotation q permet de régler la position angulaire de la tête d'impression et donc de faire varier la distance entre deux gouttes voisines. Les platines définissent la précision, la résolution, la répétabilité, la vitesse ou encore le volume de fabrication. Les caractéristiques des platines du CeraPrinter sont présentées dans le tableau 1.
Le porte-tête du CeraPrinter comporte deux têtes d'impression, ce qui permet d'envisager des dépôts multimatériaux.
Les têtes d'impression utilisées sont de type piézoélectrique, et fonctionnent selon la technologie de goutte à la demande (Drop On Demand). Elles sont constituées de 128 ou 256 buses d'environ 50 μm de diamètre pouvant être sollicitées individuellement et permettant d'éjecter des gouttes dont le volume moyen est d'environ 75 pL. Ces modèles de tête d'impression conviennent aussi bien aux encres aqueuses qu'organiques sous réserve que les propriétés physico-chimiques des encres, en termes de viscosité et de tension de surface, répondent aux règles...
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Présentation du moyen jet d'encre utilisé
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARDAINE (A.) - Élaboration de films piézoélectriques de PZT par procédé sol-gel composite : application à la transduction ultrasonore haute fréquence. - Thèse de doctorat, université François Rabelais, Tours (2008).
-
(2) - BELLEVILLE (P.), BOY (P.), MONTOUILLOUT (Y.) - Method of preparing a stable lead zircono-titanate sol and method for preparing films based on same. - US Patent US20040014820 (2004).
-
(3) - BOY (P.), BELLEVILLE (P.), BIGARRE (J.), MONTOUILLOUT (Y.) - Stable PZT sol for reparing reproducible high-permittivity perovskite-based thin film. - J. Sol-Gel Sci., Technol, 43, p. 213-221 (2007).
-
(4) - BARDAINE (A.), BOY (P.), BELLEVILLE (P.), ACHER (O.), LEVASSORT (F.) - Improvement of composite sol-gel process for manufacturing 40 mm piezoelectric thick films. - J. Eur. Ceram. Soc., 28, p. 1649-1655 (2008).
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