Elaboration d’une cellule élémentaire

L’étape de réalisation des barbotines est déterminante pour le coulage et la microstructure des bandes obtenues à la fin du procédé. Pour être utilisée dans de bonnes conditions de coulage, la barbotine ne doit pas afficher une viscosité trop élevée, mais doit cependant présenter une teneur en poudre suffisante pour conduire, en fin de frittage, à une pièce monolithique. Allier ces deux paramètres n’est pas chose aisée puisqu’ils sont anti-corrélés.Des particules solides introduites dans un milieu liquide sont soumises à différentes forces, certaines ayant tendance à déstabiliser la suspension en favorisant la floculation, alors que d’autres, par les répulsions qu’elles induisent entre les particules, à être bénéfiques en limitant la floculation. Il existe deux forces néfastes, la gravité, qui provoque la sédimentation et qui est liée à la taille et à la masse des particules, et les forces attractives de Van Der Waals causées par les interactions dipolaires. L’existence naturelle de l’agitation thermique, qui tend à éloigner les particules les unes des autres, secondée par les forces répulsives de type électrostatique et stérique, tendent à contrer les forces précédentes.La stabilité des barbotines peut être améliorée en ajustant les compositions et les caractéristiques des poudres. Ainsi, la sédimentation est limitée par l’utilisation de poudres très fines. Les forces répulsives électrostatiques dépendent de la constante diélectrique du solvant et les forces répulsives stériques sont favorisées par l’utilisation d’un dispersant.

Constituanta

Pour les raisons de coût et d’environnement précédemment évoquées, le solvant choisi est l’eau. L’eau se caractérise certes par une tension de surface bien supérieure à celle des solvants organiques, mais elle présente cependant un avantage pour la stabilisation de la barbotine : il s’agit de sa constante diélectrique élevée, qui augmente les forces de répulsion électrostatique entre particules. Ce choix de solvant se répercute en cascade sur les autres constituants de la barbotine que sont le liant et le dispersant. Ces derniers doivent être solubles dans l’eau et inertes en sa présence.C’est généralement un polymère ; il est dissout dans le solvant et, après évaporation de celui-ci, forme un nouveau réseau tridimensionnel conférant à la bande la résistance mécanique recherchée. L’utilisation de tels liants avec une barbotine aqueuse pose cependant des problèmes liés à la lenteur d’évaporation de l’eau. Si les bandes coulées restent sur le support pour l’étape de séchage, l’évaporation de l’eau n’est pas homogène : elle est plus rapide sur les bords libres, donc sur les côtés et le dessus qu’au milieu de la bande ; il y a alors une adhérence des bords secs avec le support, entraînant une fissuration et une mise en rouleau. Il faut donc utiliser des supports permettant de réaliser un séchage uniforme. Pour cela, on doit pouvoir décoller les bandes du support de coulage afin de les placer sur ceux de séchage. Le liant qui a été choisi provient des techniques de mise en forme qui reposent sur la gélification chimique d’une barbotine : il s’agit de l’alginate de sodium. Ce produit est extrait d’algues brunes marines ; c’est en fait une famille de copolymères binaires d’acide 1,4-β-D-mannuronique (M) et d’acide 1,4-α-L-guluronique (G) (figure III.1).

Ces polymères sont solubles dans l’eau dont ils augmentent considérablement la viscosité. La quantité pouvant être introduite dans la barbotine est donc limitée ; on a vérifié qu’une solution qui contient plus de 3% en masse d’alginate de sodium ne permet plus le coulage.Il est alors possible de créer de nombreuses connexions entre un grand nombre de macromolécules, ce qui donne naissance à une structure tridimensionnelle très stable. C’est cette structure qui est mise à contribution dans le présent procédé pour créer un gel chimique conférant à la bande coulée sa résistance mécanique.Afin d’en assurer la stabilité, un dispersant est introduit dans la barbotine. Son action se localise au niveau des forces de répulsion stérique. Les molécules de dispersant se greffent à la surface des particules en créant ainsi, autour de celles-ci, un nuage de longues chaînes organiques assurant les répulsions stériques. Le dispersant utilisé est un sel d’acide polycarboxylique de haut poids moléculaire : le DOLAPIX ET 85 fourni par Zschimmer et Schwarz. Symboliquement, il peut être décrit comme une longue chaîne carbonée sur laquelle est fixé un grand nombre de têtes polaires (fonctions carboxylates) (voir figure III.3).