PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE UNA ESTRUCTURA POROSA ORDENADA A PARTIR DE UN SUSTRATO DE ALUMINIO.

Procedimiento de fabricación de una estructura porosa ordenada a partir de un sustrato de aluminio 2 EP 2207915 [0001] La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una estructura porosa ordenada a partir de un sustrato de aluminio. [0002] En todo el texto, a una estructura porosa se la llama ordenada cuando la misma presenta poros que están en forma de canales rectilíneos de igual sección transversal recta (de igual forma y de iguales dimensiones) que son paralelos y adyacentes en un plano radial y están uniformemente distribuidos en el plano radial. [0003] Asimismo en todo el texto se orientan la pieza de aluminio y las estructuras anódicas resultantes de la anodización de dicha pieza de aluminio según sus dos caras opuestas, que son una primera cara que recibe el nombre de cara exterior y queda en contacto con la solución electrólito, y una segunda cara que recibe el nombre de cara sustrato y no queda en contacto con la solución electrolítica. [0004] Asimismo, en todo el texto se entiende por alúmina el vocablo general que cubre formas oxidadas del aluminio como son los óxidos de aluminio y los hidróxidos de aluminio, así como los oxihidróxidos de aluminio. [0005] Numerosos sistemas electrónicos, mecánicos, biotecnológicos o químicos tienden a una extrema miniaturización que abre un vasto campo de aplicaciones en terrenos tan variados como los de la medicina, la aeronáutica, la técnica espacial, la electrónica, la informática o la fotónica. Dentro de este objetivo, el control de la estructura de los materiales, de las dimensiones y de la regularidad de sus ultraestructuras deviene esencial a fin de reducir las dimensiones de estos sistemas, aumentar la relación entre la superficie específica y el volumen total de la muestra y/u obtener fenómenos físicos específicos. [0006] Dentro de esta finalidad, se sabe realizar por anodización de sustratos de aluminio metal estructuras porosas ordenadas a base del elemento químico aluminio cuya superficie se extiende en varias m 2 . Estas estructuras porosas, también llamadas películas anódicas porosas, pueden ser utilizadas como soporte o bien como matriz para aplicaciones originales tales como la nanofiltración o bien también la realización de elementos funcionales de dimensiones nanométricas tales como los nanocontactos, los nanohilos y los nanotubos. El mejoramiento de las prestaciones técnicas de estos materiales, cuyas ultraestructuras son de dimensiones meso- o nanométricas, resulta directamente de los avances tecnológicos que permiten la realización de películas anódicas porosas de grandes dimensiones y de espesor controlado. [0007] El crecimiento de una estructura porosa a lo largo de la anodización de un sustrato de aluminio es dirigido por un proceso complejo que implica un equilibrio entre, por una parte, una reacción de oxidación del aluminio para su transformación en derivados oxidados, hidroxilados o bien también oxihidroxilados del aluminio, y, por otra parte, una reacción de disolución de esta alúmina formada. Así, es sabido que la formación de una estructura porosa resulta del equilibrio, dependiente de las condiciones de trabajo en la anodización, entre las respectivas contribuciones de estas dos reacciones químicas antagonistas. [0008] La publicación Masuda H., Yada K. et Osaka A., (1998), Jpn. J. Appl. Phys., 37, 1340-1342 Self-Ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution describe un procedimiento de obtención de una estructura porosa que reagrupa varios tratamientos, que son en concreto un tratamiento por anodización, durante un periodo de tiempo que varía de 0,5 h a 16 h, de un sustrato de aluminio no pretexturado en una solución de ácido fosfórico a una concentración de 0,3 moles/l, bajo una tensión de 195 V, un tratamiento de disolución química del sustrato de aluminio residual por medio de una solución saturada de HgCl2, un tratamiento de disolución química de la capa barrera, también llamada capa compacta, por medio de una solución de ácido fosfórico en una proporción másica del 10%, y finalmente un tratamiento químico de agrandamiento del diámetro de los poros de la estructura porosa, por medio de una solución de ácido fosfórico. [0009] Así, este documento describe un procedimiento de referencia para la fabricación de una estructura porosa a base de aluminio, por medio de varios tratamientos sucesivos que son todos ellos de naturaleza química o electroquímica. Este documento presenta el estado de superficie de la cara sustrato de la estructura porosa, tras eliminación del sustrato residual y de la capa barrera. Dicho documento no describe el estado de la estructura porosa en el seno de su espesor, en particular al nivel de la cara exterior. [0010] Por otro lado, se sabe que es posible obtener una estructura porosa ordenada por anodización de un sustrato de aluminio que presenta en su superficie exterior una pluralidad de concavidades de igual forma y regularmente distribuidas. Una impronta de este tipo puede ser obtenida por nanoindentación del sustrato de aluminio, por ejemplo aplicando y presionando sobre el sustrato de aluminio una matriz dura, en particular de carburo de silicio, que presente una pluralidad de convexidades. Sin embargo, esta etapa de nanoindentación es tecnológicamente muy difícil de poner en ejecución en razón de las dificultades técnicas para realizar, a las escalas meso- y nanométrica, la matriz de carburo   3 EP 2207915 de silicio que presente una pluralidad de convexidades. Esta etapa de realización de una matriz es, en consecuencia, una etapa costosa. [0011] Otro procedimiento conocido, que permite obtener una pluralidad de concavidades de igual forma y regularmente distribuidas en la superficie del sustrato de aluminio o de aleación de aluminio, recibe el nombre de doble anodización. Según este procedimiento de doble anodización, una primera etapa de anodización permite formar una pluralidad de concavidades en la zona interfacial del sustrato de aluminio inicialmente liso y de la estructura porosa que resulta de esta anodización. La completa disolución, por vía química, de la estructura porosa que resulta de la anodización, deja entonces al descubierto la pluralidad de concavidades subyacente. Estas improntas cóncavas sirven a continuación de guía para el crecimiento, al realizarse una segunda etapa de anodización, de una estructura porosa ordenada. Este procedimiento de doble anodización es largo de poner en ejecución a causa de la duplicación de la etapa de anodización. Este procedimiento requiere además una etapa de disolución química de la estructura porosa que resulta de la primera anodización, siendo dicha etapa de disolución química delicada de poner en ejecución, y por consiguiente el procedimiento no es o bien es poco compatible con una explotación a escala industrial. Por otro lado, este procedimiento requiere el empleo, al realizarse la etapa de disolución, de productos químicos tóxicos tales como derivados del cromo, y en particular del cromo VI. Finalmente, no se valoriza el espesor de estructura porosa producida como resultado del tratamiento inicial de anodización del sustrato de aluminio y luego disuelta por tratamiento químico. [0012] Se han propuesto otros procedimientos para perfeccionar la elaboración de una estructura porosa ordenada sin no obstante conseguir evitar la realización de una doble anodización con eliminación intermedia de una estructura formada por una primera anodización. Así, la EP 1715085 propone un procedimiento en el cual el tratamiento de disolución química es sustituido por un tratamiento electroquímico que conduce a la separación del sustrato de aluminio residual y de la totalidad de la estructura resultante de la primera anodización. También ahí, este procedimiento es largo de poner en ejecución, relativamente complejo, costoso y poco compatible con una explotación a escala industrial. [0013] Así, hasta la fecha, para obtener una estructura porosa ordenada que presente poros que estén en forma de canales rectilíneos de igual sección transversal recta (de igual forma y de iguales dimensiones), paralelos y adyacentes en un plano radial y uniformemente distribuidos en el plano radial, se consideraba siempre como necesario realizar una pretexturización del sustrato de aluminio, ya sea por nanoindentación de dicho sustrato de aluminio, o bien por medio de una primera anodización, seguida de una disolución química/separación electroquímica. [0014] En este contexto, la invención pretende paliar el conjunto de estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de fabricación, por anodización de un sustrato de aluminio o de aleación de aluminio liso, de una estructura porosa ordenada que obvia la necesidad de recurrir a una doble anodización y ya no requiere la... [Seguir leyendo]

14 EP 2207915 1. Procedimiento de fabricación de una estructura porosa (15, 33, 34) en el cual se produce por anodización (24) de un sustrato de aluminio (1) una capa (3) de superficie exterior que comprende una estructura porosa (7), estando dicho procedimiento caracterizado por el hecho de que: - se realiza un tratamiento (24) de anodización sobre un sustrato de aluminio liso (1) por espacio de un periodo de tiempo suficiente para permitir la obtención de al menos un espesor de estructura porosa ordenada (7), - se quita a continuación por mecanización mecánica una parte del espesor de dicha capa (3) formada por anodización (24), extendiéndose esta parte de espesor desde la superficie exterior de dicha capa (3) formada por anodización (24), conservando al menos un espesor no nulo de estructura porosa ordenada (7) y de forma tal que esta estructura porosa ordenada (7) forma la superficie exterior libre (16) de la capa residual. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se quita dicha parte de espesor por abrasión mecánica (25). 3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la abrasión mecánica (25) se realiza por medio de una pieza (13) de paño impregnada con una suspensión, llamada suspensión abrasiva, de un polvo en una fase acuosa, comprendiendo dicho polvo al menos un mineral elegido de entre los miembros del grupo que consta de los minerales abrasivos. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 3, caracterizado por el hecho de que se realiza la abrasión mecánica (25) por medio de una pluralidad de sucesivas etapas de abrasión, siendo cada una de dichas sucesivas etapas de abrasión realizada por medio de una suspensión abrasiva, eligiéndose las suspensiones abrasivas de cada una de las sucesivas etapas de abrasión de forma tal que presenten una granulometría decreciente de una etapa a otra. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que se realiza cada etapa de abrasión de la pluralidad de sucesivas etapas de abrasión por medio de una pieza de paño impregnada con una suspensión abrasiva, estando dicha pieza de paño aplicada a la superficie de un soporte rígido que es elegido de entre los miembros del grupo que consta de un soporte vibrante y un soporte rotativo. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por el hecho de que se realiza la abrasión mecánica (25) mediante una primera etapa de abrasión por medio de una pieza de fieltro impregnada con una suspensión de diamante cuya granulometría media está comprendida entre 0,8 m y 1,5 m, siendo en particular del orden de 1 m, y después mediante una segunda etapa de abrasión por medio de una pieza de fieltro impregnada con una suspensión de diamante cuya granulometría media está comprendida entre 0,2 m y 0,4 m, y es en particular del orden de 0,25 m. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que se quita una parte del espesor de la capa (3) de superficie exterior, estando el espesor de dicha parte del espesor de la capa (3) de superficie exterior comprendido entre 15 m y 25 m, y siendo dicho espesor en particular del orden de 17 m a 20 m. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que se realiza un tratamiento de anodización (24) sobre un sustrato (1) de aluminio liso, con una duración adaptada para obtener una capa (3) de superficie exterior que tenga un espesor comprendido entre 25 m y 300 m, y en particular entre 100 m y 200 m. 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que se realiza un único tratamiento de anodización (24) sobre un sustrato (1) de aluminio liso, teniendo dicho tratamiento una duración comprendida entre 1 h y 12 h, y siendo dicho tratamiento en particular del orden de 4 h. 10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que se realiza un único tratamiento de anodización (24) sobre un sustrato (1) de aluminio liso durante un periodo de tiempo adaptado para que el espesor de la estructura porosa ordenada (7) formada por anodización (24) esté comprendido entre 1 m y 150 m. 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que se realiza la anodización (24) en una solución acuosa de electrólito seleccionada de entre los miembros del grupo que consta de soluciones acuosas de ácidos oxidantes, y en particular de ácido sulfúrico, de mezcla de ácido sulfúrico y ácido bórico, de ácido oxálico, de ácido fosfórico, de ácido malónico, de ácido tartárico y de ácido cítrico. 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por el hecho de que se realiza la anodización (24) en una solución acuosa de electrólito cuya composición está adaptada para proporcionar una   EP 2207915 estructura porosa ordenada cuyos poros presenten un diámetro comprendido entre 10 nm y 500 nm, y en particular entre 100 nm y 200 nm. 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que se realiza la anodización (24) a una temperatura comprendida entre -2ºC y +2ºC, y en particular del orden de -1,5ºC. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que se realiza la anodización (24) bajo una tensión comprendida entre 19 V y 240 V, y en particular entre 125 V y 195 V, con una solución acuosa que comprende ácido fosfórico como electrólito. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que inmediatamente después de haber quitado dicha parte de espesor, se elimina el sustrato (4) de aluminio no oxidado y una parte de espesor (5) no porosa de dicha capa para no conservar más que la estructura porosa ordenada (7). 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que se realiza a continuación un tratamiento químico de la estructura porosa ordenada (7) adaptado para aumentar el diámetro de los poros de dicha estructura porosa (7).   16 EP 2207915   17 EP 2207915   18 EP 2207915   19 EP 2207915