FR2503589A1

FR2503589A1 - Procede et appareil pour fabriquer un revetement conducteur de l'electricite

Info

Publication number: FR2503589A1
Application number: FR8208363A
Authority: FR
Inventors: James Francis Pollock; John Malcolm North; Roy Frederick Preston
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1982-10-15
Also published as: IT1147749B; SE8004352L; FR2459602A1; JPS568220A; FR2461424B1; DE3022259A1; FR2461424A1; FR2503589B1; GB2086875A; IT8067932A0; SE454932B; US4982068A; CH653199A5; DE3022259C2; SE8203612L; SE8102972L; GB2056829B; GB2056829A; GB2083330B; FR2459602B1

Abstract

PROCEDE ET APPAREIL POUR FABRIQUER UN REVETEMENT CONDUCTEUR DE L'ELECTRICITE. SUR UN SUBSTRAT 200, PLACE DANS UN TUBE 202 OU REGNE UN VIDE CREE PAR LES POMPES 209, 232, ON DEPOSE UN REVETEMENT, COMPRENANT LA MATIERE CHOISIE, PAR DECOMPOSITION D'UN GAZ DANS UN PLASMA OBTENU A L'AIDE D'UN GENERATEUR HAUTE FREQUENCE 238, ET L'ON CHAUFFE LE REVETEMENT AFIN D'EN MODIFIER LA STRUCTURE POUR LUI CONFERER LA RESISTIVITE ELECTRIQUE REQUISE. APPLICATION D'UN TEL ELEMENT: CHAUFFAGE D'UN APPAREIL DE TRAVAIL A CHAUD D'UNE MATIERE PLASTIQUE.

Description

La présente invention concerne un procédé pour fabri-

quer un revêtement conducteur de l'électricité et ayant la

résistivité électrique requise.

Selon un premier aspect de la présente invention, celle-ci propose un procédé pour fabriquer un revêtement con- ducteur de l'électricité et comprenant (ou constitué par) une matière choisie ayant une résistivité électrique requise, le procédé comprenant le dépôt d'un revêtement comprenant (ou constitué par) la matière choisie sur un substrat, par la décomposition d'un gaz dans un plasma électriquement induit, et le chauffage du revêtement à une température et pendant un temps permettant de modifier la structure du revêtement

afin d'obtenir une résistivité électrique voulue du revêtement.

L'invention comporte une application dans la fabri-

cation d'un élément de chauffage électrique, poreux, perméa-

ble à du fluide et comprenant du carbure de silicium fibreux

et conducteur de l'électricité.

De préférence, l'élément de chauffage électrique

poreux présente un taux de vides compris entre 50 et 98%.

Des exemples d'éléments poreux de chauffage électri-

que sont décrits dans les brevets britanniques NO 1 466 240

et NO 1 503 644, ainsi que dans la demande de brevet britan-

nique NO 21 702/77, auxquels on pourra se référer.

Il est fréquemment nécessaire de chauffer électri-

quement un fluide, qui est un gaz ou un liquide, et d'utili-

ser un dispositif de circulation du fluide en circuit fermé afinde transmettre cette chaleur à d'autres fluides ou à une

installation dans un dispositif d'échange thermique. Un exem-

ple particulier consiste en l'utilisation d'un liquide chauf-

fé (par exemple une huile ou de l'eau) afin de commander et réguler la température de moules, de filières, d'extrudeuses

et de calandres utilisés dans l'industrie des matières plasti-

ques. Des modèles existants de tels appareils de commande et

de régulation de la température comportent des éléments élec-

triques à immerger, du type blindé; la chaleur engendrée dans ces éléments est transmise par conduction à travers la

paroi métallique du blindage ou du gainage au liquide entou-

rant cette paroi et qui passe devant l'élément pendant son

écoulement. Il existe une limite du coefficient de transmis-

sion de chaleur que l'on peut utiliser avec ce type d'élément si l'on doit éviter une décomposition de l'huile, le coefficient devant par exemple correspondre à 1-10 watts/cm 2de surface de l'élément. Ce facteur exerce par conséquent un effet sur la dimension et le poids du dispositif de chauffage, notamment pour des puissances nominales élevées. En outre, la réponse de tels appareils est relativement lente puisqu'il existe une limite de la quantité de chaleur pouvant être transmise au liquide en un bref intervalle de temps. Cela peut exercer

une influence déterminante sur les temps des cycles de pro-

duction lorsqu'on utilise de tels appareils pour chauffer des

moules et des filières en vue de produire en série des compo-

sants identiques.

L'élément de chauffage produit par le procédé de l'invention surmonte dans une large mesure ces limitations en enlevant l'élément métallique blindé et en le remplaçant par un élément de chauffage électrique, poreux et perméable au fluide, et en faisant circuler le fluide dans la masse de l'élément poreux de chauffage au lieu de le faire circuler

seulement sur sa surface externe. On peut atteindre des puis-

sances volumiques de 1 kW/cm3 de matière de l'élément de chauffage, ce qui conduit non seulement à une diminution de la dimension et du poids de l'appareil de chauffage pour un service donné, mais aussi à une diminution du temps de réponse telle que le dispositif peut réagir de façon virtuellement instantanée à une demande de grande augmentation échelonnée

de la chaleur engendrée et transmise au fluide en circulation.

Un élément convenable peut comporter du carbure de silicium poreux, présentant un taux de vides de 50 à 98% et une masse volumique apparente de 50 à 750 kg/m 3, les éléments individuels de chauffage consistant en de fines fibres dont le diamètre se situe entre 3 et 150 microns. Un organe du type distributeur/barrière thermique peut être utilisé de

concert avec l'élément de chauffage pour produire un écoule-

ment uniforme du fluide (voir le brevet britannique précité

NO 1 466 240).

Il peut s'avérer souhaitable de maintenir une vitesse d'écoulement du fluide, à travers l'élément, qui

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limite l'élévation de la température dans l'élément à une

valeur non supérieure à environ 500C, mais cela n'est pas es-

sentiel et des élévations de la température de 2 à 3000C sont

possibles avec une épaisseur de paroi de l'élément de 2 à 10 mm.

Une forme géométrique typique d'un tel élément destiné à un appareil de 10 kW peut être un cylindre annulaire poreux de

44 mm de diamètre extérieur et 35 mm de diamètre intérieur.

L'élément de chauffage peut présenter une résistivité élec-

trique déterminée au préalable à une température particulière, et il peut convenir pour fonctionner à la tension du secteur

sans nécessiter de transformateur.

Le dispositif comprend une pompe de circulation, un ensemble comportant au moins un élément de chauffage, des

robinets ou valves et de la tuyauterie, l'huile passant suc-

cessivement à travers l'élément et le moule, la filière, l'extrudeuse ou la calandre à chauffer, ainsi qu'un appareil ou dispositif de commande. De tels appareillages ont été conçus et ont fonctionné à des puissances nominales de 1 à 15 kW pour la forme géométrique précitée et avec un temps de réponse de quelques secondes. On peut concevoir et dessiner

des appareillages très compacts et, dans le cas des appareilla-

ges à grande puissance, la faible dimension diminue considéra-

blement le prix de construction en comparaison des dispositifs

classiques de transmission de chaleur.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de transmission de chaleur, destiné à chauffer un moule;

la figure 2 est une vue en perspective, à plus gran-

de échelle, du moule utilisé dans le dispositif de la figure 1; la figure 3 est une vue latérale, en coupe médiane

et à plus grande échelle, d'un appareillage de chauffage élec-

trique destiné à être utilisé dans le dispositif de la figure 1; la figure 4 est une vue latérale, en coupe médiane

et à grande échelle, d'un autre appareillage de chauffage élec-

trique; la figure 4a montre une coupe fragmentaire selon la ligne IVa-IVa de la figure 4; la figure 5 représente graphiquement l'évolution de la température (en ordonnées, OC) en fonction du temps (en abscisses, en heures) pour l'appareillage de la figure 4; la courbe A concerne l'huile entrant dans le moule, la courbe B l'huile sortant du moule et C montre la température du moule; et la figure 6 est une représentation schématique d'un

appareil de dépôt de vapeur avec activation par un plasma.

En se référant à la figure 1, on voit que le dis-

positif de transmission de chaleur comprend essentiellement un moule 10 (par exemple, un moule à injection), relié par une tubulure 11 à un organe 13 de refroidissement et à un organe 14 poreux de chauffage électrique. Une huile de transmission de chaleur, comme "Transeal N" de British Petroleum (BP),est

disposée dans la tubulure 11 de façon à être mise en circula-

tion dans le dispositif par une pompe 15. Un thermocouple

d'entrée 20 et un thermocouple de sortie 21 sont disposés au-

tour du moule 10 afin de déceler la température de l'huile contenue dans la tubulure 11, et un appareil 23 de commande et régulation de la température du moule détecte la température

du moule 10 et règle le fonctionnement de l'organe 13 de re-

froidissement et de l'organe 14 de chauffage afin de mainte-

nir le moule 10 à une température souhaitée. Une branche 25 de dérivation, comportant un robinet 26 de décharge, est

reliée à la tubulure 11 en parallèle avec le moule 10.

Comme on le voit plus en détail sur la figure 2 à laquelle on va maintenant se référer, le moule 10 comporte deux moitiés lOa et lOb, respectivement, des conduits d'huile 18 montés en série avec la tubulure 11 pour faire circuler l'huile dans le moule 10, ainsi qu'un tube Ila destiné à relier entre eux les conduits d'huile 18 des moitiés l0a et lob. En se référant à la figure 3, on voit que l'organe poreux 14 de chauffage électrique a, en coupe transversale, une forme généralement circulaire et comprend un élément 30

de chauffage, en carbure de silicium fibreux, poreux, per-

méable au fluide, de forme cylindrique creuse. L'élément

comporte à ses extrémités supérieure et inférieure des élec-

trodes 31 et 32 en cuivre doré. L'électrode inférieure 32 est raccordée à un capuchon d'extrémité 34 en laiton, lequel est raccordé à un tube 33 en acier brasé sur une tige 35 en cuivre reliée par une connexion 36, du type à serrer, à une alimenta- tion électrique (non représentée). Deux disques métalliques 38 de refroidissement sont disposés autour de la tige 35 et sont maintenus par une rondelle 40 de retenue "Starlock" disposée au-dessus du disque supérieur 38 de refroidissement, trois rondelles 41 "Schnorr", disposées entre les disques 38, - maintenant une force de compression sur un tampon 42 placé de façon à porter sur un collet 43, formant épaulement, d'une

matière d'isolement électrique. Une pièce rapportée 45 éche-

lonnée, formée d'une matière d'isolement électrique comme du

polyamide "Tufnol", est logée dans un évidement 46 d'une enve-

loppe 37 et supporte une bague torique 48 d'étanchéité dispo-

sée autour de la tige 35, le collet 43 poussant contre la bague 48 une entretoise supérieure 49, annulaire et plane, en la

même matière que la pièce 45.

L'enveloppe 37, qui est reliée à l'électrode supé-

rieure 31, comporte un chambre interne 52 raccordée à la

tubulure 11, et des orifices d'admission 53 (dont deux seule-

ment sont représentés) et qui relient la chambre interne 52 à un espace 54 entre la surface interne de l'élément 30 de chauffage et la surface externe du tube 33, l'alésage de ce tube 33 étant relié à l'espace 54 par un orifice supérieur 55

et un orifice inférieur 56, le tube 33 jouant le rôle de dis-

tributeur thermique.

L'enveloppe 37 comporte une partie tubulaire 58 présentant une bride externe 59 serrée sur une bride externe

62 d'une enveloppe tubulaire interne 63 dans laquelle l'élé-

ment 30 de chauffage est monté, une bague torique 65 étant placée dans un évidement annulaire 66, et une cosse 60 de

mise à la terre étant fixée à la bride 62.

Un isolant thermique, comme "Kaovool", est dispo-

sé comme garniture 70 entre l'enveloppe interne 63 et une enveloppe externe 71, la tubulure 11 traversant la partie inférieure de l'enveloppe 71 et la garniture 70 jusqu'à l'extrémité inférieure de l'enveloppe interne 63, et un tube

73 de purge d'air traversant la partie supérieure de l'enve-

loppe externe 71 et la garniture 70 pour parvenir à l'enve-

loppe interne 63.

Lorsque le moule 10 est utilisé pour former des objets (non représentés) en une matière plastique, ce moule est maintenu à une température voulue de fonctionnement par l'huile mise en circulation par la pompe 15 dans ce moule 10. L'appareil 23 de régulation de la température détecte la température du moule 10 et ajuste de façon appropriée le débit d'un milieu de refroidissement (par exemple de l'eau) dans l'organe 13 de refroidissement ainsi que la valeur du courant alimentant l'organe poreux 14 de chauffage électrique pour régler la température de l'huile et maintenir ainsi le moule 10 à la température requise pour son fonctionnement. Les thermocouples 20,21 permettent une surveillance supplémentaire de la température de l'huile et peuvent actionner l'organe

14 de chauffage en cas d'une différence prédéterminée de tem-

pérature. Un élément plus compact de chauffage peut être utilisé pour augmenter la vitesse de l'huile dans les éléments, comme représenté sur la figure 4 à laquelle on va maintenant se référer. Cette figure 4 montre un organe 14a de chauffage électrique comportant un élément 80 de chauffage en carbure de silicium, fibreux, poreux, perméable au fluide, de forme cylindrique creuse ayant de façon typique environ 45 mm de diamètre extérieur, 35 mm de diamètre intérieur et 10 mm de longueur. Des électrodes annulaires 81 et 82, en cuivre doré, sont disposées aux extrémités respectives de l'élément de chauffage, et chaque électrode 81, 82 est supportée par un bossage 83,84 d'un disque annulaire respectif 85 ou 86 d'appui en acier inoxydable. Le disque 85 est supporté par un bossage 87 d'une pièce annulaire 88 d'isolement électrique en polyamide "Tufnol", et le disque 86 est de même supporté par un bossage 89 d'une pièce annulaire 90 d'isolement

en polyamide "Tufnol". De minces garnitures (non représen-

tées) en une matière déformable comme du graphite, du cui-

vre ou de l'aluminium, peuvent être disposées entre les extré-

mités de l'élément 80 et les électrodes 81 et 82.

Une tige 96 de distribution, en acier inoxydable, traverse et supporte les pièces 88,90 d'isolement et présente une bride circulaire 97. La pièce 90 d'isolement est maintenue contre une face de la bride 97 par l'action d'un ressort de compression 98 qui, à une de ses extrémités, s'appuie sur

un bossage 110 d'un capuchon 99. Le bossage 110 se situe au-

tour d'une extrémité de la tige 96, et le capuchon 99 est

fixé à la tige 96 par une vis 111. L'autre extrémité du res-

sort 98 s'appuie contre la pièce 88 d'isolement pour presser

étroitement ensemble les pièces 88,90 d'isolement, les élec-

trodes 81,82 et la pièce 90 d'isolement. Un trou axial 112 s'étend, dans la tige 96, à partir de deux groupes axialement espacés de quatre orifices 113,114 de sortie, respectivement,

disposés radialement et équidis tants (quatre orifices seule-

ment étant représentés), ce trou axial 112 étant dirigé vers

l'autre extrémité de la tige 96.

De l'autre côté de la bride 97, la tige 96 est

filetée en 115 et elle est vissée dans un trou taraudé cor-

respondant 116 ménagé dans un manchon cylindrique creux 117 en polyamide "Tufnol" de façon à venir contre un épaulement 119, et elle est maintenue fermement dans le trou taraudé 116 par un écrou de blocage 121 en acier inoxydable. Le manchon 117 est fileté sur sa surface externe pour se visser dans un trou taraudé correspondant 123 partant d'un côté

d'un élément de montage 125 en acier inoxydable, et ce man-

chon 117 vient contre un épaulement 126 contre lequel le manchon 117 est fermement maintenu par un écrou de blocage 128. Un trou cylindrique 130 de diamètre relativement faible, ménagé au centre axial de l'épaulement 119 et de l'élément 125 de montage, conduit à un trou taraudé 132 réalisé de l'autre côté de l'élément 125 de montage et qui loge un manchon 134 de raccordement de tubes du type à compression,

destiné à relier la tubulure 11 à l'élément 125 de montage.

L'élément 125 est solidaire d'une bride circulaire 137 main-

tenue par plusieurs boulons 138 (dont deux seulement sont représentés) sur une bride annulaire 140 d'une enveloppe cylindrique creuse 142, une garniture annulaire 144 en cuivre

mou constituant un joint d'étanchéité entre les brides 137,140.

Deux électrodes 146,147, respectivement, sont montées dans des trous respectifs 148,149 de la bride 137 et sont soudées à cette bride 137 pour assurer une jonction étanche à la pression. Chaque électrode 146,147 assure une alimentation électrique étanche à la pression, à partir des câbles élec-

triques respectifs d'alimentation 150,151, jusqu'à des conne-

xions électriques respectives 152,153 en cuivre tressé, se terminant chacune sur une cosse respective 155,156 en cuivre, fixée, comme représenté sur la figure 4a, sur un épaulement 157 de l'électrode respective 81 ou 82. De telles électrodes convenables 146,147, peuvent être obtenues par exemple chez VG Electronics Limited, Hastings, Sussex (Grande-Bretagne)

ou chez Ferranti Limited, Hollinwood, Lancashire (Grande-

Bretagne) ou chez Friedrichsfeld GmbH, Mannheim (République fédérale d'Allemagne); (Agents pour le Royaume-Uni: Bush

Beach Engineering Limited, Cheadle, Cheshire, Grande-Bretagne).

Une plaque 160 d'extrémité ferme l'enveloppe 142 et

comporte un trou taraudé 162 pour un raccord 164 de thermocou-

ple, un trou axial taraudé 166 pour un autre raccord 134 de tubes du type à compression, destiné à relier l'intérieur de l'enveloppe 142 à la tubulure 11, un trou taraudé 168 pour une vanne 169 de décharge de pression hydraulique, et un petit trou taraudé 171 pour une vanne 172 automatique de décharge d'air. Un isolant thermique 174 (par exemple "Kaowool") entoure l'organe 14a de chauffage mais, pour la clarté, cette garniture n'est montrée que partiellement distribuée autour

de cet organe.

En service, lorsque l'organe 14a de chauffage rem-

place l'organe 14 de chauffage dans le dispositif de trans-

mission de chaleur de la figure 1, de l'huile s'écoule dans la tubulure Il (par exemple à un débit d'environ 2,5 1 par minute) et entre dans le trou axial 112 de la tige 96 de distribution pour en sortir par les trous de sortie 113,114 à l'intérieur de l'élément 80 de chauffage. Après sa traversée de l'élément 80 de chauffage, l'huile sort dans l'enveloppe 142 qu'elle quitte par le raccord 134 pour entrer à nouveau dans la tubulure 11 et circuler dans le moule 10. Lorsque les câbles ,151 sont reliés à une alimentation en courant alternatif de 240 volts (non représentée), l'élément 80 de chauffage

dégage de la chaleur qui chauffe l'huile à une température vou-

lue (par exemple 200-3000C). L'appareil 23 de réglage de la

température décèle la température du moule 10 et relie la sour-

ce d'électricité à l'élément 80 de chauffage, ou coupe cette liaison, selon les désirs afin de régler la température de l'huile traversant l'organe 14a de chauffage et de maintenir

ainsi le moule 10 à la température requise pour son fonction-

nement. En raison de la rapidité de la réponse de l'élément 80 de chauffage lorsque la source d'électricité est reliée à cet élément, on obtient un réglage étroit de la température du moule 10, dont un exemple est graphiquement représenté sur la

figure 5 qui, dans le cas d'un élément de chauffage 80 en car-

bure de silicium, réglé à 3,4 kW à 231,50C, montre un graphique de la température (OC, en ordonnées) en fonction du temps (heures, en abscisses) pour: - l'huile pénétrant dans le moule 10 (courbe A); - l'huile sortant du moule 10 (courbe B); et

- la température du moule 10 (courbe C).

L'amplitude de l'énergie consommée dépend notamment de la densité de l'élément 80 et elle se situe typiquement

entre 1 et 15 kW.

La succession de courtes lignes verticales concer-

nant la température de l'huile entrant dans le moule lors-

qu'un état de température permanente est atteint, indique la

réponse rapide de l'élément 80 de chauffage lorsque l'alimen-

tation électrique est de façon répétitive assurée et coupée afin de maintenir le moule 10 à la température requise pour son fonctionnement et qui, dans le cas illustré sur la

figure 5, est de 2250C.

L'élément de chauffage en carbure de silicium poreux peut être obtenu à partir d'un élément de chauffage électrique en carbone poreux fabriqué, par exemple comme décrit dans les brevets précités, à partir d'un précurseur acrylique fibreux ayant une structure ouverte analogue à celle d'un feutre, par carbonisation du précurseur à une température choisie se situant entre 6000C et 10000C. Ce substrat est ensuite revêtu de carbure de silicium, commodément appliqué par un procédé de dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma. Des exemples d'un tel procédé sont décrits dans le brevet français NI 2 392 508 et dans l'article "Preparation of Ceramic Films by Plasma Activated Vapour Deposition (PAVD") /Préparation de pellicules d'une matière céramique par dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma7 de K.R. Linger, Proceedings of Conference on "Ion Plating and Allied Techniques" /Travaux

de la Conférence sur le placage à l'aide d'ions et les techni-

ques apparentées7, pages 223-229, juin 1977, ouvrage publié par CEP Consultants Limited, Edinburgh et auquel on pourra se référer. Dans un tel procédé de dépôt, un plasma sert de milieu pour réaliser une réaction chimique et le dépôt d'un

revêtement sur un substrat et le procédé utilise la décompo-

sition d'un gaz dans un plasma électriquement provoqué. Les techniques apparentées sont décrites dans l'article "Codeposition of Glassy Silica and Germania inside a Tube by Plasma Activated CVD" /Dépôt simultané de silice et d'oxyde de germanium vitreux à l'intérieur d'un tube par le dépôt d'un revêtement à partir d'une vapeur avec activation par un plasma7 de D. Kuppers et al, Journal of the Electrochemical

Society, volume 123, N07, pages 1079-1082, juillet 1976.

La figure 6 à laquelle on se réfère maintenant, montre une forme d'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de revêtement à partir d'une vapeur avec activation par un

plasma. Sur la figure 6, un élément poreux de chauffage élec-

trique 200 est horizontalement supporté par un tube d'alumine 201 à l'intérieur de la région centrale le long de l'alésage d'un tube de silice cylindrique 202 présentant des extrémités élargies 204,205. Le tube d'alumine 201 s'étend axialement à l'intérieur du tube 202 à partir d'un capuchon d'extrémité 203 qui ferme l'extrémité élargie 204. Un tube de sortie 206, partant de l'extrémité 204, est relié par l'intermédiaire d'une soupape spéciale 208, du type à vide, à une pompe à vide 209. L'autre extrémité élargie 205 est fermée par un capuchon d'extrémité d'entrée 210 comportant un tube 212 d'alimentation, relié à un manomètre à mercure 214, et une entrée 216 reliée à un collecteur 218 alimenté par des tubes 220,222 et 224

d'alimentation en gaz commandés chacun par un robinet respec-

tif 221, 223 ou 225. Un récipient 226 en silice, de forme 1l annulaire, peut se déplacer le long de-l'extérieur du tube 202

et Iton voit qu'il entoure' la région centrale de ce tube 202.

Le récipient 226 supporte un élément 228 d'induction de sus-

ceptibilité en graphite électriquement isolé, et une pompe à vide 232 fait dans ce récipient 226 un vide allant jusqu'à une pression absolue d'environ 1 à 10 mm de mercure (133 à 1333 Pa) par l'intermédiaire d'une soupape à vide 230. Le récipient 226 est lui-même entouré d'un serpentin hélicoïdal 236 en cuivre à refroidissement par eau, comportant huit spires et qui est relié à un générateur 238 destiné à engendrer une haute fréquence se situant entre 104 et 108 Hertz. L'élément de chauffage 200, le capuchon d'extrémité 203 et l'extrémité agrandie 204 sont respectivement mis à la terre en 240,241,

242. Le générateur 238 est également mis à la terre en 246.

S désigne l'échappement de sortie des pompes à vide.

En service, la pompe à vide 209 fait dans le tube 202 un vide allant jusqu'à environ 1,33 Pa, et le tube 220 d'alimentation emplit ensuite le tube 202 avec de l'argon jusqu'à une pression à l'intérieur de ce tube 202 comprise entre 0,1 et 100 mm de mercure (13,3 à 13,3 x 103 Pa). Le générateur 238 fonctionne typiquement à 1-4 kV et 4 x 105 Hz,

et une gaine de plasma se forme autour de l'élément de chauf-

fage 200 cependant que l'élément 228 est chauffé par induction électrique et chauffe l'élément 200 de chauffage. Au bout d'environ 15 à 30 minutes, lorsque l'élément de chauffage 200 a atteint un équilibre thermique et que sa surface a été nettoyée par le bombardement des ions provenant de l'argon gazeux ionisé, le ou les gaz choisis pour la réaction est ou sont introduits par les tubes d'alimentation appropriés 222

et/ou 224 dans le tube 202, et la pression régnant à l'inté-

rieur du tube 202 est maintenue entre 13,3 et 13,3 x 10' Pa par réglage du robinet approprié 223, 225 et utilisation de la soupape 208 et de la pompe à vide 209. L'élément de chauffage reçoit alors un revêtement provenant du ou des gaz de réaction et dont l'épaisseur est proportionnelle au temps écoulé. Par exemple, un revêtement de 1 à 5 microns peut être déposé en 24 heures environ. Les robinets 221, 223 et 225 sont ensuite fermés, le générateur 238 est arrêté,cependant que la pompe 209 continue à faire le vide dans le tube 202 pour permettre à l'élément de chauffage 200 de refroidir sous vide (par exemple à une pression de 1,33 Pa), après quoi

l'élément de chauffage 200 est retiré du tube 202.

On enlève ensuite le carbone fibreux par oxydation à l'air à une température supérieure à 3000C pour qu'il reste une structure de tubes fibreux de carbure de silicium. Un traitement thermique convenable rendra ensuite électriquement conducteur le carbure de silicium. Le revêtement de l'élément

de chauffage en carbone fibreux peut être réalisé dans l'appa-

reil de la figure 6 en utilisant un mélange silane/éthylène comme gaz de réaction pour déposer un revêtement de carbure de silicium sur le substrat en carbone fibreux. Une phosphine gazeuse peut être utilisée avec le mélange silane/éthylène, si on le désire, comme dope pour contribuer à rendre le revêtement de carbure de silicium électriquement conducteur après le traitement thermique par dépôt simultané de phosphore

dans le revêtement de carbure de silicium. D'autres dopes con-

venables peuvent être du bore ou de l'arsenic. Le traitement thermique associé pour le carbure de silicium est normalement

réalisé à 12000C-19000C et il peut servir à obtenir une résis-

tivité particulière du carbure de silicium à une température

choisie. L'utilisation d'une phosphine gazeuse comme dope per-

met de réduire à 8000C-10000C la température du traitement

thermique nécessaire pour obtenir une résistivité particu-

lière. Voici un exemple de la production d'un tel élément de chauffage en carbure de silicium par le procédé de dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma

Exemple 1

Elément de chauffage carbonisé à partir du précurseur à toute température convenable (6500C-10001C) Longueur de l'élément de chauffage 120mm Diamètre externe de l'élément de chauffage 44mm Diamètre interne de l'élément de chauffage 35mm Conditions de l'écoulement des gaz Typique Gamme Mélange de 60% de silane/40% d'éthylène 40 ml/min 10-200 ml/mr Argon 260 ml/min 100-500 ml/mi Mélange argon avec 2% de phosphine 10-20 ml/min5-50 ml/min Pression des gaz mis en réaction 133-266 Pa 13,3-1333 PE L'élément de chauffage est placé dans le tube 202 de la figure 6, et l'on fait ensuite dans ce tube 202 un vide

d'environ 1,33 Pa. De l'argon est admis par le tube 220 d'ali-

mentation jusqu'à une pression absolue d'environ 133 Pa dans le tube 202. Le générateur 238 est ensuite mis en service et,

au bout d'une heure environ, le mélange silane/éthylène desti-

né au dépôt de carbure de silicium est introduit dans le tube 202 par le tube d'alimentation 222, et le mélange phosphine/

argon est introduit dans le tube 202 par le tube d'alimenta-

tion 224, la pression absolue régnant dans le tube 202 étant maintenue à environ 133 Pa. Après un intervalle de temps

convenable (par exemple 48 heures) et qui dépend de l'épais-

seur du revêtement de carbure de silicium requis (on dépose typiquement 0, 3 g par heure), les robinets 221,223 et 225 sont fermés, le tube 202 est mis sous un vide d'environ 1,33 Pa et le générateur 238 est arrêté pour permettre le

refroidissement sous vide de l'élément de chauffage revêtu.

L'élément de chauffage est ensuite retiré du tube 202 et

découpé en des longueurs appropriées pour convenir à l'appli-

cation visée et qui sont ensuite chauffées à l'air à environ 9000C durant 4 heures environ pour enlever par oxydation le

carbone poreux présent à l'origine dans l'élément de chauffage.

Ce traitement thermique de chaque élément de chauffage en modifie également la structure du revêtement de carbure de silicium afin de rendre ce carbure électriquement conducteur et d'obtenir une résistivité électrique requise en fonction du temps à cette température. Il est possible que le déôt du carbure de silicium ne soit pas uniforme sur toute la longueur

de l'élément de chauffage et il peut s'avérer nécessaire d'ajus-

ter, d'une section d'élément de chauffage à l'autre, la tempéra-

ture du traitement thermique afin d'obtenir la résistance

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électrique requise. La meilleure façon d'effectuer cet ajuste-

ment consiste à appliquer un procédé par étapes selon lequel on réduit la résistance par étapes jusqu'à la valeur voulue en augmentant progressivement la température du traitement thermique. Après ce traitement thermique, des éléments de

chauffage de 10 mm et de 30 mm de longueur ont eu les proprié-

tés électriques suivantes pour une épaisseur du revêtement de carbure de silicium comprise entre 3 et 6 microns et un diamètre intérieur des tubes de carbure de 10 à 20 microns Résistance électrique (ohms) 1,36 à 2301C pour 10 mm de longueur Energie nominale (i) 3,4 kt] à 68 V (courant alternatif pour un élément de 10 mm de longueur) (ii) 14,1 kW à 240 V (courant alternatif! pour un élément de 30 mm de longueur Un choix convenable de la température du traitement thermique et de son temps d'application permet de produire des

éléments de chauffage en carbure de silicium ayant une résis-

tivité électrique requise.

Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé de fabrication d'un revêtement conducteur de l'électricité et à l'appareil pour la fabrication de ce revêtement, décrits

et représentés.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour fabriquer un revêtement conducteur de l'électricité, comprenant une matière choisie ayant une résistivité électrique requise, procédé caractérisé en ce qu'on dépose sur un substrat (200) un revêtement comprenant la matière choisie, par la décomposition d'un gaz dans un plasma électriquement induit, et l'on chauffe le revêtement à une température et pendant un temps permettant de modifier la structure du revêtement afin d'obtenir une résistivité

électrique voulue du revêtement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le gaz comporte un silane.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz comporte de l'éthylène, et la matière choisie

comprend du carbure de silicium.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en

ce que la température se situe entre 8OC et 19000C.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le substrat (200) comprend

du carbone ou est constitué par du carbone.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en

ce que le substrat en carbone (200) est produit par carboni-

sation d'un précurseur acrylique.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en ce que le précurseur est carbonisé à une température com-

prise entre 6500C et 10000C.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le substrat (200) consiste

en un corps fibreux.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le plasma est produit par un générateur (238) à haute fréquence à un potentiel compris

entre 1 kV et 4 kV.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le plasma est produit par

une fréquence se situant entre 104 et 108 hertz.

i]. Procédé selon l'une quelconque dec revendications

précédentes, caractérisé en ce que le gaz est à une pression

comprise entre 13,3 et 1333 Pa.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt simul-

tané, dans le revêtement, d'un dope destiné à contribuer à

rendre le revêtement conducteur de l'électicité.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé

en ce que le dope comprend du phosphore ou du bore ou de l'ar-

senic.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le revêtement a une épais-

seur comprise entre 3 microns et 6 microns.

15. Appareil pour fabriquer un revêtement conduc-

teur de l'électricité et comprenant une matière choisie ayant une résistivité électrique requise, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma pour décomposer un gaz, destiné à produire le revêtement, dans un plasma induit électriquement, un dispositif pour positionner un substrat (200) en vue de son revêtement dans le dispositif de dépôt de vapeur, et un

dispositif pour chauffer le revêtement jusqu'à une tempéra-

ture et pendant un temps permettant d'obtenir une résistivité

électrique requise du revêtement.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé

en ce que le dispositif de dépôt de vapeur comporte un géné-

rateur (238) destiné à engendrer une haute fréquence et qui peut être alimenté sous un potentiel compris entre 1 kV et 4 kV. 17. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif (238) de dépôt de vapeur comporte un organe générateur de haute fréquence pouvant fonctionner

à une fréquence comprise entre 104 et 108 Hertz.