FR2724044A1

FR2724044A1 - PROCESS FOR THE PROTECTION OF POROUS COMPONENTS SUBJECT TO HIGH POTENTIAL DIFFERENCES AND COMPONENTS THUS PRODUCED

Info

Publication number: FR2724044A1
Application number: FR9410410A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Delvinquier; Christian Girardet
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-01
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: EP0700058A1; DE69514969T2; EP0700058B1; WO2004075215A1; FR2724044B1; DE69514969D1

Abstract

Pour protéger des composants, tels que des résistances, à substrat poreux, destinés à être soumis à des différences de potentiel élevées, on les imprègne avec une résine polymérisable.To protect components, such as resistors, with a porous substrate, intended to be subjected to high potential differences, they are impregnated with a polymerizable resin.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de protection de sThe present invention relates to a method for protecting s

composants poreux soumis à des différences de potentiel élevées et aux porous components subject to high potential differences and to

composants ainsi réalisés.components thus produced.

De nombreux dispositifs électroniques mettant en jeu des tensions élevées utilisent des composants élaborés à partir de matériaux poreux, par exemple des céramiques. Ces matériaux peuvent donc absorber Many electronic devices involving high voltages use components made from porous materials, for example ceramics. These materials can therefore absorb

par capillarité des fluides de faible viscosité. by capillarity of low viscosity fluids.

L'isolation électrique globale du dispositif électronique est classiquement assurée par un fluide diélectrique, par exemple une huile minérale; ce fluide est susceptible de pénétrer dans les porosités du matériau. Si le composant est soumis à une différence de potentiel élevée appliquée en temps très court, le fluide diélectrique présent dans les cavités du matériau poreux peut être partiellement détruit et libérer des particules carbonées conductrices. La dégradation locale peut alors s'étendre et déboucher sur la mise en court-circuit du composant, ce qui entraîne immédiatement sa destruction totale. Une autre possibilité de dégradation existe si le fluide diélectrique est susceptible de libérer des bulles de gaz sous l'effet du champ électrique (phénomène dit de "degazing"). Dans ce cas, la bulle de gaz qui se crée dans une microcavité est capable de générer une contrainte importante sur les parois de la cavité et de fissurer le The overall electrical insulation of the electronic device is conventionally provided by a dielectric fluid, for example a mineral oil; this fluid is likely to penetrate into the porosities of the material. If the component is subjected to a high potential difference applied in a very short time, the dielectric fluid present in the cavities of the porous material can be partially destroyed and release conductive carbonaceous particles. Local degradation can then extend and lead to the short-circuiting of the component, which immediately leads to its total destruction. Another possibility of degradation exists if the dielectric fluid is capable of releasing gas bubbles under the effect of the electric field (phenomenon known as "degazing"). In this case, the gas bubble which is created in a microcavity is capable of generating a significant stress on the walls of the cavity and of cracking the

matériau, ce qui entraîne également la destruction du composant. material, which also destroys the component.

La présente invention a pour objet un procédé de protection, en particulier contre les claquages électriques, de composants poreux baignant dans un fluide isolant, qui permette, lorsque ces composants sont soumis à des différences de potentiel élevées, d'éviter leur destruction, procédé qui The subject of the present invention is a method of protecting, in particular against electrical breakdowns, porous components immersed in an insulating fluid, which allows, when these components are subjected to high potential differences, to prevent their destruction, a process which

soit facile à mettre en oeuvre et assure une protection de longue durée. is easy to use and provides long-term protection.

La présente invention a également pour objet des composants comportant une partie poreuse, qui soient protégés contre la destruction lorsqu'ils sont soumis à des différences de potentiel élevées, et dont le prix The present invention also relates to components comprising a porous part, which are protected against destruction when they are subjected to high potential differences, and whose price

de revient ne soit pas exagérément augmenté par une telle protection. cost is not exaggeratedly increased by such protection.

Le procédé conforme à l'invention consiste à réaliser une imprégnation totale des composants poreux à protéger dans un bain chaud de résine fluide polymérisable qui est polymérisée après pénétration dans The method according to the invention consists in carrying out a total impregnation of the porous components to be protected in a hot bath of polymerizable fluid resin which is polymerized after penetration into

les porosités de ces composants.the porosities of these components.

Les composants poreux protégés conformément à l'invention ont The porous components protected in accordance with the invention have

leurs porosités remplies de résine polymérisée. their porosities filled with polymerized resin.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la The present invention will be better understood on reading the

description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non detailed description of an embodiment, taken by way of example not

limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est le bloc-diagramme simplifié d'un appareil haute tension comportant une résistance à substrat poreux, qui doit être protégée contre les claquages, et - la figure 2 est une vue en coupe simplifiée d'un composant à limiting and illustrated by the appended drawing, in which: - Figure 1 is the simplified block diagram of a high-voltage device comprising a resistance on a porous substrate, which must be protected against breakdowns, and - Figure 2 is a view in simplified section of a component to

substrat poreux protégé selon un procédé de l'art antérieur. porous substrate protected according to a process of the prior art.

On a représenté en figure 1, le schéma simplifié d'un exemple de circuit haute tension comportant un composant poreux. Le circuit de la figure 1 comporte: un générateur 1 comportant une sortie haute tension 2 produisant, par rapport à la masse, une haute tension HT, de 40 KV par exemple. Le générateur 1 comporte également deux sorties 3, 4 (la sortie 4 étant reliée à la masse) entre lesquelles apparaît une basse tension BT alimentant le filament d'un tube électronique 5 (par exemple un tube amplificateur de sortie d'un émetteur radio) dont la cathode est reliée à la masse et l'anode à la sortie 2 à travers une résistance 6 baignant dans de l'huile organique ou minérale. Cette résistance 6 est de faible valeur (par exemple quelques dizaines d'ohms) et non inductive. Elle doit être capable d'absorber l'énergie de décharge des éléments capacitifs du générateur 1 (énergie pouvant être de 50 à 100 joules). S'il se produit des arcs électriques dans le tube 5, la haute tension se trouve reportée aux bornes de la résistance 6, et le courant instantané la traversant peut alors atteindre FIG. 1 shows the simplified diagram of an example of a high voltage circuit comprising a porous component. The circuit of FIG. 1 comprises: a generator 1 comprising a high voltage output 2 producing, with respect to the ground, a high voltage HT, of 40 KV for example. The generator 1 also has two outputs 3, 4 (the output 4 being connected to ground) between which a low voltage LV appears, supplying the filament of an electronic tube 5 (for example an output amplifier tube of a radio transmitter) whose cathode is connected to ground and the anode to the outlet 2 through a resistor 6 immersed in organic or mineral oil. This resistance 6 is of low value (for example a few tens of ohms) and not inductive. It must be able to absorb the discharge energy from the capacitive elements of generator 1 (energy which can be from 50 to 100 joules). If electric arcs occur in the tube 5, the high voltage is transferred to the terminals of the resistor 6, and the instantaneous current passing through it can then reach

1000 A.1000 A.

Le matériau communément employé pour réaliser la résistance 6 est une céramique faiblement conductrice fabriquée à partir d'éléments minéraux finement broyés, mélangés et cuits à haute température pour former un solide légèrement poreux présentant une excellente résistance The material commonly used to make resistance 6 is a weakly conductive ceramic made from finely ground mineral elements, mixed and fired at high temperature to form a slightly porous solid with excellent resistance.

aux contraintes électriques et thermiques. electrical and thermal constraints.

Selon les procédés connus, la protection classiquement employée contre la pénétration des fluides diélectriques dans les composants poreux According to known methods, the protection conventionally employed against the penetration of dielectric fluids into porous components

consiste en un revêtement protecteur déposé en surface. consists of a protective coating deposited on the surface.

Ce revêtement peut être une peinture, un vernis ou une résine d'enrobage. Le matériau de revêtement doit constituer un film étanche sans aucune discontinuité et pouvoir tolérer sans dégradation le séjour prolongé dans le fluide diélectrique dans les conditions d'exploitation du matériel (pression, température, vibrations,..;) et des agressions mécaniques éventuelles (rayures). Ce revêtement doit adhérer parfaitement sur les différents supports: matériau poreux constituant le corps du composant, This coating can be a paint, a varnish or a coating resin. The coating material must constitute a waterproof film without any discontinuity and be able to tolerate without degradation the prolonged stay in the dielectric fluid under the conditions of operation of the material (pressure, temperature, vibrations, ...;) and possible mechanical attack (scratches ). This coating must adhere perfectly to the various supports: porous material constituting the body of the component,

connexions électriques, fixations...). electrical connections, fixings ...).

De plus, le revêtement doit présenter une forte résistivité de In addition, the coating must have a high resistivity of

surface pour ne pas être le siège de courants de fuite notables. surface so as not to be the seat of notable leakage currents.

Cet ensemble d'exigences fait que le matériau idéal est difficile à trouver, I'expérience montre que ce revêtement est un point critique qui This set of requirements makes the ideal material difficult to find, experience shows that this coating is a critical point which

limite les performances de tenue en tension du composant. limits the voltage withstand performance of the component.

On a schématiquement représenté en coupe, sur la figure 2, une résistance 7 ainsi traitée. Cette résistance 7 comporte un corps 8 en céramique poreuse et deux électrodes de connexion 9, 10 avec leurs fils de connexion 11, 12. Le traitement précité a pour résultat la formation d'une couche 13 de protection extérieure sur la résistance 7, à l'exclusion, bien entendu, des fils 11, 12 qui sont épargnés. Si, par exemple en un point 14 de la couche 13 se produit une fissure, une rayure ou une piqûre de cette couche, l'huile isolante dans laquelle est plongée cette résistance finit par traverser cette couche et pénètre dans les porosités de la résistance, ce qui There is schematically shown in section, in Figure 2, a resistor 7 thus treated. This resistor 7 comprises a body 8 made of porous ceramic and two connection electrodes 9, 10 with their connection wires 11, 12. The aforementioned treatment results in the formation of an outer protective layer 13 on the resistor 7, to the exclusion, of course, of the sons 11, 12 who are spared. If, for example at a point 14 in layer 13, a crack, a scratch or a puncture occurs in this layer, the insulating oil in which this resistance is immersed ends up passing through this layer and penetrates into the porosities of the resistance, what

peut en entraîner la destruction de la façon décrite ci-dessus. may destroy it as described above.

Une autre solution consiste en l'utilisation d'un fluide diélectrique très performant qui présente une plus grande rigidité diélectrique et ne libère pas de gaz sous l'effet des décharges électriques. Cette solution exclut beaucoup de fluides courants, donc peu chers, et oblige à utiliser des composés synthétiques (huile de silicone, fluides perfluorés...) beaucoup plus chers, et généralement plus denses que les huiles minérales traditionnelles, ce qui écarte leur utilisation dans les équipements aéroportés. Selon l'invention, pour interdire définitivement toute possibilité de pénétration du fluide diélectrique, la méthode proposée consiste en une imprégnation totale du matériau poreux à l'aide d'une résine très fluide qui Another solution consists in using a very efficient dielectric fluid which has greater dielectric rigidity and does not release gas under the effect of electric discharges. This solution excludes many common fluids, therefore inexpensive, and forces the use of synthetic compounds (silicone oil, perfluorinated fluids ...) much more expensive, and generally denser than traditional mineral oils, which precludes their use in airborne equipment. According to the invention, to definitively prohibit any possibility of penetration of the dielectric fluid, the proposed method consists of a total impregnation of the porous material using a very fluid resin which

est polymérisée dans un second temps pour obtenir un diélectrique solide. is subsequently polymerized to obtain a solid dielectric.

Ce diélectrique solide occupe donc toutes les cavités et porosités du This solid dielectric therefore occupies all the cavities and porosities of the

matériau et la pénétration du fluide diélectrique est rendue impossible. material and penetration of the dielectric fluid is made impossible.

Pour garantir la pénétration parfaite de la résine d'imprégnation, il est nécessaire de respecter les règles de l'art habituelles pour ce type d'opération, et, de préférence, on procède de la façon suivante: - on choisit une résine très fluide et de faible tension superficielle, par exemple un système époxydique d'imprégnation, mais d'autres types de résines sont applicables. La résine doit être très performante sur le plan diélectrique et compatible avec le fluide diélectrique utilisé (pas de To guarantee perfect penetration of the impregnation resin, it is necessary to comply with the usual rules of the art for this type of operation, and, preferably, one proceeds as follows: - one chooses a very fluid resin and of low surface tension, for example an epoxy impregnation system, but other types of resins are applicable. The resin must be very efficient on the dielectric level and compatible with the dielectric fluid used (no

dissolution, pas de dégradation de la résine ou du fluide). dissolution, no degradation of the resin or the fluid).

- on dégraisse soigneusement le composant à imprégner par trempé dans un bain de solvant du type trichloroéthane ou équivalent, de - the component to be impregnated is carefully degreased by soaking in a solvent bath of the trichloroethane type or equivalent,

préférence sous ultrasons.preferably under ultrasound.

- on étuve le composant pour en éliminer le solvant et l'humidité, sous vide d'air (10 mbar environ ou mieux, par exemple). Cet étuvage se fait à une température comprise entre 90 C et 120 C environ, pendant 8 h à 4 - the component is steamed to remove the solvent and the humidity, under an air vacuum (approximately 10 mbar or better, for example). This baking is done at a temperature between 90 C and 120 C approximately, for 8 h to 4

jours environ.about days.

- on protège les parties du composant à épargner (par exemple, pour une résistance, les fils de connexion, tels que les fils 11 et 12 précités), the parts of the component to be saved are protected (for example, for resistance, the connection wires, such as the aforementioned wires 11 and 12),

à l'aide d'un vernis pelable.using a peelable varnish.

- on préchauffe la résine d'imprégnation jusqu'à la température à laquelle elle acquiert la viscosité désirée (pour pouvoir pénétrer dans les pores du composant). Cette température est par exemple d'environ 60 C. Ce préchauffage se fait sous vide (10 mbar environ ou mieux) et permet d'éliminer l'air inclus dans la résine. La résine a, de préférence, à chaud, une viscosité inférieure ou égale à 0,5 Pa.s et une rigidité diélectrique à - Preheating the impregnation resin to the temperature at which it acquires the desired viscosity (to be able to penetrate into the pores of the component). This temperature is for example around 60 C. This preheating takes place under vacuum (around 10 mbar or better) and makes it possible to eliminate the air included in the resin. The resin preferably has a viscosity less than or equal to 0.5 Pa.s when hot and a dielectric strength of

froid d'au moins 5 kV/mm.cold at least 5 kV / mm.

- On plonge le composant à imprégner dans le bain de résine ainsi préchauffée: en en maintenant la température à la valeur atteinte à la fin du préchauffage (60 C pour l'exemple précité), et on dégaze l'ensemble sous vide (10 mbar environ ou mieux) jusqu'à élimination complète de l'air inclus dans les porosités du composant. Cette étape peut par exemple durer à 30 mn environ. En général, elle dure tant que l'on voit des bulles d'air - The component to be impregnated is immersed in the resin bath thus preheated: while maintaining the temperature at the value reached at the end of preheating (60 C for the above example), and the whole is degassed under vacuum (10 mbar approximately or better) until complete elimination of the air included in the porosities of the component. This step can, for example, last around 30 minutes. In general, it lasts as long as you see air bubbles

monter à la surface du bain de résine. mount to the surface of the resin bath.

- On complète l'imprégnation par mise sous pression élevée du bain de résine (par exemple à 20 bars environ) dans lequel est plongé le composant. La température du bain peut alors être portée à une température légèrement supérieure à celle qu'il avait pendant le dégazage du composant, par exemple 80 à 90 C pour une température de dégazage - The impregnation is completed by placing the resin bath under high pressure (for example at about 20 bars) in which the component is immersed. The temperature of the bath can then be brought to a temperature slightly higher than that which it had during the degassing of the component, for example 80 to 90 ° C. for a degassing temperature.

d'environ 60 C. Cette étape peut durer par exemple 2 à 4 heures environ. about 60 C. This stage can last for example 2 to 4 hours approximately.

Elle est nécessaire en particulier pour traiter des composants à faible It is necessary in particular to treat components with low

porosité (par exemple porosités de diamètre inférieur à 50 pm). porosity (for example porosities of diameter less than 50 μm).

- Enfin, on sort le composant du bain, on l'égoutte, on essuie les coulures et on fait polymériser la résine à chaud selon les spécifications du - Finally, the component is taken out of the bath, it is drained, the drips are wiped and the resin is polymerized hot according to the specifications of the

fournisseur (par exemple à 90 C environ pendant 4 heures). supplier (for example at around 90 ° C for 4 hours).

Bien entendu, on peut imprégner simultanément plusieurs composants dans le même bain, si on peut les y loger. Le composant mentionné ci-dessus est une résistance, mais on peut évidemment traiter d'autres composants comportant un substrat ou une partie poreuse, comme par exemple des condensateurs, des bobinages. Le support peut être en Of course, several components can be simultaneously impregnated in the same bath, if they can be housed there. The component mentioned above is a resistor, but it is obviously possible to treat other components comprising a substrate or a porous part, such as for example capacitors, coils. The support can be

céramique ou en ferrite par exemple. ceramic or ferrite for example.

Le procédé décrit ci-dessus a été testé avec une résine époxydique "Scotchcast 280" de la Société 3M sur des résistances en céramique chargée en carbone. Bien entendu, de nombreuses autres résines peuvent convenir. Les conditions qu'elles doivent remplir est d'être non attaquables par les solvants classiques et par l'huile du bain dans lequel sont plongés les composants en utilisation normale, d'avoir une viscosité, à chaud, inférieure ou égale à 0,5 Pa.s et une rigidité diélectrique, The process described above was tested with an epoxy resin "Scotchcast 280" from the company 3M on ceramic resistors loaded with carbon. Of course, many other resins may be suitable. The conditions which they must fulfill is to be non-attackable by conventional solvents and by the oil of the bath in which the components are immersed in normal use, to have a viscosity, hot, less than or equal to 0.5 Pa.s and a dielectric strength,

à la température d'utilisation, d'au moins 5 kV/mm. at the operating temperature, at least 5 kV / mm.

La tenue en tension de ces résistances, plongées dans un bain d'huile minérale ou organique est excellente et se maintient après un nombre d'utilisation (décharges capacitives) supérieur à 1000, à la tension maximale applicable, alors que ces mêmes résistances non imprégnées et utilisées dans les mêmes conditions sont détruites très rapidement (environ The resistance in tension of these resistors, immersed in a bath of mineral or organic oil is excellent and is maintained after a number of uses (capacitive discharges) greater than 1000, at the maximum applicable voltage, while these same resistances not impregnated and used under the same conditions are destroyed very quickly (approximately

décharges).landfills).

Par conséquent, pour des composants tels que des résistances à substrat poreux, le procédé de l'invention permet, par rapport aux procédés Consequently, for components such as resistors with a porous substrate, the process of the invention allows, compared to the processes

connus, à tension égale, d'augmenter de façon importante leur durée de vie, ou bien, pour une même durée de vie, d'augmenter la tension appliquée à5 ces composants, et/ou d'utiliser un bain d'huile ordinaire au lieu d'une huile de haute qualité, très onéreuse. known, at equal voltage, to significantly increase their service life, or, for the same service life, to increase the voltage applied to these components, and / or to use an ordinary oil bath at instead of a high quality, very expensive oil.

Claims

1 - Method for protecting porous components subjected to high potential differences, characterized in that it consists in carrying out a total impregnation of these components in a hot bath of polymerizable fluid resin, which is polymerized after penetration into the

porosities of these components.

2 - Process according to claim 1, characterized in that, before carrying out the impregnation, the resin is preheated under vacuum to a temperature at which it reaches the viscosity necessary to penetrate into

the porosities of the component.

3 - Method according to claim 2, characterized in that the

hot viscosity of the resin is less than or equal to about 0.5 Pa. s.

4 - Method according to one of the preceding claims,

characterized in that the components immersed in the hot resin bath

are kept there under vacuum until they are not completely degassed.

- Method according to claim 4, characterized in that after impregnation in the hot resin bath, this bath is pressurized

to complete the impregnation.

6 - Components comprising a porous part and intended to be subjected to high potential differences, characterized in that their

porosities are filled with polymerized resin.