FR2839459A1 - Reactor for the deposition of a metal or ceramic coating under a rarefied atmosphere which can be applied in a sealed manner over a predefined zone on the surface of a substrate - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un nouveau dispositif pour le dépôt d'un revêtement sur un substrat, ce revêtement pouvant être métallique ou céramique. The present invention relates to a new device for depositing a coating on a substrate, this coating possibly being metallic or ceramic.
Plus particulièrement l'invention voit son application dans les procédés de dépôt d'un revêtement sous atmosphère raréfié connus sous les appellations PVD (dépôt physique en phase vapeur) CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ou traitement thermochimique sous vide partiel. More particularly, the invention sees its application in the processes for depositing a coating in a rarefied atmosphere known under the names PVD (physical vapor deposition) CVD (chemical vapor deposition) or thermochemical treatment under partial vacuum.
En particulier le dépôt physique en phase vapeur ou PVD qui regroupe une quantité importante de ces procédés, se déroule suivant trois étapes : création d'un vapeur métallique à partir d'une source (ou cible), transport de ladite vapeur au sein d'un réacteur puis condensation de celle-ci à la surface d'un substrat à revêtir. Cette appellation regroupe trois grandes catégories selon le procédé d'obtention de la vapeur : par effet thermique (on parle d'évaporation), par effet mécanique (on parle de pulvérisation), par combinaison de l'effet thermique et de l'effet mécanique (cas de l'arc cathodique sous vide). In particular, the physical vapor deposition or PVD which brings together a significant amount of these processes takes place in three stages: creation of a metallic vapor from a source (or target), transport of said vapor within a reactor and then condensation thereof on the surface of a substrate to be coated. This designation brings together three main categories according to the process for obtaining steam: by thermal effect (we speak of evaporation), by mechanical effect (we speak of spraying), by combination of the thermal effect and the mechanical effect (case of the cathode arc under vacuum).
Les procédés PVD sont de plus en plus utilisés pour de nombreuses applications. PVD processes are increasingly used for many applications.
Pour toutes les applications et quelque soit le procédé, le ou les substrats à traiter sont enfournés dans un réacteur qui peut être au batch (c'est-à-dire avec introduction fournée par fournée avec rupture du vide) ou au défilé (c'est-à-dire avec utilisation de sas successifs pour maintenir un vide acceptable dans la chambre de traitement. For all the applications and whatever the process, the substrate or substrates to be treated are placed in a reactor which can be in the batch (that is to say with introduction supplied by batch with breaking of the vacuum) or in the process (it that is to say with the use of successive airlocks to maintain an acceptable vacuum in the treatment chamber.
Considérant que le traitement de grosses pièces nécessite le passage de l'ensemble de la pièce dans la machine, ceci conduit à un coût des traitements très élevé (au batch) et/ou à la nécessité de construire une machine spécifique très onéreuse qui ne peut être exploitée de façon rentable que pour de très grosses séries. Considering that the treatment of large parts requires the passage of the entire part in the machine, this leads to a very high cost of treatments (batch) and / or the need to build a very expensive specific machine which cannot be used profitably only for very large series.
Ceci est encore plus vrai lorsque le traitement ne doit être appliqué que de façon localisée sur une grande pièce. Dans ce cas, bien que la surface traitée puisse être très faible, c'est l'ensemble de la pièce qui doit être enfournée, en prenant soin de protéger les zones à ne pas recouvrir. This is even more true when the treatment should only be applied locally on a large room. In this case, although the treated surface may be very small, it is the entire part which must be placed in the oven, taking care to protect the areas not to be covered.
L'objectif de l'invention est de remédier à ces inconvénients afin de réduire les dimensions et le coût de la machine à mettre en #uvre. The objective of the invention is to remedy these drawbacks in order to reduce the dimensions and the cost of the machine to be used.
L'idée inventive consiste à considérer que la zone à traiter constitue l'une des parois du réacteur, ce qui permet d'utiliser une petite machine , moins onéreuse que celles de l'art antérieur, pour le traitement localisé de surfaces de grandes dimensions. The inventive idea consists in considering that the zone to be treated constitutes one of the walls of the reactor, which makes it possible to use a small machine, less expensive than those of the prior art, for the localized treatment of large surfaces. .
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Plus particulièrement l'invention consiste en réacteur pour le dépôt d'un revêtement métallique ou céramique sur un substrat sous atmosphère raréfiée, réacteur constitué d'une chambre, ou enceinte, dont le volume intérieur communique par une sortie à un groupe de pompage d'air non représenté caractérisé en ce que ce volume est ouvert en ce sens que la paroi ou l'une des parois de la chambre comporte une ouverture, plane ou non, dont la bordure : - est apte à s'appliquer en totalité sur une zone prédéfinie de la surface du substrat, - et est équipée d'un joint apte à assurer l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure et le volume intérieur du réacteur lorsque celui-ci est mis en dépression par le groupe de pompage. More particularly, the invention consists of a reactor for depositing a metallic or ceramic coating on a substrate under a rarefied atmosphere, a reactor consisting of a chamber, or enclosure, the internal volume of which communicates via an outlet to a pumping group of air not shown, characterized in that this volume is open in the sense that the wall or one of the walls of the chamber has an opening, flat or not, the border of which: - is capable of being applied entirely on an area predefined surface of the substrate, - and is equipped with a seal capable of ensuring the seal between the external atmosphere and the internal volume of the reactor when the latter is placed under vacuum by the pumping unit.
L'invention concerne également une machine pour la mise en #uvre d'un procédé de dépôt d'un revêtement métallique ou céramique provenant d'une source ou cible sur un substrat sous atmosphère raréfié, par exemple mais non limitativement un procédé de dépôt physique sous phase vapeur comportant un groupe de pompage pour l'aspiration de l'air contenu dans la chambre d'un réacteur de la machine dans lequel s'opère le dépôt, caractérisé en ce que le réacteur où s'opère le dépôt est un réacteur comme spécifié ci-dessus, et en ce que la source (ou cible) ainsi que les moyens de vaporisation sont prévus l'intérieur du volume dudit réacteur. The invention also relates to a machine for implementing a method of depositing a metallic or ceramic coating originating from a source or target on a substrate under a rarefied atmosphere, for example but not limited to a method of physical deposition in the vapor phase comprising a pumping group for the suction of the air contained in the chamber of a reactor of the machine in which the deposition takes place, characterized in that the reactor where the deposition takes place is a reactor as specified above, and in that the source (or target) as well as the vaporization means are provided inside the volume of said reactor.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes : - figure 1 : vueen coupe verticale d'un réacteur selon l'invention selon une première variante de mise en #uvre pour des surfaces à traiter planes, - figure 2 : vueen coupe verticale d'un réacteur selon l'invention selon une deuxième variante de mise en #uvre pour des surfaces à traiter non planes, - figure 3 : en coupe verticale d'un réacteur de la figure 1 utilisé sur un substrat de faible épaisseur, - figure 4 : vue en coupe verticale d'un réacteur selon l'invention, selon une troisième variante de mise en #uvre pour des tôles fines. The invention will be better understood with the aid of the description below made with reference to the following appended figures: FIG. 1: view in vertical section of a reactor according to the invention according to a first variant of implementation for flat surfaces to be treated, - Figure 2: vertical sectional view of a reactor according to the invention according to a second implementation variant for non-flat surfaces to be treated, - Figure 3: in vertical section of a reactor of the Figure 1 used on a thin substrate, - Figure 4: vertical sectional view of a reactor according to the invention, according to a third variant of #uvre implementation for thin sheets.
On se rapporte d'abord aux figures 1 et 2 montrant une première et une deuxième variante de mise en #uvre. Reference is first made to FIGS. 1 and 2 showing a first and a second variant of implementation.
Un réacteur (1) selon l'invention est constitué d'une chambre, ou enceinte (2), dont le volume intérieur (10) communique par une sortie (3) à un groupe de pompage d'air non représenté. A reactor (1) according to the invention consists of a chamber, or enclosure (2), the interior volume (10) of which communicates via an outlet (3) to an air pumping group, not shown.
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La chambre constitue un volume ouvert qui peut être cylindrique comme sur la figure mais pourrait présenter d'autres formes (forme sphérique ou forme parallélépipédique). The chamber constitutes an open volume which can be cylindrical as in the figure but could have other shapes (spherical shape or parallelepiped shape).
Ce volume est ouvert en ce sens que la paroi ou une des parois de la chambre comporte une ouverture (4), pouvant être plane (cas de la figure 1) ou non plane (cas de la figure 2). This volume is open in the sense that the wall or one of the walls of the chamber has an opening (4), which can be plane (case of FIG. 1) or non-plane (case of FIG. 2).
Dans tous les cas toute la bordure (5) de l'ouverture (4) : - est apte à s'appliquer en totalité sur une zone prédéfinie (7) de la surface (8) du substrat, - et est équipée d'un joint (6) apte à assurer l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure (9) et le volume intérieur (10) du réacteur lorsque celui-ci est mis en dépression par le groupe de pompage. In all cases, the entire border (5) of the opening (4): - is capable of being applied entirely on a predefined area (7) of the surface (8) of the substrate, - and is equipped with a seal (6) suitable for ensuring the seal between the external atmosphere (9) and the internal volume (10) of the reactor when the latter is placed under vacuum by the pumping unit.
L'ouverture (4) du substrat est prévue dans sa forme et ses dimensions pour recouvrir en totalité la zone prédéfinie (7), celle-ci pouvant être identique ou plus petite que la zone à traiter, dans le cas où on prévoit plusieurs dépôts successifs de la même couleur ou de couleurs différentes pour recouvrir la totalité de la zone à traiter, elle même ne représentant qu'une partie de la surface du substrat. The opening (4) of the substrate is provided in its shape and dimensions to completely cover the predefined area (7), which may be identical or smaller than the area to be treated, in the case where several deposits are provided successive of the same color or different colors to cover the entire area to be treated, which itself only represents part of the surface of the substrate.
Le réacteur (1) se comporte comme une ventouse vis à vis de la surface à traiter et/ou de la surface prédéfinie. The reactor (1) behaves like a suction cup with respect to the surface to be treated and / or the predefined surface.
La variante de la figure 1 avec ouverture plane s'applique sur tous les substrats plans ou à grand rayon de courbure au regard de la zone à traiter. The variant of FIG. 1 with planar opening applies to all flat substrates or with a large radius of curvature with regard to the area to be treated.
La variante de la figure 2 avec ouverture non plane, consiste à donner à la portée de joint la forme non plane de la zone prédéfinie et peut être nécessaire pour des applications spécifiques. The variant of FIG. 2 with non-planar opening consists in giving the joint surface the non-planar shape of the predefined zone and may be necessary for specific applications.
Les variantes de figures 1 et 2 sont utilisables pour des substrats massifs dont les propriétés mécaniques du matériau et de la zone mise en dépression supportent la mise sous vide du volume intérieur (10). The variants of FIGS. 1 and 2 can be used for solid substrates whose mechanical properties of the material and of the zone placed under vacuum support the evacuation of the interior volume (10).
Dans le cas contraire, par exemple pour des substrats en forme de plaque (11), (voir figure 3), la mise sous vide du volume (10) peut conduire à la rupture ou la déformation irréversible du substrat. Otherwise, for example for plate-shaped substrates (11) (see FIG. 3), placing the volume (10) under vacuum can lead to rupture or irreversible deformation of the substrate.
Pour pallier cet inconvénient, on prévoit une troisième variante de mise en #uvre représentée à la figure 4. To overcome this drawback, a third implementation variant shown in FIG. 4 is provided.
Selon cette variante de la figure 4, le réacteur comporte en outre une contre ventouse (12) mise sous vide préalablement à la mise sous vide du volume intérieur (10), et réalisée de façon à s'opposer à la flèche du substrat en forme de plaque According to this variant of FIG. 4, the reactor further comprises a counter suction cup (12) evacuated before the interior volume (10) is evacuated, and produced so as to oppose the deflection of the shaped substrate of plate
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Un vide primaire (environ 10Pa), est alors suffisant pour assurer la résistance de la plaque lors de la mise sous vide secondaire (environ 0,01 Pa) du réacteur, généralement nécessaire pour la plupart des procédés utilisables, préalable à la phase de traitement à proprement parler. A primary vacuum (approximately 10 Pa) is then sufficient to ensure the resistance of the plate during the placing under secondary vacuum (approximately 0.01 Pa) of the reactor, generally necessary for most usable processes, prior to the treatment phase. strictly speaking.
La contre ventouse (12) de la figure 4 est par exemple une plaque s'appliquant par dépression sur la deuxième face (13) de la plaque(11), l'enceinte (2) s'appliquant sur la première face (14) de ladite plaque et recouvrant la zone prédéfinie (7). The counter suction cup (12) of FIG. 4 is for example a plate applying by depression on the second face (13) of the plate (11), the enclosure (2) applying on the first face (14) of said plate and covering the predefined area (7).
La contre ventouse comporte une sortie (15) vers un groupe de pompage non représenté en communication avec une pluralité d'ouvertures d'aspiration (16) chacune débouchant contre la deuxième face de la plaque (11). The counter sucker has an outlet (15) to a pumping unit not shown in communication with a plurality of suction openings (16) each opening against the second face of the plate (11).
Pour toutes les variantes de réalisation et pour tous les procédés de vaporisation, les sources (ou cibles) ainsi que les moyens de vaporisation sont prévus à l'intérieur du volume (10). On peut, en outre, prévoir des moyens pour déplacer la ou les sources en translation ou en rotation pour augmenter la surface à traiter. For all the variant embodiments and for all the vaporization processes, the sources (or targets) as well as the vaporization means are provided inside the volume (10). It is also possible to provide means for moving the source or sources in translation or in rotation in order to increase the surface to be treated.
Plus particulièrement, pour le cas des procédés PVD, il peut s'agir de sources fixes ou mobiles, sachant que les sources mobiles, en translation notamment, permettent un gain sensible de temps de traitement et une homogénéité en épaisseur accrue. Le cas des couches CVD et de traitement thermochimique ne nécessite pas d'accessoire supplémentaire. Dans tous les cas, l'arrivée des gaz et la situation du groupe de pompage sont adaptés en conséquence. More particularly, in the case of PVD processes, these may be stationary or mobile sources, knowing that the mobile sources, in particular in translation, allow a significant saving in treatment time and a uniformity in increased thickness. The case of CVD layers and thermochemical treatment does not require any additional accessories. In all cases, the arrival of the gases and the situation of the pumping unit are adapted accordingly.
Les applications visées sont de façon non exhaustives : la décoration, la mécanique, l'optique l'électronique, le nucléaire, l'aéronautique... Selon les applications, diverses techniques de masquage destinées à limiter précisément la surface traitée peuvent en plus être mise en oeuvre (lithographie, transfert, masque métallique, céramique ou polymère, encre). The targeted applications are not exhaustive: decoration, mechanics, optics, electronics, nuclear, aeronautics ... Depending on the applications, various masking techniques intended to precisely limit the surface treated can also be implementation (lithography, transfer, metal mask, ceramic or polymer, ink).
Tout substrat pouvant assurer l'étanchéité du système, une mise sous vide et un échauffement localisés sont susceptibles d'être traités par ces procédés. Des matériaux tels que métaux, céramiques, polymères, minéraux, verre, bois (étuvé) sont ainsi susceptibles d'être traités à l'aide de ce nouveau dispositif. Any substrate capable of sealing the system, localized evacuation and heating can be treated by these methods. Materials such as metals, ceramics, polymers, minerals, glass, wood (steamed) are thus likely to be treated using this new device.
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- 2002-05-13 FR FR0205828A patent/FR2839459B1/en not_active Expired - Fee Related
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DATABASE WPI Week 197905, May 1979 Derwent World Patents Index; AN 1979-08526B, XP002225821, "Vacuum deposition coating large metal surfaces - using heating coil carrying vapour source and disposed in a moving sealed chamber" * |
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Also Published As
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