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La présente invention est relative de façon générale à des procédés et des appareils nouveaux et perfectionnés pour la production de pellicules de polymère. Plus particulièrement, l'invention concerne la production, à l'aide d'une décharge dans un gaz, de pellicules minc@s de polymère, particulièrement de pellicules de matière diélectrique, et d'éléments et de constituants recouverts de revêtements de matière diélectrique polymérisée par une décharge dans un gaz, lesque@ revêtements sont utilisables dans la fabrication de dispositifs pour emmagasiner des charges électri- ques, tels des condensateurs, des canalisations de transmission, etc...
Des pellicules de polymère extrêmement minces peuvent être formées sur une surface appropriée en exposant la surface à une atmosphère de matière gazeuse de faible poids moléculaire et en polymérisant sur cette surface une pellicule de polymère au moyen d'une décharge luminescente.
Il y a d'importants avantages, ainsi que des problèmes particuliers,à utiliser une décharge luminescente pour former une telle pellicule à partir d'une substance gazeuse - il faut faire la distinction avec le dépôt électrostatique de particules solides ou liquides et avec l'utilisation d'une décharge pour former des polymères en bloc plutôt qu'une pellicule - et la demanderesse a découvert certains procédés et appareils nouveaux qui améliorent grandement les résultats que l'on peut obtenir et qui surmontent les difficultés qui affecteraient autrement l'efficacité du fonctionnement.
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Les enseignements de l'invention présente sont applicables à la production d'une variété de matières comprenant, entre autres, la formation d'une mince pellicule de polymère sur une surface non conductrice d'un substrat sous forme de feuillet flexible formé préalablement, par exempleune pellicule de polymère plus épaisse, ou la formation d'une pellicule de polymère sur un substrat possédant une surface conductrice. La pellicule, une fois qu'elle a été formée, peut rester sur le substrat, ou, dans certaines applications, le substrat peut être ensuite séparé de la pellicule.
Les substrats qui possèdent des surfaces conductrices sur lesquelles une pellicule diélectrique a été déposée ont une utilité particulière dans la fabrication de dispositifs d'emmagasinage de charges comme les condensateurs etc... par addition d'une seconde électrode pour venir en contact avec la pellicule.
Un objet de l'invention réside dans des procédés et des appareils pour produire une mince pellicule de polymère d'épaisseur extrêmement uniforme.
Un autre objet de l'invention est d'obtenir un fonctionnement hautement efficace, de telle sorte qu'une quantité maximum de pellicule puisse être produite pour une quantité donnée d'énergie électrique.
Parmi les difficultés qui ont été rencontrées, l'effet thermique produit par la décharge sur les particules chargées du gaz qui se polymérise sous forme d'une pellicule sur la surface du substrat peut endommager la pellicule ou le substrat ou les deux. Un indésirable effet qui peut être causé par cette chaleur est constitué par le fait que la pellicule et le substrat peuvent avoir tendance à onduler, rendant ainsi le produit obtenu extrêmement difficile
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à manipuler. En conséquence un autre objet de l'invention est de réduire à un minimum cette tendance à l'ondulation et d'empêcher tout autre endommagement de la pellicule par suite d'un surchauffement.
Dans certains modes de réalisation de l'invention, une paire de substrats allongés en forme de feuilles avancent ensemble, face à face et espacés l'un de 1 autre à tra- vers une zone de décharge contenant une atmosphère gazeuse d'une substance filmogène polymérisable, une différence de potentiel électrique étant appliquée aux surfaces opposées des substrats de telle sorts que, lorsqu'ils avancent, il se produise une décharge luminescente entre leurs surfa- ces opposées:, provoquant ainsi la formation de pellicules de polymère sur chacune d'entre elles simultanément et de telle sorte que sensiblement toute la pellicule déposée soit déplacée, de façon continue, hors de la zone de déchar- ge. Cela est supérieur, dans beaucoup d'aspects, aux dis- positifs dans lesquels une électrode immobile est utilisée en regard de la surface d'une seule électrode mobile.
Si une électrode immobile est utilisée, la pellicule s'accumu- le sur cette électrode, et cela peut avoir des conséquences diverses indésirables. Par exemple, lorsque la pellicule déposée sur l'électrode immobile devient plus épaisse, l'im- pédance des courants de décharge est de plus en plus grande.
De même dans de nombreux cas;, la pellicule peut commencera s'écailler, ce qui produit également des conséquences indé- sirables.
Une autre caractéristique de l'invention est cons- tituée par des moyens et un procédé pour produire une pelli- cule de polymère à un débit élevé de production, tout en maintenant, en même temps, un réglage précis de la position
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et de la nature de la décharge qui forme la pellicule.
Avec certaines configurations de l'appareil, lorsque le substrat avance, tout en étant soumis à une différence de potentiel et à l'atmosphère gazeuse mentionnée ci-dessus, il est possible d'obtenir des effets de décharge et la formation d'une pellicule dans des régions où cela n'est pas souhaité, à moins qu'on ait prévu le contraire. Dans certains modes de fonctionnement, la décharge peut s'étendre sur une z8ne considérable et peut être immobile. Dans d'autres modes de fonctionnement, la décharge peut être localisée et peut, de temps en temps, se déplacer d'une zone à une autre de fa- çon irrégulière. L'effet précité peut avoir tendance à produire une pellicule d'épaisseur non-uniforme,9 particulièrement lorsque la décharge se déplace irrégulièrement dans un sens longitudinal dans le sens de déplacement des substrats.
On a constaté qu'en réglant la configuration géométrique des trajets ou chemins le long desquels se déplacent les substrats, la pression de la substance gazeuse fournie, la tension régnant entre un substrat et l'autre, la densité du courant dans la décharge, et la distance séparant les substrats, on peut éliminer la décharge dans les régions où elle n'est pas souhaitée tout en obtenant, dans la région voulue, une décharge choisie parmi plusieurs modes de décharge disponibles, et on peut également produire une pellicule à une vitesse maximale.
De même, on peut empêcher un surchauffement et obtenir une pellicule qui possède une résistance à la traction supérieure en réglant les facteurs susmentionnés, en particulier la configuration géométrique des chemins empruntés, et, en outre, en retirant, de façon positive, la chaleur du substrat dans une partie déterminée de son chemin,
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comme on le décrira plus en détail dans la suite du présent mémoire.
Dans une forme de réalisation, on prévoit une paire de rouleaux opposés, espacés l'un de l'autre, et une paire de substrats allongés s'avancent le long de chemins convergents en direction des rouleaux susmentionnés avec lesquels ils viennent en contact respectivement suivant des chemins en arc;, ces substrats passant entre eux, et dont ils s'écartent suivant dss chemins divergents. La pression de la substance filmogène gazeuse et la séparation entre les substrats entre les rouleaux sont telles que, dans cette région, la séparation est plus grande que le libre parcours moyen efficace des par - iules gazeuses et la décharge se produit dans la région où la séparation des électrodes est minimum.
En général:, on a constaté qu'une augmentation de pression augmente l'efficacité du fonctionnement, c'est-à-dire augmente la quantité de pellicule produite par kilowatt-heure d'énergie consommée. En conséquence, pour un fonctionnement qui soit le plus efficace, la pression est maintenue à la valeur la plus élevée compatible avec la formation d'une pellicule uniforme ayant les propriétés désirées. La pression doit, cependant, être considérablement inférieure à la valeur à laquelle une polymérisation substantielle se produit dans le volume entre les surfaces du substrat.
Une telle polymérisation dans le volume forme des particules solides dans l'espace entre les substrats, lesquelles particules ont des poids moléculaires relativement élevés et forment, lorsqu'elles sont attirées vers la surface des substrats, un revêtement floconneux possédant des propriétés mécaniques et électriques médiocres.
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Bien que l'invention ne dépende pas, du point de vue de son utilité, de la justesbe et du caractère suffisant de la théorie qui va maintenant être exposée, il apparaît que cette augmentation de l'efficacité provient de la formation de polymères de poids moléculaire relativement bas dans l'espace entre les surfaces des substrats et de la réduction consécutive du nombre de charges électriques nécessité pour le transport des poids équivalents de matière déposée. Donc lorsque la matière de départ est un monomère gazeux, l'utilisation de pressions augmentées a pour résultat la formation de dimères et peut-être de polymères d'une classe supérieure qui sont encore gazeux et qui ont un poids moléculaire suffisamment bas, qui doivent être ionisés et transférés, dans un état chimiquement actif, sur une surface des substrats susmentionnés.
Une fois qu'elles ont atteint la surface précitée, ces particules ionisées s'unissent avec d'autres particules pour former une pellicule solide homogène et continue.
Lorsque le substrat que l'on revêt est constitué d'un feuillet conducteur ou comprend un feuillet conducteur, la tension électrique peut être appliquée à ce feuillet par des frotteurs ou des galets qui viennent en contact avec lui à un certain point approprié sur sa longueur. Lorsque le substrat est constitué de matière non conductrice, la tension électrique peut être appliquée aux rouleaux et, par leur intermédiaire, à un c8té de chaque substrat, de façon à établir le champ électrique nécessité pour la formation de la pellicule entre les surfaces des deux substrats opposés.
Avec la configuration géométrique particulière que possède l'appareil que l'on vient de décrire, et avec le réglage tel que décrit des divers facteurs comme la pression,
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la tension et l'intervalle de séparation des substrats, la décharge peut être localisée sensiblement dans la région située entre les rouleaux et écartée des autres régions.
Par un réglage dosé des facteurs invoqués, il est également possible d'obtenir un fonctionnement satisfaisant dans diverses formes de réalisation dans lesquelles la décharge se produit dans des régions autres que celle située entre une paire de rouleaux opposés. Par exemple, dans certains cas, la pression peut être maintenue à une valeur telle que, dans la région où les substrats sont le plus rapprochés l'un de l'autre, le libr@ parcours moyen efficace des particules gazeuses soit grand en comparaison de l'intervalle de séparation entre les substrats.
Dans ce mode de fonctionnement, aucune décharge ne se produit dans la région où l'intervalle entre les substrats est minimum, mais une décharge formant une pellicule se produit dans chacune des deux z8nes qui sont situées juste avant et juste après cette région, dans lesquelles l'intervalle entre,les substrats est un peu plus grand. Un certain nombre d'autres formes de réalisation sont décrites dans le présent mémoire ; ont divers avantages uniques, à savoir qu'elles empêchent l'endommagement de la pellicule ou du substrat sous l'action d'un chauffage inutile, elles éliminent l'endommagement de la pellicule ou du substrat par l'application d'une tension à ces derniers, la formation de pellicules sur un substrat étant suivi par la dissolution du substrat de façon à obte- nir une pellicule autonome, ainsi que d'autres dispositions.
On fait maintenant référence aux dessins dans les- quels des formes de réalisation illustrait l'invention sont représentées comme suit:
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,-. la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un appareil convenant pour mettre en oeuvre l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie du système de transport du substrat utilisé dans l'appareil de la figure 1, - la figure 2A est une vue schématique en élévation latérale d'une autre forme de réalisation de la structure de la figure 2, - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un substrat en matière plastique métallisé sur lequel une pellicule de polymère a été déposée, suivant les enseignements de l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale de parties de deux substrats métalliques opposés en traitement dans l'appareil des figures 1 et 2, montrant de quelle manière l'épaisseur de pellicule est réalisée, - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, mais on y montre l'effet entraîné par le déplacement des substrats dans des directions opposées l'un vis- à-vis de l'autre, - la figure 6 est une vue d'une forme différente de transport de substrat convenant pour être utilisé dans l'appareil de la figure 1 , - la figure 6A est une vue en coupe transversale d'un substrat non conducteur revêtu d'une pellicule polymérisée par la décharge luminescente suivant l'invention, - la figure 7 est une représentation graphique de la distribution des rendements en pellicule, à diverses pressions,
avec la structure constituée de lames incurvées de la figure 7A,
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- la figure 7A est une représentation schématique d'une forme de réalisation de l'invention, montrant une paire d'électrodes se faisant face par leurs parties corvexes, - les figures 8,9 et 10 sont des vues montrant les caractéristiques des décharges luminescentes obtenues aux diverses pressions de la figure 7, - la figure 11 est une vue d'une autre forme de réalisation de l'invention montrant un appareil de transport de substrat utilisant des guides-substrats immobiles se faisant face par leurs parties coivxes du type montré à la figure 7A,
- la figure 12 est une vue schématique en élévation latérale d'une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le refroidissement de grandes parties des substrats est effectué tout en procurant des supports de déplacement pour ces substrats, - la figure 13 est une vue schématique en élévation latérale d'une forme de réalisation de l'invention capable de soumettre une paire de substrats à des décharges de polymérisation successives, - la figure 14 est une vue schématique en élévation latérale d'une forme de réalisation de l'invention il- ' lustrant la production de pellicules sur une paire de substrats et la séparation consécutive des pellicules et des substrats.
Un appareil qui est particulièrement utilisable pour déposer des pellicules minces se polymérisant par décharge luminescente sur des substrats rigides, mais flexibles et qui possèdent des surfaces conductrices est illustré à la figure 1.
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L'appareil comprend une plaque de base 2 qui joue le rôle d'un support pour le support 4 de l'appareil de transport des substrats et pour l'enceinte en forme de cloche 6 qui entoure l'appareil. L'enceinte en forme de cloche 6 entouie l'appareil 46 de transport des substrats et repose sur une couronne annulaire 8. La couronne annulaire 8 est reçue dans l'évidement annulaire 10 de la plaque de base 2, et scelle hermétiquement le vide compris entre l'enceinte 6 et la plaque 2 de façon à réaliser une enceinte à vide. Des passages 12 et 14 pratiqués dans la plaque de base 2 sont reliés à un tuyau d'évacuation 16 et au tuyau d'amenée de la matière de départ 18, respectivement.
Le tuyau d'évacuation 16 est relié par la soupape 20 à une pompe à vide 22 et le tuyau d'amenée 18 est relié, par la soupape de réglage 24, au réservoir d'approvisionnement en matière brute 26. Les soupapes 20 et 24 peuvent être du type connu sous l'appellation de soupapes à pointeau pour permettre un réglage uniforme et continu de la quantité de±lui- de qui passe à travers. Le réservoir d'approvisionnement 26 contient la source de substance gazeuse polymérisable et peut être muni de moyens de chauffage ou de refroidissement (non montrés) pour aider à régler la pression de la vapeur.
La manomètre 19 est attaché au tuyau d'amenée 18 pour contrôler la pression du système.
L'énergie électrique prévue peur la décharge de polymérisation est introduite dans 'enceinte à vide par des bornes conductrices 28 et 30 qui sont hermétiquement scellées dans leurs passages respectifs dans la plaque de base 2 par des tampons isolants 32 et 34. La source d'énergie extérieure 36 est reliée aux bornes conductrices 28 et 30, par l'intermédiaire d'une résistance en série 37 et
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d'un ampèremètre 39 au moyen de fils métalliques de liaison appropriés 38 et 40. Le voltmètre 3 est relié entre les bornes de connexion 28 et 30 pour contrôler la différence de potentiel qui soutient la décharge luminescente à l'inté- rieur de la chambre à vide, l'énergie est fournie à la décharge au moyen de conducteurs de connexion 42 et 44 reliés aux bornes conductrices 32 et 34.
Comme il apparaîtra,une variété de combinaisons de liaison peut être utilisée, suivant la configuration de l'appareil de transport et la nature des substrats sur lesquels les pellicules sont polymérisées.
Le support 4 peut, de façon appropriée, être constitué d'une matière isolante du point de vue électrique pour permettre d'isoler aisément les diverses parties de l'appareil de transport. D'autres procédés d'isolement peuvent, naturellement, être utilisée
On se référera maintenant à la figure 2 dans laquelle on peut voir en détail l'appareil de transport de substrats 46 de la figure 1. L'appareil de transport des substrats 46 possède des sections de transport supérieure et inférieure, qui servent,toutes deux, à déplacer un substrat allongé.flexible 66 ou 68 en direction de la zone de décharge active puis vers l'extérieur de cette zona.
Les substrats 66 et 68 peuvant être constitués de métal plein ou peuvent com prendre une substance plastique ayant une surface conductri- ce de l'électricité exposée, les deux types de structure étant utilisables, par exemple, dans la fabrication dee condensateurs. Les substrats 66 et 63 sont déroulés depuis les bobines d'approvisionnement 52 et 54, respectivement,et pas- sent ensuite le long de chemins convergents pour arriver à des rouleaux-guides 58 et 60.
Après qu'ils soient venus en
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contact avec les surfaces opposées adjacentes des rouleauxguides 58 et 60 et qu'ils soient passés sur ces surfaces, les substrats 66 et 68 viennent en contact avec les rouleauxguides 62 et 64, respectivement, et passent sur ces rouleaux, puis ils se déplacent le long de chemins divergents jusqu'à des bobines d'enroulement 70 et 72.
Lorsque le circuit est mis en marche, comme il apparattra, la décharge de polymérisation est ordinairement formée dans la région délimitée par la longueur minimum du vide ou intervalle da séparation entre les surfaces exposées se faisant face des substrats 66 et 68. De façon à assurer l'uniformité de l'épaisseur de pellicule en largeur des substrats, l'intervalle de séparation de ces derniers, tandis qu'ils sont dans la région où se forme la pellicule, est maintenu sensiblement constant dans un sens transversal au mouvement des substrats en les maintenant perpendiculaires à la plaque de support 4. Les substrats utilisés dans cette forme de réalisation de l'invention doivent, par conséquent, être suffisamment rigides pour rester sensiblement plats lorsqu'ils passent sans support externe à travers la région de décharge.
Comme on peut le voir à la figure 2A, l'intervalle de séparation des substrats dans le sens de déplacement des substrats entre la première paire de rouleaux 58 et 60 et la seconde paire de rouleaux 62 et 64 n'a pas besoin d'être maintenu constant, car, bien que la vitesse de dépôt varie longitudinalement dans la z8ne de décharge, l'épaisseur désirée de la pellicule peut néanmoins être obtenue.
L'espacement entra les surfaces des substrats, à
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l'endroit où elles sont le plus rapprochées l'une de l'autre, dans la zone de décharge (endroit qui se trouve ordinairement entre les points où les substrats 66 et 68 s'incurvent sur les surfaces incurvées des premiers rouleaux 58 et 60 et des seconds rouleaux 62 et 64) n'est pas critique aussi longtemps que la distance est inférieure à celle qui produira une polymérisation en volume indésirable au lieu d'une polymérisation en surface. Des espacements de l'ordre de 1,0 centimètre se sont révélés satisfaisants.
Lorsqu'on dépose des pellicules de polymère sur des substrats qui peuvent être endommagés d'une façon quelconque par la chaleur ou quand les pellicules elles-mêmes peuvent être endommagées par la chaleur, le fonctionnement de l'appareil de la figure 2 peut être amélioré au moyen d'un agent de refroidissement fourni à chaque rouleau 58, 60 et 62 et 64 par des conduits coudés 59 montés à pivotement sur chaque axe de rouleau . L'agent de refroidissement peut donc être amené à partir de moyens classiques (non montrés) et retiré par l'intermédiaire de liaisons similaires (non montrées)
sur l'extrémité opposée du cylindre consti- tuant chaque rouleaup et la température des substrats peut être abaissée par contact avec les surfaces des rouleaux à la fois avant et après leur passage dans la zone de déchar- ge.
Il est à noter que les surfaces des substrats, lorsqu'elles se déroulent des bobines 52 et 54 et qu'elles sont enroulées sur les bobines 70 et 72, sont beaucoup plus largement espacées l'une de l'autre que lorsqu'elles passent dans la zone de décharge active. Ces espacements plus grands sont utilisés pour assurer ces paries des surfaces des subs- trats contre toute circulation in@@ntrôlée du courant de dé-
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eharge. Ils servent également à procurer des points de départ appropriés pour les chemins convergents et divergents suivis par les substrats 66 et 680
Une décharge de polymérisation dans le gaz est produite entre les surfaces servant d'électrodes des substrats 66 et 68 en appliquant à ces surfaces une différence de potentiel de l'ordre de 300
à 400 volts ou davantage,suivant la substance gazeuse polymérisable utilisée, la pression opéra- toirep l'espacement entre les surfaces des électrodes dans la zone de décharge formatrice de la pellicule, et la densité du courant de décharge désirée. Les connexions entre les surfaces des substrats 66 et 68 et la source d'énergie 36 sont montrées comme étant constituées par des bandes de contact flexibles montées au moyen de goujons 88 et 90 qui viennent en contact avec les surfaces conductrices et sont reliées aux conducteurs de liaison internes 44 et 42, respectivement.
Cet agencement de contact peut être utilisé, que les substrats 66 et 68 soient constitués de métal plein ou qu'ils soient faits de matière plastique recouverte d'une surface conductrice exposée. Il apparaîtra manifestement aux spécialistes qu'un contact par les rouleaux peut être substitué à la structure de contact à friction illustrée pour éliminer la friction ou l'abrasion des surfaces lorsque ces facteurs ont une importance.Si on ne peut utiliser dans l'appareil que des substrats en métal plein, les bandes de contact 86 et 89 peuvent être omises et les connexions être faites directement par les axes des bobines d'approvisionnement ou d'enroulement, ou par les rouleaux 58, 60 ou 62, 64.
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Un mécanisme d'entraînement simple est prévu pour permettre d'amener les substrats 66 et 68 dans la zone de décharge active à la même vitesse. Les bobines d'enroulement 70 et 72 sont entraînées par des engrenages droits 76 et 78, respectivement qui tournent à la même vitesse, mû par des engrenages à vis sans fin 80 et 82 montés sur l'arbre d'entraînement 84. L'arbre d'entraînement 84, qui est constitué d'une matière appropriée non conductrice de l'électricité pour assurer unisolement électricue des substrats, est entraîné par un moteur d'entraînement à vitesse variable 86.
Des freina 899 qui peuvent @tre à friction ou d'un autre type approprié zont montes sur les axes des bobines d'approvisionnement 52 et 54 pour fournir la tension nécessaire pour maintenir les dimensions transversales des substrats 66 et 68 parallèles l'une à l'autre pendant leur passage à travers la zone de décharge active.
DAns cette forme de réalisation de l'invention, la polymérisation, d'una mince pellicule diélectrique d'hydrocarbure perfluoré d'épaisseur uniforme sur une surface de chacun des substrats est effectuée comme suit: l'allure caractéristique des décharges luminescentes dans la substance gazeuse polymérisahls que l'on emploie étant préalablement déterminée par expérimentation;, les espacements et les courbures des rouleaux sont choisis de telle façon qu'on obtienne une polymérisation en surface qui soit bonne sans polymérisation en volume indésirable et qu'on puisse effectuer un ample réglage sur la distribution de la décharge luminescen- te de polymérisation sur la surface à revêtir. L'appareil de transport est fabriqué en conséquence.
Les surfaces des subs- trats de la structura de la figure 2 étant essentiellement parallèlesla décharge de polymérisation sera effectuée sous
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une pression du gaz correspondant ou se rapprochant du minimum de la courbe de Paschen de façon à assurer la diffusion de la décharge luminescente sur la région délimitée effectivement par les bords droits des substrats et par la courbure des surfaces des substrats, lorsque celles-ci passent sur les rouleaux 58, 60, 62 et 64.
Pour produire des pellicules diélectriques d'hydrocarbure perfluoré sur les surfaces d'une paire de substrats d'aluminium de 0,0005 cm environ d'épaisseur, les substrats sont enroulés 1 sur des bobines d'approvisionnement 52, 54 et leurs extrémités sont amenées, sur les rouleaux 58, 60 et 62, 64, sur les bobines d'enroulement 70, 72.
L'enceinte en forme de cloche 6 est alors mise en place et la pompe à vide 22 est mise en marche pour faire le vide dans la chambre par la soupape préalablement ouverte 22. Lorsqu'un vide satisfaisant a été obtenu, la soupape 24 est ouverte et un mélange de monomères de fluoréthylène est admis, venant du réservoir d'approvisionnement en matière brute 26. En réglant la Fupape 20 et la soupape 24, une amenée continue de substance jolymêrisable vers la chambre à vide peut être réalisée, tout en maintenant la pression dans celle-ci à la valeur désirée.
Ainsi, lorsqu'un intervalle de séparation minimum de 1 cm existe entre les surfaces des substrats, une pression de 0,7 à 0,9 mm de mercure environ, correspondant approximativement au minimum de la courbe de Pa@chen, peut être maintenue en faisant fonctionner les soupapes 20 et 24.
Un réglage supplémentaire peut être exercé lorsque, par exemple, l'hydrocarbure perfluoré gazeux et polymérisable est un produit dérivé par pyrolyse d'un polymère dans la chambre ou réservoir d'approvisionnement 26, car la vitesse de la pyrolyse et, par suite, la pression dans le réservoir 26
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peuvent être réglées en réglant la chaleur qui lui est fournie.
La tension de polymérisation est alors appliquée aux substrats 66 et 68 par les connexions électriques précédemment décrites et la différence de potentiel nécessaire qui soutient la décharge luminescente est établie entre les surfaces des substrats. En réglant la pression du monomère et la tension appliquée aux surfaces des substrats, on peut exercer un certain degré de réglage sur la diffusion de la décharge luminescente au delà des surfaces parallèles entre les rouleaux. Le fonctionnement de l'appareil étant tel qu'il vient d'être décrit, l'appareil de transport peut être mis en mairie pour provoquer le mouvement des substrats dans le même sens que les rouleaux d'enroulement.
La figure 4 est une vue en coupe transversale à très grande échelle montrant de quelle manière les pellicules de polymère qui se déposent augmentent graduellement d'épaisseur lorsque les substrats 66 et 68 se déplacent ensemble à travers la zone de décharge. Du fait de l'augmentation continuelle de l'impédance présentée au circuit d'écoulement du courant de décharge par les épaisseurs de la pellicule déposée qui augmentent il y aura un changement correspondant dans la vitesse de dépôt de la pellicule lorsque la pellicule se déplace à travers la zone de décharge. Dans le cas oix des vitesses de dépôt plus uniformes sont requises dans le eens de déplacement du substrat, l'appareil de la figure 2 peut être modifié pour déplacer les substrats dans des sens opposés à travers la zone de décharge, comme montré à la figure 5.
Lorsque les substrats se déplacent dans des sens opposés, l'impédance du circuit où s'écoule le courant de décharge dans n'importe quelle pettie de la région de
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décharge est sensiblement constante car la totalité des épaisseurs de pellicules déposées à n'importe quel point au- dessus du chemin des substrats à tendance à rester constante.
Avec l'un ou l'autre mode de fonctionnement, par exemple, le mode de la figure 4 ou celui de la figure 5, l'é- paisseur ultime le la pellicule déposée sur chaque' subs- trat peut être réglée en faisant varier la pression de la substance gazeuse polymérisable dans les limites spécifiées, en réglant la tension appliquée aux surfaces des substrats de façon à régler indépendamment la circulation du courant dans la décharge, et en faisant varier la vitesse de dépla- cement du substrat à travers la zone de décharge. En outre, on peut obtenir certains avantages en faisant fonctionner l'appareil à une pression inférieure à la pression corres- pondant au minimum de la courbe de Paschen , comme on le décrira plus loin en référence à la figure 10.
De même, bien que l'emploi de substrats d'aluminium ait été illus- tré ci-dessus, il apparaîtra aux spécialistes que d'autres substrats conducteurs ou des substrats en matière plastique ayant des revêtements superficiels conducteurs et qui possè- dent la rigidité requise dans le sens transversal peuvent être utilisés.
La figure 2A illustre une autre forme de construc- tion de la forme de réalisation de la figure 2, dans laquel- le l'espacement entre les substrats 66 et 68 varie pendant leur avancement le long du chemin entre le premier jeu de rouleaux 62 et 64 et le second jeu de rouleaux 58, 60.
Le degré de convergence des substrats 66 et 68 est inférieur entra les rouleaux 62,64 et 58, 60, cependant, au degré de convergence entre les bobines d'approvisionne- ment 7( , 72 et la première paire de rouleaux 62, 64 et le
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degré de convergence entre la seconde paire de rouleaux 58, 60 et les bobines d'enroulement 52, 54. Avec ces excep- tions et sauf pour la remise en place des éléments d'entra!- nement (non montrés) et des contacts électriques 88, 90 pour adapter le mouvement du substrat dans le sens opposé, la structure est autrement la même que celle montrée à la figure 2; pour cette raison, on a utilisé les mêmes anno- tations.
Tandis que l'espacement entre les substrats 66 et 68 augmente lorsque les substrats passent au-delà des rou- leaux 66, 64 vers les rouleaux 58, 60, les surfaces des substrats 66 et 68 sont maintenues sensiblement parallè- les l'une à l'autre dans un seeul transversal au sens de déplacement des substrats de façon à assurer l'uniformi- té en largeur du recouvrement de chaque substrat.
La structure de la figure 2A est plus avantageu- se que la structure de la figure 2 en ce sens que la sou- plesse de réglage de l'étendue de surface du substrat à soumettre à la décharge luminescente de polymérisation est fortement accrue. Comme on l'a signalé en décrivant les figures 2 et 4, une petite diminution de la vitesse de po- lymérisation de la décharge a pour résultat une augmentation des épaisseurs de pellicule déposée entre les surfaces des substrats avec une augmentation du temps de passage des su@s. trats dans la zone de déchargeEn diminuant l'intervalle de séparation entre les substrats lorsqu'ils se déplacent à travers la zone de décharge,on peut augmenter la densité du courant dé décharge,
compensant ainsi le dépôt de pelli- cule et maintenant la densité de courant désirée. Ainsi, la structure de la figure 2A est plus sensible aux variations de pression de la substance polymérisable gazeuse ou de la tension appliquée entre les surfaces des substrats et, par . conséquent, permet un degré plus élevé de .réglage de la vi-. tesse de dépôt..
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La figure 3 montre une partie d'un substrat flexi- ble en matière plastique 51 ayant une couche métallisée 49 à sa surface et ayant une couche mince 48 de polymère solide déposée sur la surface conductrice par polymérisation au moyen de la décharge luminescente suivant les enseignements de l'invention. Un substrat combiné de ce type offre un avantage sur le substrat métallique à une seule couche lors- qu'on fabrique des condensateurs, dans ce sens que des par- ties du revêtement conducteur peuvent être enlevées pour réaliser une surface isolante pour le contact des conduc- teurs.
La figure 6 montre une forme de réalisation pré- férée de l'invention qui emploie une électrode de support sur le côté de chaque substrat à travers la zone de décharge. Cette forme de réalisation permet le revêtement des subs- trats isolants ou conducteurs et permet l'emploi de configurations prévues pour ces électrodes, lesquelles oonfigurations sont très efficaces, En outre, avec cette structure, des pellicules minces peuvent être produites sur les substrats qui ont tendance à se surchauffer ou à s'onduler lorsqu'ils sont dans la zone de décharge et, de ce fait, acquièrent un revêtement non uniforme en largeur lorsqu'ils sont . dans la zone de décharge.
Dans la structure de la figure 6, des substrats flexibles allongés 98 et 100 sont amenés des bobines d'ap- provisionnement 102 et 104 et enroulés sur les bobines d'en- roulement 106 et 108, respectivement. Entre les bobines d'approvisionnement et les bobines d'enroulement, chacun des substrats 98 et 100 passe sur son rouleau central res- pectif 110 ou 112 de façon à exposer les surfaces à revêtir l'une en face de l'autre dans l'intervalle de décharge.
Les
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rouleaux 110 et 112 peuvent être espacés l'un de. l'autre de façon à produire un point de séparation minimum,: entre les surfaces opposées des substrats, qui soit de l'ordre de 0,63 cm environ. les axes des rouleaux cylindriques 110 et 112 sont maintenus parallèles l'un à l'autre au moyen de 'broches (non montrées) dont les tourillons sont montés dans une pla- que de support 114, maintenant ainsi 'les largeurs des subs- trats parallèles l'une à l'autre dans la zone de décharge.
On prévoit d'amener un agent de refroidissement aux surfa- ces intérieures des rouleaux ou cylindres 110, 112 au moyen de tuyaux 111,113 qui transportent l'agent de @efroidisse- ment axialement, à travers une tige creuse perforée par exem- ple, à l'intérieur des cylindres. L'agent de refroidissement peut être évacué à travers la plaque de support114 à tra- vers la broche d'assemblage, comme le comprend nt aisément les spécialistes.Les connexions électriques pour appliquer un potentiel électrique aux surfaces exposées des substrats dans la zone de décharge sont réalisées par l'r termédiaire de rouleaux métalliques 110 et 112, alimentés des con- ducteurs 103,105 reliés aux tubes d'amenée de 'agent de refroidissement 111,113 respectivement.
De not reux types différents de substrats peuvent être utilisés ec cette forme de réalisation, entre autres, ceux qui o une conduc- tivité électrique faible (isolants), moyenne ( mi-conduc- teurs) ou élevée. Lorsqu'un substrat isolant e@ matière plas- tique est utilisé ou bien un substrat isolent @ matière plastique ayant une surface conductrice, la di érence de potentiel nécessitée pour entretenir la déehar, ' entre les surfaces exposées des substrats peut être réal ée au moyen d'une tension alternative à fréquence élevée a liquée entre les rouleaux 110 et 112 et couplée à ces roule x, en réa-
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lisant ainsi un montage capacitif,
à travers le substrat en matière plastique, aux surfaces diélectriques disposées.
Une partie du substrat non conducteur 156 portant une pellicule 158 polymérisée par la décharge luminescente tel qu'on peut en produire dans l'appareil de la figure 6 est illustrée à la figure 6A.
Le graphique de la figure 7 montre comment la for- me de réalisation de la figure 6 est avantageuse du fait de sa capacité de fonctionnement à des pressions plus élevées que les structures utilisant des électrodes planes parallè- les. Les repères rapportés dans ce graphique ont été pris sur le système à électrodes fixes illustré schématiquement à la figure 7A, lequel système utilise deux électrodes semi- cylindriques se faisant face par leurs parties convexes et qui ont chacune un rayon de 7,2 cm environ, ces électrodes étant espacées l'une de l'autre de 0,63 cm environ aux points où elles sont le plus rapprochées.
Dans ce graphique l'axe des abcisses est la distance 1 en centimètres du demi- arc des électrodes semi-cylindriques, tel que montré à la figure 7A, l'axe des ordonnées représente l'épaisseur de la oou- che déposée Pu en microns. La surface extérieure de chacune de ces électrodes était couverte d'un substrat en matière plastique ayant une surface conductrice exposée. La matière plastique utilisée était du mylar d'une épaisseur de
0,00064 cm environ dont une surface était revêtue d'aluminium par évaporation.
Les courbes de la figure 7 montrent la quan- tité de polymère produite sur la longueur de l'un des subs- trats, laquelle quantité est mesurée à partir du centre de la longueur du substrat, à un endroit correspondant*au point où l'intervalle de séparation entre les surfaces actives est la plus petite. La substance polymérisable était un mélange
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monomère produit par pyrolyse de polytétrafluoréthylène et des intervalles étaient faits à trois pressions différentes : :e premièr entre 2,8 et 3,0 millimètres de mercure (A sur le graphique), le seconc entre 0,8 et 0,9 millimètre de mercure (B sur le graphique) et le troisième entre 0,25 et 0,3 millimètre (C sur le graphique).
Ces valeurs étaient choisies de façon a être supérieures, approximativement égales, et inférieures au minimum de Paschen pour l'espa- cement des électrodes et pour le gaz choisis; c'est-à-dire que la pression à laquelle la, tension nécessitée pour entà@- tenir une décharge est à lui minimum. Les électrodes de support semi-cylindriques étaient alimentées par des tensions d'environ 350 volts; 300 volts et 310 volts, respectivem@t, à une fréquence de 200 kilocycles.
Avec des courants de @ milliampères,de 50 milliampères et de 20 milliampères pur les trois pressions, les pellicu@en ayant les distributions en épaisseur montrées étaient produites dans les temps cé- ratoires de 0,75 minute, de 4 minutes et de 8 minutes, res- pectivement. L'action relative des trois pressions opéra @ . res peut être comparée au moyen des indices d'efficacité du dépôt dont les valeurs sont de 0,65, de 0,3 et de 0,2 jour les intervalles correspondant aux pressions élevées, moy i- nes et basses, respectivement, ces valeurs étant obtenue en prenant le quotient du volume déposé (en miorons-2,54 en pour une largeur de pellicule constante) par la charge four- nie.
La charge fournie était calculée en faisant le prod@ ; du courant d'entrée en milliampères et du temps en, mirées.
Les pellicules produites pendant ces intervalles avaient toutes des résistivités appropriées pour être utilisées om- me diélectriques dans des condensateurs, la résistivité la pellicule produite dans l'intervalle correspondant à la
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densité de courant la plus élevée étant d'environ 1017 ohm- centimètre.
La décharge luminescente entre les électrodes a les caractéristiques montrées aux figures 8, 9 et 10 dans ces intervalles. La décharge luminescente est désignée par a, a' et a" dans les figures 8, 9 et 10 respectivement. Par souci d'illustration, les véritables proportions n'ont pas été utilisées. La figure 9 dans laquelle, la pression opéra- toire est au nilimum de Paschen ou très près de ce minimum, montre deux bandes (a') de luminescence visible le long des surfaces des substrats lesquelles bandes se chevauchent dans la région où l'intervalle de séparation des électrodes est minimum et prennent la forme d'un X ou de deux croissants dos à dos qui se touchent.
Si on utilise un intervalle de séparation minimum des électrodes plus grand, les régions luminescentes ne se touchent plus au centre, mais ont l'ap- parence de deux croissants dos à dos espacés l'un de l'autre.
La figure 10, considérée à une pression inférieure en mini- mum de Paschen, montre l'espace sombre qui est produit lors- que les parties des surfaces des électrodes sont espacées l'une de l'autre d'une distance inférieure au libre parcours moyen efficace requis pour maintenir un chemin conducteur ionisé; dans cette figure, la décharge et le dépôt principal de la pellicule ont donc lieu en des points où l'intervalle de séparation des électrodes est augmenté. Le dépôt d'une pellicule dans la région sombre centrale (voir figure 4) est dû apparemment à la diffusion à partir de la région de dé- charge active.
Si à nouveau on utilise un intervalle de sépa- ration des électrodes minimum plus grand, les régions lumines- centes ne viendront pas se toucher suivant une pointe pour former une structure analogue à un V, mais seront séparées au
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point où elles sont le plus rapprochées. La figure 8 montre la forme la plus visible de décharge qui se produit à une pression un peu supérieure au minimum de la courbe de Pas- chen. Ici la décharge était étroite se confinant elle-même à la région où l'intervalle de séparation des électrodes est minimum. Avec des électrodes planes parallèles ayant un intervalle de séparation constant, aucune décharge stable ne peut être maintenue à cette pression élevée du fait de la contraction de la décharge suivant un canal étroit qui se déplace irrégulièrement sur la zone entière.
Cependant, avec l'intervalle de séparation des électrodes variable, la décharge à pression élevée recherche l'intervalle de séparation mi@ mum des électrodes, se fixe dans le sens longitudinal du mouvement et une décharge stable d'effica- cité élevée se produit. L'augmentation de la pression a pour effet d'agrandir un peu la décharge active dans des régions où l'intervalle de séparation des électrodes est augmenté. Les facteurs les plus efficaces dans le réglage de la distribution de la décharge luminescente dans tous les cas sont la pression et l'intervalle de séparation des surfaces variables.
Lorsque des pressions plus élevées que celles dont il a été question ci-dessus sont utilisées dans l'appareil de la figure 6A, la largeur de la décharge devient inférieu- re à celle qui est nécessaire pour recouvrir la largeur de 2,54 cm des substrats utilisés. Cependant le dép8t de la pellicule s'égalise sous ces conditions du fait que la déchar- ge recherche de préférence ces régions où se trouvent les surfaces qui entretiennent la décharge et qui offrent l'im- pédance la plus basse à la circulation du courant de con- duction de la décharge dans le gaz.
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La pression de la substance gazeuse fournie à la décharge ne peut être augmentée inféfiniment, cependant, du fait de la production de molécules de poids de plus en plus élevés dans l'espace compris entre les électrodes. Ces molécules de poids élevé ne sont pas transportées sur les surfaces des substrats sous des formes capables de se polymériser encore en une pellicule de polymère solide, continue et homogène; à vrai dire, si ces molécules arrivent sur les surfaces des substrats, elles forment seulement un revêtement floconneux non adhésif.
Lorsqu'on produit des pellicules de polymère par polymérisation par décharge luminescente, la température de la pellicule déposée et du substrat s'élève considérablement sous l'action de la décharge. Lorsqu'on utilise des substrats de métal, ce fait a peu de conséquences tant que les températures capables de décomposer la pellicule déposée ne sont pas atteintes. Avec des hydrocarbures perfluorés, ces température peuvent être de l'ordre de plusieurs centaines de degrés centigrades.
Avec d'autres substances, les limites de température les plus basses doivent être observées. Lorsqu'on utilise des substrats en matière plastique, la nature de la matière plastique détermine la température de fonctionnement sûr qui peut être utilisée. Dans tous les oas, l'élimination directe de la chaleur de la zone de décharge au moyen d'un agent de refroidissement insufflé des surfaces portant les substrats permet le fonctionnement à des pressions de décharge dans le gaz plus élevées d'une manière significative accompagnées de rendements augmentés.
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Les données de la figure 7 montrent également que, dans certaines circonstances, il peut être souhaitable d'opérer à une pression inférieure un minimum de Paschen de façon à bénéficier de la distribution des effets de chauffage locaux. Par exemple, dans l'appareil de la figure 2, la pression peut être ajustée pour que la décharge ne puisse circuler sur les surfaces des substrats ,que dans les régions où la longueur de l'intervalle est augmentée, c'est-à-dire dans l'intervalle produit par les surfaces des substrats qui convergent et qui divergent.
De cette façon, la chaleur occasionnée par la première décharge de polymérisation à laquelle sont soumises les surfaces des substrats sera dissipée par conduction . au premier jeu de rouleaux sur lesquels chaque substrat passe ensuite et par irradiation et convexion pendant le passage à travers la zone exempte de décharge de l'intervalle de séparation minimum des substrats entre les rouleaux. Après avoir été refroidi les substrats sont alors capables de subir l'action d'une plus grande quantité de chaleur lorsqu'ils passent à travers la seconde décharge, De même, avec la structure de la figure 6, la pression peut être ajustée pour distribuer la décharge sur une zone de surface refroidie.
La chaleur étant ainsi dispersée, les substrats et les pellicules de polymère qui sont par- ticulièrement sensibles à la chaleur pouvent être soumis à un passage à travers la décharge jusqu'à des énergies de décharge totales plus élevées, et la production est de ce fait accélérée.
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La figure 11 illustre encore une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle des électro- des constituées de plaques fixes courbes se faisant face par leurs parties convexes sont utilisées pour guider une paire, de substrats flexibles allongés dans la zone de dé- charge active avec une courbure plus graduelle que celle. de la figura 6. L'appareil de transport des bandes de la figure 11 emploie une paire de bobines d'approvisionne- ment 120,122, qui amènent chacune son substrat flexible respectif 122, 123 vers les bobines d'enroulement 124, 126 de telle façon que les surfaces exposées des substrats se rapprochent graduellement l'une ce l'autre jusqu'à ce qu'elles passent à travers une zone centrale d'espacement minimum, et ensuite qu'elles s'écartent l'une de l'autre, lorsqu'elles sortent de la zone centrale.
Les plaques de support métalliques, courbes et disposées de façon oppo- sée 128 et 130 ne fournissent donc pas seulement une struc- ture qui permet de régler l'espacement entre les surfaces des substrats, mais fournissent également des surfaces sur lesquelles les substrats peuvent être tirés et maintenus à plat pendant qu'ils sont traités. Dans cet exemple illus- tratif, chaque substrat 121,123 est constitué de matière plastique connue sous le nom commercial de mylar et peut avoir une épaisseur de 0,00064 cm environ. La surface ex- posée de chaque substrat a été préalablement revêtue d'une couche mince 125,127 d'aluminium d'une manière bien con- nue dans la technique.
Les plaques de support métalliques 128, 130 servent de puits de chaleur appropriés et elles peuvent être refroidies pour éliminer la chaleur du subs- trat pendant son passage à travers la zone de décharge ac- tive, permettant ainsi l'utilisation de courants plus élevés
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dans la décharge de polymérisation. A cette fin, des pas- sages longitudinaux (non visibles) dans les plaques de support 128 et 130 peuvent être reliés à un système d'ame- née d'agent de refroidissement approprié au moyen de tuyaux d'entrée et de sortie 136 et 138 à travers lesquels un fluide de refroidissement peut être amené et évacué.
Une énergie électrique est appliquée aux plaques de support par des conducteurs 140 et 142, la différence de potentiel nécessaire ntre les surfaces des substrats étant produi- te pa@ n couplage de capacité à travers les substrats de mylar -aux couches conductrices appliquées sur ces derniers.
Le mouvement des substrats est produit au moyen d'engrenages àroits 144 et 146, entraînés par des engrena- ges à vis sans fn 148, sur l'arbre d'entraînement 152.
L'arbre 152 peut tourner à des vitesses variables, mû par un moteur à vitesse variable 154 pour effectuer un régla- ge sur la vitesse de déplacement des substrats à travers la décharge de polymérisation. Le frein à patin 141 main- tient la tension nécessaire sur le substrat 121, et un frein analogue (non montré) maintient la tension sur le substrat 123.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, le rayon de courbure des plaques de guidage 128 et 130 et l'espacement entre elles .au point où elles sont le plus rapprochées sont choisis de façon à obtenir une longueur de la zone de décharge active qui soit compatible avec le temps de séjour nécessité des substrats à revêtir, en prenant en considération le courant de décharge maximum qui peut être fourni ainsi que la température maximum ac- ceptable des substrats lorsoue le système de refroidis- sement est en marche. Comme Les plaques sont incurvées
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l'appareil peut fonctionner soit au dessus soit au dessous de la pression minimum de Paschen et la décharge sera mise en place dans la région où l'intervalle de séparation des surfaces des substrats est minimum.
Comme indiqué précédem- ment, le fonctionnement préféré avec des matières données a lieuauxpressions les plus élevées.
Saufen ce qui concerne les détails mentionnés précédemment, le fonctionnement des structures des figu- res 1 et 2 et 2A, 6 et 1 est essentiellement le même. La configuration de la région de la décharge luminescente ain- si que la manière de l'effectuer sont établies en réglant les chemins traversés par les substrats. Une fois qu'on a formé ces chemins, les bobines d'approvisionnement sont alimentées en substrats appropriés enroulés et chaque subs- trat est guidé sur les chemins établis par le rouleau de tension, les rouleaux ou les guides fixes vers la bobine d'enroulement appropriée. L'appareil de transport étant ainsi pourvu de la matière à revêtir, l'enceinte en forme de cloche 6 est mise en place sur la plaque de base 2 et l'enceinte est vidée sous l'action d'une pompe à vide 22.
La soupape 20 est alors fermée et la soupape 24 est ouver- te pour faire entrer la substance gazeuse polymérisable par décharge luminescente venant du réservoir d'approv@- sionnement 26 dans l'espace à l'intérieur de l'enceinte en forme de cloche. Manifestement, la soupape 20 peut être remplacée par deux soupapes reliées à la conduite à vide, l'une pour évacuer initialement et rapidement l'atmosphè- ree qui se trouve dans l'enceinte 6 et l'autre pour éva- cuer les gaz monomères résiduaires à une caderoe inférieure minutieusement réglée.
De nombreuses substances gazeuses polymérisables se sont révélées utilisables dans la fabri-
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cation de pellicules diélectriques de polymère utilisant la polymérisation par décharge luminescente, entre autres le styrène, le tétra±luoréthylène, le benzène, le tétra- fluorure de silicium, le silicone diméthylique, le diméthyldichlorosilane etc... à l'état gazeux. De nombreuses autres matières peuvent naturellement être utilisées particulièrement lorsque des caractéristiques diélectriques meilleures ne sont pas essentielles au produit.
Au moyen du manomètre 19 et de la soupape de réglage de la pompe à vide 20, la pression dans l'e@@einte en forme de cloche 6 est réglée au niveau qui a été prédéterminé expérimentalement pour être la plus efficac pour entretenir le type désiré de décharge avec les matières de départ utilisées. La tension d'ionisation est fournie aux surfaces des substrats qui subissent la décharge au moyen d'une source d'énergie 36. Bien que la source d'énergie 36 puisse alimenter en courant continu ou en courant alternatif,' de nombreuses matières sont difficiles à polymériser avec du courant continu, et l'utilisation de courant alternatif lare fréquence élevée est préférée.
Lorsque le cou- plagt. de a capacité constituée par les substrats est utilisé pour amener la différence de potentiel nécessaire aux surfaces des substrats, la fréquence doit être assez élevée pour minimiser les pertes dans les substrats.
La borne de sortie de la source d'énergie est alors ajustée pour débiter le courant de décharge au taux désiré.
Comme le courant de décharge acceptable est une fonction de nombreuses variables, entre autres la configuration géométrique des structures employées, Les conditions opé- ratoires optimales pour un appareil particulier doivent être déterminées par expérimentation de chaque substance
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gazeuse polymérisable et des substrats aux caractéristiques très différentes.
Les facteurs qui affectent la quantité de courant qui peut être utilisée sont les conditions indésirables créés par l'émission d'étincelles sur les surfaces des substrats, la dégradation tolérable du polymère déposé, les déchets acceptables de substance gazeuse polymérisable dûs à la production de polymères non utilisés dans le volume entre les surfaces des substrats au lieu de sur les surfaces, la portion de surfaces des substrats dans la zone de décharge efficace, la vitesse de déplace- méat des surfaces des substrats à travers la zone de déeharge, la pression de la vapeur de la substance gazeuse polymérisable et la température à laquelle les substrats peuvent être exposés.
La décharge étant amorcée et réglée pour produire les conditions de décharge désirées, le moteur d'entra@- nement de l'appareil de transport peut être mis en marche pour déplacer les substrats à travers la zone de décharge active à une vitesse qui produit l'épaisseur de revêtement désirée. Lorsque la matière gazeuse brue est consommée dans la décharge, une autre quantité de matière est fournie de façon continua ou de façon intermittente par la soupape 24.
Les figuras 12, 13 et 14 sont des vues de profil d'autres formes de réalisation de l'invention montrant encore d'autres caractéristiques intéressantes.
Dans la forme de réalisation de la figure 12,on tire avantage des grandes surfaces disponibles sur un rouleau ou cylindre rotatif pour réaliser un support pour chaqus substrat le long d'une partie substantielle de sa longueur à la fois avant et après qu'il soit soumis à
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l'action de la décharge luminescente. De cette manière, l'existence de longueurs non supportées de substrat est minimisés, si bien qu'on évite ainsi un endommagement mécanique des types de matières plus sensibles, tandis qu'en même temps on fournit un support et un refroidis- sement maximum du substrat tandis qu'il est dans la zone de décharge. Un refroidissement maximum est obtenu en obligeant chaque substrat à rester en contact avec sa surface de refroidissement le plus longtemps possible.
Ainsi, le substrat 160 est amené de la bobine 162 d'une telle façon quelorsque le rayon de la bobine d'appro- visionnement est moindre,comme à l'extrémité d'un intervalle de pro@. '-tion, le substrat 160 soit tangent au cy- lindrâ 164 à un point bien en avant de la région de la décharge luminescente établie par les points où les cylindres 164 et 166 eont le plus rapprochés. De même, le substrat 160 quitte la surface du cylindre 166 en un point sur la circonférence du cylindre qui est bien audelà de la région de la décharge luminescente.
La bobine d'enroulement 168 est par conséquent placée sur le côté du cylindre 164 opposé à la décharge luminescente de fa- çon à ramener à un maximum la période de temps que le substrat 160 passe en contact avec le cylindre 164 après que la polymérisation par décharge luminescente ait été effectuée. L'amenée et l'enroulement du substrat 170 au moyen des bobines d'approvisionnement et d'enroulement 172 et 174, respectivement, sont effectués de la manière que l'on vient jus-te de décrire pour le substrat 160,
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pour obtenir le même résultat.
Le refroidissement des cy- lindres 164 et 166 est effectué par amenée d'un agent de refroidissement approprié à chaque cylindre d'une maniè- re bien con@ue dans la technique et cet agent est évacué des cylindres, par exemple, au moyen de liaisons tubulai- res centrales 175 et 177 montées à pivotement et fixées à l'axe de chaque cylindre.
Pour éviter l'application d'une tension indé- sirable aux substrats pendant le traitement, il est sou- liai tabla ? lorsqu'on manipule des substrats qui peuvent s'allongera d'entraîner non seulement les bobines d'enrou- lement 168 et 174, mais également d'entraîner les cylin- dres 164 et 166.
Comme les vitesses angulaires des bobines d'alimentation et d'enroulement sont une fonction de la quantité de substrat qu'elles portent à un moment donné, on préfère entraîner les cylindres 164 et 166 à une vites- se constante et prévoir des entraînements à vitesses va- riables pour maintenir constantes les vitesses périphéri- ques des 'bobines d'alimentation et d'enroulement, comme le comprendront les spécialistes.
La connexion électrique pour fournir la tension de polymérisation aux cylindres 164 et 166 peut être réa- lises au moyon de conducteurs de liaison 176 et 178, res- pectivementg rsliés aux tuyaux de refroidissement 175 et
177. Dans le cas de substrats métalliques pleins, la con- nexion entra la surface du substrat et le cylindre est faite directement par le métal du substrat, tandis que dans le cas de substrats de matière plastique simple ion conducteurs;) la différence de potentiel nécessaire eutre ' les surfaces exposées peut être établie par couplage de ca- pacité comme décrit ci-dessus dans la description de la figure 6.
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La figure 13 illustre encore une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle la polyméri- sation d'une pellicule sur les surfaces isolées ou conduotrices d'une paire de substrats mobiles est réalisée en faisant passer le substrat à travers une suite de zo- nes de décharge luminescente. Cette structure est bien adaptée pour réaliser n'importe quelle épaisseur désirée de pellicules déposé- par la multiplication des éléments de façon à obtenir n'importe que:. nombre désiré de déchargea de polymérisation successives.
Dans l'appareil de la figure 13, des espacements étroits entra les surfaces des substrats en traitament sont prévus mtre des paires successives de rouleaux ou cylindres excités par un courant électri- que la première pairs étant désignée par les notations da références 220, 222 et la sec@nde paire étant désignée par les notations de références 224, 226. Les espacements entre les rouleaux de chaque paire sont maintenus cons- .tante dans un sens transversal au sens de déplacement d@s substrats pour assurer l'uniformité du dépôt de pellicule dans la largeur des substrats.
Chaque substrat 228, 230 est fourni par sa bobine d'alimentation respective 232,234 qui peut, de façon appropriée, être placée à l'arrière du rouleau avec lequel elle est associée et donc placée lors de la région de décharge luminescente, de telle sorte que chaque substrat passe, de préférence, plus de 1800 en contact avec la surface de son cylindre. Après être passés sur la première paire de surfaces de cylindres, les substrats passent sur les rouleaux tournant en sens inverse 236, 238 et se dirigent vers les surfaces du se- ctnd jeu de cylindres excités par un courant électrique
224, 226.
Les cylindres qui tournent en sens inverse 236,
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38 li)mX'?Sl1' Être constitues de métal tel que de l'aluminium nais loo :?'faees en contact avec la pellicule déposée doiVX41; ,'h:::'-9 listes et exemptes d'éraflures. Dans ce but, on #etiiico do a.9?,ere satisfaisante un revêtement en matière V1Qsti0uüo 1es diamètres et la place des cylindres qui tourriosit on oeas inverse sont choisis de façon à produire des ;0';vQleu 9inima pour le déplacement non supporté des DU'Jt(ùX'è.;;0 oatee les rouleaux tandis qu'on évite l'écoulement floa ocmsOT.63 de décharge entre les surfaces exposées des C;7:Vl:lL:!:'Ç.rj doat il est question.
Les substrats 228 et 230 C']:: 02l:ú,-llGO :::rl'1:" 1""13 bobines d'enroulement 240 et 242 sjt'èrj i2 Doien' passés à travers la seconde zone de dé- ,sn ; mÛh los cylindres excités par un courant éleotri-
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f\iio ë24p 226 Ùa la seconde paire. Comme avec les structures G';>,:: ?iG1!:'>(jfJ 6P 13 et 14, les rouleaux ou cylindres portant la-1 .a :rr 220 , 226 reçoivent un agent de refroidissement !25.' dos 's-ny# reliés axialement 243, 245, 247 e't 249 pour };..:.:.mcd.'G::2 121:'), fonctionnement à des densités de courants plus 013vf0LiTI endommagement des substrats. Si nécessaire, les L"-'i?ies#: da tension 236, 238, o'est-à-dire les rouleaux qui tcxn0nt en sens inverse peuvent également être refroidis.
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Cû9 O les formes de réalisation des figures 2, 6 et 12, 1'J s'nbc'ti-a.e& sensibles à la tension peuvent être protégés ooirts'e ijcuts tension en entraînant tous les éléments rotatifs fus des vitG8B8Ç; telles que l'on obtienne des vitesses péripdric'Ros écartantes de façon à relâcher la tension des i.mbstra'6 . 0 ûénergie électrique pour exciter les surfaces Ô:::o G;'i!b1'rc:1.;8 entre chaque paire de rouleaux 220, 222 et 3?4p p 255 cet fournie'au moyen de conducteurs électriques 24 4 p ?A6t 248 et 20 qui sont tous reliés électriquement v .OV2'C o''lo'3.'MX respectifs au moyen des conduits de refroi -.
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dissement 243,245, 247 et 249.
Pour simplifier le circuit d'alimentation en énergie!,les conducteurs de liaison 244 et 246 pouvant être reliés à une borne d'entrée de la source d'énergie et les conducteurs de liaison 248, 250 peuvent être reliés à l'autre borne.Une série de cylindres de ce
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typas qv:1 #Ait ¯ '4 MA,S ¯ d =!gr3 de convergence et de divergenes rapide 3 a.c la zomo de décharge offre l'avantage d'une efficacité élevée 9 d'une décharge à pression élevée et permet un rythme de production élevé.
La polymérisation par décharge luminescente aveo les structures des figures 12 et 13 peut être réalisée à l'intérieur de l'enceinte à vide décrite à la figure 1
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d'une ffiLh"'liè:!:9 dwsS'itc1 en détail ci-dessus en se référant à la description de la figure 11.,
Le nombre de polymérisations successives qui peuvent être réalisées dans un appareil du type montré à la fi- gure 13 ne dépend que du nombre de régions successives de
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décharge 1:is:;::n.t up-blieq dans l'appareil et l'épaisseur finale du produit fini dépend de la quantité de polymère qui peut être déposée dans chaque zone et du nombre de couches de polymère ainsi produites.
La figura 14 décrit une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle une paire de substrats, traités dans -un appareil analogue pour l'essentiel à celui de la figura 6 et ayant les caractéristiques montrées . à la figure 6A passe dans un solvant pour dissoudre le substratou support.
Dans l'appareil de la figura 14p un substrat
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flexible D /;1 t!E'.:O -vi 1-,,:'ép11i;ala.te de polyéthylène d'une s9ai08QU de Op00064 "s environ est enroulé sur deux obinon 256 et 258 ,3our amener les riubolui-ats 252, 254 aux sur- faces des rouleaux 260, 262. Apres être venus en contact
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avec les surfaces opposées de rouleaux 260,262 et être passés entre ces surfaces, où la décharge luminescente de polymérisation est maintenue, les substrats 252 et 254 sont guidés dans un solvant 254 qui est contenu dans un réservoir 266.
Pour assurer le passage du substrat 252 le long d'un chemin divergent du substrat 254 après avoir quitté les rouleaux 260, le substrat 252 passe sur un rou- leau de tension 280 qui sert à la fois à inverser le sens de déplacement afin de permettre une entrée appropriée dans le bain de solvant 266 età garantir que le chemin désiré du substrat est effectué dans et après la zone de décharge. le bain dans lequel le substrat de mylar est dissous peut être constitué de n'importe quel solvant ap- proprié qui puisse éliminer le mylar sans altérer de façon significative la composition de la pellicule déposée.
Lors- que la pellicule déposée est constituée d'un hydrocarbure perfluoré qui résiste aux attaques des solvants les plus courantsle choix du solvant est assez étendu; des solvants tels que le tricrésylphosphate chaud, l'alcool benzylique à 160 C, le crésol etc... se sont révélés utilisables. Lors- que des pellicules constituées d'autres matières doivent être séparées,* un substrat est choisi qui puisse être dissous dans un. solvant qui soit incapable de dissoudre la pelli- cule particulière déposée.
Ainsi du polystyrène ou du poly- éthylène ordinaire, peut être utilisé comme substrats pour pellicules d'hydrocarbures perfluorés ou pour du styrène ré- tifié polymérisé par décharge luminescente et les substrats peuvent être dissous dans du toluène. Pendant le passage à travers le solvant,les substrats revêtus d'une pellicule 252, 254 passent sur les rouleaux de guidage 268,270 et 272, 274 respectivement. Après la séparation et l'enlèvement
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des substrats de mylar dans le solvant, les pellicules poly- mérisées par décharge dans le gaz, maintenant exemptes de substratssont lirées séparément et enroulées sur les bobines d'enroulement 276, 278.
Du fait de la nature fragile des pellicules séparées qui peuvent avoir une épaisseur aussi mince qu'un micron, le réglage de l'installation de manipulation des pellicules pour empêcher l'implication de tensions indues à la matière séparée est nécessaire.
A cette fin, les rouleaux de support 260, 268, 272 et 274 ainsi que les bobines d'enroulement 276, 278 doivent tous être entraîna (par un appareil non montré) et leurs vi- tesses relatives soigneusement réglées pour éviter d'ap- pliquer sur la. pellicu'sune tension non nécessaire.
Du fait du mélange vraisemblable de la substn- ce gaseuse polymérisable et des vapeurs émises par le solvant} avec les effets habituelle@ent indésirables que cela peut entraîner sur la composition des pellicules polymérisées par décharge luminescente qui est réduite, l'ap- pareil de la figure 14 est muni d'une barrière de protection contre la vapeur pour empêcher le passage de quantités importantes de vapeur dans la région de décharge.
Comme s'entrela barrière de protection est simplement un élément de résistance à la vapeur 286 équipé d'orifices munis de joints métalloplastiques appropriés 288,290 à travers lesquels les substrats 252,254 passent de la partie de l'enceinte où se trouve la décharge à la partie de dissolution. Les bords de la barrière sont également
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munis de joints métalloplastique 292, pour réaliser un scellage qui empêche la vapeur de s'écouler entre le pourtour de la barrière 286 et les surfaces d'assemblage de l'enceinte hermétique (non montrée) dans laquelle l'appareil marche.
Il est évident que d'autres structures d'appareil de polymérisation telles que celles montrées à la figure 13 peuvent être utilisées à la place de celle qui eet montrée à la figure 14 et la pellicule de polymère obtenue peut être séparée de son substrat.
On doit comprendre que les formes de réalisation de l'invention décrites ci-dessus ont de larges applications. De nombreuses substances gazeuses sont appropriées pour former des pellicules minces par polymérisation par décharge luminescente et une grande variété de substrat peut recevoir des pellicules.
Par exemple, en plus des substances gazeuses qui sont utilisables pour produire des diélectriques de haute qualité et ayant des résistances d'isolement élevées et des facteurs de puissance faibles, comme décrit ci-dessus, de nombreuses autres matières qui sont utiles pour de nombreux autres buts peuvent être utiliséesPar exemple une matière contenant du silicium comme un silicone, peut être utilisée pour fournir une surface ayant de bonnes caractéristiques d'imperméa- bilité à l'eau à un métal ou une matière plastique qui n'avait pas ces caractéristiques à l'origine.
De même, un hydrocarbure perfluoré, tel que le polytétrafluoréthylène, peut être appliqué à une surface de métal ou de matière plastique de façon à protéger cette surface contre tou- te attaque par des produits chimiques vis-à-vis desquels l'hydrocarbure perfluoré utilisé est inerte.
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De même, bien que l'accent a été porté, dans les descriptions ci-dessus, sur 'a production de pelli- cules d'épaisseur uniforme pour utiliser dans des applications électriques où une épaisseur constante est souhaitable, il apparaîtra aux spécialistes que des pellicules ayant des variations réglées en épaisseur peuvent également être @ro- duites par des variantes appropriées de l'invention. Par exemple, une pellicule amincie, c'est-à-dire qui va en di- minuant dans l'épaisseur de la pellicule peut être produi- te en inclinait les largeurs des surfaces des substrats l'une vers l'autre dans la zone de décharge.
En outre, il apparaîtra que les enseignements de base de l'inv@@tion peuvent être mis à profit dans des structures adaptées pour produire des revêtements sur les deux cotés d'un substrat, au moyen d'un second passage dans une zone de décharge avec le substrat à l'envers, ou au moyen de décharges luminescentes séparées espacée le long du chemin de déplacement du substrat sur les cotés opposés du substrat.
Par souci de brièveté, les diverses caractéristi- ques ont été illustrées et décrites en liaison avec seule*- ment une forme de réalisation illustrative de l'invention.
Il est: bien entendu que ces caractéristiques peuvent être utilisées en combinaison avec des caractéristiques mon- trées dans d'autres formes de réalisation sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
Les revendications suivantes doivent donc être considérées comme une interprétation en accord avec l'es- prit de l'invention plutôt que limitées aux formes de rêa- lisations spécifiques illustratives décrites particulière- ment dans le présent mémoire.