FR2584099A1 - Agencement pour traiter des pieces dans une chambre a vide - Google Patents

Abstract

AGENCEMENT POUR TRAITER DES PIECES DANS UNE CHAMBRE A VIDE 1 DANS LAQUELLE SONT DISPOSES DES MOYENS DE REVETEMENT ET DE FIXATION 2 DES PIECES A REVETIR 3, AINSI QUE DES ELECTRODES 2, 12 AFIN DE PERMETTRE DE REALISER, ENTRE ELECTRODES ET PIECES, UNE DECHARGE ELECTRIQUE AUX FINS DU TRAITEMENT. A DES GROUPES INDIVIDUELS DE PIECES 3 SONT ASSOCIES, A RAISON DE UN PAR GROUPE, DES DISPOSITIFS DE REGLAGE 6 DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE FOURNIE A CES GROUPES DE PIECES.

Description

AGENCEMENT POUR TRAITER DES PIECES

DANS UNE CHAMBRE A VIDE

L'invention concerne un agencement pour traiter des pièces dans une chambre à vide. De nombreux procédés de traitement sous vide exigent que les pièces à traiter dans la chambre à vide soient portées à une température accrue. Par exemple, par un chauffage dit de dégazage, des surfaces à revêtir peuvent être débarassées de gaz absorbés qui, autrement, compromettraient l'adhérence des couches appliquées ensuite. De nombreux procédés de revêtement exigent que les substrats soient à une température accrue afin de permettre la réalisation de processus chimiques sur les surfaces de ces substrats. En particulier, cela est souvent le cas avec les procédés de dépôt chimique en phase vapeur, lorsque des matières initiales apportées sous forme de gaz ou de vapeur dans la chambre à vide, sur les surfaces à revêtir, sont décomposées par la chaleur afin de provoquer le dépôt d'une couche sur les surfaces. Un problème fréquent est celui du choix d'une température aussi élevée que possible pour réaliser un dégazage suffisant ou, pour tout autre traitement thermique préalable, alors qu'en même temps les matières concernées ne doivent pas être chauffées au-delà d'une température maximale admissible, afin de ne pas être endommagées. En particulier, les matières plastiques ne doivent pas être chauffées au-delà d'une limite de température donnée, alors que pour les aciers la température de traitement admissible est limitée par la température dite de revenu, de l'ordre de 200 C à 700 C. Or, choisir une température de traitement aussi élevée que possible et, en même temps, ne pas dépasser une température maximale admissible, constitue un

problème difficile à résoudre.

Pour le chauffage, diverses méthodes ont jusqu'à

présent été utilisées dans les installations sous vide.

Par exemple, des creusets de fusion ont été munis d'un chauffage par résistance, ou de moyens de chauffage par induction, et les substrats -à revêtir ont souvent été chauffés grâce à une liaison entre leur monture et des

moyens de chauffage par résistance.

Pour le traitement thermique de pièces, notamment de pièces de formes compliquées, on a aussi utilisé, de nombreuses manières différentes, le chauffage par décharge électrique en milieu gazeux, chaque pièce étant branchée en cathode et formant un trajet de décharge avec une anode. On connaît aussi le chauffage par arc, réalisé soit en branchant la pièce en tant qu'électrode d'un trajet de décharge, soit en recourant à un

échauffement par simple rayonnement fourni par l'arc.

Pour ce chauffage, on utilise fréquemment, depuis peu, un arc à basse tension, c'est-à-dire un arc au sein duquel la chute de tension est inférieure à 200 V. La puissance thermique d'un tel arc à basse tension se manifeste surtout aux électrodes, l'anode étant chauffée par un intense bombardement par des électrons provenant du plasma. Des dispositifs de chauffage de ce genre sont utilisés par exemple pour la fusion de métaux dans des creusets. Une possibilité particulièrement avantageuse du chauffage de pièces par arc sous basse tension est décrite dans la demande de brevet allemand DE-OS 33 30 144. Selon ce document, l'arc brûle entre une cathode incandescente agencée dans une chambre séparée communiquant avec la chambre de traitement par une ouverture, et une anode principale agencée dans la chambre de traitement, les pièces à chauffer étant agencées, comme une enveloppe, autour de l'axe de l'arc et étant également connectées en tant qu'anodes. Le chauffage s'effectue par bombardement électronique et son intensité peut être commandée par la tension de

polarisation positive des pièces.

Pour obtenir une température uniforme de toutes les surfaces à traiter, lorsque l'on chauffe au moyen d'une décharge électrique en milieu gazeux, le brevet suisse CH 417 790 propose que les pièces à traiter soient réparties en plusieurs groupes et que chacun de ceux-ci soit relié à une phase d'un réseau de courant polyphasé correspondant, puis de changer cycliquement, à intervalles de temps égaux prédéterminés, les connexions de raccordement aux phases individuelles. Toutefois, cette mesure ne permet manifestement de compenser qu'une éventuelle différence de la puissance fournie par les diverses phases du fait de tensions différentes, mais ne permet pas de compenser les différences de tempérarure provoquées, dans la chambre de décharge en milieu gazeux, par l'agencement, la masse et la forme des pièces. Pour cette raison, dans ce cas connu, il faut également, par un agencement soigneux des pièces des trois groupes de pièces à l'intérieur du récipient de décharge, veiller à ce que les pertes thermiques par rayonnement thermique soient les mêmes pour toutes les pièces à traiter. En outre, il faut en même temps que l'agencement par rapport aux contre-électrodes soit tel que, dans la décharge, aucune pièce ne soit désavantagée par rapport aux autres. Il est extrêmement difficile de satisfaire simultanément à ces deux exigences, de sorte qu'un chauffage réellement égal est à peine réalisable,

malgré le changement cyclique mentionné.

La présente invention a pour but de parvenir à un agencement avec lequel les pièces individuelles ou les groupes de pièces individuels pourront être traités de manière égale ou, si on le désire, de manière

différenciée.

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L'agencement selon l'invention, pour traiter des pièces dans une chambre dans laquelle on peut établir un vide et dans laquelle sont disposés des moyens de revêtement et de fixation des pièces à revêtir, ainsi que des électodes afin de permettre de réaliser, entre ces électrodes et les pièces, une décharge électrique aux fins du traitement, est tel qu'à des groupes individuels de pièces sont associés, à raison d'un par groupe, des dispositifs de réglage de la puissance

électrique fournie à ces groupes de pièces.

Pour le cas particulier o les pièces individuelles doivent être soumises à un traitement thermique différencié de manière déterminée, l'invention propose d'associer, à chaque pièce individuelle, un dispositif de réglage de la puissance fournie à cette pièce pour la chauffer. Comme dispositifs de réglage de la puissance fournie aux pièces ou groupes de pièces individuels, des appareils d'alimentation électriques séparés, pour la décharge en milieu gazeux, s'avèrent

convenir particulièrement bien.

L'agencement selon l'invention offre aussi l'avantage de permettre de chauffer avec une forte puissance et, lorsqu'on approche de la température maximale, de régler la puissance en la réduisant de sorte que, bien que la montée en température soit rapide, le maximum de température admissible pour chaque groupe de pièces ou pour chaque pièce individuelle ne soit pas dépassé. En outre, dans le cas de chargements mixtes de pièces à traiter, ayant des formes très différentes, ou faites de matières très différentes, on ne se trouve plus tributaire d'une répartition de courant imposée par les circonstances. Au contraire, les puissances de chauffage peuvent être réglées individuellement. La possibilité de commencer le chauffage avec une puissance et de parvenir ainsi rapidement à la température de traitement optimale, tout en maintenant néanmoins, de manière sûre, chaque groupe à une température inférieure au maximum admissible, même si l'on doit se rapprocher très fortement de celui-ci, conduit à un processus de chauffage économiquement optimal. L'invention prévoit en outre, pour la décharge en milieu gazeux, une chambre à vide, laquelle communique par une ouverture avec une chambre cathodique dotée

d'une cathode à incandescence.

On décrira maintenant une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement

limitative. sa description est illustrée par le dessin

annexé dont la figure unique représente une installation de traitement sous vide, dans laquelle le chauffage est

effectué au moyen d'un arc sous basse tension.

Sur le dessin, la référence 1 désigne un récipient à vide en forme de cloche avec dispositifs de fixation 2 qui supportent les produits à chauffer. Ces dispositifs de fixation sont fixés à la plaque de fond 5 du récipient au moyen d'isolateurs électriques 4 et sont électriquement reliés au pôle positif de deux appareils d'alimentation 6, par l'intermédiaire de traversées de courant étanches. A la partie supérieure du récipient, on a prévu une chambre 8 pour cathode incandescente. Par une ouverture 9, cette chambre cathodique est reliée au volume intérieur du récipient 1. Dans cette chambre cathodique est agencée la cathode à incandescence 12 supportée par une plaque isolante 11. Cette cathode incandescente peut être un fil chauffé par le passage d'un courant. Toutefois, elle peut aussi être réalisée

sous la forme d'une cathode creuse chauffée ou auto-

chauffante. Une valve de réglage 13 sert à admettre du gaz dans la chambre de la cathode à incandescence. La bobine magnétique 14 engendre un champ magnétique coaxial au récipient 1. Avant l'exécution d'une opération de chauffage, on fait le vide dans le récipient ainsi que dans la chambre cathodique qui lui est reliée, à l'aide d'une pompe pour vide poussé, la mise sous vide étant effectuée par une tubulure de pompage 7, jusqu'à ce que l'on atteigne une pression inférieure à environ 0,01 Pa. La pompe fonctionnant, on laisse alors entrer, par la valve 13, du gaz, par exemple de l'hélium ou du néon, en quantité telle qu'une pression comprise entre 0,1 Pa et 1 Pa s'établisse dans le récipient. On chauffe alors la cathode à incandescence 12, et l'on branche les appareils d'alimentation 6. Ceux-ci produisent une tension électrique de, par exemple, 100 V (pour amorcer l'arc basse tension, il est avantageux que la paroi isolée avec l'ouverture 9 soit brièvement mise au potentiel anodique, ou soit reliée en permanence, par une résistance ohmique, au pôle positif des appareils d'alimentation 6, de manière que l'allumage s'effectue automatiquement). Les électrons qui, par l'ouverture 9, pénètrent dans le récipient 1 suivent, si l'intensité du champ est suffisante (par exemple 0,01 Tesla), les lignes de champ sur des trajectoires spiralées ayant de très faibles rayons, de sorte qu'il s'établit sur l'axe central une colonne de plasma dont le diamètre est déterminé par le diamètre de l'ouverture 9. Avec un courant d'arc de 100 A et une tension d'arc de 70 V, on a pu transmettre au support 2, autrement dit aux produits à chauffer 3, une puissance de chauffage de

l'ordre de 4,2 kW (rendement: 60 %).

La bobine 14 engendre, pour l'essentiel, un champ magnétique parallèle à l'axe vertical du récipient, et l'on peut voir que les lignes de champ magnétique passant longitudinalement à proximité de l'axe, par le faisceau de plasma, n'intersectent pas les produits à chauffer. Dans l'espace compris entre le faisceau de plasma et les surfaces à chauffer règne également un champ magnétique sensiblement parallèle à l'axe, ayant pour effet que les électrons se répartissent assez uniformément en direction axiale avant d'arriver sur les surfaces à chauffer. On obtient ainsi une fourniture d'énergie sensiblement égale sur les surfaces individuelles. Selon l'invention, la puissance fournie aux deux dispositifs de retenue représentés dans le présent exemple peut être réglée séparément, à savoir à l'aide des appareils d'alimentation électriques 6. Ces deux appareils permettent de régler indépendamment l'un de l'autre les courants de décharge des deux groupes de substrats, de façon que chaque groupe reçoive de la décharge au sein du gaz la puissance prévue pour ce groupe. Ces appareils peuvent donc, selon ce qui est désiré, être réglés soit pour fournir des puissances rigoureusement égales ou établir des températures égales sur les pièces, soit pour fournir des puissances ou des températures différentes. Les paramètres nécessaires pour obtenir un chauffage optimal des pièces individuelles ou des groupes de pièces peuvent être facilement déterminés au préalable, soit par le calcul, soit par des essais préliminaires. Bien entendu, l'invention n'est pas seulement applicable, comme dans l'exemple représenté, à deux pièces ou groupes de pièces séparés, mais à une pluralité de tels groupes ou pièces, dans la même installation. Dans ce dernier cas, si chaque pièce, du fait de sa forme différente ou de la matière qui la constitue, ou pour d'autres raisons, doit être chauffée différemment, on peut alors, comme déjà mentionné, prévoir pour chacune d'elles un dispositif, qui lui est propre, pour régler la puissance de chauffage qui lui est fournie, donc la température qui

lui est impartie.

Bien entendu, pour atteindre le but indiqué, on peut utiliser non seulement les appareils d'alimentation connus pour décharges dans les gaz, mais aussi d'autres

sources de courant, éventuellement aussi des batteries.

De plus, le réglage individuel peut aussi être effectué en alimentant plusieurs substrats ou pièces, ou tous les substrats ou pièces, à partir d'une source de courant commune avec amenée de courant dotée de ramifications allant aux consommateurs de courant individuels, des dispositifs de réglage ou de régulation du courant de décharge étant alors prevus sur ces ramifications. Dans le cas le plus simple, il suffit, avec une source de courant commune, de disposer sur chaque branche de courant à régler individuellement une résistance de réglage ou un potentiomètre afin de fixer avec précision

l'intensité du courant de décharge pour chaque branche.

Comme connu, au lieu de recourir à un bombardement électronique, on peut chauffer des surfaces par bombardement ionique. Cela offre l'avantage que la surface traitée est en même temps attaquée et peut ainsi être soumise à un nettoyage précédant un autre

traitement, par exemple une opération de revêtement.

Avec l'installation décrite, un tel bombardement ionique peut être facilement réalisé en appliquant à la monture des pièces un potentiel négatif par rapport au plasma de la décharge par arc sous basse tension. Il est alors opportun qu'une électrode auxiliaire servant d'anode soit en outre agencée, de préférence à proximité de la plaque de fond 5. Une courte barre métallique maintenue à un potentiel positif par rapport à la cathode incandescente 12 suffit pour cela. La paroi interne de la chambre de traitement peut aussi, de manière simple, servir de contre-électrode (anode), auquel cas la cathode incandescente doit être électriquement isolée de la masse (chambre de traitement) et mise à un potentiel négatif approprié. Si des substrats se trouvant à un même potentiel électrique sont échauffés par bombardement d'électrons ou d'ions produits par une décharge en milleu gazeux, la répartition de la puissance sur les substrats dépend alors de leurs dimensions, de leur emplacement à l'intérieur de la décharge, et de leurs influences mutuelles réciproques. L'ensemble du chargement doit être chauffé jusqu'à ce que le substrat ayant la plus forte capacité thermique ait atteint la température nécessaire. Comme déjà expliqué, l'art antérieur connu comportait en outre un risque de surchauffe des pièces

ayant une plus faible capacité thermique.

Bien que, dans les exemples précédents, l'invention ait été décrite principalement en considérant le chauffage de substrats, il est néanmoins évident, pour l'home de l'art, que la commande individuelle des puissances électriques fournies aux pièces dans les différentes branches d'une décharge en milieu gazeux peut aussi être appliquée à d'autres procédés de traitement dans lesquels il y a une telle décharge en milieu gazeux. Par exemple, une décharge en milieu gazeux peut aussi servir au bombardement ionique de pièces pour provoquer dans leur surface une modification de structure cristalline par implantation d'ions. Dans tous les cas d'application, l'invention offre cet avantage que l'intensité de traitement peut être réglée, pour les pièces ou groupes de pièces individuels, de manière telle que l'on peut réaliser une compensation éliminant les inconvénients qui, autrement, se manifesteraient du fait des différences d'agencement à l'intérieur de la chambre de décharge en milieu gazeux. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que

leurs combinaisons.

Claims (4)

REVENDICATIONS:

1. Agencement pour traiter des pièces dans une chambre à vide (1), dans laquelle sont disposés des moyens de revêtement et de fixation (2) des pièces à revêtir (3), ainsi que des électrodes (2,12) afin de permettre de réaliser, entre ces électrodes et les pièces, une décharge électrique aux fins du traitement, caractérisé en ce qu'à des goupes individuels de pièces (3) sont associés, à raison d'un par groupe, des dispositifs de réglage (6) de la puissance électrique

fournie à ces groupes de pièces.

2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque pièce individuelle (3) est associé un dispositif de réglage (6) de la puissance

fournie à cette pièce.

3. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, comme dispositifs de réglage de la puissance fournie, -des appareils d'alimentation électriques séparés (6) pour la décharge

en milieu gazeux.

4. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, pour la décharge en milieu gazeux, une chambre à vide (1), laquelle communique par une ouverture (9) avec une chambre

cathodique dotée d'une cathode à incandescence (12).