Eric Mistretta (LaL) Groupe technologies du vide

1. Présentation SDTM (le 05/03/2014) Eric Mistretta (LaL) Groupe technologies du vide Système d’étuvage ultramince Programme Investissements d’avenir de l’Etat ANR-10-EQPX-51. Financé également par la Région Ile-de-France. Program « Investing in the future » ANR-10-EQOX-51. Work also supported by grants from Région Ile-de-France.

2. Étuvage ultramince Intérêt • Trouver un moyen de chauffage des enceintes ayant une faible épaisseur et offrant une bonne conduction thermique durable dans le temps • Les différents systèmes d’étuvage in situ existants soit sont trop épais (cordons chauffants), soit posent des problèmes de tenue dans le temps (décollement) Objectifs • Mise en place de l’étuvage sur les chambres de ThomX avec aimants • Validation du système par rapport aux contraintes (température limite, épaisseur faible et perméabilité magnétique limite) Contraintes • La résine des aimants ne peut pas supporter une température supérieure à 110°C • Les aimants sont très proches de la chambre (à environ 1mm) • Perméabilité magnétique ne dépassant pas 1,01

3. Composition de l’étuvage ultramince 2 couches isolantes Utilisation du tour Couche réflectrice Le système d’étuvage installé sur la chambre de test pour les essais est composé de (dans l’ordre depuis la surface de la chambre): • 2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm • 1 bande chauffante en inox 1 x 50µm • 2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm • 1 à 3 couches réflectrices n x 50µm Épaisseur totale (hors bande de compression): 0,34mm avec 1 couche réflectrice (arrondie à 0,4mm) 0,39mm avec 2 couches réflectrices (arrondie à 0,4mm) 0,44mm avec 3 couches réflectrices (arrondie à 0,5mm) Bande de compression. Enlevée après polymérisation Bande chauffante inox

4. Montage de test • Chambre écrasée aux dimensions de celles de ThomX. (approx.) • Maquette simulant les aimants pour mesures de température sur les mors. • Alimentation, coffrets régulateurs, thermocouples et boitiers enregistreurs pour les relevés de température. Pôle inter Pôle exter Thermocouples Chambre centre Installation en salle climatisée Maquette 180mm Avec coque extérieure

5. Essais de chauffage Différents tests effectués: - Températures maximales atteintes par les mors de test (T° et ∆T/chambre)  Comparaison des mesures avec 1, 2 et 3 couches réflectrices - Étuvages avec régulateurs et colliers de brides (condition d’utilisation) à 180°C - Test d’étuvage de 5 jours (test de durée) - Tenue du système à la montée en température Procédure - Étuvage sur plusieurs heures et relevés des T° de la chambre à l’intérieur de la maquette et sur les mors. - Température d’étuvage : 160°C

6. Essais de chauffage Des cales sont utilisées pour régler la distance des mors à la chambre. Les essais sont effectués en salle climatisée : • avec 1 couche réflectrice : 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette • avec 2 couches réflectrices : 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette • avec 3 couches réflectrices : 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette 12 essais de température au total Paramètres : I = 3,4A pour une température de la chambre d’environ 160°C (à l’air libre) → U = 40V, P = 137W (alimentation TruplasmaDC3002) Ce courant d’alimentation a été déterminé par des essais préalables de chauffage de la chambre à l’air libre. • Des mesures supplémentaires au contact (0,4mm de la chambre) ont été effectuées en cours de tests.

7. Comparaisons entre 1, 2 et 3 couches réflectrices T° max 73°C pour 1 couche réflectrice au contact (0,4mm de la chambre) (T = 71°C pour 1c à0,7mm de la chambre) Entre 2 et 3 couches : • La baisse de T° constatée sur les mors est quasi nulle avec l’ajout d’une troisième couche réflectrice. • Le gain en ΔT avec la troisième couche réflectrice est de 1,5°C environ en moyenne. Peu de différences apparentes entre 2 couches et 3 couches. ΔT Entre 1 et 2 couches : 4,2°C • La baisse de T° constatée sur les mors avec l’ajout d’une deuxième couche est en moyenne de 4°C environ. • Le gain en ΔT avec la deuxième couche réflectrice est de 5°C environ en moyenne. • Différences apparentes entre 1 couche et 2 couches. Pôle intérieur 1 couche réflectrice suffit à maintenir les mors à une température largement inférieure à la limite acceptable sur les aimants. La difficulté plus importante et le coût supérieur rendent inopportuns l’ajout d’une couche supplémentaire.

8. Essais avec régulateurs et colliers de brides La température de régulation est de 180°C. Les essais sont effectués à la tôlerie : avec 1 couche réflectrice : 0,4mm* / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette 5 essais de température au total Deux thermocouples sont ajoutés pour permettre la régulation de température de la chambre hors maquette pour l’un et la mesure de contrôle par un boitier enregistreur pourl’autre. *0,4mm = au contact de la couche réflectrice

9. Essais avec régulateurs et colliers de brides Résultats: T° max = 81°C (au contact) pour une T° chambre de 202°C dans la maquette ΔT min de 121°C (au contact) L’étuvage est parfaitement opérationnel. Les températures relevées restent bien en deçà de la limite acceptable.

10. Essais 5 jours à 200°C (régulateurs et colliers) Résultats: T° max = 88°C sur un mors pour une T° chambre de 224°C dans la maquette Bonne tenue dans le temps. Pas de problème constaté. Les températures relevées restent bien inférieures à 110°C.

11. Essais de montée à 300°C (régulateurs et colliers) Procédure: Augmentation par paliers de la température de régulation : 1,5 journée à 260°C. 1,5 journée à 300°C. Résultats: régulation = 260°C  T° chambre = 280°C env. régulation = 300°C  T° chambre = 320°C env. Pas de problème à signaler. Bonne tenue en température. Après refroidissement, enlèvement de la couche réflectrice. Les couches kapton sont bien collées entre elles, l’ensemble est homogène. La conduction thermique semble bonne.

12. Conclusion Distance chambre-aimants : 1mm env. ↔ épaisseur étuvage mince : 0,4mm env. T° max admissible : 110°C ↔ T° max relevée : 81°C (pour 180°C) Par ailleurs, la perméabilité magnétique mesurée sur la chambre est de 1,001. Elle reste donc dans les limites fixées pour ThomX. L’étuvage mince étudié répond aux exigences de la machine ThomX, que ce soit en terme d’épaisseur, de respect des températures limites sur les aimants, ou de perméabilité magnétique. Un étuvage de 150°C ne posera pas de problème à un système permettant de monter bien plus haut en température et possédant une bonne tenue dans le temps. ____________________________________________________ • Des études vont maintenant être menées pour déterminer quel système d’étuvage sera mis en place pour chaque chambre de la machine: • - Cordons chauffants pour une épaisseur > 2mm • Étuvage mince pour une épaisseur < 2mm • Colliers pour les brides