Brevet FR2040381A1 — publié le 19710122

La présente invention se rapporte à un procédé permettant de fabriquer avec une grande facilité des alliages dont la composition doit être précise et ne pas comporter d'im-puretés. L'invention se rapporte également à un dispositif per-5 mettant la mise en oeuvre de ce procédé. Un grand nombre de techniques sont connues à l'heure actuelle pour fabriquer des alliages, mais elles deviennent toutes de mise en oeuvre relativement délicate dès qu'une certaine pureté des constituants à incorporer (ou une certaine absence d'impuretés) et une certaine 10 précision dans la répartition quantitative des composants sont demandés. Selon la présente invention, les alliages sont réalisés, sous un vide d'au moins 10""^ torr, à partir de constituants dont l'un est apporté sous forme de vapeur ionisée et 15 l'autre d'une phase solide, sur lequel on fait déposer le constituant en phase vapeur ionisée, de manière à former l'alliage désiré sur la surface dudit composant en phase solide sous forme de gouttes liquides s'écoulant par gravité de ladite surface. Le dispositif pour la mise en oeuvre de la présente 20 invention est remarquable par une enceinte à vide dans laquelle un vide de 10~^" torr peut être réalisé, et dans laquelle est disposée une chambré de concentration de la vapeur, dont les parois,électriquement raccordées à la terre, sont portées à la température de rebondissement de ladite vapeur, ladite chambre . 25 entourant une source de vapeur constituée de l'un des composants de l'alliage désiré et un substrat, constitué dé l'autre composant, et sous lequel se trouve une lingotière, ledit substrat étant pourvu de moyens appropriés pour le porter à un potentiel électrique d'attraction de ladite vapeur ionisée et â la température 30 de fusion de l'alliage désiré, ladite chambre étant encore pourvue d'un (d*) orifice(s) permettant le passage de faisceau(x) d'électrons issu(s) d'un (de) canon(s) situé(s) dans l'enceinte en dehors de la chambre. L'invention sera mieux comprise en se référant au 35 texte qui va suivre et en s'aidant des figures jointes, où. Les figures 1 et 2 montrent respectivement.une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, qui comporte une seule ou deux sources de vapeur de constituants de l'alliage désiré. 70 15537 2 2040381 La présente invention propose un procédé de fabrication d'alliages mis en oeuvre sous un vide d'au moins 10"4 torr» L'un des constituants de l'alliage est apporté sous forme d'un bloc de matière solide et le second de la vapeur qui 5 est issue d'une source chauffée jusqu'à température d'ébullition et qui de préférence est ionisée. On fait déposer cette vapeur sur le bloc de matière solide constituant le premier composant, à la manière des dépôts de couches minces sur* des substrats. Ledit bloc de matière solide, faisant ôffice de substrat, est 10 chauffé à la température de fusion de l'alliage désiré. La température la plus basse à laquelle il soit possible de chauffer le substrat est la température de l'eutectique formé à partir des constituants mis en présence lorsque celui-ci existe. Cet eutectique se forme à la surface du substrat, d'où il s'écoule 15 par simple gravité. Il ne reste, plus alors qu'à le recueillir dans une lingotière. Si le substrat est chauffé à une température plus élevée, les gouttes d'alliage, qui se forment à sa surface, présentent une répartition identique entre les composants à celle qui correspond, sur le diagramme d'état, à la température 20 dudit substrat. Un des grands avantages de la présente invention est par conséquent de pouvoir régler la composition de l'alliage simplement en réglant la température du substrat d'après le point du diagramme d'état correspondant à la répartition désirée entre les constituants de l'alliage. 25 Le substrat est avantageusement porté à un poten tiel d'attraction de la vapeur ionisée. Dans une réalisation préférée, mais non exclusive de l'invention, ce potentiel est compris, suivant l'élément présent dans la phase vapeur, entre 10 et 150 Volts. Lorsque la vapeur est ionisée par un faisceau 30 d'électrons, ce potentiel est positif, c'est-à-dire que le substrat doit alors se trouver à un potentiel supérieur de 10 à 150 Volts (selon la matière constituant la source) à celui de la source d'où est issue la vapeur. L'effet de ce potentiel est d'attirer sur le 35 substrat et même à l'intérieur de celui-ci, sur une distance de quelques plans réticulaires de son réseau cristallin, les atomes ionisés de la vapeur,, de préférence â d'autres dont le potentiel d'attraction optimal est différent. Lsintérêt de ce potentiel, 70 15537 3 2040381 pour que la phase vapeur n'introduise pas d'impuretés dans l'alliage, est donc non négligeable : il permet d'utiliser des sources de vapeur où le matériau à évaporer ne doit pas présenter un trop grand degré de pureté. 5 Le substrat peut être constitué par un bloc d'une seule matière, mais également par un bloc dTalliage comprenant déjà les constituants voulus pour l'alliage final, et ce dans les proportions désirées., moins le constituant apporté sous forme de vapeur. La phase vapeur ionisée peut elle-même contenir divers constituants. Dans ce cas, la source de vapeur est formée de plusieurs sources, chacune d'elles émettant uniquement l'un des constituants à déposer sur le substrat pour former l'alliage. Chacune des sources peut être placée individuellement à un potentiel inférieur de 10 à 150 Volts à celui du substrat, suivant sa ^5 nature. La teneur de l'alliage en ses divers constituants peut toujours être réglée en choisissant la température convenable du substrat. Il est cependant encore possible de la régler en modifiant la quantité de vapeur sortant de chaque source, ainsi que le potentiel source-substrat pour chaque source. 20 Le procédé selon l'invention offre un certain nombre d'avantages, parmi lesquels il faut citer la possibilité d'obtenir des alliages très purs, dont la teneur en leurs différents composants peut être réglée de façon simple et sans manipulations délicates. 25 Différents dispositifs permettant de mettre en oeuvre avantageusement le procédé selon l'invention sont décrits ci-après en se référant aux figures. Tous sont disposés à l'intérieur d'enceintes à vide, non représentées, dans lesquelles on peut obtenir des vides de l'ordre de 10°"^ torr. 30 Le dispositif représenté à la figure 1 comporte un substrat 1 réalisé en un des constituants (qui peut lui-même déjà être un alliage), une source 2 de l'autre constituant et une lingotière 3 disposée sous le substrat 1, de manière à recueillir les gouttes d'alliage formées à sa surface, coulant le long 35 de celle-ci et tombant par simple gravité. La source 2 se présente, dans une réalisation avantageuse, sous la forme d'un bloc cylindrique de matière à évaporer, sur la face plane supérieure 5 duquel est dirigé un faisceau concentré d'électrons destiné à le 70 15537 4 2040381 chauffer. Cette source nè comporte pas de creuset dans la plupart des cas. Les seuls matériaux à grande conductibilité thermique nécessitent l'emploi d'un creuset, qui doit être conducteur de l'électricité. La lingotière est électriquement 5 raccordée à la terre. Le bloc 2 peut en outre encore être disposé sur un arbre vertical tournant 4, ce qui permet de mieux répartir la chaleur introduite dans le bloc 2, à la seule condition que le faisceau d'électrons ne frappe pas la face 5 en son milieu. 10 II- est ainsi possible de former sur la face 5 une pastille 7 de matière à l'état liquide, où ce liquide est amené à ébullition. Afin d'éviter les pertes de vapeur issue de la source 2, celle-ci, ainsi que le substrat, est placée à l'intérieur d'une chambre 6 dont les parois sont portées à la température 15 de rebondissement des atomes issus de la source, c'est-à-dire à la température pour laquelle les atomes de vapeur, entrant en collision avec les parois, rebondissent sur celles-ci et restent donc disponibles uniquement pour le substrat. Ladite chambre 6 est munie d'un petit orifice & par où peut pénétrer le faisceau 20 d'électrons dirigé vers la face 5 et issu d'un canon situé dans l'enceinte à vide contenant la chambre 6. La chambre 6 et la source 2 sont électriquement raccordées à la terre, tandis que le substrat 1 est raccordé à un potentiel positif réglable entre 10 et 150 Volts, donné par 25 un générateur 9 et un potentiomètre 10. Les électrons de fuite du faisceau, ainsi que les électrons secondaires émis par la source, ionisent la vapeur. Afin d'éviter toute introduction de matières indésirables dans la vapeur pendant les phases de démarrage, il est 30 avantageux de réaliser les parois de la chambre 6 avec le matériau constituant le bloc 2. La figure 2 montre un dispositif en tous points analogue à celui de la figure 1, mais où la source 2 est composée de deux (2 et 2') sources élémentaires émettant chacune un des 35 constituants à l'état pur de l'alliage désiré. La chambre 6 est alors constituée de chambres élémentaires 6 ou 6* munies d'un orifice Ô ou S' pour le passage du faisceau concentré d'électrons de chauffage et d'ionisation. Chacune de ces chambres élémentaires 70 15537 5 est réalisée avantageusement en même matériau que celui de la source qu'elle entoure et est raccordée à la terre. Les chambres qui viennent d'être mentionnées se . raccordent à hauteur du substrat 1, de manière que celui-ci 5 possède une partie de sa surface dans chacune d'elles. Le substrat "t doit dans ce cas tourner autour d'un axe vertical, de manière à présenter successivement tous les points de sa surface à tous les constituants de la phase vapeur ionisée. La teneur en ces constituants de l'alliage obtenu peut d'ailleurs être 10 réglée par variation de la surface du substrat 1 exposée à chaque instant à la vapeur de chaque chambre, en disposant les chambres de telle manière que le substrat 1 y pénètre avec la surface désirée. Les sources sont encore placées à des potentiels 15 électriques inférieurs de 10 à 150 Volts à celui du substrat, et réglables, individuellement, au moyen de potentiomètres 11 et 11*. L'invention n'est pas limitée par les dispositifs décrits à titre d'exemples non limitatifs-s par exemple, il est encore possible, sans sortir de son cadre, de réaliser 20 un dispositif comportant plus de deux sources et deux chambres. 70 15537 6 2040381 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'alliages caractérisé en ce que ceux-ci sont réalisés, sous un vide d'au moins 10~\orr, à partir de constituants dont l'un est apporté sous forme de vapeur ionisée et l'autre d'une phase solide sur lequel on fait déposer 5 le constituant en phase vapeur ionisée, de manière à former l'alliage désiré sur la surface dudit composant en phase solide sous forme de gouttes liquides s'écoulant par gravité de ladite surface. 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composant en phase solide se présente sous la forme d'un 10 substrat porté à une température égale à la température de fusion de l'alliage désiré et à un potentiel électrique d'attraction de la vapeur ionisée. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentess caractérisé par le fait que le composant en phase 15 gazeuse se présente sous fox-rne de vapeur ionisée issue d'une source portée à température d'ébullition au moyen d'un ou de plusieurs faisceaux d'électrons. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les composants en phase 20 solide et en phase vapeur ionisée peuvent eux-mêmes soutenir plusieurs matériaux différents. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, dans le cas où la phase vapeur contient plusieurs matériaux, la source de cette phase vapeur 25 est constituée par plusieurs sources élémentaires, chacune d'elles contenant un desdits constituants à. l'état pur, le substrat étant placé vis-à-vis de chaque source à un potentiel électrique d'attraction de la vapeur ionisée vers le substrat, sélectif pour la vapeur considérée. jjO 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé par le fait que ledit potentiel électrique d'attraction est obtenu en plaçant le substrat à un potentiel plus élevé, ds l'ordre de 10 à 150 Volts, que celui de la source. 7. Procédé selon 1'une quelconque des revendications 55 précédentes, caractérisé par le fait que les proportions désirées des différents composants de l'alliage sont obtenues en réglant la température de la phase solide pour amener celle-ci à être égale 70 15537 7 à la température de fusion de l'alliage désiré, ainsi qu'en réglant les énergies apportées dans les différentes sources par les faisceaux d'électrons, et les potentiels d'attraction pour chaque type de vapeur. 5 8.Dispositif de fabrication d'alliages à partir d'une phase solide et d'une phase vapeur ionisée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une enc«£ite à vide dans laquelle un vide de 10"^torr peut être réalisé, et dans . laquelle est disposée une chamb're de concentration de la 10 vapeur dont les parois, électriquement raccordées à la terre, sont portées à la température de rebondissement de ladite vapeur, ladite chambre entourant une source de vapeur constituée de l'un des composants de l'alliage désiré et ion substrat, constitué de l'autre composant, et sous lequel se trouve une lingotière, 15 ledit substrat étant pourvu de moyens appropriés pour le porter à un potentiel électrique d'attraction de ladite vapeur ionisée et à la température de fusion de l'alliage désiré, ladite chambre étant encore pourvue d'un ou de plusieurs orifices permettant le passage de ou des faisceaux d'élections issus d'un ou de plusieurs 20 canons situés dans l'enceinte et en dehors de la chambre. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite chambre se compose de plusieurs chambres élémentaires se raccordant toutes à hauteurdu substrat de manière à ce que celui-ci possède une partie de sa surface dans chacune 25 d'elles, qui contient en outre une source d'un composant de l'alliage désiré à l'état pur et qui comporte un orifice de passage d'un faisceau d'électrons, la différence de potentiel établie entre chaque source et le substrat commun étant sélective pour la vapeur issue de la source considérée, le substrat étant suspendu J>Q à un axe vertical tournant. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que chaque chambre de concentration est réalisée en le même matériau que celui de la source qu'il contient.