Brevet FR2096676A1 — publié le 19720225

La présente invention concerne des traversées (ou passages) coaxiales pour courants haute-fréquence étanches au vide et à l'ultra-vide et a trait plus particulièrement, à de telles traversées refroidies par un liquide tel que l'eau. Dans des dispositifs connus de ce genre, les conducteurs sont généralement réalisés en un métal ou en un alliage ayant un coefficient de dilatation égal à ou très voisin de celui de l'isolant utilisé. La jonction étanche de l'isolant, qui est généralement en une céramique, avec un tel conducteur est obtenu par brasure, les surfaces de la céramique réunies aux conducteurs étant préalablement métallisées. Toutefois de tels alliages, généralement composés de fer (Fe), de nickel (Ni) et de cobalt (Co) sont ferromagnétiques-et présentent une résistivité électrique très forte. Pour-ces raisons; il est impossible d'utiliser de tels métaux et alliages pour réaliser les éléments conducteurs d'un passage haute-fréquence à puissance élevée Il a également été proposé de réaliser les éléments conducteurs d'une telle traversée en un métal bon conducteur électrique tel que le cuivre (Cu), qui toutefois présente un coefficient de dilatation très supérieur (180. 10 7 C 1) à celui de la céramique (60.10 7 1), et réunir celui-là à la céramique à l'aide de pièces intermédiaires en un alliage ayant le meme coefficient de dilatation.Toutefois cette méthode présente l'inconvénient de nécessiter deux brasages distincts, qui doivent Qtre effectués à des températures très différentes l'une de l'autre, notamment un premier brasage réunissant les éléments conducteurs en cuivre aux pièces intermédiaires en cet alliage et un second brasage réunissant les pièces intermédiaires en alliage aux surfaces métallisées de l'isolant en céramique. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans celui-ci en effet une jonction étanche est réalisée entre le cuivre et la céramique à l'aide de pièces en cuivre ayant une forme particulière. Suivant l'invention une traversée coaxiale pour courants haute-fréquence étanche au vide et à l'ultra-vide refroidie par cir culat,yon de liquide comportant un conducteur central et un blindage cylindriques concentriques isolés l'un de l'autre et réalisés en un métal bon conducteur, est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce dite fond de traversée réunie au conducteur central et brasée sur un cylindre isolant en céramique lui-même brasé sur un disque massif comprenant une ouverture centrale par laquelle passe le conducteur central ledit disque étant réuni audit blindage, le fond de traversée et le disque étant en un mtme métal bon conducteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront à l'aide de la description ci-après, donnée à titre d'exemple, et des dessins annexés s'y rapportant sur lesquels - la figure 1 représente une vue partiellement en coupe d'un mode de réalisation d'une traversée suivant l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan du dispositif de la figure 1 - la figure 3 une vue agrandie d'une partie de la figure 1 - la figure 4 représente une coupe partielle d'un autre mode de réalisation d'une traversée suivant l'invention. Sur la figure 1 on a représente en 1 une partie du conducteur extérieur réalisé en un tube creux en cuivre, en 2 et en Il un blindage cylindrique en cuivre réuni électriquement au tube 1. Un conducteur central 10 dispos coaxialement par rapport au blindage 2 et Il est également réalisé en un tube creux. Les deux tubes 1 et 10 font partie d'un circuit de refroidissement parcouru d'un liquide, par exemple de l'eau. Le conducteur central 10 est réuni solidairement à une pièce massive 3 appelée fond de la traversée comportant une partie sous forme de disque 12 et une jupe 13 de faible épaisseur (e) destinée à Qtre réunie par brasage à l'isolant en céramique 4. Le fond de la traversée 3 comporte en outre, entre le disque 12 et la jupe 13 une rainure annulaire d'élasticité 14 (figure 3).La profondeur (D) de la rainure 14 et l'épaisseur (e) sont choisies en fonction du diamètre () de la jupe 13, de manière à permettre à cette jupe d'absorber par déformation la différence de dilatation entre le fond de traversée 3 en cuivre et l'isolant céramique 4. Â titre d'exemple pour un diamètre donné on a obtenu de bons résultats avec D supérieur ou égal à environ 0,06 0 et e inférieur ou égal à 0,02 et ne dépassant généralement pas les 4 ram. La jupe en cuivre 13 est brasée à la surface extérieure métallisée d'un isolant en céramique 4 sous forme de cylindre creux. Ce brasage est de préférence effectué à l'aide d'un élément de frettage entourant la jupe de l'extérieur et présentant un coefficient de dilatation légèrement inférieur à celui de la céramique. Les métaux d'apport de brasage dits brasure utilisés sont de préférence en un alliage de métaux à faible tension de vapeur (or, cuivre et argent), ce qui permet l'emploi de la traversée en vide moléculaire .La brasure avantageusement utilisée est en un alliage eutectique cuivre-argent - (Cu Le cylindre isolent 4 en céramique est d'autre part réuni à une jupe 15 faisant partie d'une pièce massive 5 en cuivre sous forme de disque réuni au conducteur extérieur ctest-à-dire au blindage 2 et 1 1 et au tube 1, par exemple par brasage. Ce disque 5 comporte également une rainure 16 analogue dans son tracé et sa fonction à la rainure 14 décrite ci-dessus. Cette pièce 5 pourrait autre réunie directement de manière étanche à une bride permettant de monter la traversée sur l'enceinte, si l'enveloppe de cette dernière et le conducteur extérieur 1, 2 et Il étaient réunis à la masse (cas d'une traversée unipolaire).Lorsque ce n'est pas le cas, il est possible d'employer un autre élément isolant 7 entre le conducteur extérieur et'la bride. Sur la figure 1, la pièce 5, appelée ici milieu de la traversée comporte également une jupe 17 de faible épaisseur destinée à etre réunie à une'pièce cylindrique 7 en céramique. La pièce cylindrique est, d'autre part, réunie par brasage à une jupe 8 faisant partie d'une pièce annulaire 18, l'ensemble 18 étant appelé lèvre de brasage. La pièce annulaire 18 est réunie par brasage à une bride 9 (de préférence en un acier inoxydable), qui permet de monter la traversée décrite ci-dessus sur l'enceinte à vide de manière étanche. Les brasages du disque 5 sur la pièce en céramique 7 d'une part et d'autre part de la pièce en céramique 7 sur la pièce annulaire 18 sont effectués comme les brasages de fixation du fond de traversée 3 décrit ci-dessus. Mais du fait du grand diamètre des jupes 17 et 18, les distances D entre le disque 5 et la pièce 7 d'une part et d'autre la bride 9 et la pièce 7 en céramique sont importantes, et il est nécessaire dintercaler des pièces annulaires métalliques dites cales 6 entre ces éléments pour supporter la poussée due à la pression de la pièce 5 sur la pièce en céramique 7, car les jupes de faibles épaisseurs ne peuvent assurer que l'étanchéité. Ces cales 6 ne sont solidaires ni des pièces 5 et 18 ou 9, ni de la céramique 7, et elles sont agencées de manière à ne présenter aucun contact avec les surfaces métallisées de pièces en céramique et à permettre les déplacements relatifs dus à la dilatation entre pièce 5 et 7. Bulles comportent une ou plusieurs ouvertures 19 afin de permettre le dégazage et le pompage de l'intérieur des jupes 8 et 17 et de l'espace entre ces dernières et les cales 6. Il est à remarquer, qu'une traversée ainsi réalisée possède un sens préférentiel de fonctionnement, c'est-à-dire la partie inférieure (sur les figures) doit autre en dépression par rapport à la partie supérieure, car dans ce sens-ci elle supporte une différence de pression de plusieurs dizaines de bars, tandis qu'en sens inverse elle ne tient que jusqu'à 5 bars environ. La figure 2 illustre une vue d'en haut de la traversée de la traversée de la figure 1. La figure 4 représente un autre mode de réalisation de la traversée suivant l'invention, dans lequel le conducteur extérieur est réalisé en un seul élément cylindrique 20, creux, fermé et parcouru par un liquide de refroidissement, qui remplace le tube 1, et le blindage 2 et 11 de la figure 1. Les parois de cet élément 20 sont brasées -à la pièce 5 de la meme manière que le blindage 2 et Il de la figure 1, toutefois la pièce 5 est munie de trous 2t; permettant le raccordement de la circulation d'eau de l'intérieur à l'extérieur de l'enceinte. Les traversées de ce type possèdent des fonds massifs très rigides supportant néanmoins des différences et des gradients de température extrêmement élevés tels que ceux qui sont rencontrés dans les fours à H.F. avec des conducteurs refroidis. De plus cette rigidité procure un assujetissement mécanique excellent des conducteurs centraux et périphériques, d'une part l'un par rapport à l'autre et, d'autre part, sur leurs assises en céramique. Cette excellente fixation assure une bonne précision de la position axiale des deux éléments ce qui permet de réduire la distance radiale entre eux et aussi dtobtenir une impédance propre minimale et une longueur maximale des conducteurs et blindages de chaque côté de la traversée. Celle-ci peut autre utilisée dans tous les cas où il s'agit de transmettre des puissances élevées de haute-fréquence (jusqu'à 2.oxo Amp. sous 10 EV entre des milieux isolés de manière étanche l'un de l'autre et à des pressions différentes, et, plus particulièrement, vers l'intérieur d'une enceinte à vide mme moléculaire0 - REVENDICATIONS - 1 - Traversée coaxiale pour courants haute-fréquence étanche au vide et à l'ultra-vide refroidie par circulation de liquide comportant un conducteur central et un blindage cylindriques concentriques isolés l'un de l'autre it réalisés en un métal bon conducteur, caractérisée en ce quelle comprend en outre une pièce (3) dite fond de traversée réunie au conducteur central (10) et brasée sur un cylindre isolant en céramique (4) lui-mme brasé sur un disque massif (5) comprenant une ouverture centrale par laquelle passe le conducteur central (10), ledit disque (5) étant réuni audit blindage (2, 11), le fond de traversée (3) et le disque (5) étant en un mdme métal bon conducteur. 2 - Traversée suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un conducteur cylindrique creux (1) dit extérieur traversant le disque (5) et brasé sur une génératrice du blindage cylindrique (2, 11), et en ce que les conducteurs central (10) et extérieur (t) sont parcourus d'un liquide réfrigérant. 3 - Traversée suivant la revendication i, caractérisée en ce que le fond de traversée (3) et le disque (5) comportent respectivement des jupes minces (13, 15) solidaires de ces pièces, s'emmanchant à l'extérieur de part et d'autre sur le cylindre isolant (4) et brasées aux surfaces métallisées ae ce dernier, et en ce que le fond (3) et le disque (5) comportent respectivement des rainures annulaires d'élasticité (14 et 16) pratiquées au pied du point de raccordement desdites jupes (13) avec le fond (3) et le disque (5). 4 - Traversée suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'épaisseur des jupes (13, 15) est inférieure ou égale au tiers de la profondeur desdites rainures d'élasticité (14, 16). 5 - Traversée suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'épaisseur des jupes est approximativement égale ou inférieure au cinquantième de leur diamètre. 6 - Traversée suivant la revendication 1, caractérisée en ce quelle comporte en outre une bride (9) par laquelle elle est raccordée de manière étanche à une enceinte en dépression, ladite bride (9) étant réunie audit disque massif (5). 7 - Traversée suivant la revendication 1, du type dans lequel le blindage est isolé de la masse, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un second cylindre isolant en céramique (7) respectivement réuni par brasure à une première jupe mince (17) solidaire du disque massif (5) et à une seconde jupe mince (8) solidaire dune bride de raccordement (9), et en ce qutelle comprend également deux pièces annulaires (6) dites cales d'élasticité respect vement intercalées entre ledit cylindre isolant (7) et le disque (5) d'une part et la bride (9) d'autre part. 8 - Traversée suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la hauteur de ces cales est supérielire ou égale au triple de l'épaisseur des jupes (17, 8), cette épaisseur étant égale ou inférieure au cinquantième du diamètre de ces dernières. 9 - Traversée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le blindage est constitué par un caisson cylindrique creux (20) et fermé, ltespace annulaire entre les parois du caisson (20) étant parcouru par un liquide de refroidissement. 10 - Traversée suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conducteurs central (10) et extérieur (1), le blindage (2, t1), le fond de la traversée (3), le disque (5) et la jupe 8 sont réalisés sn cuivre ou en un alliage de celui-ci, la bride (9) étant en un acier inoxydable et réunie à la jupe (8) par une brasure.