Brevet FR2231773A1 — publié le 19741227

La présente invention a pour objet un dispositif d'évaporation sous vide par lévitation comprenant un plateau tournant, une tige élévatrice pouvant passer à travers des orifices dans ledit plateau, au moins deux creusets de recueil et deux ensembles de charges métalliques réparties à la périphérie dudit plateau, une bobine de chauffage à haute fréquence, et des moyens permettant d'amener chacune desdites charges au centre de ladite bobine. Un dispositif de ce genre est décrit dans "The Review of Scientific Instruments" Vol. 36 n" 3, page 383 à 385 de Mars 1965. On sait que par induction de courants dans une masse métallique placée à l'intérieur d'une bobine parcourue par un courant à haute fréquence, il est possible d'évaporer le métal, une forme appropriée de la bobine permettant d'obtenir une lévitation stable de la masse métallique. La lévitation est possible pour des masses métalliques comprises entre 0,10 et 100 grs. Une évaporation de ce genre présente de nombreux avantages par rapport aux autres techniques d'évaporation tellesr telkslqueltévaporation par effet Joule et l'évaporation par bombardement électronique.En effet, la première est limitée à un petit nombre de matériaux, tandis que la seconde bien que permettant de nombreuses évaporations, nécessite souvent dtutiliser des canons à pleine puissance (6 à 10 kilowatts) ce qui s'effectue alors au détriment de la fiabilité. Pour ces raisons, l'évaporation par induction est particulièrement intéressante, et notamment lorsqu'on se propose de former des couches minces de métaux très réactifs à chaud. Dans l'article précité, il est décrit un dispositif permettant de réaliser des évaporations successives de plusieurs métaux, les masses métalliques étant réparties à la périphérie du plateau, des orifices permettant le passage d'une tige d'élévation perpenpendiculaire au plateau et permettant d'amener la masse métallique en position au centre de la bobine. Lorsque la masse métallique a atteint cette position, la circulation du courant à haute fréquence dans la bobine provoque la sustentation de la masse métallique et provoque son évaporation, les courants induits la portant à la température requise. La tige d'élévation est alors redescendue et le plateau est tourné d'une fraction de tour de manière à amener au-dessous de la bobine un creuset de recueil.Lorsque l'évaporation est terminée, le courant circulant dans la bobine est coupé et la masse métallique tombe à l'état fondu à l'intérieur du creuset de recueil. Le plateau est alors tourné d'une autre fraction de tour de manière à ce que soit présentée une nouvelle masse métallique au-dessus de la tige d'élévation. Le processus précédemment décrit peut alors recommencer et ainsi de suite jusqu a ce que l'on ait réalisé les couches successives désirées. Le dispositif décrit dans l'article nécessite deux commandes, une commande permettant de faire tourner le plateau pas à pas et une autre commande permettant de communiquer à la tige d > éléva- tion un mouvement alternatif de haut en bas et de bas en haut. La tige d'élévation est habituellement constituée par un tube en matériau isolant tel que l'alumine ou le quartz. Le plateau pouvant tourner alors que la tige est en position haute, une fausse manoeuvre due à l'indépendance des deux commandes, risque de provoquer la cassure de celle-ci. D'autre part, ltemploi de deux passages dont un transmettant le mouvement de translation entre l'atmosphère et une cloche à vide est difficilement compatible avec l'utilisation de l'ultra-vide. Les opérations de mise en fonctionnement se déroulent de la façon suivante - branchement du courant haute fréquence provoquant l'éléva- tion de la masse métallique et son positionnement au centre de l'enroulement. - descente rapide de la tige d'élévation et rotation du plateau qui amène un creuset de recueil au-dessous de la masse ou bille métallique. Ces opérations ne sont pas les seules à effectuer et en particulier, on doit surveiller le temps d'évaporation et retirer des caches. On conçoit donc qu il est très avantageux de simplifier les manoeuvres. Dans le brevet français nO 1 568 044 est écrit un appareil permettant de réaliser par bombardement électronique des évaporations successives de matériau. Cet appareil comporte notamment un plateau tournant, sur lequel sont placés des creusets dans lesquels se trouvdntles matériaux à évaporer. Une commande permet à la fois d'entraSner le plateau pas à pas, et en même temps de le monter de façon à amener, sous bombardement électronique, le matériau à évaporer. Un tel dispositif ne peut pas être utilisé pour une évaporation par induction ; en effet, dans le cas d'une telle évaporation, il faut faire pénétrer le matériau porté par son creuset à l'intérieur d'une bobine à haute fréquence.Il faudrait donc au moins imaginer un dispositif dont tous les creusets dépasseraient du plateau tournant d'une même hauteur ; de plus, pendant l'évaporation, du matériau viendrait se déposer sur les creusets les plus proches du creuset introduit dans la bobine, il serait alors nécessaire de prévoir, soit un écran enveloppant la bobine, soit d'espacer largement les creusets, d'où un eneombrement peu souhaitable. Enfin, signalons que la commande de l'ap- pareil décrit est tributaire d'une pièce filetée/ ce qui nécessite une grande manipulation pour un déplacement assez lent ce qui est incompatible avec le fonctionnement sous H.F. et qu'en outre l'u- tilisation d'un ressort de rappel rend l'appareil peu fiable. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés précédemment en proposant un appareil simple, fiable et parfaitement adapté aux conditions requises pour l'évaporation de tous les matériaux conducteurs ou non, par induction. Selon la présente invention, le dispositif d'évaporation sous vide par lévitation, comportant un plateau tournant, une tige élévatrice, au moins deux creusets de recueil, au moins deux charges métalliques réparties à la périphérie dudit plateau, une bobine de chauffage à haute fréquence, des moyens permettant d'amener chacune desdites charges en regard de l'axe dela tige d'élévation,confondu avec l'axe de ladite bobine, est caractérisé en ce qu'un mécanisme comprenant une pièce munie de deux couteaux antagonistes est animé par l'intermédiaire d'une crémaillère d'un mouvement alternatif de direction parallèle à l'axe dudit plateau, les couteaux coopérant avec au moins un organe tournant solidaire dudit plateau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raieront au cours de la description qui va suivre de quelques modes de réalisation en regard des figures qui représentent - la figure 1, une forme de réalisation pratique d t'invention. - la figure 2, une autre forme de réalisation pratique de l'in- vention. - la figure 3, une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Sur la figure 1, le plateau 1 est mobile en rotation autour axe axe 2 qui est terminé à son extrémité inférieure par une pièce 3 munie d'encoches à à sa périphérie, avec autant d'encoches que de masses à léviter. Le plateau 1 est muni à sa périphérie d'encoches 4 dont le rôle sera expliqué ultérieurement. Ce plateau porte quatre creusets de recueil 5 et quatre réceptacles 6. Bien entendu, ce nombre peut être modifié sans sortir du cadre de l'invention, mais la configuration des encoches 4 et de la pièce 3 est liée au nombre de masses à léviter. Les réceptacles 6 sont destinés à guider les masses métalliques à évaporer entre le plateau où elles reposent avant évaporation et la partie inférieure de l'enroulement à haute fréquence 7 qui est constituée par un conducteur creux parcouru par un liquide de refroidissement.Les réceptacles 6 peuvent être formés par exemple d'une bague métallique 8 fixée sur le plateau et prolongée par un cylindre de quartz 9 destiné au guidage de la masse métallique. La tige d'é- lévation 10 également en quartz peut passer à travers le réceptacle 6 qui continent les charges métalliques avant ltévaporation. Après l'évaporation, le plateau ayant tourné d'une fraction de tour, un creuset de recueil reçoit le métal fondu. Le plateau est supporté par une pièce 11 fixée à un bAsti 14 par un moyen quelconque, tel qu'un étrier 12 par exemple relié à un axe 13 solidaire dudit bâti 14. La tige d'élévation 10 est solidaire d'une branche d'une pièce en forme d'étrier 15 dont autre branche est fixée sur une pièce 16. La pièce 16 a la forme générale d'un U, l'une des branches du U porte une crémaillère 17 stengré- nant sur un pignon 18, extrémité d'un axe 19 dont l'autre extrémité constitue organe de commande du mouvement. La tige 19 est portée par un palier 20 solidaire du bAati 14. La cloche d'évaporation n'a pas été représentée.La branche de la pièce 16 portant la crémaillère 17 coulisse entre deux galets 21 et une pièce de guidage 22 qui peut être également remplacée par deux ou plusieurs galets. La seconde branche de U porte deux couteaux respectifs 23 et 24 qui coopèrent respectivement avec les encoches 4 et la pièce 3. Le fonctionnement du dispositif est le uivant : la tige d'élévation 10 étant dans la position représentée sur la figure 1, une rotation de l'axe 19 dans le sens des aiguilles d'une montre, abaisse l'ensemble constitué parles pièces 15 et 16 ainsi que la tige 10 qui en est solidaire. Au cours de ce mouvement, le couteau 24 vient en contact avec l'une des encoches de la pièce 3 et provoque la rotation de celle-ci et,de de ce fait, la rotation du plateau, d'un huitième de tour. Ce mouvement de rotation ntest déclenché que lorsque la tige 10 est passée au-dessous du plateau 1. Un creuset de recueil 5 se trouve alors au-dessous de la bobine 7. Par un mouvement en sens inverse, l'ensemble 10, 15, 16 remonte et, lors de ce mouvement, il y a enclenchement du couteau 23 avec une encoche 4 du plateau 1 pour provoquer la rotation de celui-ci pendant que la tige 10 se trouve encore au-dessous du plateau, la géométrie de ces encoches est telle que lorsque la rotation est terminée, le plateau 1 est bloqué dans sa rotation par la pièce 23. Lorsque le mouvement de commande de la tige 19 continue, le plateau s'immobilise à la fin du pan coupé et la tige continue son mouvement d'ascension. Si une charge métallique se trouve à l'intérieur du réceptacle 6, elle entraîne celle-ci dans son mouvement de manière à l'amener au centre de la bobine 7.Cette bobine est alors branchée à la source de tension H.F. et la charge métallique est maintenue à l'intérieur de la bobine par lévitation pendant toute la durée de ltévaporation. Dès que le courant est mis, la tige est descendue au-dessous du plateau par le mouvement,inverse du précédent,de de la tige de commande. Le dispositif qui vient d'etre décrit, se prête aisément à une réalisation de faible hauteur. La figure 2 représente une vue en élévation d'un autre dispositif selon l'invention. On retrouve sur cette figure les mêmes éléments que précédemment, agencés sous une forme plus compacte. Les creusets de recueil et les réceptacles sont disposés sur le plateau 1 et n'ont pas été représentés dans un souci de simplification. Le plateau 1 tourne librement à l'intérieur d'un carter de soutien 25, partiellement arraché sur le dessin, autour d'un axe 26 qui est solidaire, à sa partie inférieure, d'un barillet 27 comprenant un certain nombre de doigts 28 s'étendant radiale- ment. Le carter de soutien 25 et l'axe 26 sont les pièces constitutives de l'axe 2 représenté schématiquement sur la figure 1, de même le barillet 27 et les doigts 28 correspondent à la pièce 3 et aux encoches 4 du plateau 1, représentés sur la figure 1. Ainsi qu'il apparat sur la figure 3, le nombre de doigts représentés est de huit, ce qui correspond à seize emplacements sur le plateau, soit de creusets de recueil, soit de réceptacles pour les métaux à évaporer. Ces doigts 28 coopèrent avec deux couteaux respectivement 29 et 30 qui peuvent être animés d'un mouvement alternatif qui est vertical dans exemple représenté. Les couteaux 29 et 30 sont rivés ou soudés sur une pièce 31 portant une crémaillère 32 s'engrenant sur un pignon 33. Sur la pièce 31 est fixée d'autre part une tige élévatrice 34 qui correspond à la tige 10 de la figure 1 et dont le rôle est d'amener la masse à évaporer à l'intérieur de l'enroulement H.F. 7. La pièce 31 coulisse en outre sur deux colonnes 35 au cours de ces mouvements de montée et de descente. Un support 36 permet de maintenir l'ensemble sur la platine d'évaporation, une pièce 37 constituant un palier pour l'organe de commande 38 qui traverse l'enceinte d'évaporation par une traversée étanche, de préférence à soufflet ou magnétique. Sur la figure 3 on a représenté le barillet 27 et les doigts 28 ainsi que la crémaillère 32, le pignon 33, la pièce 37 formant palier pour l'organe de commande 38. On a représente en outre la pièce 31 sur laquelle est fixée la tige élévatrice 34 et dont ltextrémité 31a coulisse sur les deux colonnes 35. Le fonctionnement est le suivant La pièce 31 étant en position basse comme représenté sur la figure 2, une rotation de l'organe de commande 38 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre provoque l'élévation des deux couteaux. Le plateau reste immobile, tant que le pan coupé du couteau 30 ne rentre pas en contact avec le doigt 28a. La tige 34 s'élève et la partie inclinée 30a de 30 entre en contact avec le doigt 28a et le déplace latéralement, de sorte que le plateau tourne. Lorsque le mouvement de rotation est terminés la tige 34 se trouve juste au-dessous du plateau, la montée de la pièce 31 et de la tige 34 continue, la partie supérieure de la tige 34 traverse le plateau et amène la masse métallique et son support 39 à l'intérieur de la bobine 7.Le couteau 29 ou 30 étant pris entre deux doigts lors des mouvements de montée et de descente sans rotation du plateau, cela permet un positionnement du plateau sans jeu. Le courant est alors appliqué sur cette bobine et la masse métallique entre en lévitation. La tige 34 et le support 39 qui sont réalisés d'préfdrence en quartz, lorsqu'il s'agit de faire évaporer des matières conductrices, sont alors redescendus par action sur la tige de commande 38, action consistant en une rotation effectuée dans le sens des aiguilles d'une montre, la tige 34 est descendue au-dessous du plateau, le couteau 29 rentre alors en contact avec le doigt 28b et provoque la rotation du plateau tant que ce doigt porte sur le pan coupé. 29a du couteau. Le support 39 est resté bloqué dans le plateau. Celui-ci a tourné d'un seizième de tour, de sorte qu'un creuset de recueil se trouve maintenant au-dessous de la bobine. Lorsque le contact est coupé, le métal n'est plus en lévitation et tombe à l'état fondu sous l'influence de la pesanteur dans le creuset de recueil. Un disque 40 de quartz ou de métal ou de tout autre matériau approprié, percé dtun seul trou et placé entre le plateau 1 et l'enroulement de lévitation 7, sert à protéger les masses métalliques à évaporer sur le plateau, de La contamination par le métal en cours d'évaporation. Il est possible, en utilisant un support 39 en carbone ou en cermet au lieu de quartz, de faire évaporer des matières non conductrices. Il est également possible de remplacer la partie 31a de la pièce 31 coulissant sur les deux colonnes 35 > par un charriot roulant le long des deux colonnes 35. Dans l'exemple représenté, le plateau tourne dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Il va de soi, qu'en modifiant l'inclinaison du pan coupé des couteaux, il est possible d'inverser le sens de rotation du plateau. Dans ltexemple représenté, le nombre de doigts 28 est de 8, ce qui correspond à seize positions sur le plateau. Il est possible de réduire ou d'augmenter le nombre de positions, en modifiant le nombre de doigts. Dans ce cas, le positionnement des couteaux, doit, bien entendu, être modifié. Le mode de réalisation qui a été représenté sur les figures 2 et 3, se prête d'autre part très aisément à l'automatisation totale des séries d'opérations. REVENDICATIONS 1, Dispositif d'évaporation sous vide par lévitation comportant un plateau tournant, sensiblement horizontal, une tige élévatri ce perpendiculaire audit plateau, au moins deux creusets de recueil et au moins deux réceptacles pouvant contenir des charges métalliques, étant disposes' à la périphérie dudit plateau, une bo- bine de chauffage haute fréquence, dont l'axe est confondu avec celui de ladite tige élévatrice, des moyens permettant d'amener successivement chacune desdites charges en regard de l'axe de la tige d'élévation, caractérisé en ce qu'un mécanisme comprenant une pièce portant ladite tige élévatrice, munie de deux couteaux antagonistes coopérant avec au moins un organe tournant solidaire dudit plateau est animé d'un mouvement vertical alternatif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe tournant précité est constitué par un barillet, placé à la partie inférieure du dispositif et à partir duquel s'étendent des doigts horizontaux, le nombre de ces doigts étant égal au nombre de réceptacles de charges métalliques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arc séparant deux des doigts précités à l'endroit dsengrè- nement avec les couteaux est sensiblement égal à la largeur desdits couteaux. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couteau supérieur coopère avec des encoches prévues à la périphérie du plateau, le couteau inférieur coopérant avec un organe muni d'encoches. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un écran en un matériau quelconque est placé entre le plateau et Sa bobine haute fréquence, ledit écran étant percé d'un orifice permettant le passage de la tige élévatrice et de la masse métallique.