Brevet FR2363436A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne un produit composé comprenant une sous-couche en céramique ou céramique-verre et une feuille métallique, ainsi que le procédé pour fabriquer ce produit composé. Le terme "feuille métallique" utilisé ci-après désigne soit une feuille composée d'un seul métal, soit une feuille composée d'un alliage métallique ou d'un mélange de métaux, tels que des laminés. On connatt le procédé qui consiste à appliquer une feuille métallique sur un matériel céramique par l'introduction entre les deux surfaces d'un métal malléable, plaçant l'assemblage ainsi obtenu entre les plaques métalliques d'une presse et applicant une pression normale aux surfaces posées à plat en soumettant l'assemblage à une température élevée. Ce procédé connu n'est pas utilisable pour faire adhérer une mince feuille métallique directement sur une sous-couche en céramique ou céramique-verre, spécialement si lton utilise une sous-couche qui n'est pas plate, par exemple un cylindre. Le but de la présente invention est de rendre possible la liaison directe d'une feuille métallique sur une souscouche en céramique ou céramique-verre, le procédé pour réaliser ceci ne nécessitant pas absolument une température élevée. La présente invention prévoit un produit composé d'une sous-couche en céramique ou céramique-verre sur laquelle adhère directement une feuille métallique, ladite feuille ayant réeAle- ment la configuration de la surface adjacente de ladite souscouche, l'adhésion de la feuille sur la sous-couche étant obtenue sans l'intervention d'un agent de liaison. La présente invention prévoit également un procédé pour produire un produit composé qui comprend le positionnement en contact direct d'une sous-couche en céramique ou céramiqueverre et une feuille métallique et le maintien de ce contact direct pendant que l'assemblage obtenu est soumis à une pression égale sur chaque ctté de manière à faire adhérer ladite feuille à ladite sous-couche. L'invention est plus facilement compréhensible si l'on se réfère aux dessins joints, dans lesquels La figure 1 montre une coupe à travers une sous-couche cylindrique sur laquelle une feuille est maintenue en contact avec la sous-couche au moyen d'une enveloppe flexible avant l'application des conditions isostatiques. La figure 2 montre la coupe à travers un appareil des- tiné à l'application d'une pression dans le procédé objet de cette invention. La figure 3 montre le tracé de la résistance de la feuille vis à vis de la dureté pour une série de feuilles en métal ou en alliages liées avec une sous-couche en céramique par le procédé de l'invention sous les conditions décrites ci-après. La figure 4 montre une coupe à travers une sous-couche cylindrique sur laquelle une feuille coupée à la mesure sur un organe de support est maintenue en contact au moyen d'une enveloppe flexible avant l'application des conditions isostatiques. il est important dans le procédé de l'invention que ladite sous-couche et ladite feuille soient maintenues en contact direct tandis qu'une pression égale est appliquée de chaque côté, c'est à dire pendant le traitement isostatique, jusque ce que la feuille adhère sur la sous-couche ; ceci est normalement réalisé en mettant l'assemblage feuille et sous-couche dans une enveloppe scellée bien ajustée de laquelle on a évacué au préalable l'air. il est préférable de prévoir sur la surface de la sous-couche qui sera en contact avec la feuille des petites cavités ou pores, par exemple par gravure à l'eau forte ou abrasion ménanique ; les cavités étant de préférence rentrantes. La pression utilisée dans le procédé de l'invention est suffisamment grande pour provoquer une déformation plastique de la feuille suivant la configuration de la surface adjacente de la sous-couche sans causer un endommagement mécanique de la feuille et/ou de la sous-couche, pendant que l'adhésion s'effectue, les pressions adaptées étant par exemple si basses que 310 kgs par cm2 pour un métal mou, comme le plomb et plus élevées en cas de métaux durs ou alliages du genre nickel/chrome, qui nécessite des pressions d'environ 12.400 kgs par cm2, - la valeur maximale étant le point ou un endommagement est à craindre. Le traitement isostatique peut entre effectué via une huile, par exemple huile de ricin ou n'importe quel autre fluide, par exemple du gaz, en utilisant des appareils connus employés couramment pour le compacte de poudre de céramique et métal, pourvu que l'appareil soit apte à exercer des pressinns d'environ 15.500 kgs par cm2 ou plus. Comme indiqué ci-dessus, on utilise normalement une enveloppe scellée dans le procédé de l'invention ; cette enveloppe doit Otre imperméable aux fluides utilisés pour l'application de la pression et suffisamment flexible pour permettre une pres sion égale sur tous les cOtés de l'assemblage sous-couche et feuille. On peut utiliser la matière plastique, par exemple en forme de manchon ajusté autour de l'assemblage et scellé aux extrémités, par exemple au moyen de chaleur. L'enveloppe peut étre enlevée par exemple par écorçage ou par un solvant ou eau forte ; il est également possible de la laisser en place selon l'utilisation finale du produit. La sous-couche peut avoir n'importe quelle forme,par exemple plate ou courbée, et parmi les matériaux utilisables on peut citer porcelaine, stéatite, forsterite, alumine et matériaux céramiques contenant de l'alumine. La feuille peut être par exemple en aluminium, cuivre, nickel, nickel/chrome, nickel/cuivre, platine, or, argent, étain, plomb, tantale, molybdène ou alliages de ces matériaux. Le produit composé de la présente invention est particulièrement utile dans l'industrie électronique : par le choix approprié d'une feuille métallique selon les propriétés électriques désirées, par exemple résistance électrique, stabilité électrique, coefficient de température de la résistance, on peut obtenir une résistance électrique ou une sonde de température,puisque des bornes conduisant le courant sont fournies par le contact électrique avec la feuille adhérente, la résistance étant capable de réglage par exemple pour la coupe en utilisant un rayon lbser-; des techniques de photogravure ou des roues coupantes.Une autre utilisation pour le produit composé consiste dans le conducteur électrique ou équipement magnétique, par exemple un inducteur. Dans certains cas il peut entre souhaitable de coller (par exemple avec une colle ou par liaison directe) une face de la feuille métallique avant d'effectuer le traitement isostatique sur un organe de support ; il est bien entendu que ce dernier doit être suffisamment flexible pour permettre d'effectuer le traitement isostatique. L'utilisation dudit organe de support permet à la feuille de subir des traitements, par exemple un amincissement sur toute la surface et/ou gravure à l'eau forte, coupage ou abrasion pour enlever une ou plusieurs portions prédéterminées de la péllicule afin de former un dessin voulu. De préférence ledit organe de support peut être choisi dans un mat6- riau métallique ou plastique en forme de feuille. Si l'organe de support est un métal il peut titre formé sur place sur ladite feuille par dépôt de métal (de préférence par procédé électrolytique), la feuille et le support étant collés directement ensemble et la gravure électrolytique de la feuille selon le procédé connu étant possible pour obtenir par exemple une résistance et/ou conducteur électrique avec dessin. Après le traitement isostatique on enlève complètement ou partiellement l'organe du support en métal selon les nécessités. On-peut procéder ensuite à un ébarbage de finition pour obtenir la valéur désirée en cas d'un résistor. Quand on utilise une sous-couche de forme courbée l'organe de support offre l'avantage de permettre l'exécution d'un dessin pendant que la feuille est à plat sur l'organe de support. Des exemple spécifiques non limitatifs de l'utilisation de l'invention sont donnés ci-après par des illustrations accompagnées de dessins EXEI{PLE N0 1 La surface d'une sous-couche cylindrique en aline céramique (longueur 25 mm et diamètre 4 mm), fabriquée par "ROSENTRÂL TECHNIK AG de MARETREDWITZ RFA" sous la référence WRUBALIT 617" est gravée par immersion dans un bain à 50 46 d'acide nitrique afin de produire des pores ou cavités minimes. Ensuite la sous-couche est bien rincée dans de l'eau dé-ionisée suns Vibrations par énergie ultrason. Ensuite elle est chauffée pendant quelques minutes à 10000 C - 14000 C pour éliminer l'eau absorbée.Après refroidissement on l'entoure manuellement d'une feuille métallique rectangulaire 2 d'une épaisseur de 3 micro.par exemple, la feuille étant telle que les bords opposés ne se touchent pas, et une étroite ouverture (non représentée) allant d'une extrémité de la sous-couche à l'autre est ménagée. Un tube 3 bien ajusté en polyolefine flexible d'une épaisseur d'environ 0,13 mm est ensuite glissé sur l'assemblage sous-couche et feuille. Une extrémité du tube est scellée, l'air est évacué par pompe, et ensuite l'autre extrémité est scellée de manière à ce que l'enveloppe scellée flexible entoure l'assemblage feuille sous-couche et qu'un contact direct entre la feuil et la sous-couche soit maintenu. La figure nO 2 montre l'appareil pour effectuer des conditions isostatiques. il consiste en un cylindre 4 en acier de haute ten sion supporté par un cadre en acier 5. Le cylindre a un alésage 6 à une extrémité dans lequel s'adapte un piston 7 qui peut être poussé dans l'alésage 6 par un vérin hydraulique 8. L'autre extrémité de l'alésage 6 est fermée par un bouchon 9 qui est maintenu en position par un capuchon 10 fileté dans le cylindre 4. Des joints à haute pression Il et 12 sont prévus sur le piston 7 et le bouchon 9. Le capuchon 10 et le bouchon 9 sont retirés et le produit composé indiqué par 15 est introduit dans l'alésage 6. Un fluide hydraulique composé en volume de 90 56 d'huile de ricin et 10 56 d'alcool méthylique est ensuite versé dans l'alésage 6 et le bouchon 9 ainsi que le capuchon 10 sont remis en place. Le vérin hydraulique 8 est ensuite actionné pour presser l'huile dans l'alésage, une pression égale étant exercée de tous les cOtés du produit composé 13, la pression étant de 12 400 kgs à 20.150 kas par cm2 et forçant l'huile à entrer dans les pores et cavités minimes ménagés dans la surface de la sous-couche en suivant la configuration de celle-ci, ce qui le lie intimement à la sous-couche. La pression est maintenue pendant plusieurs secondes avant de relacher le vérin.L'assemblage 13 eSt ensuite retiré de l'alésage 6 et l'huile restant sur la surface de l'enveloppe 3 est essuyé quand l'enveloppe est écorcée. Le produit composé ainsi obtenu peut ensuite être usiné pour faire un résistor électrique comme suit, une seconde feuille convenant dans ce but étant par exemple une feuilb de la composition suivante Nickel 75 56 par poids Chrome 20 56 par poids Cuivre 2.50 56 par poids Aluminium 2.5 56 par poids Des bornes de conducteurs électriques sous forme de capuchons métalliques (non représentés) par exemple en nickelfer ou nickel-chrome sont pressées sur les extrémités de la sous couche pour t rmer un dispositif d'interférence dans le contact électrique avec la surface de la feuille ; en outre il est possible de souder la feuille sur les capuchons en utilisant par exemple un soudeur de micro-plasma. La valeur de résistance électrique du résistor ainsi obtenu mesurée entre les bornes peut étre augmentée jusqu'à la valeur désirée en formant par exemple une série de coupes ou fentes dans la circonférence avec par exemple l'utilisation d'un rayon laser, une roue coupante ou des techniques de photogravure. Ces coupes ou fentes starrêtent peu avant les bords de la feuille entre lesquels une étroite ouverture existe dans le sens longitudinal de la sous-couche de manière qu'une voie de résistance électrique en méandres persiste entre les bornes du résistor. EXEMPLE 2 Un cache en revêtement de lacque est appliqué sur une face d'une feuil métallique, par exemple d1un alliage nickel-chrome de résistance électrique. Une très fine trace de nickel et ensuite une couche de cuivre d'environ 35 micro-m comme organe de support sont ensuite déposés électriquement sur l'autre face de la feuille Ensuite la surface exposée en cuivre est appliquée sur une souscouche plate en verre au moyen d'une colle et le revêtement de lacque est retiré de la feuille au moyen d'un solvant. En utilisant la technique connue de la photographie, on produit ensuite un modèle de feuille, par exemple le tracé en méandres d'un élément de résistance électrique couvert par une pellicule photorésistante et les régions exposées de la feuille sont gravées par électrolyse à la manière connue, tout en réservant un tracé de basse résistance pour le courant électrique fourni par l'organe de support en cuivre. La feuille-imptimé ainsi obtenue est ensuite libérée du support en verre par le ramollissement de la colle au moyen d'un solvant adéquat et toutes les traces du solvant et de la pellicule photorésistante sont enlevées. L'épaisseur de l'organe en cuivre est ensuite réduite à 10 ou 15 microns par gravure avec acide nitrique pour rendre possible le traitement isostatique ultérieur. La figure 4 des dessins ci-joints montre la feuille imprimée indiquée par la référence 2a sur l'organe support en cuivre indiqué par la référence 2b, placée sur une sous-couche cylindrique en alumine I dont la surface a été traitée pour produire des cavités et pores comme décrit dans le premier exemple. Le procédé décrit dans le premier exemple est poursuivi jusqu'au stade où l'enveloppe flexible indiquée par la référence 3 a été ecorcée. L'organe support en cuivre est ensuite retiré de la feuille et de la sous-couche en utilisant de l'acide nitrique en laissant la feuille imprimée collée sur la sous-couche. Après l'application selon la méthode connue des bornes et, si souhaité, un revêtement de protection en matériaux isolants électriques, une résitance électrique est obtenue qui possède un élément de tracé en méandres. Puisque la feuille a été imprimée avant son application sur la sous-couche, en réalisant la valeur de résitance électrique choisie, il n1 est pas nécessaire d'imprimer la feuille en spirale ou effectuer d'autres impressions après l'adhésion sur la sous-couche. Pour certaines applications il peut Qtre avantageux dene pas enlever complètement l'organe support en cuivre, mais d'en laisser des parties qui constitueront par exemple des bornes pour la résistance électrique ; ces parties ayant été bien protégées sous le masque pendant l'opération de gravure pour enlever le cuivre restant. wrGMPLE 3 Une feuille métallique d'environ 3 microns d'épais ssur et comprenant par exemple une résistance électrique nickelchrome, est laminée sur un organe support en plastique, par exemple polyester ou polyamide offeits dans le commerce d'une épaisseur d'environ 12 microns par application de chaleur et de pression et en utilisant des techniques bien connues dans le domaine des circuits imprimés. L'organe support en plastique est supporté, la feuille se trouvant au-desus, sur une surface plate en utilisant par exemple du ruban adhésif pour le fixer sur le support.Ensuite la feuille est gravée suivant le procédé décrit dans 11 exemple 2 sauf que l'épaisseur de l'organe support en plastique est inchangée jusqu a la fin du traitement isostatique. L'enveloppe flexible est écorcée avec l'organe support en plastique à la fin du traitement isostatique, laissant la feuille gravée collée sur la sous-couche. Comme décrit dans l'exemple 2, des bornes et le cas éçhéant un revêtement de protection peuvent entre appliqués au produit pour obtenir une résistance électrique avec élément résistant en forme de méandres. Si l'on désire appliquer une feuille métallique sur une sous-couche de manière que les bords de la feuille se touchent ou se recouvrent, il est possible de faire une soudure de couture des bords en utilisant par exemple la soudure par résistance électrique, par rayon électronique ou technique de soudure par micro-plasma. En alternative, la feuille peut avoir la forme d'un tube qui constitue un étui parfaitement ajusté sur la souscouche. Si la feuille est en forme de tube ou si ses bords sont soudés en couture et si le produit composé est traité pour obtenir un résistor électrique, il est possible de procéder à une coupe en spirale dans la feuille pour augmenter la résistance jusqu'à la valeur désirée. Si l'on veut faire une sonde de température on utilise une feuille métallique dont la résistance varie considérablement à la température par exemple une feuille en platine. Si l'on veut faire un conducteur de circuit électrique ou une électrode de "capacitor" la sous-couche peut être plate et la feuille métallique peut titre par exemple en aluminium or ou cuivre, puisqu'il est possible d'enlever des parties de la feuille par abrasion, coupe ou gravure pour obtenir un rang de conducteurs sur la sous-couche. Si la force d'écorçage c'est à dire la force nécessaire par unité pour retirer une feuille collée d'une sous-couche est mesurée pour une série de feuilles métalliques ou en alliage collées par le procédé décrit ci-dessus, on constate qu'elle dépend de la dureté du métal ou de l'alliage. La figure 3 montre des exemples de la relation qui existe entre la force d'écorçage pour divers métaux et alliages et leur dureté Brinell. Les métaux pour lesquels les résultats sont tracés sur la figure 3 sont étain, aluminium, platine, cuivre, nickel et titane. Les résultats pour alliages comprenant(i5 56 de cuivre et 45 56 de nickel (il) 70 56 de cuivre et 30 5'o de nickel, (iii) 75 56 de nickel, 20 s de chrome, 2,5 % de cuivre et 2,5 56 d'aluminium, (iv) 80 9d de nickel et 20 56 de chrome, sont également représentés Fig 3. REVENDICATIONS 1 - Produit composé d'une sous-couche en céramique ou céramique-verre sur laquelle adhère directement une feuille métallique, ladite feuille ayant parfaitement la même configuration que la surface adjacente deladite sous-couche, l'adhésion de la feuille sur la sous-couche étant obtenue sans l'intervention d'un agent d'adhésion. 2 - Produit composé selon la revendication 1 dans lequel la surface de la sous-couche a des cavités ou pores minimes 3 - Produit composé selon la revendication 2 dans lequel lesdites cavités ou pores sont rentrants. 4 - Produit composé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 dans lequel ladite sous-Çouche est courbée. 5 - Produit composé selon toutes les revendications 1 à 4 dans lequel ladite feuille est en matériau électriquement résistant utilisable pour application dans une résistance électrique et imprimé pour offrir la valeur désirée, de résistance électrique. 6 - Produit composé selon toutes les revendications 1 à 5 dans lequel la face de ladite feuille à l'opposé deladite sous-couche est appliquée sur un organe de support 7 - Procédé pour réaliser un produit composé caractérisé par le positionnement en contact direct d'une sous-couche en céramique ou céramique - verre avec une feuille métallique et en maintenant le contact direct entre ces deux éléments pendant que l'assemblage ainsi obtenu est soumis à une pression égale de tous les côtés, de manière à faire adhérer ladite feuille à ladite sous-couche, 8 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit assemblage est soumis à une pression dans une enveloppe scellée, ajustée étroitement. 9 - Précédé selon la revendication 8 dans lequel ladite enveloppe est imperméable aux fluides et dont l'atr a été chassé avant le scellemant. 10 - Procédé selon l'urequelconque des revendications 7, 8 ou 9 dans lequel de minimes cavités ou pores ont été produits dans la surface de la sous-couche qui sera en contact avec la feuille Il - Procédé selon la revendication 10 dans lequel lesdites cavités ou pores sont rentrants.