Brevet FR2403710A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un article et une méthode par le chauffer, l'article ayant une zone de surface conductrice où sont implantés des ions, et étant chauffé en le soumettant à un champ électromagnétique rayonnant. Des articles ayant une pellicule de surface conductrice ont été proposés, devant être chauffés par une exposition à un rayonnement électromagnétique comme dans un fuur à microondes Les pellicules de surface conductrices habituellement utilisées sont des récepteurs inefficaces du rayonnement électromagnétique.Cela limite la température qui peut entre obtenue avec des niveaux raisonnables d'énergie de rayonnement et cela rend la méthode de chauffage conteuse. Les pellicules de surface subissent un changement des caractéristiques physiques et électriques quand elles sont chauffées de façon répétée à des températures de l'ordre de 1490C et elles brOient à 2600C, ces températures étant comprises dans la gamme de températures nécessaire pour effectuer une cuisson, par exemple,oudr!sde nombreuses autres applications de chauffage. Cela réduit encore l'efficacité et la fiabilité de ces méthodes de chauffage. Un autre problème posé par l'utilisation de ces pellicules de surface sur des ustensiles de cuisson est qu'elles ne résistent pas à un nettoyage répété. En conséquence, les ustensiles ayant des surfaces classiques conductrices ne sont généralement pas considérés comme étant adaptés à des buts de chauffage dans des fours à microondes et analogues, et cette fonction est généralement remplie en utilisant des ustensiles contenant des matériaux de ferrite. On a cependant trouvé qu'un article ayant une zone de surface conductrice où sont implantés des ions, préparé selon la méthode décrite et revendiquée dans le brevet U.S. NO 3 682 700 à Glyptis, publié le 8 Aott 1972, permettait d'obtenir une forte température lors d'une excitation par un rayonnement électromagnétique, sans titre soumise aux autres difficultés rencontrées avec des articles ayant une pellicule# de surface. Ce brevet révèle une méthode pour implanter une zone de surface conductrice sur une surface ou un substrat non conducteur, en excitant les molécules de la surface du substrat et en y appliquant une composition fluide se composant d'un véhicule ayant des impuretés du type n et du type p à des valences supérieures et inférieures, respectivement, au support ou véhicule.Dans ce brevet, on envisage d'établir un courant électrique à travers la zone conductrice par connexion d'une source de tension à des électrodes d'argent peintes à la surface. Des travaux avec des semi-conducteurs amorphes ont montré que les bandes d'énergie n'étaient pas défies de façon très distincte et qu'il y avait des bandes adjacentes à la bande de Fermi où le courant portant les impuretés était mobile. En conséquence, certains des avantages de la zone implantée d'ions ci-dessus mentionnée peuvent entre réalisés en employant une composition se composant d'un véhicule avec une impureté soit du type n ou du type p. Un véhicule de SnCl4 peut titre utilisé avec seulement une impureté du type n comme un chalcogène choisi dans le groupe VIAde la Table Périodique, par exemple un sel de tellurium. La présente invention concerne une méthode pour chauffer un article en un matériau non conducteur ayant une zone de surface conductrice où des impurtés sont implantées sow forme d'ions, et qui consiste à exciter la zone de surface conductrice par une énergie électromagnétique. Plus particulièrement, l'article est exposé au rayonnement électromagnétique comme dans un four à microondes. Unealre caractéristique de l'invention concerne un article, à utiliser pour un chauffage par un rayonnement électromagnétique, où l'article a une surface produite selon la méthode du brevet ci-dessus mentionné , à l'exception que l'article ou ustensile n'est pas pourvu d'électrodes conductrices pour application d'un courant électrique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appara#tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel - la figure unique montre une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un article tel qu'un ustensile de cuisson selon l'invention. En se référant maintenant au dessin, il illustre une vue en coupe transversale d'un ustensile selon l'invention, pouvant particulièrement être adapté à la cuisson d'aliments dans un four à micnxndes. Il sera bie#ntendu apparent que l'article et la méthode selon l'invention ne sont pas limités à une telle application. L 'article se compose d'un substrat 10 en verre ou autre matériau amorphe et non conducteur comme de la céramique, comme cela est révélé dans le brevet de Glyptis ci-dessus. Une surface-11 de l'ustensile a' cependant une conductivité électrique, par suite d'une implantation d'ions selon la méthode de Glyptis.On se souviendra que dans les articles de Glyptis, il était nécessaire de prévoir des bornes électriquement conductrices pour l'introduction, dans la surface, d'un courant électrique, afin d'effectuer le chauffage de l'article. Cependant, dans lragen- cement selon l'invetion, de telles bornes conductrices ne sont pas prévues, en effet l'utilisation des bornes conductrices est évitée. Dans la méthode de chauffage selon l'invention, on utilise un panneau (355 mm x 355 mm) ayant une zone où sont implantés des ions comme cela est décrit dans le brevet de Glyptis, ayant une résistance de 800 ohms par unité de surface. Le panneau est placé dans un four à microondes opérant à une fréquence de 2450 MHz pendant une période de 7 minutes 1/2. L'article atteint une température de 4270C. Le phénomène par lequel énergie électromagnétique est appliquée à la zone conductrice où sont implantés des ions n'est pas totalement compris. Un examen d'un article avec une zone conductrice où sont implantés- des ions montre que les impuretés établissent des centres localisés d'impuretés. On peut penser que des paires de centres d'impuretés coopèrent pour former des dip#les, dont certains ont une dimension de l'ordre d'un quart de longueur d'onde de la fréquence du rayonnement électromagnétique (30 ma à 2450 MHk). Les dipôles reçoivent le rayonnement électromagnétique. Des dipôles électro-statiques dans la zone conductrice vibrent, ce qui provoque une perte d'énergie par hystérésis, c'est-à-dire un frottement moléculaire. Cela amène un chauffage du matériau de base. Un courant parasite peut contribuer à l'effet de chauffage, en particulier aux plus basses fréquences. La distribution de chaleur est fonction de l'intensité du champ électromagnétique et du facteur de puissance du matériau de base. On pense qu'un autre facteur qui est important pour obtenir un chauffage efficace de 11 article, est que la surface de la zone où sont implantés des ions, en regardant sous un microscope, soit irrégulière ou ondulée. Les ondes électromagnétiques rayonnées sont éparpillées et piégées. Peu d'énergie est réfléchie. Par ailleurs, la zone conductrice où sont implantés des ions s'étend sur une profondeur appréciable dans la surface du substrat. Le rayonnement électromagnétique pénètre dans la zone conductrice et y est absorbé. La trajectoire moyenne d'électrons libres de la zone conductrice est fonction directe de la profondeur de pénétration. Cela contribue à l'efficacité de l'absorption de l'énergie, en particulier dans la gamme des infrarouges. Inversement, avec une pellicule de surface conductrice typique, le couplage et l'absorption énergie électromagnétique sont inefficaces. Il nty a rien dans la pellicule, qui correspond aux dipôles de centres d'impuretés de la zone conductrice où sont implantés des ions. Par ailleurs, l'inter- face très bien définie entre la pellicule de surface conductrice et l'article sert de réflecteur, rejetant plutôt qu'absorbant l'énergie. La concentration des véhicules ou porteurs de courant par ions implantés diminue avec la profondeur de la zone conductrice. Ainsi, la résistance augmente graduellement d'une faible valeur à la surface jusqu tà une forte valeur dans le corps du substrat à une profondeur supérieure à la pénétration maximum de la composition implantée. En conséquence, la chaleur est distribuée dans toute la zone conductrice. Cela évite le gradient rapide de température pouvant se produire quand un article ayant un revêtement de surface est chauffé pro un rayonnement électromagnétique, et cela diminue les fendillements de surfaceprovoqués par la dilatation thermique0 Un article ayant une zone conductrice où sont implantés des ions est chauffé par un rayonnement électromagnétique sur une large gamme de fréquences. Il est préférable d'utiliser un rayonnement électromagnétique ayant une fréquence inférieure au spectre visible, 1015Hz. On a trouvé qu'une fréquence de 2,45 x 109 Hz, typique dans un four à microondes commercialisé, était adaptée. On pense que le mécanisme principal de chauffage est l'hystérésis électrostatique ou le frottement moléculaire dans la zone conductrice.D'un point de vue physique pratique, il est diffiale d'établir des dipôles d'impuretés ayant une dimension adaptée pour les radio-fréquences les plus basses. Par ailleurs, en dessous d'environ 0,5 x 106Hz, l'hystérésis magnétique et les courants parasites sont plus importants que l'hystérésis électrostatique, mais on pense qu'ils contribuent moins au chauffage. Aux fréquences supérieures, énergie absorbée produira des effets de luminosité plutôt que de chaleur. La résistance de la zone de surface conductrice peut être choisie selon la nature de l'application de chauffage. La température établie dans l'article est en rapport direct avec le niveau d'énergie -électromagnétique à- laquelle l'article est exposé et inversement en rapport avec la résistance de la zone conductrice. Ainsi, si l'on souhaite unChaute température, on utilise une faible résistance.-Pour une faible température, une résistance élevée peut être satisfaisante. Dans un ustensile de cuisson utilisé dans un four à microondes, on a trouvé que des résistances de 1 à 900 ohms par surface unitaire étaient satisfaisantes ; on préfère une résistance de l'ordre de 800 ohms par surface unitaire. On a trouvé que 11 article selon l'invention était utile et économique pour la cuisson des aliments dans un four à mic#roondes . Par exemple, l'article est particulièrement utile pour des potiers ou analogues, et on a trouvé que des aliments tels que des pizzas pouvaient facilement y être cuits, ces aliments n'étant généralement pas adaptables à un traitement dans des fours à microondes. Il est bien entendu apparent que l'invention a de nombreuses autres applications. Bien entendu, l'-invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Méthode de chauffage d'un article en un matériau non conducteur ayant une zone de surface conductrice avec implantation d'ions d'une impureté du type n ou du type p, caractérisée en ce qu'elle consiste à exciter ladite zone de surface conductrice par une énergie électromagnétique. 2. Méthode selon larevendication 1, caractérisée en ce que l'article précité est exposé à un rayonnement électromagnétique. 3. Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rayonnement électromagnétique précité a une fréquence provoquant des pertes par hystérésis électrostatique dans l'article. 4. Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la fréquence du rayonnemant électromagnétique est supérieure à 0,5 x 10 Hz et inférieure à 1015ho. 5. Méthode selon la revendication 2, caractériséeen ce que le rayonnement électromagnétique précité est dans la gamme des microondes. 6. Méthode selon la revendication 5, caractérisée en-ce que la-fréquence du rayonnement électromagnétique précité est de l'ordre de 2,45 x 10-9Hz. 7. Méthode selon la revendication 1 pour un ustensile de cuisson caractérisée en ce que la résistance en courant continu de la zone de surface précitée est de l'ordre de 1 à 900 ohms par unité de surface. 8. Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que la résistance en courant continu de la zone de surface est de l'ordre de 800 ohms par unité de surface. 9. Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rayonnement électromagnétique précité est confiné dans une enceinte et en ce que l'article précité est placé dans ladite enceinte. 10. Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'enceinte précitée est un four à microondes et en ce que l'énergie d'excitation précitée est produite par la source d'excitation dudit four. 11. Méthode pour chauffer un article en un matériau de base non conducteur ayant une zone de surface électriquement conductrice où des ions sont implantés caractérisée en ce qu'elle consiste à exciter ladite zone de surface conductrice par un rayonnement électromagnétique. 12. Article pour un chauffage par une énergie électromagnétique caractérisé en ce qu'il a un substrat en un matériau amorphe et non conducteur et une zone de surface conductrice contenant un ion d'une imputé du type n ou du type p, ladite surface conductrice ayant pas de borne conductrice. 13. Article selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface précitée a une résistivité de 1 à 900 ohms par unité de surface. 14. Article selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface précitée a une résistivité de l'ordre de 800 ohms# par unité de surface. 15. Article selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface précitée a une résistivité de l'ordre de 800 ohms par unité de surface, et en ce qu'elle est dépourvue de contact avec tout matériau conducteur ayant une résistivité plus faible.