Brevet FR2472619A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne un appareil de revête- ment par pulvérisation Cet appareil se compose d'un carter renfermant une atmosphère d'un gaz convenable à basse pression, au moins une anode et au moins une cible ou cathode disposées dans ladite atmosphère, ladite cible pré- sentant une surface-cible, et des moyens pour appliquer une tension électrique entre l'anode et la cible ou cathode afin de générer entre elles une effluve, provoquant une séparation sous forme de poudre des particules de la matière de la surface de la cible et les particules pulvérisées étant déposées sur la surface d'au moins un substrat disposé de telle sorte que la surface du substrat soit en face de la surface de la cible dans le carter afin de former, à la surface du substrat, un film de revêtement des particules de la matière pulvérisée. Dans cet appareil, le gaz constituant 1'atmosphère est un gaz inerte habituellement introduit dans le carter au moyen d'un dispositif introducteur de gaz relié au carter après que l'on ait évacué l'intérieur du carter à environ 1,33 x 10 -4 Pa au moyen d'un système de pompe à vide relié au carter. Si nécessaire, lteffluve est générée dans un champ magnétique. Cette fonction de "revêtement par pulvérisation" est bien connue comme 1'principe de pulvérisation" ; 1'appareil tel que mentionné ci-dessus, dans lequel cette fonction est menée à bien est habituellement dénommé "appareil de pulvérisation" et la construction fondamentale de cet appareil est également bien connue. Dans les appareils pour rev8tement par pulvérisation de la technique antérieure, la cible et le substrat sont, en règle générale, horizontaux et parallèles l'un à l'autre dans le carter. Dans une disposition semblable, si la cible est positionnée au-dessus du substrat de sorte que la surface de la cible soit tournée vers le bas et la face du substrat soit tournée vers le haut, les granulés de la matière de la cible formés par relâchement de cette matière, par exemple, au moyen de la chaleur venant de de lieffluvage, tombent sur le substrat et les granules réunis forment des projections, produisant des dépôts anormaux ; il en résulte des défauts da produit fini tels que les trous d'aiguilles ou similaires sur le film de re rgtement appliqué au substrat.Par contre, si la cible est positionnée en-dessous du substrat de sorte que la surface de la cible soit tournée vers le haut et la surface du substrat soit tournée vers le bas, des agrégats de particules du matériau de la cible pulvérisées et dépo- suées tombent du substrat sur la cible et ces agrégats conduisent également à des dépars anormaux. Jusquta présent,, dans le cas où l'on utilise, comme matière de la cible à pulvériser un atériau tel que le chrome métallique, métal + SiO2, A12O3 et autres, et où la cible est composée d'un corps de base, par exemple en cuivre, et d'une couche dudit matériau-cible fixé sur le corps de base, la cible et le substrat sont disposés de telle sorte que la surface de la cible et la surface du substrat soient verticales et parallèles l'une à l'autre. Dans cette disposition, l'inconvénient consiste en ce que la couche cible est susceptible de se fendre sous l'action de la chaleur et d'autres phénomènes provenant de l'ef- flurage et que, si ces fentes sont excessives, la couche tombe en pièces et le corps de base de la cible est exposé, de sorte qu'il est impossible d'obtenir une adhE- rence uniforme du film de revêtement du matériau de la cible au substrat. L'invention a pour objet de fournir un appareil amélioré de revêtement par pulvérisation dans lequel les in convénients de la technique antérieure cités ci-dessus sont pratiquement éliminés ou tout au moins réduits par des mesures simples. Pour atteindre ce but, l'originalité de l'appareil consiste en ce que la cible est disposee de telle sorte que sa surface soit oblique et tournée vers le haut. Dans une telle disposition, si le matériau de la cible est ramolli et/ou fendu, il ne pourra pas tomber et le fonctionnement de la cible ne sera pas gêné. Afin d'empocher les particules pulvérisées et adhérentes du matériau de la cible de tomber de la surface du substrat il est preférable que ce substrat soit disposé do telle sorte que sa surface soit oblique et tournée vers le bas. Avantageusement il y a au moins deux substrats disposes en forme de V de sorte que la surface de chacun des substrats soit oblique et tournée vers le bas. Cette disposition permet de réduire l'espace nécessaire au traitement et d'augmenter la productivité de l'installation. L'appareil selon l'invention peut être adapté à ce que l'on appelle la production en série si la cible, ou chacune des cibles,est fixe et les substrats transportés par un système transporteur à travers un poste de traitement dans lequel sont installées les -ou la- cibles. Dans ce cas, les substrats peuvent être déplacés par intermittence. Selon un mode de réalisation, le système transporteur comporte des rails, un certain nombre d'anodes qui peuvent être supportées par les rails et se déplacer le long de ces derniers et au moins un substrat qui peut être monté de façon amovible sur chaque anode. Afin de travailler de façon continue ou semi-continue, il est préférable de disposer le système transporteur de telle sorte qu'il déplace les substrats dans un passage fermé ou pratiquement fermé, comprenant aussi bien le poste de traitement qu'un poste de chargement dans lequel les substrats sont chargés dans le système et un poste de déchargement dans lequel le système est déchargé. Des formes d'exécution préférées de l'appareil selon l'invention vont maintenant être décrites, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1 est une vue schématique dune forme d'exécu- tion de l'appareil selon l'invention, Figure 2 est une vue schématique présentant des dispositions des parties principales d'une seconde forme d'exé- cuvions Figuroe3aetFigure 3b sont, respectivement, la moitié gauche et la moitié droite d'une vue en perspective séparée d'une troisième forme d'exécution de l'appareil selon l'invention ; dans un but de clarification de l'illustration, les surfaces des cibles, les surfaces des substrats et les surfaces latérales des anodes sont représentées en position verticale, ces surfaces étant, a la vérité obliques comme représenté à la figure 4. Figure 4 est une vue schématique représentant la disposition d'une des cibles et d'une des anodes sur lesquelles sont montés les substrats, dans un poste de traitement de la troisième forme d'exécution présente aux figures 3a et 3b. L'appareil présenté à la figure comporte un carter 10 relié à un système de pompage sous vide 12, par une conduite de vide 14, et également relié à un dispositif dtintroduction de gaz 16 par une conduite de gaz 18. Dans le carter 10 est disposé une cathode 20 cons tituée d'un corps de base de cible 22 en matériau conducteur électriquement, tel que le cuivre, relié au carter 10 et isolé électriquement de ce dernier. La cathode 20 comporte également une couche de matériau-cible 24 en matière telle que le chrome môtallique, môtal + SiO2 ou Al203, fixée et reliée électriqnement au corps de base de cible 22. Une anode 26, placée dans le carter 10 est fixée à ce dernier et y est reliée électriquementO Un substrat 28 est monté sur l'anode 26. La cathode 20, l'anode 26 et le substrat 28 sont disposés de telle sorte qu'unie surface cible 30 de la couche cible 24 soit inclinéepar exemple d'environ 600 et soit tournée vers le haut et qu'unie surface de substrat 32 du substrat 28 soit pratiquement parallèle à la surface cible 30 et soit tournée vers le bas. Le carter cet par là l'anode 26, sont reliées à la terre en 34 et la cathode 20 est reliée électriquement à l'une des bornes d'une source électrique 36, 11 autre borne de la source étant reliée à la terre en Quand on fait fonctionner l'appareil représenté à la figure 1, on évacue tout d'abord le carter 10 à une pres sion d'environ 1,33 x 10 -4 Pa au moyen du système de pom- page sous vide 12, puis on introduit un gaz inerte tel que par exemple l'argon, à une pression adaptée telle qu'une pression de 6,55 x 10 à 1,33 x 10 Pa.On applique alors une tension électrique d'environ 80o volts entre la cathode 20 et l'anode 26 au moyen de la source électrique 36 ; il en résulte, entre les deux éléments, la formation d'une effluve. Le matériau de la couche 24 de la cathode 20 est ainsi séparé de ce dispositif sous forme de poudre et déposé sur la surface 32 du substrat 28 pour former, sur cette surface 32, un film de revêtement. Quand on effectue une telle opération sur un tel appareil, le matériau cible pulvérisé et déposé à la surface du substrat 32 ne tombe pas, et cette opération étant répotée, sans renouveler la cible, la cathode travaille de façon satisfaisante pendant longtemps jusqu 'à-consomma- tion pratiquement totale de la couche 24. Dans ce cas, il se forme, en environ 24 heures, des craquelures dans la couche 24 de matériau cible, mais celle-ci ne tombe pas en pièces et l'effet de pulvérisation de la cathode 20 n'est pas modifiée. La seconde forme d'exécution représentée à la figure 2 est la même que celle illustrée a' la figure 1, mais il y a deux cathodes ou dispositifs-cibles 20 et deux substrats 28 disposés en forme de V et montés sur une anode unique en V 26'. La construction détaillée et le mode de fonctionnement de cette forme dtexécution sont évidents d'après la description de la forme d'exécution de la fi- gure 1, et les avantages de cette seconde forme dtexécu- tion sont ceux mentionnés ci-avant. Comme expliqué en référence à la figure i, l'appareil selon l'invention peut être adapté à une marche continue ou semi-continue sans renouveler la cible. Un mode de réalisation d'un tel fonctionnement est représenté aux figures 3a et 3b dans lesquelles, afin de clarifier la représentation des cathodes, les substrats et les anodes sont montrés de telle façon que les surfaces des cibles, les surfaces des substrats et les surfaces latérales des anodes sont verticales mais en réalité ces surfaces sont montées obliquement comme représenté à la figure 4. Les formes d'exécution présentées aux figures 3a, 3b et 4 comportent un système transporteur 100 pour transporter les anodes 102. Ce système 100 se compose des rails supérieurs 104 le long desquels les anodes 102 sont déplaces de l'extrémité droite à l'extrémité gauche, au niveau supérieur des rails inférieures 106, le long desquels les anodes 102 sont déplacées de l'extrémité gauche à l'extrônitô droite au niveau inférieur ; d'un élévateur gauche 108 qui reçoit les anodes 102 des rails su périeurs î04, à leur extrémité gauche au niveau supérieur abaisse ces anodes du niveau supérieur au niveau infé- rieur et les livre aux rails inférieurs 106 à l'extrémité gauche au niveau inférieur ; et d'un élévateur droit 110 qui reçoit les anodes 102 des rails inférieurs 106, à l'extrémité droite et au niveau inferieur,Fleve ces anodes du niveau inférieur au niveau supérieur et les livre aux rails supérieurs 104, à ltextrémité droite et au niveau supérieur. Ce système convoyeur 100 peut donc transporter les anodes 102 dans un passage fermé. Chacune des anodes 102 a un corps d'anode en forme de cadre 112 avec une section transversale en forme de V avec deux ouvertures de montage 114 sur chaque c8té, inclinées et tournées vers le bas comme montré à la figure 4. Le corps d'anode 112 peut être suspendu aux-et se déplacer le long des- rails 104, 106 au moyen d'un certain nombre de roulettes 106 tournantes et mobiles sur les rails 104, 106 et d'un certain nombre de supports en forme de L 118, chacun d'entre eux étant supporté par un des rouleaux 116 à sa partie supérieure et fixée au corps d'anode 112 à partie inférieure. Quatre substrats 120 peuvent être montés sur le corps 112 de l'anode 102 ; plus précisément deux substrats 120 peuvent être montés dans les deux ouvertures de montage 114 sur chaque côté du corps d'anode 112, dans la position de montage une surface de substrat 122 de chacun des substrats 120 ôtant inclinée et tournée vers le bas et les quatre substrats étant disposés en forme de V. Dans une partie supérieure du passage dans lequel sont disposés les rails supérieurs 104 se trouve un poste de chargement 124 dans lequel l'anode 102 est char gé avec les substrats 120 et un poste de déchargement 126 dans lequel l'anode 102 est déchargée. Une section principale d'une partie dtun passage in férieur dans lequel sont disposés les rails inférieurs constitue le poste de travail 128. Dans ce poste 128, le passage est entouré d'un corps tubulaire 130 pour former une chambre de traitement 132 dans laquelle est ef fectuô le processus de revêtement par pulvérisation. Un certain nombre de cathodes ou de cibles 221 sont montées sur les parois latérales du corps tubulaire 130 , en position de montage, une surface cible 136 de chacun des dispositifs 134 étant inclinée et tournée vers le haut comme montré à la figure 4. Afin de maintenir, dans la chambre de traitement 132 une atmosphère de gaz adaptée à la basse pression désirée, le corps tubulaire i30 comporte des ouvertures de pompage i38 reliées à un système de pompage sous vide (non représenté), des ouvertures (non représentées) reliées à un dispositif d'introduction du gaz (non représenté) et des soupapes d'isolation 140. Dans les figures 3a et 3b, la référence 142 indique un dispositif de chauffage permettant de chauffer une partie du passage avant la chambre de traitement 132. Les références 144 et 146 correspondent respectivement à une cabine de contrôle et à une cabine de contrôle en courant continu de la pulvérisation pour le cuivre. Lors de la marche de la forme d'exécution représentée aux figures 3a, 3b et 4, les anodes sont déplacées de fa çon intermittente dans le passage fermé au moyen du système transporteur 100, chargées avec les substrats 102 dans le poste de chargement 124 et déchargées dans le poste de déchargement 126. Dans le poste de traitement 128 le revêtement par pulvérisation" est effectué comme décrit en référence à la figure i. L'appareil représenté aus figures 3a, 3b et 4, travaille dans les conditions suivantes :chaque cathode ou cible 134 se compose d'un corps de base de cible, en cuivre et d'une couche de matériau cible en chrome mesurant 12,5 x 37,5 cm, la distance entre la cathode 134 et le substrat 120 est de 60 à 100 mm, l'inclinaison des surfaces des cibles et des substrats est d'environ 600, la tension appliquée entre les électrodes 134 et 102 est de 100 V, et l'atmosphère dans la chambre de traitement est constituée par de l'argon à une pression de 6,65 x 10-1 à 1,33 x 10 i Pa. Dans ce traitement, les cathodes 134 travaillent de façon satisfaisante pendant environ 36 heures jusqu'à ce que la couche soit pratiquement complètement consommée sans renouvellement des cibles et par conséquent, l'appareil continue a travailler pendant aussi longtemps. - REVENDICATIONS 1 - Appareil de revêtement par pulvérisation du type comportant un carter renfermant une atmosphère d'un gaz convenable à basse pression au moins une anode et au moins une cible ou cathode dåsposées dans ladite atmosphère, ladite cible présentant une surface-cible, et des moyens pour appliquer une tension électrique entre l'anode et la cible ou cathode afin de générer entre elles une effluve, provoquant une séparation sous forme de poudre des particules de la matière de la surface de la cible et les particules pulvérisées ôtant déposées sur la surface d'au moins un substrat disposé de telle sorte que la surface du substrat soit en face de la surface de la cible dans le carter afin de former, à la surface du substrat, un film de revêtement des particules de la matière pulvérisée, caractérisé en ce que la cible est disposée de telle sorte que la surface de ladite cible soit oblique et tournée vers le haut. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est disposé de telle sorte que la surface dudit substrat soit oblique et tourne vers le bas. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins deux substrats sont disposes en forme de V de sorte que la surface de chacun des dits substrats soit oblique et tournée vers le bas 4 - Appareil selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que la cible -ou chacune des cibles- est fixe et les substrats sont tranSportés par un dispositif tranwoNeur à travers un poste de traitement dans lequel sont disposées la -ou les- cibles. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractôrisô en ce que le système transporteur comporte des rails, un certain nombre d'anodes pouvant être supportées par ces rails et se déplacer le long de ces derniers et au moins un substrat pouvant être monté de façon amovible sur chaque anode. 6 - Appareil selon la revendication 4 ou la revendica 5, caractérisé en ce que le système transporteur est con çu de façon déplacer les substrats dans un passage fermé ou pratiquement fermé comportant le poste de traitement aussi bien qu'un poste de chargement dans lequel le système est charge et qu'un poste de déchargement dans lequel le système est déchargE.