Brevet FR2496328A1 — publié le 19820618

i.- 2496328 L'invention concerne un procédé pour la réalisa- tion de surfaces extérieures d'isolateurs, par accroissement de la surface extérieure d'une matrice de corps solide servant d'i- solateur. Les propriétés isolantes de corps isolateurs se perdent souvent avec le temps, par le fait que leurs surfaces extérieures sont contaminées par des dépÈts conducteurs de cou- rant, par exemple par des vapeurs de métal qui condensent sur le corps isolant lors de décharges d'étincelles ou lors de l'ex- ploitation de sources d'ions métalliques. Il est connu d'améliorer les propriétés isolan- tes d'isolateurs par accroissement de la surface extérieure de leur corps de matrice solide. Dans ce but, on donne au corps d'isolateur une forme spéciale telle que la surface extérieure est accrue par des structures en nervures, de telle sorte que la détérioration des propriétés isolantes ne se produit qu'après une très forte contamination par des dépôts précipités bons con- ducteurs. L'accroissement de surface extérieure ainsi ob- tenu par formage de nervures est cependant relativement faible, de l'ordre de dix fois, de sorte que l'effet protecteur obtenu reste réduit. L'invention a pour but d'améliorer les proprié- tés isolantes dtisolateurs qui sont exposés surtout aux préci- pitations de vapeurs métalliques, qui se produisent par exemple lors de décharge à étincelles ou de la mise en service sur des sources d'ions à crachement, en augmentant leurs surfaces exté- rieures par rapport au corps solide de matrice, et en s'opposant ainsi à la destruction des isolateurs par de telles contamina- tions. Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé du type mentionné caractérisé en ce que la surface extérieure de l'isolateur est bombardée uniformément avec un faisceau paral- lèle d'ions producteurs de traces durables de noyau, les traces ainsi produites étant ensuite agrandies au moyen d'un produit mordant de telle sorte que soient produits, par attaque chimique, des canaux individuels voisins se recoupant ou se juxtaposant. De manière particulièrement avantageuse, le rayon- nement doit être constitué d'ions lourds. En outre, le procédé conforme à l'invention prévoit que le corps solide de matrice y.-_ 2496328 est une feuille avec laquelle on peut envelopper en respectant leur formes des structures macroscopiques. Conformément à l'invention, la porosité P ob- tenue par ce procédé, qui correspond au rapport entre le produit du nombre de trous par la surface du trou individuel et la sur- face totale du matériau, non transforméS, est égale à l'unité. L'invention sc'tend a un dispositif pour l'ap- plication du procédé ci-dessus, dans le.quel onr. choisit les va- leurs d'énergie, de densité, et de atuLre d'ions du faisceau d'ions lourds en fonction de la profondeur de la structure dési- rée et du matériau à irradier, ce dispos.tif comprenant un ac- célérateur d'ions lourds pour la production du faisceau, avec une chambre à vide dans laquelle le faisceau pénètre et dans laquelle se trouve l'objet à traitera Ce dispositif comportant, en avant du corps solide de matrice, une grille rotative, trans- versale au faisceau,-à laquelle se raccorde, devant l'échantil- lon ou son support, un déflecteur magnétique pour diriger le faisceau, tout autour de l'objet. le progrès technique particulier apporté par l'invention consiste en ce que par ce procédé, on peut obtenir un accroissement de surface extérieure du corps isolant ou du corps solide de matrice, d'un facteur égal à mille et plus, ce qui n'est atteint par aucun des procédés antérieurement connus. Il en résulte une importante augmentation de l'effet protecteur. Bn outre, ce procédé donne la possibilité de réaliser, au lieu du corps isolant, une feuille pourvue d'une structure conforme au procédé, qu'on enroule autour de ce corps et qui donne l'ef- fet de protection désiré. Il est alors particulièrement avanta- geux que la forme du corps isolant puisse désormais être déter- miné par d'autres conditions techniques, par exemple la réais- tance mécanique, le poids ou simplement par l'exigence d'une forme simple et peu codteuse. La protection superficielle est obtenue au moyen d'une structuration superficielle microscopique, qui peut être appliquée sur n'importe quelle structure macroscopique. Il est en outre favorable que, si l'on utilise une feuille enveloppan- te protectrice, fabriquée conformément au procédé de l'invention, une feuille puisse être-fabriquée, d'après l'état actuel des techniques d'accélération, à une vitesse égale à environ 1 mè- tre carré par seconde. Un grand nombre de problèmes différents peut ainsi être résolu économiquement avec un produit standard dans un vaste domaine. Enfin, un avantage de l'invention réside encore en ce que la microstructure réalisée par le procédé n'implique par l'émission d'électrons d'ions secondaires, ni de lumière ultra-violette, de sorte que se trouve largement éliminée une source d'extension des décharges à haute tension. Le procédé de l'invention est expliqué ci-après avec référence aux figures 1 et 2, dans lesquelles: - la figure 1 montre une photographie du micros- cope électronique d'une surface extérieure d'isolateur réalisée par le procédé de l'invention, - la figure 2 est un schéma du dispositif uti- lisable pour l'application du procédé. Dans la figure 1 est représenté un exemple de surface extérieure en mica structurée par le procédé de l'in- vention. Il s'agit là d'une photographie originale faite au microscope électronique à l'échelle indiquée sur l'épreuve. En vue de rendre cette structure au moins légèrement conductri- ce en vue de l'épreuve au microscope électronique, elle a été produite avec une dose d'environ 109 ions/cm2 et les canaux pro- duits par l'attaque chimique étant particulièrement larges. On obtient ainsi une porosité P optimale égale environ à 1. Cette porosité étant donnée par le rapport s nombre de trous x surface du trou individuel P = surface totale du matériau non transformé La surface du trou individuel est la surface ex- térieure théorique d'un trou ou d'une ouverture produite par l'attaque chimique, correspondant à un canal individuel sur une surface plus grande et non perturbée. La porosité P peut être supérieure ou inférieure à 1. Elle est supérieure à 1 lorsqu'on est en présence d'une attaque chimique excessive, c'est-à-dire que la structuration a été trop fortement marquée. La forme de losange des trous montrés dans la figure 1, avec une porosité P supérieure à 1 choisie pour des raisons photographiques, est causée par la structure cristalline de mica et par l'acide fluo- rhydrique utilisé pour l'attaque chimique, et cette forme n'a pas d'importance pour l'obtention de l'effet recherché. L'accroissement de surface extérieure désiré est obtenu de la manière suivante: le corps isolant à protéger 3.- est irradié sous vide et sur tous ses côtés avec un rayonnement d'ions lourds. Il se forme ainsi, dans la couche superficielle, des canaux de traces de noyau latents d'un diamètre égal à en- viron 100 angstrUm et d'une profondeur dépendant de l'énergie des ions, par exemple égale à dix microns pour une énergie d'ions d'environ 1 MeV/nucléon. Ces canaux sont ensuite élargis par une opération de développement ou d'attaque chimique jusqu'au diamètre désiré, suffisamment grand. Par un choix approprié de la dose d'irradiation (nombre d'ions par centimètre-carré) et de la durée de développement au moyen de l'attaque chimique, on peut obtenir qu'environ la moitié de la surface du corps iso- lant, c'est-à-dire de sa matrice solide, soit couverte de ca- naux aux traces de noyau, et qu'il en résulte une structure de surface extérieure en forme de labyrinthe. L'effet de protection obtenu avec le procédé de l'invention est démontré par la comparaison suivante: si une plaquette de mica isolante à l'état non traité est revêtue d'or, dans une installation de projection à crachement, pendant 4 mi- nutes, avec un courant de décharge de 20 mAi, on mesure, entre deux points de contact opposés, une résistance d'environ 50 L. Mais# si cette plaquette a été précédemment irradiée avec un rayonnement d'environ 5.10 8 ions d'argon, à 1,4 MaV par nucléon, par centimètre-carré, et traitée ensuite pendant 20 minutes dans un bain d'acide fluorhydrique à 40 y, et enfin plaquée d'or, com- me décrit plus haut, on mesure, entre les contacts, une résistan- ce d'isolation de plus de 1010-& sous une tension d'essai de 1 kV. Au lieu d'un corps solide de grand volume, il est également possible de structurer, par le procédé de l'inven- tion, une surface isolante de telle sorte que ses propriétés isolantes soient fortement améliorées. Avec une telle feuille dont la fabrication est simple et peut se faire en grandes quan- tités, on peut alors protéger n'importe quel corps isolant, par enveloppement avec la feuille, contre des vapeurs métalliques. La feuille peut pour cela être choisie de telle sorte qu'elle présente des propriétés particulièrement favorables à l'impres- sion des traces de noyau et à leur développement chimique. Comme particulièrement favorables à ce processus, on peut citer des matériaux dans lesquels on peut produire des traces de noyau attaquées à l'acide avec un diamètre pratiquement constant. 4.- 5.- Cependant, en principe, il est possible de produire sur tous les corps solides isolants, des traces de noyau latentes pouvant être élargies, par attaque chimique, en canaux à section coni- que plus ou moins élancée. La figure 2 est une représentation schématique d'une installation d'irradiation pour l'application du procédé proposé. Cette installation se trouve dans une chambre à vide sous une pression inférieure à 0,0133 Pa. La référence 1 dési- gne le faisceau d'ions lourds qui s'étend le long de l'axe 5 et pénètre dans la chambre sous vide, non représentée. Le faisceau d'ions 1,5 est produit par un accélérateur d'ions lourds du type commercial connu UNILAC et dirigé dans la chambre sous vide des- tinée à l'irradiation. Son énergie et la nature des ions sont choisies au préalable suivant la profondeur de structuration dé- sirée et suivant le matériau à irradier. Une grille 2 rotative interposée dans le par- cours du faisceau 1 capte une partie du faisceau et est utili- sée pour la mesure de la dose. Elle est entra née en rotation par un moteur 7. Après la grille, il est prévu, interposé sur le faisceau 1, centralement par rapport à son axe 5, un déflec- teur magnétique 3, à l'aide duquel le faisceau est élargi de ma- nière à pouvoir charger une plus grande surface 6 du corps soli- de ou de l'échantillon à irradier, uniformément, avec la densi- té désirée. A la suite du déflecteur 3 qui peut être de for- me annulaire, est disposé le support 4 pour le maintien du maté- riau à irradier. Dans l'exemple représenté de ce support 49 il s'agit de deux rouleaux de transport entre lesquels peut être enroulée une matrice de corps solide en forme de feuille, comme surface à irradier 6 par l'axe du faisceau 5. La dose d'irradia- tion peut 6tre réglée par la vitesse d'enroulement. On pourrait également envisager, comme support, un dispositif rotatif pour une irradiation sur tous les c8tés, par exemple d'un corps iso- lant à extension spatiale. 6.- 2496328 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la réalisation de surfaces ex- térieures d'isolateurs par accroissement de la surface d'une matrice faite d'un corps solide servant d'isolateur, procédé ca- ractérisé en ce que la surface extérieure de l'isolateur est bom- bardée avec un faisceau de rayonnement parallèle d'ions produi- sant des traces de noyau latentes, ces traces étant ensuite élar- gies, de manière connue, par l'attaque d'un produit chimique, de telle sorte que soient formes des canaux rectilignes se re- coupant ou Juxtaposés. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le faisceau de rayonnement est constitué par des ions lourds. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice constituée par le corps solide est une feuille avec laquelle on peut envelopper des struc- tures macroscopiques en épousant leur forme. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la porosité obtenue P est sensiblement égale à 1, cette porosité étant exprimée par le rapport entre le produit du nombre de trous par la surface d'un trou individuel et la surface totale du matériau non transformée par le rayonnement. 5.- Dispositif pour l'application du procédé smuivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'énergie, l'intensité et le type des ions du rayonnement d'ions lourds, sont préalablement choisis en fonction de la profondeur de structure et du matériau à bombarder, dispositif comprenant un accélérateur d'ions lourds pour produire le faisceau d'ions, et une chambre à vide dans laquelle pénètre le faisceau et qui contient l'isolateur à irradier, dispositif caractérisé en ce que, en avant de la matrice de corps solide (6) en direction (1,5) du rayonnement, est disposée une grille rotative (2) trans- versale au faisceaux à laquelle fait suite, devant l'échantillon (6) ou un support mobile (4) d'une plaque à irradier, un déflec- teur magnétique (3) entourant le faisceau.