Brevet FR2541826A1 — publié le 19840831

Procédé de fabrication d'une cavité hyperfréquence et cavité obtenue par ce procédé. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une cavité hyperfréquence et une cavité obtenue par ce procédé. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation de cavités et de filtres hyperfréquences pour satellites de télécommunications. Une cavité hyperfréquence est constituée par un milieu diélectri- que, généralement de l'air ou du vide, entouré par une enveloppe métalli- que formant enceinte et dont les dimensions sont déterminées pour provoquer à l'intérieur de l'enceinte la résonance d'une onde électroma- gnétique. Dans les techniques de réalisation spatiales, et lorsqu'une grande stabilité thermique est requise les cavités sont obtenues, soit par assem- blage mécanique de pièces usinées dans un matériau en alliage de fer- nickel, soit par assemblage mécanique de pièces réalisées en composite fibres synthétiques/résine D, métallisé Ces deux solutions permettent d'ob- tenir à la fois un faible coefficient de dilatation et une bonne rigidité mécanique. Les cavités en alliage fer-nickel sont lourdes, ce qui constitue un facteur pénalisant pour leur utilisation dans les satellites Pour diminuer leur poids on cherche à diminuer l'épaisseur de l'enveloppe mais en dessous d'une certaine épaisseur, il n'est plus possible d'usiner la cavité sans provoquer de déformations. Dans le deuxième cas, les cavités en matériaux synthétiques, par exemple en fibre de carbone, ont des structures légères et des caractéris- tiques mécaniques particulièrement bien adaptées aux contraintes impo- sées par la réalisation des satellites mais leur coût de réalisation reste encore élevé. Enfin, dans les deux cas, les filtres étant constitués par assem- blage mécanique de cavités élémentaires, les plans de coupure limitent un peu les performances électriques. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication 254 1826 d'une cavité hyperfréquence selon lequel les différents éléments de la cavité sont préformés avant leur assemblage, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir les éléments préformés par au moins une couche métallique bonne conductrice de l'électricité, à positionner les différents éléments pour former la cavité, puis à fixer l'ensemble des éléments entre eux par fusion puis refroidissement du métal déposé recouvrant lesdts éléments de la cavité. Ce procédé a pour principal avantage de permettre, grâce à la fusion du métal déposé, d'une part, la liaison mécanique des pièces élémentaires entre elles et d'autre part, d'assurer une parfaite continuité électrique entre les parois internes des cavités ainsi obtenues puisque, les dépôts métalliques recouvrant chaque pièce élémentaire fusionnent pour former une structure cristallique homogène. D'autre part, il sera possible, en choisissant judicieusement la nature et les épaisseurs des dépôts recouvrant chaque pièce élémentaire, de créer des compositions pouvant fondre à des températures constantes inférieures au point de fusion de chacun des constituants Cette particula- rité sera particulièrement intéressante, dans le cas notamment, o les éléments préformés seront en alliage fer-nickel à très faible coefficient de dilation et o les dépôts seront à base d'argent et de cuivre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description faite au regard des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - La figure 1 représente un mode de préassemblage des éléments formant une cavité, destiné à maintenir les éléments entre eux durant l'opération de fusion. La figure 2 représente un filtre hyperfréquence obtenu à l'aide du procédé selon l'invention. La cavité représentée à la figure 1 comprend un tronçon 1 évidé à l'intérieur, de forme cylindrique, parallélépipédique ou similaire, aux extrémités duquel sont rapportées deux plaques métalliques 2 et 3 formant l'une le fond de la cavité, l'autre le couvercle Dans l'exemple de la figure 1, le couvercle 3 est percé en son centre d'une fente 4 formant iris, pour éventuellement permettre le couplage de la cavité avec une autre cavité adjacente. Le procédé selon l'invention consiste à fabriquer séparément chacune des pièces 1, 2 et 3, par emboutissage, roulage-soudage, décou- page ou tout autre moyen de préformage équivalent, d'une tôle de faible épaisseur, de l'ordre de 4/10 e mm, en matériau à faible coefficient de dilatation constitué par exemple, par un alliage fer-nickel, du type commercialisé sous la dénomination "l Invar" ou tout autre matériau équivalent. Dans une deuxième étape chacune des pièces 1, 2 et 3 est recouverte par des dép 8 ts successifs 5, 6, 7 de matériaux bons conduc- teurs de l'électricité constitués par exemple, dans le cas o les pièces sont en fer-nickel, par une première couche de cuivre et une deuxième couche d'argent, l'ensemble ayant une épaisseur à peu près égale à 5 microns ou supérieure, suivant la fréquence de l'onde électromagnétique devant résonner à l'intérieur de la cavité Dans ce cas la couche de cuivre sert de 13 couche d'adhérence pour fixer la couche d'argent Les procédés d'électro- dépositions par voie électrolytique ou tous autres moyens équivalents permettant d'effectuer ces opérations sont connus et par conséquent leur description n'a pas besoin d'être plus longuement détaillée. Dans une troisième étape les pièces 1, 2 et 3 formant les éléments de la cavité sont positionnées relativement les uns par rapport aux autres suivant le mode d'assemblage représenté à la figure 1, pour former la cavité Des billes d'acier 8 à Il sont soudées chacune entre deux éléments adjacents pour assurer une liaison mécanique rigide de tous les éléments entre eux avant l'opération suivante de brasage Sur la figure 1 les faces du fond 2 et du couvercle 3, en contact avec les extrémités du tronçon 1, présentent des surfaces différentes de celles des sections d'extrémités respectivement en contact du tronçon 1, pour permettre à chaque bille de pouvoir abuter, dans l'angle formé par les pièces adjacentes qu'elle relie. La soudure des billes entre chaque pièce adjacente est réalisée, dans un mode préféré de réalisation de l'invention, par un procédé de soudage par point consistant à effectuer une décharge électrique entre chacune des billes et les pièces ou éléments adjacents correspondants à relier Pour effectuer cette décharge, la bille sera, par exemple, d'abord maintenue à l'extrémité d'une électrode d'amenée du courant électrique au moyen d'un préhenseur à dépression de type connu, mais non représenté, puis sera 25418 Ml appliquée en contact avec les pièces adjacentes à relier. La puissance électrique mise en jeu est déterminée pour chaque type de cavité en fonction notamment de l'épaisseur du dépôt métallique recouvrant chaque pièce ou élément et doit être suffisante pour permet- tre à la bille de traverser le dépôt et se souder sur les parties métalliques sous jacentes, sans toutefois les endommager. La quatrième étape du procédé consiste à réaliser l'assemblage final par brasage entre elles des pièces préassemblées à la troisième étape, dans un four porté à haute température, ou tous autres moyens équivalents, pour réaliser la fusion du dép t métallique recouvrant des pièces métalliquaes 1, 2 et 3 en une ou plusieurs opérations A la fin de la quatrième étape la cavité ainsi assemblée est refroidie lentement pour obtenir une liaison simultanée de toutes les pièces qui ont été chauffées. A titre indicatif le procédé selon l'invention permet d'obtenir un brasage simultané de pièces d'environ 4/10 de mm en fer-nickel préassernblées d'une cavité, recouvertes d'une épaisseur d'un dépôt de cuivre et d'argent de 5 /u par fusion du dépôt à une température pouvant atteindre 8500 C. A ce stade du procédé, il est possible que la conductibilité électrique de surface des parois internes de la cavité ait besoin d'être améliorée Dans ce cas, le procédé qui vient d'être décrit peut être avantageusement complété par un dépôt électrolytique d'argent complé- mentaire. Le procédé qui vient d'être décrit n'est naturellement pas limité à la fabrication d'une cavité du type de celle représentée à la figure 1 et de nombreuses variantes de réalisation sont également possibles, notamment, grâace au procédé selon l'invention on peut obtenir par brasage en une ou plusieurs opérations, l'assemblage de plusieurs cavités mises bout à bout, pour constituer, par exemple, un filtre hyperfréquence du type de celui représenté à la figure 2. Le filtre de la figure 2 est constitué par deux cavités mises bout à bout Une première cavité comprend les mêmes éléments que la cavité de la figure 1, repérés par les mêmes repères I à 4 et la deuxième cavité est constituée par un tronçon 12 dont une extrémité est placée en contact avec le couvercle 3 de la première cavité et dont l'autre extrémité est fermée par un couvercle 13 percé en son centre par un iris 14 Comme pour la cavité de la figure l les éléments du filtre sont fabriqués isolément puis assemblés par soudures de billes telles que les billes 8 à Il et de 16 à 18 représentées sur la figure 2 Egalement, bien que le mode de préassemblage qui vient d'être décrit supprime l'emploi d'outillages com- pliqués que l'on pourrait utiliser pour préassembler les pièces élémentaires avant l'opération de brasage, il faut comprendre que ce mode de préas- semblage n'exclut pas l'emploi d'autres outillages En particulier, dans des variantes de réalisation on pourra utiliser à la place de billes tous autres objets de formes quelconques, pouvant remplacer avantageusement les billes, pour maintenir les pièces élémentaires entre elles pendant l'opéra- tion de brasage et à la limite procéder dans certains cas à une soudure par points directe des éléments adjacents assemblés sans utiliser d'objets en acier intermédiaires. 2541826 & REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une cavité hyperfréquence selon lequel les différents éléments ( 1, 2, 3, 43 de la cavité sont préformés avant leur assemblage, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir ( 5, 6,7) les éléments préformés par au moins une couche métallique bonne conductri- ce de l'électricité, à positionner les différents éléments pour former la cavité, puis à fixer l'ensemble des éléments entre eux, par fusion puis refroidissement du métal déposé recouvrant lesdits éléments ( 1, 2, 3) de la cavité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fusion du métal a lieu en une seule opération dans un four porté à la température de fusion. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments adjacents ( 1,2; 1,3) constituant la cavité sont maintenus en position avant et durant l'opération de fusion par des soudures électriques par point. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments adjacents ( 1,2; 1,3) constituant la cavité sont maintenus en position avant et durant l'opération de fusion par soudage d'objets métalliques ( 8,9,10,11),de faible dimension par rapport aux éléments de la cavité, mis en contact avec les éléments adjacents. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le soudage d'un objet métallique ( 8,9,10,11) contre des éléments adjacents ( 1,2; 1,3) a lieu en effectuant une décharge électrique entre l'objet métallique et les éléments adjacents à relier. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les objets métalliques ( 8,9,10,11) sont constitués par des billes d'acier. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments préformés ( 1,2,3) de la cavité sont usinés dans des tôles en alliage de fer-nickel à très faible coefficient de dilatation. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche métallique ( 5,6,7) recouvrant les éléments de la cavité est formée par des dépôts successifs de cuivre et d'argent. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche métallique est supérieure à au moins 5 microns. 10 Cavité hyperfréquence du type comprenant au moins un tronçon ( 1) évidé à l'intérieur, aux extrémités duquel sont rapportées deux plaques métalliques 2 et 3, caractérisée en ce que les plaques métalliques et le tronçon sont recouverts par un dépôt métallique bon conducteur de l'électricité et en ce que les plaques métalliques sont maintenues aux extrémités du tronçon par des objets métalliques soudés et par fusion puis refroidissement du dépôt métallique oui les couvre. l O Cavité hyperfréquence selon la revendication 10, caractérisée en ce que les faces des plaques métalliques en contact avec les extrémités du tronçon 1 présentent des surfaces différentes de celles des sections 1 d'etrémité,respectivement en contact, du tronçon 1, pour permettre à chaque objet métallique ( 8,9,10,11 > de pouvoir abuter dans l'angle formé par les plaques métalliques ( 2,3) et les parties d'extrémité du tronçon ( 1) sur lesquelles les plaques viennent en contact. 12 Cavité hyperfréquence selon l'une quelconque des revendica- tions 10 et 11, caractérisée en ce que les objets métalliques ( 8,9,10,11) ont la forme de billes. 13 Cavité hyperfréquence selon l'une quelconque des revendica- tions 10 à 12, caractérisée en ce que les plaques et le tronçon sont obtenus par façonnage d'une tôle en fer-nickel d'épaisseur à peu près égale à 411 &e de millimètres. 14 Filtre hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comprend plu- sieurs cavités du type revendiqué selon l'une quelconque des revendica- tions 10 à 13, placées bout à bout.