Brevet FR2570568A1 — publié le 19860321

Joint absorbant les ondes radio-électriques La présente invention concerne un joint absor- bant les ondes radio-électriques. Plus particulièrement, l'invention concerne un joint absorbant les ondes radio- électriques pour fours à micro-ondes et notamment un tel joint capable d'absorber fortement les énergies des mi- cro-ondes aux fréquences supérieures à 10 GHz. Les fours à micro-ondes utilisant l'énergie des micro-ondes radioélectriques sont très utilisés. Les fours de ce type emploient généralement un magnétron qui produit des micro-ondes de 245 GHz, une énergie d'ondes radio-électriques nuisibles pour les êtres humains. Pour assurer la protection, il est habituel de recouvrir le four de plaques et de toiles métalliques et de dispoer un piège ou un élément absorbant les ondes radio-électriques dans l'intervalle entre les faces op- posées du corps du four et de la porte par lequel les ondes radio-électriques pourraient sinon s'échapper. Comme élément absorbant les ondes radio-électri- ques, on utilise beaucoup des joints faits d'un ferrite composite préparé par mélange d'une poudre de ferrite à forte perméabilité avec un caoutchouc ou des plastiques. Ces joints sont conçus principalement pour absor- ber les ondes radio-électriques aux fréquences de 245 GHz ou à leur voisinage. Pour les harmoniques supérieu- res, en particulier les composantes de 10 GHz et plus, la nécessité de l'absorption ou de l'atténuation n'a pas été étudiée. De même, aucun joint capable d'arrêter ces composantes n'a été à ce jour mis au point. Cependant, les fuites de ces ondes à haute fréquence des fours à microondes sont indésirables en raison des troubles ou de l'effet nuisible qu'elles peuvent provoquer sur les activités de radiodiffusion et de communication, par exemple en Europe et dans d'autres continents o les o- pérations utilisent des fréquences supérieures à 10 GHz, par exemple de 12 GHz. Les joints en caoutchouc - ou plastiques -fer- rite couramment utilisés comprennent un groupe utilisant des ferrites *en poudre du système Hn-Zn. Les ferrites sont, de façon typique, constitués de 28 à 24Z. molaires de HnO, 12 à 16Z molaires de ZnO et 52 à 56Z molaires de Fe203. Un joint utilisant un tel ferrite présente une perte de transmission supérieure à 20 dB/cm dans la gam- me des fréquences de 2 à 12 GHz, comme illustré par la figure 1. Cependant, cette caractéristique ne signifie pas que le joint a une excellente caractéristique d'at- ténuation ou d'absorption à 10 GHz ou plus, mais seule- ment qu'il est efficace dans la région comprise entre environ 2,45 GHz et la quatrième harmonique supérieure (9,8 GHz). Ceci s'explique par le fait que le joint, qui se révèle efficace lorsqu'il est combiné à des plaques métalliques et à un piège, ne peut plus travailler de façon entièrement efficace au-delà de 10 GHz. Donc, la demanderesse, reconnaissant qu'il y a une limitation à l'amélioration structurale des fours à micro-ondes et que les caractéristiques du joint lui- même doivent être améliorées avant que le problème puis- se être résolu, a effectué sur ce sujet des recherches poussées dont l'invention découle. L'invention vise à fournir un joint caoutchouc- ou plastiques-ferrite capable d'atténuer de façon sa- tisfaisante les ondes radio-électriques à des fréquences de 10 GHz et plus. L'invention consiste en un joint absorbant les ondes radio-électriques pour fours à micro-ondes fait d'un mélange de poudre de ferrite et de caoutchouc ou de plastiques caractérisé en ce que le ferrite est consti- tué de 4 à 22 Z molaires de MnO, 10 à 18 Z molaires de ZnO et 66 à 78 Z molaires de Fe203. Le joint selon l'invention absorbe fortement les ondes radio-électriques à des fréquences de 10 GHz ou plus et, par conséquent, peut atténuer de façon adéquate les ondes radio-électriques qui s'échappent par tout in- terstice d'un four à micro-ondes ou similaires. L invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un graphique montrant la carac- téristique d'absorption des ondes radio-électriques d'un joint classique constitué de caoutchouc -ou de plasti- ques-ferrite; la figure 2 est un diagramme triangulaire de joints utilisant des ferrites Mn-Zn selon l'invention; et les figures 3, 4 et 5 sont des graphiques mon- trant les caractéristiques d'absorption des ondes ra- dio-électriques d'un joint de l'invention. La demanderesse a modifié la composition du fer- rite dans le joint dont les caractéristiques sont illus- trées par la figure 1, à divers degrés, et a observé les modifications consécutives des caractéristiques. Les expériences ont révélé que l'amélioration de la caracté- ristique d'absorption avec un accroissement de la densi- té du flux magnétique à saturation (4TIs) est irrégu- lière: la caractéristique s'améliore parfois mais pas toujours. Les améliorations à 10 GHz et à des fréquences plus élevées sont assez négligeables. La demanderesse s'est donc efforcée d'améliorer le ferrite Mn-Zn dans la gamme des compositions précitée qui semblait la meilleu- re pour un matériau de joint et à son voisinage. Elle a reconsidéré le ferrite Hn-Zn à partir de la base même du système et ces nouvelles recherches ont débouché sur l'invention. Avec les ferrites Mn-Zn classiques, la demande- resse a tenté d'accroitre notablement la proportion de fer et de réduire notablement également la proportion de manganèse. Elle a ainsi découvert que l'on peut obtenir un joint présentant une excellente caractéristique d'ab- sorption des ondes radio-électriques à 10 GHz et plus. L'absorption des ondes radio-électriques et les autres caractéristiques du ferrite dépendent dans une grande mesure de la fréquence et, à partir des résultats d'es- sais effectués à 2,45 GHz, le. spécialiste de l'art ne peut pas prévoir les caractéristiques à 10 GHz et à des fréquences plus élevées. Alors qu'en fait, la composi- tion précitée du ferrite Mn-Zn paraissait optimale pour l'emploi à 2,45 GHz, la composition comprise dans les gammes de l'invention doit être utilisée à 10 GHz et au- dessus. La composition du ferrite Mn-Zn selon l'inven- tion, exprimée en oxydes, est de 4 à 22 Z molaires de MnO, 10 à 18 Z molaires de ZnO et 66 à 78 Z molaires de Fe203. Lorsque la concentration de ZnO est comprise dans cette gamme, la valeur de 4rIs est suffisamment élevée pour que le ferrite soit un absorbant souhaitable des ondes radioélectriques. Cependant, une valeur élevée de 4 iIs ne suffit pas, comme précédemment indiqué. Si la proportion de MnO dépasse 22 Z molaires, la caractéris- tique d'absorption des ondes radio-électriques du ferri- te obtenu diminue à 10 GHz ou au-dessus. De même, une proportion de Fe203 inférieure à 66 Z molaires réduit l'absorption des ondes radioélectriques dans la même gamme des fréquences. Il en est de même pour des propor- tions de MnO inférieures à 4 Z molaires ou des propor- tions de Fe203 supérieures à 78 Z molaires. De plus, plus le pourcentage de Fe203 est important, plus la fa- brication comporte de difficultés techniques pour que les propriétés magnétiques demeurent stables. Le caoutchouc ou les plastiques que l'on emploie dans la présente invention peuvent être l'un quelconque de ceux utilisés dans l'art. On peut par exemple emplo- yer un caoutchouc de chloroprène ou un autre caoutchouc synthétique ou des matières plastiques thermoplastiques ou thermodurcissables, telles que le polypropylène ou un polyamide. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. Exemples On prépare des ferrites du système Mn-Zn ayant diverses compositions. On broie chaque ferrite pour ob- tenir une poudre de ferrite dont le diamètre moyen des particules est d'environ 2 à 3 pm. On mélange du caout- chouc de chloroprène avec chaque poudre de ferrite dans un rapport pondéral du caoutchouc au ferrite de 1/5. On malaxe le mélange avec un mélangeur à deux cylindres pendant environ 10 minutes pour former une feuille é- paisse d'environ 3 mm, on découpe des joints d'essai de taille prédéterminée et on vulcanise à la presse les joints d'essai. On soumet les échantillons vulcanisés à une mesure de leurs 4tIs et de leurs pertes de trans- mission, La figure 3 est un diagramme triangulaire pré- sentant les pertes de transmission à 12 GHz, les coor- données représentant les pourcentages molaires des oxydes. La région dans laquelle les pertes à 12 GHz sont de 30 dB/cm ou plus est entourée d'un cercle. Procédé, de formation des agglomérés à vert soumis aux essais On place 20 g de chaque poudre de ferrite dans un moule donné et on moule à la presse sous une pression de 4,9 MPa (50 kg/cm) en un aggloméré cylindrique à vert pour les essais, mesurant 20 mm de diamètre et 10 mm de longueur.On soumet l'aggloméré à une mesure de4b Is. Mesure de la perte de transmission On mesure la perte de transmission à 2,45 GHz avec un guide d'ondes, WRJ-2, et entre 8 et 12 GHz avec un guide d'ondes, WRJ-10. Pour les mesures des fréquen- ces intermédiaires, on utilise des guides d'ondes de capacités intermédiaires. Pour simuler le trajet de fui- te des ondes dans l'interstice entre le corps du four à micro-ondes et la porte, on insère un calibre cunéiforme ou gradué dans chaque guide d'ondes pour rétrécir l'in- tervalle correspondant et éviter tout changement d'impé- dance entre l'avant et l'arrière du système. A partir des valeurs mesurées avec l'échantillon placé ou non dans 1 'intervalle, on calcule la perte par centimètre de longueur du joint. Les résultats sont illustrés par les figures 3, 4 et 5 qui correspondent respectivement aux compositions A, B et C indiquées sur la figure 2.- I1 ressort de façon évidente des résultats des figures 3, 4 et 5, par rapport à ceux de l'art antérieur illustrés par la figure 1, que le joint selon l'inven- tion présente une caractéristique d'absorption extrême- ment différente de celle des joints classiques présen- tant des pertes de transmission extrêmement importantes, en particulier à 10 GHz et aux fréquences plus élevées. Comme le montre la figure 2, la perte à 12 GHz est im- portante avec le joint dont la composition est comprise dans la gamme de l'invention, ce qui démontre nettement sa supériorité. Bien que le joint de l'invention absorbe moins les ondes radio-électriques à 2,45 GHz que les joints existants, cet inconvénient peut être facilement corrigé par modification de la structure du four à mi- cro-ondes, comme indiqué ci-dessus. D'autre part, l'in- vention résout de façon plus que satisfaisante le pro- blème des fuites des ondes radio-électriques à 10 GHz et à des fréquences plus élevées qui, à ce jour, n'était pas résolu. ? Revendications 1. Joint absorbant les ondes radio-électriques qui comprend un mélange uniforme d'une poudre de ferrite de Mn-Zn constitué de 4 à 22 Z molaires de MnO, 10 à 18 Z molaires de ZnO et 66 à 78 X molaires de Fe 203 et d'un caoutchouc ou de plastiques. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de flux magnétique à saturation (4i Is) d'un aggloméré à vert (pressé sous une pression de 98 MPa (1 Lf/cm2) est de 380 mT (3 800 G) ou plus. 3. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de flux magnétique à saturation (4' Is) d'un aggloméré à vert mélangé avec un caoutchouc ou une résine est de 290 mT (2 900 G) ou plus. 4. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perte de transmission par unité de longueur a une valeur de pointe dans la gamme des fréquences de à 14 GHz ou environ.