Brevet FR2619459A1 — publié le 19890217

Plaque à gradient L'invention concerne un dispositif pour le maintien d'un gradient de température réglable entre deux zones d'une plaque présentant des températures différentes. Des expériences de tirage de cristaux en phase gazeuse, par exemple de production synthétique de HgJ2, imposent des exigences élevées en ce qui concerne les conditions marginales thermiques du système. Mais puisque pendant le déroulement de l'expérience, et respectivement pendant la cristallogénèse, les dimensions importantes des cristaux passent de quelques millimètres à plusieurs centimètres, les conditions marginales thermiques importantes doivent, elles aussi, croître en continu. D'une manière concrète, cela signifie que la surface refroidie sur laquelle se fait la cristallogénèse doit être agrandie en continu alors que la zone environnante doit être maintenue, d'une manière aussi isotrope que possible, à une température légèrement plus élevée. La présente invention a donc pour objet de créer un dispositif capable de maintenir sur une plaque, pendant un temps assez long, une zone de température supérieure, une zone de température inférieure et une zone intermédiaire avec un gradient de température défini réglable. Selon l'invention, ce but est atteint par un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte: a) un premier élément de chauffage ou élément de refroidissement pour le réglage de la première température dans une zone de la plaque, b) une goutte dont la surface de contact sur la plaque est réglable et qui contient un liquide ayant une conductibilité thermique qui est supérieure à celle de la plaque. c) un second élément de chauffage ou élément de refroidissement pour le réglage de la seconde température dans la goutte. L'invention repose sur l'utilisation d'une goutte d'un liquide pour le réglage de l'amenée ou de l'évacuation de la chaleur à un endroit déterminé. L'agencement géométrique des deux sources de chauffage ou éléments de refroidissement et de la goutte peut être quelconque. De préférence, les sources de chauffage ou les éléments de refroidissement sont cependant disposés à symétrie radiale de sorte que le gradient de température présente, lui aussi, une symétrie radiale de -2- 2619459 l'intérieur vers l'extérieur et respectivement de l'extérieur vers l'intérieur. Cela est obtenu de la manière la plus simple en donnant au premier élément de chauffage une forme annulaire et en plaçant le second élément de chauffage avec la goutte au centre de l'anneau. Dans un mode de réalisation préféré, la goutte peut être un ferrofluide qui est centré par un champ magnétique. Le champ magnétique peut modifier la hauteur aussi bien que la largeur de la goutte. Le centrage de la goutte peut également être assuré par une peau déformable réalisée, par exemple, en téflon ou en une autre feuille résistant à la température qui donne à la goutte la forme désirée. Ce type de construction est, de préférence, mis en oeuvre en combinaison avec le système de guidage parallèle mécanique indiqué ci-après. Dans un autre mode de réalisation, il est également possible que la goutte soit maintenue dans la forme désirée par sa seule tension superficielle, auquel cas on choisit un liquide ayant une tension superficielle suffisante pour former une goutte d'un diamètre de plus de dix millimètres. Pour cela, la plaque est revêtue, par exemple, de telle façon qu'elle est mouillée par le liquide au centre (position de la goutte), mais non pas au-delà de celui-ci. La variation de la surface de contact de la goutte sur la plaque peut être obtenue soit par une variation du volume de la goutte, pour laquelle il est possible, par exemple, de prévoir une simple pompe, soit par une variation de la distance de la surface de contact de la goutte par rapport à la plaque. Le système le plus simple pour cela consiste en un guidage parallèle qui soulève la goutte par le bas contre la plaque et modifie ainsi la surface de contact de la goutte sur la plaque en fonction de la grandeur de la fente. Pour ce qui est de la goutte, il est possible d'utiliser, par exemple, les matières suivantes: métal liquide, métal d'apport de brasage tendre, gallium ou mercure. La plaque est réalisée, de préférence, à partir d'un matériau dont la conductibilité thermique est inférieure à la conductibilité thermique de la goutte. Le verre s'est avéré comme étant particulièrement économique. De même, il est possible d'utiliser des matières plastiques à la chaleur ou des céramiques. -3- 2619459 L'invention convient, en plus des expériences de cristallogénèse en phase gazeuse, pour d'autres expériences relevant de la science des matériaux qui réclament un gradient de température. Les deux types d'expériences peuvent être réalisés aussi bien dans des conditions normales que dans des conditions de micro-graviation, par exemple dans l'espace. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Les figures 1 et 2 représentent chacune une coupe d'un dispositif selon l'invention, la figure 3 représente, schématiquement, deux gradients de température désirés. La figure 1 représente un mode de réalisation pour une expérience de cristallogénèse en phase gazeuse. Sur une colonne S sont fixés deux guidages parallèles PF. Le guidage parallèle supérieur supporte la plaque P qui est réalisée ici en verre et sur laquelle se fait l'expérience. L'élément de chauffage annulaire Hi est disposé à la périphérie de la face inférieure de la plaque P. Au-dessus de la plaque P se trouve un support HA pour des sondes de température et un bouclier isothermique TS servant d'écran et réduisant les pertes de chaleur. Le guidage parallèle inférieur comprend le pied de montage MF lequel, par l'intermédiaire d'une isolation en téflon TI, porte la surface d'appui AF et le dispositif de chauffage H2, ici un élément de chauffage en feuille. Sur la surface d'appui AF se trouve une goutte TR de métal liquide qui, dans ce mode de réalisation, est confinée par une peau de téflon. La zone extérieure de la plaque P est maintenue à la température T1 de l'élément de chauffage H1, alors que le centre de la plaque est maintenu à la température de l'élément de chauffage H2 par l'intermédiaire de l'élément de chauffage en feuille H2 et de la goutte TR. Il en résulte un gradient de température à symétrie radiale orienté du centre de la plaque P vers l'extérieur. Pour des expériences de cristallogénèse, il est recommandé que la température T2 au centre soit inférieure à la température T1 à l'extérieur. -4- 26926 19459 L'invention est également applicable pour des expériences pour lesquelles la température à l'extérieur est inférieure à celle à l'intérieur ou pour des expériences pour lesquelles le chauffage importe moins qu'un refroidissement. La figure 2 montre une expérience analogue pour laquelle le guidage parallèle PF porte de nouveau la plaque P avec l'élément de chauffage H1 et le pied de montage MF avec la surface d'appui AF, l'élément de chauffage H2 et la goutte TR. Dans ce mode de réalisation, la goutte TR consiste en un ferrofluide qui est centré par l'aimant M et un trou. Pour ce mode de réalisation précédent, par une variation de l'écartement au moyen du guidage parallèle PF. Un rapprochement de la surface d'appui AF de la goutte et de la plaque P entraîne un élargissement de la goutte. La figure 3 montre de manière schématique le champ de température (température T) devant être réglé sur la plaque (rayon R) pour une expérience de cristallogénèse en phase gazeuse. La ligne continue indique l'allure de température désirée au début de l'expérience, tandis que la ligne interrompue la montre à la fin de l'expérience. Etant donné que le cristal K crolt au cours de l'expérience - de Kb à Ke sa base, et donc la zone de basse température, doit s'élargir également. Cela peut être obtenu par l'agrandissement de la surface de contact de la goutte TR sur la plaque P. REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour le maintien d'un gradient de température réglable entre deux zones d'une plaque (P) présentant des températures différentes, caractérisé en ce qu'il comporte: a) un premier élément de chauffage (Hi) ou élément de refroidissement pour le réglage de la première température dans une zone de la plaque (P), b) une goutte (TR) dont la surface de contact sur la plaque (P) est réglable et qui contient un liquide ayant une conductibilité thermique qui est supérieure à celle de la plaque (P), c) un second élément de chauffage (H2) ou élément de refroidissement pour le réglage de la seconde température dans la goutte (TR). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de chauffage (Hl) ou élément de refroidissement présente une forme annulaire et que la goutte (TR) est appliquée contre la plaque (P) en son milieu. 3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il utilise une goutte (TR) de ferrofluide qui est centrée par un champ magnétique (aimant M). 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une peau plastique qui donne à la goutte (TR) la forme désirée. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il utilise un liquide dont la tension superficielle est suffisante pour la formation d'une goutte (TR) ayant un diamètre de plus de 10 mm. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe pour la variation du volume de la quantité de liquide de la goutte (TR). 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage mécanique, notamment un guidage parallèle PF, pour la variation de la surface d'appui de la goutte (TR). -6- 2 6 1 9 4 5 9 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce qu'il utilise une goutte (TR) de métal liquide.