Brevet FR2640803A1 — publié le 19900622

RESISTANCE EN CERAMIOUE A HAUTE TEMPERATURE L'invention concerne une résistance en céramique å haute tempérez are. Une des applications d'une telle résistance est la résistance chauffante d'un allumecigare électrique. La plupart des résistances chauffantes utilisées sont constituées par du fil résistant disposé de manière adéquate sur un support. Dans le cas d'une température élevée et d'un très faible encombrement, qui est celui d'une résistance d'allume-cigare, la fabrication d'une pastille isolante munie d'un fil résistant est délicate å entreprendre en très grande série industrielle. En outre, dans le cas de l'allume-cigare, des débris restent souvent logés entre les spires de fil, ce qui est désagréable et parfois dangereux pour l'utilisateur. C'est la raison pour laquelle le demandeur a entrepris, avec l'aide des inventeurs, la recherche d'une résistance céramique permettant d'atteindre des températures très élevées en un temps très court et de conserver une température élevée pendant un temps relativement très long après coupure de l'alimentation, tout en permettant une mise en oeuvre industrielle facile, économique et aisément reproductible. En outre, pour l'utilisation dans un allume-cigare, une telle résistance ne devrait pas présenter les inconvénients connus des résistances à fil. Les travaux entrepris ont permis d'obtenir ces résultats et, à cet effet, l'invention est caractérisée par le fait que ladite résistance est constituée par du dioxyde d'étain (SnO2) recouvrant au moins partiellement un support céramique. Avantageusement ladite résistance est constituée par du dioxyde d'étain (SnO2) pulvérisé sur un support céramique. Cette solution est particulièrement économique et rapide. Les propriétés résistives du dioxyde d'étain (SnO2) sont bien connues et ses applications comme matériau semi-conducteur sont nombreuses. Dans ses applications il n'est pas questior. de chocs thermiques. Une de ses caractéristiques intéressantes, à l'état pur ou tres faiblement dopé, est d'être transparent dans le visible et réfléchissant dans l'infrarouge lorsqu'il est disposé en couche mince inférieure a un micron. Une application de cette propriété est la fabrication de miroirs chauffants semiréfléchissants. Le dioxyde d'étain est par ailleurs utilisé pour la fabrication de cellules photovoltaïques et de resistances fonctionnant à des températures peu élevées. Ici le but n'est pas la transparence, et la résistance selon l'invention permet d'atteindre des températures très élevées de l'ordre de soo a 1000 , tout en résistant bien aux chocs thermiques. Pour la présente application afin d'optimiser ses caractéristiques électriques, le dioxyde d'étain est de préférence dopé à l'antimoine (Sb) ou au fluor (F). On notera que la concentration en antimoine est supérieure à la concentration maximale qui conserve la transparence du dioxyde d'étain pour une épaisseur supérieure au micron et que le revêtement ainsi obtenu est de couleur noir. Grâce à cela le dopage à l'antimoine présente l'avantage de maintenir stables les propriétés électriques, notamment de conductivité, au moins jusqu'à 1000 pendant plus de 30 heures de maintien a cette température (voir J. Kane, H.P. Schweizer, W. Kern Journal of the Electrochemical Society, 23, 2, pp.270277, (1976). Pour un minimun de résistivité la valeur du rapport antimoine étain est choisie entre 1 et 4% en molécule. De préférence on dépose en une ou plusieurs couches le dioxyde d'étain dopé à l'antimoine par pulvérisation chimique sur le substrat chaud. L'épaisseur du dépôt est supérieure au micron, de l'ordre à 5 à 10 microns et varie selon les applications.Par exemple la solution de départ est pulvérisée a l'aide d'un pulvérisateur et entraîné par un flux d'air comprimé à travers un four portant les substrats chauds. Une des qualités importantes du dioxyde d'étain ainsi déposé est de posséder une bonne résistance chimique qui est requise dans les applications automobiles. En outre, il possède pour ces épaisseurs une résistance mécanique très élevée assurant une très faible usure. Pour permettre l'alimentation électrique de la couche mince de dioxyde d'étain, l'invention prévoit d'effectuer en surépaisseur localement des dépôts électrolytiques de nickel en utilisant la conductivité du dioxyde d'étain. De préférence on fait appel à un mélange de nickel chrome avec environ 20t de chrome pour diminuer les phénomènes d'oxydation. Par exemple les dépôts peuvent se faire en deux zones diamétralement opposées de la résistance. On obtient ainsi une résistance électrique de très petite dimension comportant son alimentation, dont la face utile est pratiquement lisse, et qui peut être élevée à des températures très élevées en un temps assez court sous une alimentation de 12 V ou 24 V. Les propriétés peuvent être choisies par l'épaisseur de la couche mince pulvérisée. Le support (ou substrat) utilisé, par exemple sous forme de pastille ronde dont l'une des faces est recouverte par le dioxyde d'étain, peut être de l'alumine. Cependant, pour limiter sa dégradation par des cycles thermiques et pour conserver une température élevée pendant un temps plus long apres coupure de l'alimentation, on préfère utiliser un substrat en mullite ou en mullite Zircone (3A1203, 2Sio2, ZrO2).En variante il peut s'agir de Cordiérite (2Mg0, 2A1203, 5SiO2) ou de nitrure de silicium (Si 3N4) très peu conducteur. Tous ces supports forment des isolants thermiques et sont de très mauvais conducteurs electriques. On notera que le substrat a une couleur claire ici blanchâtre soit jaune claire dans le cas du nitrure de silicium et qu'ainsi la face du substrat recouverte par le dioxyde d'etain (de couleur noir, lorsqu'il est dopé à l'antimoine) peut être facilement identifié lors du montage. On appréciera qu'avec les supports décrits ci-dessus, un bon accrochage a lieu entre les substrats, formant isolant thermique et électrique, et la couche conductrice de dioxyde d'étain. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, en particulier le dépôt du dioxyde d'étain sur son support céramique peut consister en un dépôt chimique en phase vapeur. Le dioxyde d'étain peut, selon les applications, ne pas recouvrir totalement la face concernée du support céramique plus épais. Dans ce cas on a recours par exemple à un masque. REVENDICATIONS 1) Résistance en céramique à haute température caractérisée per le fait que ladite résistance est constituée par du dioxyde d'étain (Sn02) recouvrant au moins partiellement un support céramique. 2) Résistance selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite résistance estconstituée par du dioxyde d'étain (Sn02) pulvérisé sur un support céramique. 3) Résistance selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le dioxyde d'étain est dopé a l'antimoine (Sb) ou au fluor (F). 4) Résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le support céramique est constitué d'alumine ou de mullite. 5) Résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que le support céramique est constitué de mullite zircone. 6) Résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le support céramique est constitué de nitrure de silicium. 7) Résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte une alimentation électrique comprenant du nickel déposé électrolytiquement en utilisant la conductivité du dioxyde d'étain. 8) Résistance selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'alimentation électrique est constituée par un mélange de nickel chrome. 9) Allume-cigare électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend une résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.