Brevet FR2639416A1 — publié le 19900525

PROCEDE DE FABRICATION D'UN JOINT A VIDE A FACES METALLIQUES D'APPUI DE BRIDE ELECTRIQUEMENT ISOLEES DESCRIPTION L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un joint å vide à faces métalliques d'appui de bride électriquement isolées. Les enceintes à vide sont souvent réunies par l'intermédiaire de brides en couteaux, c'est-à dire qui présentent une extrémité de raccordement tubulaire qui s'effile vers une mince surface d'appui. On dispose les brides des deux enceintes face à face et on les rapproche par des boulons de façon à ce que leurs surfaces d'appui pressent les deux surfaces opposées d'un joint plat. Selon une conception équiva lente, les brides sont plates et ce sont les faces opposées du joint qui portent les couteaux. L'invention s'applique non seulement à des joints annulaires destines à permettre La communication entre les deux enceintes mais également à des joints pleins qui obstruent le passage délimité par les brides. On utilise traditionnellement des joints de cuivre massif recuit à cause des propriétés m~ca- niques de ce métal et de son caractère malLéabLe et élastique qui lui permet de se déformer au serrage des brides pour réaliser un joint à vide ou à uLtravide. Pour un certain nombre d'application, on peut toutefois désirer établir une isolation électrique entre les deux brides, et le joint est alors évidemment inadapté. On a imagine d'utiliser des joints d'alumi nium recuit, portant des couteaux sur leurs deux faces externes, après avoir recouvert les brides d'un émail isolant. Cette solution est toutefois coOteuse et la moindre rayure de l'émail la rend inopérante. On a également proposé d'intercaler sur des conduits tubulaires à vide un manchon isolant, de verre ou d'alumine, muni à ses extrémités de jupes métalliques et de soufflets de dilatation appropriés, ce qui est également coûteux et de plus assez difficile à réaliser et encombrant. On s'intéresse donc à des joints qui sont plus précisément constitués de deux faces d'appui de bride métalliques séparées par une feuille intercalaire en matériau isolant électrique. Cette disposition confère au joint les qualités d'étanchéité dues à la configuration en couteaux et à l'utilisation du cuivre ou de l'aluminium recuit, et la possibilité de supporter une différence de potentiel électrique entre les deux brides. La finesse et les grands diamètres intérieur et extérieur des différentes couches annulaires rendent peu pratique le procédé élémentaire qui consiste à superposer deux joints métalliques élémentaires de part et d'autre d'une rondelle isolante annulaire, à les coller et à les presser. Un centrage correct est en particulier difficile à obtenir, ainsi que la protection des tranches des plaques métalliques et des feuilles isolantes contre la colle génératrice de dégazage. Enfin, ce procédé est à peu près inapplicable aux joints munis de couteaux, car la compression, indispensable au collage, détériorerait en fabrication les arêtes de ces couteaux et rendrait les joints inefficaces. L'invention concerne donc un procédé industriel de fabrication de ces joints dépourvu de ces inconvénients et qui consiste, partant de deux plaques métalliques rapprochées, à réaliser une couche isolante électrique intercalaire et adhérant â ces plaques puis à éliminer au moins le métal des plaques à l'intérieur d'un contour intérieur du joint et à l'extérieur d'un contour extérieur du joint. Selon diverses possibilités, on peut laisser subsister la couche isolante à l'intérieur du contour intérieur du joint pour séparer deux zones d'atmosphères différentes, la laisser subsister uniquement sur une certaine Largeur de part et d'autre des contours intérieur et extérieur du joint pour allonger les lignes de champ électrique entre les faces métalliques, ou l'éliminer totalement. On va maintenant décrire L'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif : - La figure 1 représente un joint conforme à L'invention utilisé à la jonction de deux enceintes à vide ; - Les figures 2 à 5 représentent des étapes possibles de fabrication de ce joint ; et - Les figures 6 à 8 représentent comment fabriquer d'autres joints conformes à l'invention. Le joint 13 représenté sur La figure 1 est plat, évidé, à contours fermes et délimité par un contour externe ou tranche externe 1 et un contour interne ou tranche interne 2. Il est également déLimité par deux surfaces planes parallèles 3 et 4 appartenant chacune à une couche métallique de cuivre recuit, respectivement 5 et 6, dont chacune a 1 mm d'épaisseur. Les deux couches de cuivre 5 et 6 sont séparées par une feuille intercalaire 7 de 0,1 mm d'épaisseur, ou éventuellement moins ou plus selon la différence de potentiel électrique à laquelle cette feuille 7 doit résister, et la compatibilité avec l'épaisseur tolérable d'un joint standard. Le joint plat évidé 13 est placé entre deux brides 8 et 9 qui présentent chacune un couteau 10 et 11. Les brides 8 et 9 constituent les prolongements d'enceintes à vide qu'il faut réunir tout en maintenant une liaison étanche avec l'extérieur, c'est pourquoi le joint est placé entre les couteaux 10 et 11, qui se font face au moment de l'assemblage. Le serrage des brides 8 et 9 est effectué à l'aide de boulons 12. Comme les brides 8 et 9 sont à des potentiels électriques différents, les boulons 12 doivent être isolants à moins que l'on n'intercale des rondelles isolantes entre Les brides, la tête de vis et l'écrou et éventuellement un manchon isolant entre la tige de vis et les alésages des brides. Etant donné que, dans le joint selon L'inven- tion, la feuille intercalaire est plane, insérée entre deux surfaces planes, et qu'elle n'est sollicitée qu'en compression, on peut utiliser des couches métalliques de forte épaisseur, de l'ordre de I mm par couche, avec une bonne adhérence entre éléments constitutifs du composite. La couche intercalaire 7 peut être constituée d'une couche de polyimide polymérisée in situ ou d'une feuille de polyimide du commerce tel que le Kapton. Avec ces matériaux et les épaisseurs données, le joint peut maintenir l'isolation électrique entre deux brides soumises à une différence de potentiel de 500 volts. La résistance mécanique du joint et son étanchéité au vide sont aussi bonnes que pour un joint métallique massif. Ces joints résistent à des températures relativement élevées, de l'ordre de 3000C, que l'on peut être amené à employer pour réaliser des vides poussés. Enfin, bien que la face intérieure de la feuille intercalaire 7 soit en matériau plastique, donc donnant naissance à un dégazage très supérieur à celui du métal, son épaisseur est tellement faible que le dégazage qu'elle provoque est négligeable par rapport à celui des couches métalliques. Dans le cas ou l'on fabrique le joint à partir d'une feuille de polymère 14, on peut procéder par collage et pressage de plaques métalliques 15 et 16 sur cette feuille 14 entre deux plaques de presse 22 et 23 (figure 2), puis par découpe de l'assemblage aux tranches 1 et 2 pour obtenir la forme voulue du joint. Cette découpe peut être obtenue par emboutissage entre deux matrices 17 et 18 (figure 3), ce qui permet, à partir d'un unique assemblage de deux plaques métalliques et d'une feuille de polymère, de réaliser simultanément une pluralité de joints de diamètres identiques ou différents. La découpe peut aussi être obtenue par tournage, l'assemblage étant serré entre des mors 19 et découpé par deux fraises-couronne 20 et 20' (ou deux outils de tournage) qui réalisent simultanément ou successivement les tranches interne 2 et externe 1 (figure 4).Dans les deux cas, un ébavurage permet ensuite d'obtenir des tranches suffisamment lisses. On peut également maintenir les deux plaques métalliques 15 et 16 parallèles å un écartement correspondant à l'épaisseur de la feuille intercalaire 7 dans un coffrage 21 (figure 5) et une poudre polymérisable est introduite entre elles. Après polymérisation, la a feuille intercalaire 7 solide et adhérente est obtenue et on procède comme précédemment à des découpes pour obtenir la forme de joint voulue. On peut décider de lasser déborder ta feuille intercalaire, référencée 27 sur la figure 6, des couches métalliques 5 et 6 afin d'allonger les lignes de champ électriques et donc de parfaire l'isolation électrique. Pour cela, on procède à une pré-découpe de l'assemblage des plaques métalliques et de la feuille de polymère comme précédemment mais jusqu'aux contours débordants externe 28 et interne 29 correspondant à l'extension radiale de la feuille intercalaire 27, puis on effectue un usinage chimique du métal après avoir plaqué deux masques annulaires protecteurs 30 et 31 de diamètre extérieur et intérieur égaux aux diamètres des tranches externe 1 et interne 2 sur les surfaces planes 3 et 4. La découpe suivant le contour interne 2 est omise pour réaliser le joint plat et plein 32 de la figure 7. L'attaque chimique avec les masques 30 et 31 laisse subsister entre les couches métalliques annulaires 5 et 6 un disque plein en polymère 33. Le joint plat et plein 32 est utilisé pour séparer deux atmosphères différentes tout en maintenant l'étan chéité avec l'extérieur. On remplace ainsi de façon élégante la technique connue où une fenêtre de Kapton est montée entre deux brides par l'intermédiaire de joints d'indium, particulièrement coûteux et de fiabilité douteuse. On peut utiliser des brides plates, dépourvues des couteaux 10 et 11. Les couteaux doivent alors être portés par le joint. De tels joints à couteaux 34 peuvent être réalisés à partir des joints plats 13 ou 32. Comme le montre la figure 8, le joint plat est serré par des mors de tour 35 et les surfaces planes 3 et 4 sont dressées successivement, le joint plat étant retourné entre les deux dressages, par un outil 40 pour réaliser les faces métalliques 36 et 37 planes à l'exception de couteaux annulaires 38 et 39 qui, sur la figure 8, sont proches du contour interne 2, ce qui est te plus fréquent en pratique sans être toutefois nécessaire. Plusieurs des opérations de fabrication, notamment de découpe mécanique, peuvent favorablement s'effectuer à la fois sur plusieurs joints empilés. Les couches métalliques 5 et 6 et la feuille intercalaire 7 peuvent évidemment être réalisées en d'autres matériaux que ceux décrits. Les couches métalliques 5 et 6 peuvent ainsi être en aluminium recuit, notamment dans le mode de réalisation où les couteaux sont portés par le joint (cas de la figure 8), et la feuille intercalaire 7 en d'autres matériaux isolants, par exemple en fibres de verre. Les surfaces 1 à 4 du joint peuvent également être recouvertes des revêtements usuellement employés pour protéger de la corrosion et plus généralement pour accro~tre la longévité du produit recouvert ou améliorer son fonctionnement ou son aspect. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un joint à vide plat, insérable entre deux brides de serrage opposées (8, 9) et apte à isoler électriquement ces deux brides, caractérisé en ce que l'on utilise deux plaques métalliques pleines (5, 6), on réalise entre ces deux plaques une couche isolante électrique (7) adhérant à ces plaques, et on élimine au moins le métal des plaques (5, 6) à l'intérieur du contour intérieur (2) du joint et à L'extérieur du contour extérieur (1) du joint. 2. Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que ladite couche isolante électrique est obtenue en collant les deux plaques métalliques pleines (5, 6) de part et d'autre d'une feuille isolante, tout en les pressant contre cette feuille isolante. 3. Procédé selon la revendication 1, carac térise en ce que ladite couche isolante électrique est obtenue en maintenant les deux plaques métalliques écartées, en introduisant un matériau isolant polymérisable entre les plaques et en réalisant la polymérisation de ce matériau. 4. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques métalliques pleines (5, 6) sont en cuivre recuit. 5. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Les plaques métalliques pleines (5, 6) sont en aluminium recuit. 6. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les faces extérieures (3, 4) des plaques métalliques sont planes, les brides de serrage étant munies de couteaux (10, 11). 7. Procédé selon l'une au moins des revendications 1, 2, 3 et 5, caractérisé en ce que l'on réalise des couteaux sur la face externes (38, 39) des plaques métalliques pleines (5, 6). 8. Procédé selon l'une au moins des revendications 7 à 7, caractérisé en ce que l'élimination des plaques (5, 6) à l'intérieur du contour intérieur du joint et à l'extérieur du contour extérieur du joint est obtenue par découpe mécanique éliminant également La couche isolante à ces endroits. 9. Procédé selon L'une au moins des revendications 1 à 7, apte à réaliser un joint délimitant deux zones d'atmosphères différentes, caractérisé en ce que l'élimination du métal des plaques (5, 6) à L'intérieur du contour intérieur du joint est obtenue par attaque chimique laissant subsister la couche isolante (7). 10. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élimination de la couche isolante (7) est réalisée de manière à laisser subsister, de part et d'autre des contours du joint, des rebords isolants aptes à allonger les lignes de champ électrique entre les deux plaques métalliques.