Brevet FR2640843A1 — publié le 19900622

L'invention concerne un diaphragme pour un appareil acoustique. L'invention concerne plus particuliè- rement un diaphragme pour un appareil acoustique, possédant des caractéristiques acoustiques supérieures, tel qu'un diaphragme pour hautparleurs et microphones, en raison de sa plus grande dureté, de sa plus grande résistance, de sa plus grande élasticité et de son plus faible poids en comparaison avec les matières classiques pour diaphragmes. En général, il est souhaitable qu'un diaphragme pour haut-parleurs et analogues satisfasse les conditions suivantes: (1) une faible densité; (2) un faible module d'Young; (3) une vitesse élevée de propagation des ondes longidutinales; (4) une valeur convenablement élevée de sa perte par vibration interne. En outre, la formule V = (E/ p) 1/2 (dans laquelle V est la vitesse du son, E est le module d'Young, p est la densité) exige une matière de faible densité et de module d'Young élevé pour accroître la vitesse du son. Classiquement, on connaît bien, en tant que diaphragmes acoustiques ayant un module d'Young élevé, les diaphragmes utilisant des métaux légers tels que l'alumi- nium, le titane, le magnésium, le béryllium, le bore, etc. Cependant, les diaphragmes acoustiques utilisant l'aluminium, le titane, le magnésium, etc. ne possèdent pas un module d'Young spécifique E/I satis- faisant, et les diaphragmes acoustiques utilisant du béryllium, du bore, etc. ont un module d'Young spécifique très élevé, mais ces matières sont très coûteuses et extrêmement difficiles à mettre en oeuvre au niveau industriel, ce qui a pour résultat un coût très élevé en comparaison avec celui des diaphragmes utilisant d'autres matières. L'invention a pour objet de proposer un diaphragme ayant des caractéristiques acoustiques supé- rieures obtenues par l'utilisation des caractéristique physiques supérieures du carbone, compte tenu des incon- vénients des matières classiques des diaphragmes. Ainsi qu'il est bien connu, le carbone possède, de sa forme cristalline telle que le diamant, le graphite, etc. a sa forme non cristalline telle que le noir de carbone, le charbon de bois, etc., des caractéristiques physiques et chimiques très étendues. La présente Demanderesse a procédé à une étude poussée visant à obtenir les diverses caractéristiques fonctionnelles souhaitées en concevant et combinant ces matières conformément aux fonctions demandées. Elle a déjà inventé un procédé de fabrication d'un diaphragme entière- ment carboné, obtenu par la formation préalable d'un mélange d'une résine thermodurcissable et d'une poudre de carbone en tant que matière de départ, pour former un film, moulage du film en une forme de diaphragme et frittage de celle-ci dans une atmosphère inerte, ce qui a fait l'objet d'une demande de brevet (N de publication, non examinée, Sho 60-121895). Elle a également inventé un procédé de fabrication d'un diaphragme carboné vitreux en n'utilisant qu'Une résine thermodurcissable en tant que matière de dÉpart, et ceci a fait l'objet d'une demande de brevet (N de publication, non examinée, Sho 61-65596). Bien que les diaphragmes conformes à ces inventions puissent être fabriqués industriellement à bon marché et possèdent des caractéristiques physiques supérieures, la présente Demanderesse a mené une étude poussée pour améliorer les caractéristiques physiques de ces diaphragmes et a abouti à la mise au point d'un diaphragme ayant des caractéristiques acoustiques supérieures à celles des diaphragmes ne comportant qu'un film entièrement carboné, par évaporation d'un film de SiC à partir d'une phase gazeuse, sur la surface de la matière du diaphragme comprenant un film entièrement carboné, ceci résultant de la constatation que le SiC possède une vitesse de propagation très élevée, de 11 000 m/s. Les procédés bien connus de synthèse pour évaporer un film de SiC à partir d'une phase gazeuse comprennent le procédé de dépôt en phase vapeur par voie thermique, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur au laser, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur au plasma, etc., et on peut utiliser l'un quelconque de ces procédés dans la présente invention. Le coefficient de dilatation thermique d'un film de SiC est avantageusement égal ou similaire à celui d'un film entièrement carboné. Le coefficient de dilatation thermique de SiC est de 3,5 - 5,5 x 10-6/-C, tandis que celui du carbone vitreux est de 2 - 3,5 x 10-6/ C, et celui d'un composite carbone/ carbone, composé de poudres de carbone, peut être de l'ordre de 3 - 5 x 10-6, selon le contenu de la poudre de carbone additionnée. Conformément au procédé utilisé pour synthétiser le SiC, il existe certains cas dans lesquels le coefficient de dilatation thermique d'un substrat carboné doit être ajusté par une sélection de la proportion du mélange des poudres de carbone, optionnellement, au besoin. L'invention sera décrite plus en détail en regard d'exemples de réalisation auxquels elle n'est pas limitée. Exemple 1 On additionne, en tant que durcisseur, 4% en poids d'une solution méthanolique à 50% d'acide p-toluène- sulfonique à 100% en poids d'un condensat initial d'alcool furfurylique/résine furfural (produit "UF-302" fabriqué par HITACHI KASEI CO., LTD). Apres agitation suffisante au moyen d'un malaxeur à grande vitesse, le mélange est appliqué sur une feuille de support au moyen d'un appareil d'enduction comportant une lame de raclage, puis est soumis à un durcissement préalable afin que l'on obtienne une feuille préformée en phase B. Après enlèvement de la feuille de support, la feuille préformée est moulée afin de prendre la forme d'un dôme au moyen d'un appareil de moulage à vide, durcie par chauffage et retirée du moule afin que l'on obtienne un moulage de diaphragme. Un traitement de post-durcissement est appliqué à ce moulage pendant 5 heures dans un four à air à 150 C. Puis on achève le frittage du moulage en le chauffant dans un four à atmosphère d'azote, à une vitesse de montée en température de 15C/heure jusqu'à 500 C et de C/heure entre 500 et 1000 C, le moulage étant maintenu pendant 3 heures supplémentaires à 1000-C avant de pouvoir refroidir naturellement. Le diaphragme carboné vitreux ainsi obtenu, d'un diamètre de 25 mm et d'une épaisseur de film de 25 pm, a été utilisé comme substrat sur lequel on a déposé, par un procédé bien connu de dépôt chimique en phase vapeur, un film de SiC. Dans la synthèse du film de SiC, les débits d'écoulement d'hydrogène, de méthane et de tétrachlorure de silicium doivent être de 1 litre/min, 3 ml/min et 3 ml/min, respectivement, et leur mélange est introduit dans une cloche à vide sous la pression de 133,3 Pa. Par ailleurs, on a maintenu le substrat à une température de 500 C, du plasma a été induit par des micro-ondes de 2,45 GHz et l'évaporation a été effectuée pendant 2 heures. Le film de SiC avait une épaisseur de 5 gm. Exemple 2 On a mélangé et dispersé de façon homogène, dans un malaxeur Warner, 80% en poids d'un condensat initial d'alcool furfurylique/résine furfural (produit "UF 302" fabriqué par HITACHI KASEI CO., LTD) et 20% en poids de graphite naturel en lamelles (dimension moyenne du grain de 1 pm), et ce mélange a ensuite été fortement dispersé par l'utilisation de 3 rouleaux de malaxage d'encre pour que l'on obtienne une composition de pâte constituant la matière de départ. On a additionné, en tant que durcisseur, 4% en poids d'une solution méthanolique à 50% d'acide p- toluènesulfonique à 100% en poids de la composition de pâte constituant la matière de départ, et on a répété les mêmes opérations que dans l'exemple 1 pour obtenir un diaphragme entièrement carboné ayant un diamètre de 25 mm et une épaisseur de film de 40 pm. Ce diaphragme entièrement carboné a été utilisé comme substrat sur lequel on a déposé par évaporation, en utilisant un procédé bien connu de dépôt chimique en phase vapeur, un film de SiC. Dans la synthèse du film de SiC, les débits d'écoulement de l'hydrogène, du méthane et du tétrachlorure de silicium doivent être respectivement de 1 litre/min, 1 ml/min et 3 ml/min et leur mélange est introduit dans une cloche à vide sous la pression de 4000 Pa. Par ailleurs, le substrat entièrement carboné a été maintenu à une tempéra- ture de 1500'C par un chauffage à induction à haute fréquence, et l'évaporation a été effectuée pendant 40 minutes. Le film de SiC obtenu avait une épaisseur de 5 Nm. Les caractéristiques du diaphragme obtenu conformément à l'invention sont comparées à celles de diaphragmes classiques dans le tableau suivant. Vitesse du Module d'Young, Masse volu- Matière son, km/s GPa mique,g/cm3 Aluminium 5,1 70,0 2,70 Titane 4,9 110, 0 4,50 Béryllium 12,2 270,0 1,80 Exemple 1 (substrat) 7,5 78,0 1,40 Exemple 2 (substrat) 9,0 115,0 1,43 Exemple 1 (après évaporation) 8,4 110,0 1,55 Exemple 2 (après évaporation) 9,7 163,0 1,73 Comme cela est montré clairement dans le tableau, les caractéristiques physiques du substrat, dans les deux exemples 1 et 2, ont été améliorées d'environ 40% pour le module d'Young et d'environ 10% pour la vitesse du son, en comparaison avec celles présentées par le substrat avant l'évaporation. De plus, les effets de l'invention ne sont pas limités aux exemples et il est possible d'amélio- rer encore les caractéristiques physiques en augmentant l'épaisseur du film évapore. Du fait de ces caractéristiques supérieures, le diaphragme selon l'invention peut être utilisé efficacement en tant que diaphragme pour des appareils de reproduction des sons par procédé numérique, à présent très répandus. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au diaphragme décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Diaphragme pour appareil acoustique, carac- térisé en ce qu'une couche, durcie en surface, constituée d'un film de SiC, est formée sur la surface du substrat du diaphragme comprenant un film entièrement carboné.