Brevet FR2655997A1 — publié le 19910621

i ENDUIT ABSORBANT, SON PROCEDE DE FABRICATION ET REVETEMENT OBTENU A L'AIDE DE CET ENDUIT DESCRIPTION La présente invention a pour objet un enduit absorbant, son procédé de fabrication et un revêtement obtenu à l'aide de cet enduit Elle trouve une application dans l'absorption du rayonnement électromagnétique, par exemple dans la plage des micro-ondes (fours à micro-ondes, chambres anécho;des, télécommunications, guides hyperfréquences, etc) mais également dans le domaine du visible ou de l'infrarouge. Certains matériaux connus absorbant les micro-ondes se présentent sous forme de couches d'épaisseur de l'ordre du centimètre, réalisées avec des matériaux denses en ferrite ou obtenus par dispersion de matériaux denses dans un liant organique approprié. En particulier, on trouve actuellement dans le commerce des tuiles de ferrite absorbant les micro-ondes entre 100 et 1000 M Hz, avec une épaisseur de 5 à 15 mm On trouve aussi des matériaux composites organiques chargés, tels que des caoutchouc chargés avec des ferrites ou des métaux La fréquence d'utilisation varie de 5 à 15 G Hz, et l'épaisseur est comprise entre 1 et 5 mm. Comme autres matériaux absorbant les micro-ondes, on connaît des motifs pyramidaux ou des structures alvéolaires présentant une épaisseur de plusieurs dizaines de centimètres. Ces matériaux sont généralement utilisés pour équiper des chambres anécho;des. On connaît aussi, par la demande de brevet français EN 87/12971, un matériau composite absorbant, qui comprend un empilement de couches alternativement magnétiques et isolantes. Chaque couche de matériau magnétique est formée de plusieurs pavés séparés les uns des autres par des espaces ou joints électriquement isolants. Ce matériau composite, réalisé sous forme d'un empilement de couches minces, peut présenter une épaisseur totale inférieure au millimètre, ce qui, malgré la densité élevée ( 8 à 9 g/cm) du matériau magnétique, conduit à un revêtement ayant une densité surfacique faible de l'ordre de 0,5 à 1 kg/m Dans un tel matériau, l'absorption du rayonnement est liée à des phénomènes de pertes par rotation de l'aimantation dans les couches magnétiques, d'interaction d'échanges, de pertes diélectriques, etc Bien que satisfaisants à certains égards, ces matériaux composites présentent cependant des inconvénients: comme les couches minces sont déposées sur des surfaces de grandes dimensions (par rapport à la Longueur d'onde du rayonnement à absorber), il est nécessaire de Les graver pour limiter les courants de surface qui produiraient une ré-émission de l'onde; cette opération est difficile à réaliser sur des surfaces importantes avec la précision requise; le revêtement obtenu n'est efficace que pour une bande de fréquence (ou, si l'on veut, une plage de longueur d'onde) étroite; La surface sur laquelle est effectué Le dépôt doit être usinée avec une grande précision (poli-optique) et pratiquement plane. On connaît également des revêtements absorbant les rayonnements visibles ou proche infrarouge, qui sont constitués par un empilement de couches diélectriques transparentes présentant des indices de réfraction a Lternants Les matériaux constituant ces couches sont en général des oxydes Le phénomène d'absorption est alors du type interférométrique. Là encore, bien que donnant satisfaction à certains égards, ces revêtements présentent des inconvénients: le dépôt doit s'effectuer dans une enceinte à vide poussé, ce qui interdit le traitement de pièces de grandes dimensions, la surface à revêtir doit présenter une excellente qualité (poli optique), la sélectivité obtenue est grande, du fait même du caractère interférométrique des phénomènes mis en jeu. La présente invention a justement pour but de remédier à tous ces inconvénients, en proposant un enduit qui peut servir à revêtir des pièces de forme et de dimensions quelconques, d'état de surface quelconque, et qui permet d'obtenir une très grande p Lage d'absorption. De façon précise, la présente invention a pour objet un enduit, qui est caractérisé par le fait qu'il comprend un liant et une charge constituée de copeaux constitués d'une couche mince, apte à absorber un rayonnement électromagnétique. Lorsqu'il s'agit d'absorber un rayonnement qui tombe dans la plage des micro-ondes, chaque copeau est constitué d'un, empilement de couches alternativement magnétiques amorphes et électriquement isolantes. De préférence, le matériau magnétique amorphe est un matériau ferromagnétique à forte perméabilité magnétique. De préférence encore, le matériau magnétique est un alliage de cobalt et d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant Le zirconium et le niobium. Les couches magnétiques peuvent avoir une épaisseur comprise entre 100 et 1000 nm. Les couches isolantes peuvent avoir une épaisseur comprise entre 1 et 200 nm. Lorsqu'il s'agit d'absorber un rayonnement qui tombe dans le visible ou le proche infrarouge, chaque copeau est constitué d'un empilement de couches transparentes au rayonnement, l'indice de réfraction de ces couches alternant. Pour obtenir une absorption sur une plage très large, L'enduit peut comprendre différents types de copeaux ayant des caractéristiques d'absorption différentes. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de L'enduit qui vient d'être défini Ce procédé comprend les opérations suivantes: on dépose sous vide, sur un substrat, un empilement de couches minces, cet empilement étant apte à absorber un rayonnement électromagnétique, on brise cet empilement pour Le réduire en copeaux, on mélange ces copeaux à un liant. La présente invention a également pour objet un revêtement qui comprend au moins une couche d'enduit te L qu'i L a été défini p Lus haut. Lorsque la plage d'absorption doit être large, le revêtement comprend avantageusement plusieurs couches d'enduits différents, ayant par exemple chacun une plage d'absorption spécifique. De toute façon, Les caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui suit Cette description porte sur des exemples donnés à titre explicatif et non Limitatif et se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 illustre, en coupe, une étape du procédé de fabrication d'un enduit selon l'invention, La figure 2 illustre, en vue de dessus cette même étape, la figure 3 montre un objet recouvert d'un revêtement se Lon l'invention, La figure 4 montre un revêtement à plusieurs couches différentes. Sur La figure 1, on voit une première étape du procédé de fabrication d'un enduit selon L'invention Sur un substrat p Lan 10, on dépose un empilement 11 de diverses couches minces. Dans L'exemple illustré (qui n'est évidemment pas à l'échelle et qui est très schématique) on trouve successivement une couche isolante 12, une couche magnétique 14, une couche isolante 16, une couche magnétique 18, une couche isolante 20, une couche magnétique 22 et enfin une couche isolante 24. Les matériaux magnétiques amorphes utilisables sont de préférence des matériaux ferromagnétiques à base de cobalt contenant au moins un élément choisi parmi le zirconium ou le niobium Ces matériaux peuvent être du type Co Nb Zr, avec x allant de 80 à 95 et par exemple allant de 87 à 93 et y+z valant -x, o y et z peuvent prendre chacun des valeurs allant de 20 à O: Comme matériaux magnétiques utilisables on peut citer par exemple Co 87 Nb 11,5 Zr 1,5 ou Co 89 Nb 6,5 Zr 4,5, ou Co 8 Zr etou Co Zr 93 7 Comme matériaux électriquement isolants, on peut citer le quartz, le verre, la silice, le silicium amorphe, l'alumine, le nitrure de silicium, le sulfure de zinc, le carbone. Quant au support 10, il peut être quelconque et par exemple en métal ou en matériau soluble, ou en verre ou en silicium. Dans L'application à L'absorption des micro-ondes, le nombre de couches alternées en matériau magnétique et en matériau isolant est fonction de la fréquence du champ que l'on désire absorber En règle générale, plus la fréquence à absorber est élevée, plus le nombre de couches est réduit. Par exemple, pour une fréquence de 500 M Hz, on utilisera environ 2500 couches Mais pour 2 G Hz ce nombre tombe à environ 300. Pour briser l'empilement 11 en copeaux, bien des moyens sont possibles Comme illustré sur la figure 2 on peut usiner (par exemple à la fraise), sur la face supérieure du substrat, des traces fines 26 et 28, qui vont dessiner une mosaïque de petits rectangles L'empilement 11 va alors se fracturer naturellement le long de ces lignes et donner une multitude de copeaux C Ces copeaux apparaissent, schématiquement, sur la figure 1, en coupe, et sur la figure 2, en perspective. Mais on peut aussi découper l'empilement de couches (par exemple au laser) ou encore décoller l'empilement puis le broyer, ou utiliser un substrat soluble dans une solution chimique etc Dans cette opération d'obtention des copeaux, on s'attache à donner à ceux-ci, en moyenne, une forme et des dimensions appropriées au but visé Selon la fréquence à absorber, les copeaux peuvent être plus ou moins grands, à structure identique. Les copeaux peuvent ensuite être placés dans un four porté à une température inférieure à la température de cristallisation, soit environ 250-4000 C et il leur est appliqué un champ magnétique dirigé dans leur plan Cette opération a pour effet d'orienter l'aimantation de manière anisotrope, en l'occurrence dans le plan des copeaux. Les copeaux ainsi obtenus sont ensuite mélangés à un liant Une grande variété de matériaux est possible à cet égard: oxyde, mélange d'oxydes, résines époxy, résines thermodurcissables, photorésist, adhésifs, etc. Naturellement, plusieurs type de copeaux peuvent être mélangés dans un même liant, soit de même structure mais de dimensions ou de formes différentes, (rectangulaire, triangulaire, carrée, en losange, etc), soit de structures différentes et de même forme, soit de structures et de formes différentes. Un revêtement conforme à l'invention est représenté sur la figure 3, en coupe Le revêtement 32 comprend des copeaux C, tous parallèles en moyenne à la surface d'un objet 30, ces copeaux étant noyés dans le liant 34 Un rayonnement électromagnétique R, qui vient frapper l'objet ainsi revêtu, est absorbé par et dans le revêtement. L'opération de revêtement s'effectue comme pour une peinture, soit à froid, soit à chaud si Le liant est thermodurcissable. Sur La figure 3, le revêtement est constitué par une couche d'un même enduit Mais, on peut revêtir un même objet par plusieurs couches constituées d'enduits différents, comme illustré sur la figure 4 Sur cette figure, on voit un objet 30 recouvert d'une première couche 41 d'un enduit ayant des copeaux de type Cl, cette couche étant elle-même recouverte d'une deuxième couche 42 d'un enduit ayant des copeaux de type C 2, cette couche étant ellemême recouverte d'une troisième couche 43 d'un enduit ayant des copeaux de type C 3. Chaque couche peut être définie pour absorber une plage de longueur d'onde relativement étroite, les trois plages se chevauchant partiellement pour définir une plage large o s'effectuera l'absorption du rayonnement. Dans la description qui précède, on a mis l'accent sur des systèmes à plusieurs couches magnétiques et isolantes Il va de soi que l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation. Elle peut également mettre en oeuvre d'autres architectures aborbantes et, par exemple,des systèmes purement interférentiels, ou interférentiels avec pertes, ou des systèmes à pertes pures ou des systèmes à une seule couche (en composé amorphe cobalt- silicium ou cobalt-bore-silicium, ou fer-bore, disponible dans le commerce sous forme de ruban trempé) et, de manière générale, n'importe quelle architecture apte à atténuer le rayonnement électromagnétique. REVENDICATIONS 1 Enduit, caractérisé par le fait qu'il comprend un liant ( 34) et une charge constituée de copeaux (C) constitués d'au moins une couche mince apte à absorber un rayonnement électromagnétique. 2 Enduit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche est un empilement de couches minces ( 12, 14, , 22, 24), cet empilement étant apte à absorber le rayonnement électromagnétique. 3 Enduit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque copeau (C) est constitué d'un empilement de couches alternativement magnétiques amorphes ( 14, 18, 22) et électriquement isolantes ( 12, 16, 20, 24). 4 Enduit selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau magnétique amorphe est un matériau ferromagnétique à forte perméabilité magnétique. Enduit selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le matériau magnétique est un alliage de cobalt et d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le zirconium et le niobium. 6 Enduit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque copeau (C) est constitué d'un empilement de couches, constituant un système d'absorption interférentiel et/ou à pertes. 7 Enduit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque copeau est constitué d'un empilement de couches transparentes au rayonnement, l'indice de réfraction de ces couches alternant. 8 Enduit selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend différents types de copeaux (Cl, C 2, C 3) ayant des caractéristiques d'absorption différentes. 9 Procédé de fabrication d'un enduit selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes: on dépose sous vide, sur un substrat ( 10), un empilement ( 11) de couches minces, cet empilement étant apte à absorber un rayonnement électromagnétique, on brise cet empilement pour le réduire en copeaux, on mélange ces copeaux (C) à un liant ( 34). Procédé selon la revendication 9, caractérissé par le fait que L'on dépose sous vide, sur le substrat ( 10) un empilement de couches alternativement magnétiquesamorphes( 14, 18, 22) et électriquement isolantes ( 12, 16, 20, 24) et par le fait que, après avoir brisé l'empilement, on place les copeaux obtenus dans un four et on leur applique un champ magnétique. 11 Revêtement, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une couche d'enduit ( 32) selon l'une quelconque des revendications I à 8. 12 Revêtement selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs couches d'enduits différents ( 41, 42, 43). 13 Revêtement selon la revendication 12, caractérisé par le fait que chaque couche possède une plage d'absorption spécifique.