Brevet FR2754547A1 — publié le 19980417

-1 AJUSTEMENT DE LA DISPERSION MOSAIQUE DU HOPG DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé permettant de décaler, dans un intervalle étroit prédéterminé, la dispersion mosaïque du graphite pyrolytique hautement orienté (en anglais: highly 5. oriented pyrolytic graphite, "HOPG"). ART ANTERIEUR Les monochromateurs à graphite sont des formes hautement orientées de graphite pyrolytique très pur, qui diffractent des rayons X et des neutrons pour produire un faisceau monochromatique de rayons X et/ou de neutrons, pour une utilisation dans un spectromètre pour mesurer les caractéristiques des matériaux cristallins. Les monochromateurs à graphite sont classifiés selon leur caractéristique de dispersion mosaïque. La dispersion mosaïque est une mesure de la largeur à la moitié de l'intensité maximale de la réflexion d'un faisceau de rayons X provenant d'un échantillon de matériau HOPG lorsqu'il est basculé dans une orientation préférée, en formant ainsi une courbe de diffraction de rayons X à orientation préférée, connue sous le nom de "courbe d'oscillation". La courbe d'oscillation est un graphique représentant l'intensité des rayons X réfléchis en fonction de la distance angulaire à partir d'un plan de référence, en utilisant la Loi de Bragg pour déterminer la déviation angulaire. La courbe d'oscillation est déterminée pour chaque échantillon de HOPG, de telle sorte que sa dispersion mosaïque puisse être classifiée dans différents intervalles de dispersion mosaïque standard. Lorsqu'un client souhaite acquérir un monochromateur à HOPG, la sélection se fait selon des qualités standard correspondant aux différents intervalles de dispersion mosaïque. Une qualité de production de matériau HOPG a un grand intervalle de dispersion mosaïque de 3,5 1,5 . Cependant, un client peut demander une qualité de HOPG particulière ayant un plus petit intervalle de dispersion mosaïque, par exemple ( 0,25 ). Aujourd'hui, le fait de satisfaire cette demande affecterait négativement le rendement d'un matériau HOPG traité de manière classique. Pour l'exemple précédent, seulement environ % du matériau HOPG constitué par un traitement classique satisferait à l'exigence de faible dispersion mosaïque de 0,25 . EXPOSE DE L'INVENTION Le procédé de la présente invention peut garantir un rendement allant jusqu'à 100 % pour l'obtention d'un matériau HOPG ayant une dispersion mosaïque façonnée de manière à être comprise dans un petit intervalle présélectionné souhaité, à partir d'un matériau traité du type HOPG ayant une dispersion mosaïque inférieure à l'exigence de dispersion mosaïque finale souhaitée pour le matériau. Le procédé de la présente invention comprend les étapes qui consistent à choisir des échantillons de matériau de type HOPG ayant une dispersion mosaïque qui se trouve en dessous d'un intervalle de dispersion mosaïque souhaité, et à travailler à froid les échantillons choisis pour imprimer une texture suffisante en surface pour décaler la dispersion mosaïque des échantillons de manière à ce qu'elle se trouve dans un intervalle de dispersion mosaïque souhaité. La surface texturée est de préférence imprimée par pressage des échantillons entre des matrices métalliques, au moins l'une des matrices ayant une surface moletée. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les avantages de la présente invention vont devenir évidents à la lecture de la description ci- après de la présente invention, prise conjointement avec les dessins cijoints, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective simplifiée d'un appareil permettant de produire une courbe d'oscillation des échantillons de HOPG, afin d'établir leur dispersion mosaïque; la figure 2 est une illustration schématique d'un montage de matrices métalliques servant à travailler à froid les échantillons de HOPG, selon la présente invention; la figure 3 est un autre mode de réalisation d'un montage analogue à la figure 2, servant à travailler à froid les échantillons de HOPG selon la présente invention; et la figure 4 est un graphique illustrant les principes de la présente invention pour ajuster la dispersion mosaïque à l'intérieur d'un quelconque intervalle souhaité se trouvant au-dessus du niveau de la dispersion mosaïque avant l'ajustement. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Le graphite est constitué de couches planes d'arrangements ou de réseau hexagonaux d'atomes de carbones. Ces couches planes d'atomes de carbones arrangés en structure hexagonale sont sensiblement plates et sont orientées de manière à être sensiblement parallèles et équidistantes entre elles. Les couches d'atome de carbone sensiblement plates et parallèles sont appelées plans de base, et sont liés ou collés ensemble en groupes arrangés en cristallites. Le graphite classique ou électrolytique a un ordre aléatoire des cristallites. Le graphite hautement ordonné a un haut degré d'orientation préférée de cristallite. En conséquence, le graphite peut être caractérisé comme des structures stratifiées d'atomes de carbone ayant deux principaux axes, à savoir, l'axe "c", qui est généralement identifié comme l'axe ou la direction perpendiculaire aux couches de carbone, et l'axe ou la direction "a", qui est parallèle aux couches de carbone et transversale par rapport à l'axe c. Les matériaux en graphite qui présentent un haut degré d'orientation comprennent le graphite naturel et le graphite synthétique ou pyrolytique. Le graphite pyrolytique est produit par la pyrolyse à haute température d'un gaz carboné, sur un substrat approprié. Brièvement, le procédé de déposition pyrolytique peut être mis en oeuvre dans un four chauffé à une température supérieure à 1500 C et allant jusqu'à 2500 C, et à une pression appropriée, o un gaz hydrocarboné tel que du méthane, du gaz naturel, de l'acétylène, etc., est introduit dans le four chauffé et se décompose thermiquement à la surface d'un substrat ayant une composition appropriée, tel qu'un graphite ayant une quelconque forme souhaitée. Le substrat peut être enlevé ou séparé du graphite pyrolytique. Le graphite pyrolytique peut ensuite être de nouveau soumis à un recuit thermique à haute température, pour former un graphite pyrolytique hautement orienté, habituellement appelé matériau "HOPG" ou "TPG". Le "graphite pyrolytique hautement orienté" (en anglais: Highly oriented pyrolytic graphite, HOPG), tel qu'utilisé dans la présente invention, correspond à un graphite pyrolytique qui a été recuit à haute température, sensiblement égale ou supérieure à 3000 C. Les échantillons de HOPG sont habituellement produits en plaques plates ou sous des formes à pliage simple ou à pliage double. La structure et l'orientation préférée des plaques échantillons de HOPG sont déterminées par diffraction des rayons X. La figure 1 présente un montage permettant de produire une courbe d'oscillation. Une source de rayons X 101 ayant un petit angle de divergence de source, habituellement 1 ou moins, dirige un faisceau de rayons X monochromatique 103 sur un échantillon 105. Un détecteur 107 est placé à la position 20, pour détecter le faisceau de rayons X réfléchi 109 provenant de l'échantillon. Le faisceau réfléchi 109 présente des intensités de pics à dès angles d'échantillon () correspondant aux réflexions de Bragg (002) à partir des plans de base du réseau cristallin de l'échantillon. L'angle 20 auquel le faisceau de rayons X est réfléchi est calculé en utilisant la Loi de Bragg (X = 2dsin0), o X est la longueur d'onde du faisceau de rayons X monochromatique, d est la distance interréticulaire du cristal et 0 est l'angle de Bragg. Dans la présente demande, les rayons X sont produits avec une source de rayons X, de raie Ks du cuivre (longueur d'onde 1,54 A). L'échantillon 105 est entraîné en rotation autour de l'axe A-A, à l'intérieur du faisceau 103. Lorsque l'échantillon 105 tourne, l'intensité des rayons X est détectée, incluant l'intensité des pics correspondant à la réflexion de Bragg au niveau du plan de base 002, formant ainsi une courbe d'oscillation de l'intensité des rayons X réfléchis en fonction de l'angle de rotation (O) de l'échantillon. La courbe d'oscillation est un graphique représentant l'intensité des rayons X réfléchis en fonction de la distance angulaire à partir d'un plan de référence qui, dans le cas du graphite pyrolytique, est le plan de déposition. Par conséquent, un pic à 0 indique un plan de base (002) parallèle au plan de déposition défini par le substrat. La "largeur à mi-hauteur" d'un pic de la courbe d'intensité est la largeur totale d'un pic à la moitié de l'intensité maximale du pic. La largeur à mi-hauteur est une mesure du degré d'orientation préférée du plan 002, la structure cristalline hautement orientée produisant une plus petite largeur à mi-hauteur (pic étroit) et une structure cristalline faiblement orientée produisant une plus grande largeur à mi-hauteur (pic large). La dispersion mosaïque est une mesure en degrés de la largeur à mi-hauteur de la réflexion du faisceau de rayons X provenant des échantillons de HOPG, et varie en raison des variations entre les échantillons et des variations des conditions dans le four. Le graphite pyrolytique hautement orienté (HOPG) ayant une dispersion mosaïque de 3,5 1,5 est largement utilisé en tant que filtre pour les neutrons d'ordre supérieur en spectrométrie à neutrons. Selon la présente invention, la dispersion mosaïque d'un HOPG produit de manière classique, ayant une dispersion mosaïque inférieure à un intervalle souhaité, peut être augmentée de manière à se trouver dans l'intervalle souhaité, par travail à froid des échantillons, à la température ambiante. Une forme de réalisation permettant de mettre en oeuvre la présente invention est présentée sur la figure 2, et comprend un cylindre 12 et deux matrices métalliques moletées, respectivement 13 et 14. La référence 11 désigne un piston. Une pièce échantillon de HOPG 10, ayant une dispersion mosaïque inférieure à celle que l'on souhaite, est placée entre les matrices 13 et 14, à l'intérieur du cylindre 12, et est soumise à une pression allant jusqu'à 5000 psi en utilisant une presse hydraulique. Après 5 à 30 secondes à cette pression, la pression est relâchée et le HOPG est enlevé. Pour de meilleurs résultats, les surfaces cannelées ou moletées 15 et 16 des matrices 13 et 14 sont clavetées ou coincées dans le cylindre 12, de telle sorte que les parties saillantes de la surface de l'une des matrices correspondent aux creux de l'autre matrice, c'est-à-dire que les surfaces moletées engrènent de préférence avec des gorges "entrecroisées". Les dimensions des surfaces cannelées ou moletées 15 et 16, qui comportent les gorges 18 et 19 présentées agrandies 10 à 20 fois sur les figures 2 et 3, ont de préférence une profondeur comprise entre 0,005 et 0,010 pouce et un écartement compris entre 0,015 et 0,030 pouce. On peut utiliser des matrices en laiton et en acier inoxydable, bien que les matrices en I acier soient préférées car elles présentent une meilleure résistance à l'usure. La figure 3 est une variation du mode de réalisation de la figure 2. Ici, l'échantillon de HOPG est pressé entre une matrice cannelée ou moletée 20 et un patin 21 constitué d'un matériau déformable (tel que du papier, d'une épaisseur de 0,010 à 0,020 pouce), monté sur une matrice plate et lisse 22. Ce procédé réalise également la texture souhaitée sur toute ' l'épaisseur du HOPG, ce qui augmente la dispersion mosaïque. Avec ce système, la matrice moletée 20 n'a pas besoin d'être clavetée au cylindre 12, car il n'y- a besoin d'aucune orientation spécifique par rapport à la matrice plate 22. La dispersion mosaïque du HOPG est mesurée après qu'il a été pressé entre les matrices cannelées ou moletées 13 et 14. Si la dispersion mosaïque est trop élevée, le HOPG est placé entre des matrices plates et lisses (non représentées), et est à nouveau soumis à un pressage, habituellement à une pression inférieure à celle appliquée avec les matrices cannelées ou moletées, mais dans un intervalle préféré de 500 à 5000 psi. Dans certains cas, il peut être nécessaire de procéder à plusieurs pressages répétés entre des matrices cannelées ou moletées et des matrices lisses, pour amener la dispersion mosaïque dans un intervalle de spécification serré (très étroit). La figure 4 présente 55 exemples illustrant l'invention. Chaque pièce échantillon de HOPG mesure 34,5 x 27,1 x 1,5 mm d'épaisseur. La dispersion mosaïque de neutrons de ces pièces traitées d'une manière classique est de 1,52-2,34 . On suppose qu'une dispersion mosaïque de neutrons souhaitée est de 2,50- 3,00 . On peut voir que nous l'avons obtenue sur 25 de ces pièces en les pressant une fois ou plus entre des matrices cannelées ou moletées. On peut voir que la dispersion mosaïque des 30 autres pièces est comprise entre 3,03 et 4,13 , après un pressage entre des matrices cannelées ou moletées. On réduit ensuite la dispersion mosaïque de ces 30 pièces jusqu'à 2,50-3,00 en les pressant une fois ou plus entre des matrices plates et lisses. Puisque la dispersion mosaïque peut être facilement augmentée par pressage entre des matrices cannelées ou moletées, et diminuée à nouveau par pressage entre des matrices lisses, il est clair que l'on peut obtenir des variations encore plus petites de la dispersion mosaïque, telles que 0,05 , par plusieurs pressages. Les exemples spécifiques suivants sont pris à partir de la figure 4, afin de mieux expliquer et illustrer l'invention. Pour chaque exemple, les conditions suivantes sont constantes. Les pièces en HOPG ont toutes des dimensions de 34,5 x 27,1 x 1,5 mm d'épaisseur. Les matrices en laiton et en acier ont un diamètre de 2 pouces. La dispersion mosaïque de neutrons de la réflexion du HOPG (002) est mesurée sur un SPINS à guidage de neutrons N 5, à 4,15 A, au N.I.S.T. de Gaithersburg, Maryland. Exemple 1 (pièce 1) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaïque de neutrons initiale de 2,04 est pressée, sous 5000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices cannelées ou moletées en acier inoxydable, ayant des gorges entrecroisées de 0,005 pouce de profondeur et 0,015 pouce d'écartement. Après ce pressage, la dispersion mosaïque de neutrons du HOPG est de 2,970. Exemple 2 (pièce 2) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaïque de neutrons initiale de 2,24 est pressée, sous 5000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices cannelées ou moletées en laiton, ayant des gorges entrecroisées de 0,010 pouce de profondeur et 0,030 pouce d'écartement. Après ce pressage, la dispersion mosaïque de neutrons *10 du HOPG est de 3,52 , ce qui est supérieur à l'intervalle souhaité de 2,50-3,00 L'échantillon de HOPG est alors pressé de nouveau entre des matrices en laiton lisses, sous 2500 psi pendant 15 secondes. Cette opération réduit la dispersion mosaïque du HOPG à 2,64 Exemple 3 (pièce 3) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaïque de neutrons initiale de 2,03 est pressée, sous 5000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices cannelées ou moletées en laiton, ayant des gorges entrecroisées de 0,010 pouce de profondeur et 0,030 pouce d'écartement. Le HOPG pressé est examiné et pressé de nouveau sous 5000 psi pendant 15 secondes. Après les deux pressages, la dispersion mosaïque de neutrons du HOPG est de 2,52 . Exemple 4 (pièce 18) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaïque de neutrons initiale de 2,21 est pressée entre une matrice cannelée ou moletée en laiton, ayant des gorges entrecroisées de 0,010 pouce de profondeur et 0,030 pouce d'écartement et une matrice lisse en laiton sur laquelle est monté un patin de papier d'une épaisseur de 0, 015 pouce. La pression est maintenue à 5000 psi pendant 15 secondes. Le HOPG est examiné et pressé de nouveau dans les mêmes conditions. Après ces deux pressages, la dispersion mosaïque de neutrons du HOPG est de 3,19 . Un troisième pressage, utilisant des matrices plates en laiton, sous 2500 psi pendant 15 secondes, réduit la dispersion mosaïque de neutrons à 2,57 . - Exemple 5 (pièce 35) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaique-de neutrons initiale de 2,12 est pressée, sous 5000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices cannelées ou moletées en laiton, ayant des gorges entrecroisées de 0,010 pouce de profondeur et 0,030 pouce d'écartement. Après ce pressage, la dispersion mosaïque de neutrons du HOPG est de 3, 57 . Le HOPG est ensuite pressé sous 2800 psi pendant 15 secondes entre des matrices plates et lisses en laiton. Cette opération réduit la dispersion mosaïque à 3,140. Le HOPG est ensuite pressé deux fois sous 5000 psi et pendant 15 secondes, entre des matrices lisses en laiton. La dispersion mosaïque par neutron finale du HOPG est de 2,85 . Exemple 6 (pièce 49) Une pièce en HOPG ayant une dispersion mosaïque de neutrons initiale de 2,31 est pressée, sous 000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices cannelées ou moletées en acier inoxydable, ayant des gorges entrecroisées de 0,005 pouce de profondeur et 0,015 pouce d'écartement. Après ce pressage, la dispersion mosaïque de neutrons du HOPG est de 3,11 . Le HOPG est ensuite pressé, sous 3000 psi pendant 15 secondes, entre des matrices lisses en acier inoxydable. La dispersion mosaïque finale de neutrons de l'échantillon de HOPG est de 2,600. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de décaler la dispersion mosaïque du graphite pyrolytique hautement orienté ("HOPG") dans un intervalle de dispersion mosaïque présélectionné, procédé qui comprend les étapes consistant à: choisir des échantillons de HOPG ayant une dispersion mosaïque se trouvant en dessous d'un intervalle de dispersion mosaïque souhaité, et à travailler à froid les échantillons choisis pour former une impression de texture de surface suffisante pour décaler la dispersion mosaïque des échantillons travaillés à froid, de manière à ce qu'elle se trouve dans un intervalle de dispersion mosaïque présélectionné. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit travail à froid est réalisé par compression des échantillons entre des matrices, dont au moins l'une d'entre elles a une surface cannelée ou moletée. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'autre matrice comprend un patin constitué en un matériau déformable, monté sur une surface plate et lisse. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit matériau déformable est du papier. 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chacune desdites matrices a une surface cannelée ou moletée. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel deux matrices métalliques sont utilisées pour former la surface texturée à l'aide des surfaces cannelées ou moletées de chaque matrice, disposées l'une par rapport à l'autre de manière à s'engrener. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel lesdites matrices métalliques sont constituées d'acier inoxydable, la surface cannelée ou moletée de chaque matrice formant des gorges ayant des dimensions en coupe transversale comprises entre 0,005 et 0,010 pouce de profondeur et 0,015 et 0,030 pouce d'écartement. 8. Procédé selon la revendication'2,-- dans lequel les échantillons de HOPG sont comprimés sous une première pression relativement élevée. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel' la dispersion mosaïque desdits échantillons est réajustée vers le bas à partir de la dispersion mosaïque établie par ladite première compression, par une autre compression desdits échantillons sous une deuxième pression, inférieure à ladite première pression. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite autre compression desdits échantillons est réalisée entre des matrices ayant des surfaces plates et lisses. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel lesdites matrices servant à réaliser ladite deuxième compression sont constituées de laiton.