Brevet FR2822288A1 — publié le 20020920

CONDUCTEUR METALLIQUE ET INSTALLATION CRYOGENIQUE La présente invention concerne un conducteur métallique contenant un métal précieux et une installation cryogénique, présentant au moins un conducteur de ce type. Les conducteurs métalliques qui contiennent un métal précieux, sous forme de métal pur ou d'alliage sont fondamentalement décrits dans les publications JP 52 05 18 57, JP 11 24 31 11 et EP 0 967 635. L'état de la technique précité soulève particulièrement la problématique du bonding des conducteurs métalliques de ce type, qui peut être réalisé par des revêtements adéquats. Un problème particulier se pose toutefois pour des conducteurs métalliques de ce type, qui d'une part doivent être disposés entre des composantes soumises à différentes températures de service et qui de ce fait doivent faire preuve, en règle générale d'une faible conductibilité thermique, mais qui d'autre part doivent être aptes au brasage. Un exemple de telles composantes soumises à différentes températures de service est donné par les installations cryogéniques, dans lesquelles au moins une composante doit être maintenue à un niveau de température très bas. Si on utilise, par exemple des fils d'acier, en particulier en acier fin, ces derniers font preuve d'une faible conductibilité thermique et ne sont pas corrosifs, mais en règle générale, ils se prêtent difficilement au brasage et ils ne peuvent être reliés que par soudage avec les composantes correspondantes. A ce jour, si l'on doit obtenir une aptitude au brasage pour les fils en acier fin, on prévoit de traiter le fil d'acier fin à l'aide d'un décapant (chlorure) et d'un apport de brasage. Mais suite à ce traitement, le fil n'est plus protégé contre la corrosion sur les zones traitées, la jonction par brasure étant ainsi exposée à un important risque d'usure par corrosion. Un revêtement selon l'état de la technique permet de créer l'aptitude au brasage d'un conducteur électrique, mais le problème réside en ce que le revêtement augmente la conductibilité thermique du conducteur métallique, ce qui génère un flux de chaleur accru au-dessus du conducteur. De ce fait, le but de la présente invention consiste à mettre à disposition un conducteur métallique, présentant d'une part une bonne aptitude au brasage, sans effets désavantageux, particulièrement au niveau de la résistance à la corrosion et qui d'autre part fait preuve d'une conductibilité thermique restreinte au possible. Ce but est atteint par un conducteur métallique, présentant un conducteur central et un revêtement en métal précieux ou en alliage d'un métal précieux et d'au moins un élément d'un sous-groupe. Le revêtement confère au conducteur métallique l'aptitude au brasage. Le revêtement peur recouvrir le conducteur central, sur toute l'étendue du conducteur, mais il peut également recouvrir uniquement les régions partielles du conducteur central, sur lesquelles le brasage doit avoir lieu. Le conducteur est alors apte au brasage sur tous les points qui présentent un revêtement, sans aucun traitement supplémentaire. Le maintien d'une conductibilité thermique la plus faible possible est obtenu par un choix adéquat des rapports d'épaisseur entre le conducteur et le revêtement, l'épaisseur du conducteur central (c'est à dire le diamètre, pour les conducteurs à section ronde) se situant entre 1 mm et 0, 01 mm et l'épaisseur du revêtement se situant entre 1 yam et 1 nm. Grâce au revêtement nettement plus mince que le conducteur, la conductibilité thermique du conducteur ne subit qu'une faible modification. Ce phénomène est surtout applicable si l'on remplace un métal précieux pur par un alliage d'un métal précieux et d'au moins un élément d'un sousgroupe, car un tel alliage fait encore preuve d'une faible conductibilité thermique, même à des températures plus basses. On peut prévoir en particulier que l'épaisseur du conducteur central se situe entre 0, 5mm et 0,05 mm et que l'épaisseur du revêtement se situe entre 100 nm et 1 nm. L'épaisseur du conducteur central peut correspondre par exemple à une valeur de 1000 fois à 5000 fois l'épaisseur du revêtement. Le métal précieux utilisé pour le revêtement peut être par exemple de l'or, mais fondamentalement, d'autres métaux précieux sont envisageables. Mais le revêtement peut également être constitué d'un alliage d'un métal précieux et d'au moins un élément d'un sous-groupe, en particulier du huitième sous-groupe (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Os, Ir, Pt). Dans ce cas, l'alliage de métal précieux peut être par exemple un alliage d'or, mais d'autres alliages de métaux précieux sont fondamentalement envisageables. Pour le conducteur central, on peut utiliser n'importe quel matériau adéquat qui fait preuve d'une faible conductibilité thermique et d'une conductibilité électrique suffisante. Le conducteur peut être particulièrement en acier, par exemple en acier fin. Un autre objet de la présente invention est une installation cryogénique, présentant au moins un conducteur métallique, tel qu'il a été décrit précédemment, dans le cadre de l'invention. Une telle installation cryogénique, pouvant être réalisée dans le domaine de la cryophysique, de l'aérospatiale, de la technique médicale ou analogue, présente au moins une composante qui est à une température nettement plus basse que toutes les autres composantes de l'installation. Des exemples de ce type sont des installations qui mettent en oeuvre des gaz liquides à basse température, en tant que fluide de service ou de refroidissement. A cet effet, la plage d'utilisation des conducteurs métalliques peut s'étendre aux températures des composantes les plus froides, inférieures à 100 K, voire à des températures inférieures à 50 K. Dans ce cas surtout, des conducteurs métalliques faisant preuve d'une faible conductibilité thermique sont particulièrement importants. Un exemple de réalisation particulier est décrit cidessous, à l'aide de la figure 1. Elle montre : Figure 1 : représentation schématique, non à l'échelle, d'une coupe transversale d'un conducteur selon l'invention. Un conducteur métallique 3, qui, dans la figure 1, est représenté de manière schématique et non à l'échelle, est spécialement conçu pour des applications présentant des températures de service nettement différentes, telles qu'elles apparaissent particulièrement dans les installations cryogéniques. Un exemple d'application de ce type est donné par l'aérospatiale, dans laquelle des charges utiles cryogéniques de satellites ou des réservoirs destinés aux carburants cryogéniques constituent une composante du véhicule spatial. Toutefois, le conducteur métallique 3 peut également être utilisé dans d'autres installations cryogéniques. Le conducteur métallique 3 peut être conçu avec une section ronde, comme dans la figure 1, mais il peut avoir également toute autre forme adéquate, par exemple aplatie. Le conducteur métallique 3 comprend un conducteur central 1 en acier fin. L'acier fin fait preuve d'une conductibilité électrique suffisante, parallèlement à une faible conductibilité thermique. Pour rendre le conducteur métallique 3 apte au brasage, un revêtement 2 est prévu sur le conducteur central 1, le revêtement étant constitué d'or ou d'un alliage d'or et d'un élément du huitième sous-groupe. Jusqu'à une température de 80 K, l'influence du revêtement 2 en or sur la conductibilité thermique du conducteur métallique 3 reste faible, ainsi pour des installations cryogéniques présentant des températures atteignant cette plage, le revêtement 2 en alliage d'or peut être remplacé par un revêtement 2 en or. Si toutefois, l'installation cryogénique doit être exposée à des températures plus basses, il faut considérer que sous 80 K et particulièrement sous 40 K, la conductibilité thermique de l'or augmente. S'il est prévu d'atteindre de telles températures, il s'est avéré avantageux de prévoir des alliages d'or et d'au moins un élément d'un sous-groupe, car ces derniers font preuve d'une conductibilité thermique inférieure à celle de l'or pur, dans les plages inférieures à 80 K. Un exemple d'un tel alliage est un alliage d'or et de cobalt ou d'un élément analogue d'un sous-groupe, hormis de l'or pur, l'alliage contenant par exemple, jusqu'à 5 % de l'élément du sous-groupe, particulièrement un maximum d'1 % de l'élément du sous-groupe. La combinaison optimale de l'aptitude au brasage d'une part et d'une faible conductibilité thermique d'autre part est obtenue grâce au choix judicieux des rapports d'épaisseur, entre l'épaisseur D du conducteur central 1 et l'épaisseur d du revêtement 2. Il est prévu en particulier que le conducteur central 1 présente une épaisseur D située dans la fourchette des dixièmes de millimètres et que le revêtement 2 présente une épaisseur d située dans la fourchette de quelques manomètres, jusqu'à environ cent nanomètres. L'épaisseur du conducteur central 1 peut correspondre par exemple à une valeur de 1000 fois à 5000 fois l'épaisseur du revêtement 2. Ainsi, on peut prévoir par exemple une épaisseur D de 0,1 mm pour le conducteur central 1 et une épaisseur d de 30 nm à 50 nm, particulièrement de 40 nm pour le revêtement 2. Le conducteur électrique métallique 3 conçu selon ces critères est alors apte au brasage à chaque endroit auquel un revêtement 2 a été prévu sur le conducteur central 1, sans qu'une étape de traitement supplémentaire ne soit nécessaire, ce qui permet d'éliminer particulièrement les risques de corrosion existants à ce jour. Dans le cas le plus simple, le revêtement 2 peut recouvrir l'ensemble du conducteur central 1. Mais il peut également être prévu sur des sections particulières du conducteur central 1, lesquelles sont alors prévues pour le brasage. Les avantages qui découlent de l'utilisation d'un tel conducteur 3 résident particulièrement dans la facilité de fabrication, par exemple de connexions de mesure dans des appareils cryogéniques, tels qu'ils se présentent en technique médicale et grâce à la faible conductibilité thermique, dans la réduction des coûts d'exploitation, car on assiste par exemple à un faible réchauffement des liquides cryogéniques dans les composantes contactées, donc à une faible consommation de fluides cryogéniques. Le terme sous-groupe s'entend d'un sous-groupe de la clarification périodique des éléments. REVENDICATIONS 1. Conducteur métallique (3), présentant un conducteur central (1) et un revêtement (2) constitué d'un métal précieux ou d'un alliage d'un métal précieux et d'au moins un élément d'un sous-groupe, l'épaisseur (D) du conducteur central (1) se situant entre 1 mm et 0.01 mm et l'épaisseur (d) du revêtement (2) se situant entre 1 Mm et 1 nm. 2. Conducteur métallique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (D) du conducteur central (1) se situe entre 0, 5 mm et 0,05 mm et l'épaisseur (d) du revêtement (2) se situe entre 100 nm et 1 nm. 3. Conducteur métallique (3) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (2) est en or. 4. Conducteur métallique (3) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (2) est constitué d'un alliage d'un métal précieux et d'au moins un élément du huitième sous-groupe (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). 5. Conducteur métallique (3) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'alliage de métal précieux est un alliage d'or. 6. Conducteur métallique (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conducteur central (1) est en acier. 7. Installation cryogénique, présentant un conducteur métallique (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.