Retour d expérience: Les procèdes de collage. -Kapton et capteurs de mesures -le collage en cryogénie

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1 Retour d expérience: Les procèdes de collage -Kapton et capteurs de mesures -le collage en cryogénie Patrick Baroni Lab. Léon Brillouin (CEA-CNRS), CE-Saclay, Gif sur Yvette

2 Laboratoire Léon Brillouin (CEA-CNRS), Ce-Saclay: -Recherche propre -Collaborations extérieurs -Laboratoire de service 22 Spectromètres: - cryogénie - fours - environnements échantillon...

3 Plan - Qu est-ce que le collage? - Préparation des surfaces, - Les applications usuelles du collage sur les substrats suivants: - Les sondes de mesures (kapton) - Les fenêtres de Kapton - Les applications du collage pour: - Le vide et la cryogénie: - Utilisation des produits Stycast ou Ecobon - Cas des autres colles

4 Dans la majorité des cas : Qu est ce le collage? C est l adhésion entre un état de surface comportant des des défauts de rugosité et un adhésif, type polymère ou ciment. Comment fonctionne une colle de type polymère? Monomère η 0 =0.1Pa.s Réaction chimique Polymère η=

5 P=F/S P Pression(bar) F Force (DaN) S Surface (cm²) Polymère 0.05µm Couche d alumine sur aluminium Ici la surface vue à l échelle du polymère est 100 fois plus grande que s il n y avait aucun défaut de surface (rugosité ou ici porosité couche d Alumine). Origine de l adhésion entre un métal et la colle: ici liaisons de Van der Waals (charges électroniques entre colle et surfaces)

6 Dans des cas précis: C est une interaction chimique entre un produit et une surface: - par liaisons covalentes entre une surface et l adhésif: Exemple le verre avec colles siliconées - par liaison hydrogène entre une surface et un produit: Cas des plastiques Exemple de liaison Hydrogène dans l eau: Oxygène Hydrogène

7 En pratique: Préparation des surfaces Quelque soit le moyen de collage, il est nécessaire de préparer les surfaces avant collage. -Soit pour enlever des impuretés (alcool) -Soit passer un "Primaire d adhésion" (pour plastiques: alcool + chloroforme) -Soit enlever l oxydation du métal cas particulier: l aluminium, l alumine Al 2 O 3 est utilisée pour le collage. Si la surface est anodisée (oxyde d aluminium) ou décapée, l adhésion est plus importante. - proscrire tout traitement à l acide.

8 Tests de mouillabilité des surfaces: Une goutte d eau ou huile: Collage Facile Surface à collage difficile

9 1) Les sondes de mesures: Exemple : VISHAY MICROMESURES CHARTRES - porter des gants Le Kapton - Préparation du mélange de la colle (suivant instruction du fabricant) - nettoyage des surfaces à coller et passage d un primaire d adhésion sur le Kapton à coller. - serrage de la jauge avant chauffage pour solidifier la colle.

10 Sonde platine sur Kapton Sonde platine 100Ω, classe A: Une feuille d aluminium peut être pré-collé derrière la sonde.

11 Utilisation de fenêtres en Kapton Fabricant: Du Pont de Nemours ( ) 137, Rue de l'université PARIS 07 Distributeur: Micel industrie ( Remarque concernant le film-colle " ---FN---" : Il peut être recouvert d un microfilm de téflon de quelques µm, sur une seule face ou deux. Le chauffage à 300 C permet de rendre liquide la couche de Téflon et ainsi d activer le collage sur la surface. Il est cependant nécessaire d avoir des surface propres et lisses de Ra 1,6 à 0.2

12 Exemple: le collage pour cellule pression Le film-colle Kapton permet: - soit de coller deux matières différentes: type "fenêtre saphir et enclume" cas montage Poulter. Vue de face Coupe profil

13 - Soit de créer de nouvelles fenêtres kapton Vue de face : cellule de pression à fenêtre de Kapton

14 Vide, cryogénie et éléments chauffants Attention: Pas de colle ayant un pouvoir de dégazage important Présentation d une colle: Ecobon ou Stycast 2850 FT(1,36 W.m -1.K -1 ) ou GT(1,54 W.m -1.K -1 )* Colle conductrice thermique pour basses températures: Verres et polymères classiques Stycast et céramique Alliages Métaux métalliques W.m -1.K -1 AL 2 O 3 Ce qu il faut savoir: suivant le durcisseur utilisé, la température limite maximale peut être modifiée. La conductibilité thermique peut aussi varier (optimum stycast 2850GT et catalyseur 9). Astuces: - si le Stycast durcit dans le pot par vieillissement (multiplication des liaisons hydrogènes), une simple action de chauffage (à l aide d un décapeur thermique) suffit à le rendre liquide. -le seul produit capable de retirer chimiquement le Stycast, est l acide formique (attention solvant nocif). - On peut noter aussi les colles 3M : 3M 2216 B/A

15 Application: Ecobon ou Stycast 2850 FT ou GT* Exemple d utilisation pour la cryogénie: Thermalisation des fils d amenée de courant ou de lecture de sonde sur une tête de cryogénérateur ou dans un cryostat. *Revendeur: Techni Industries France, St Maur des Fosses Cédex France(

16 Exemple de cellule Pression Stycast utilisé comme liant pour éléments chauffant (fil de manganin noyé dans la résine)

17 Utilisation de colles silicones pour la cryogénie: Cas des dilutions (utilisation réversible du joint impossible) Sur pas de filetage Utilisation de produit type CAF6 Pour réaliser l étanchéité entre la partie dilution et le cryostat (vide secondaire)

18 Vide et cryogénie : Passage étanche pour câble nu ou recouvert de vernis Réservoir de colle Soudure classique

19 Conclusions la préparation des surfaces est aussi importante que le choix de la colle! Différents types d adhésion: Échelle de résistance de la colle à la traction : Liaison: Van der Waals Hydrogène Covalente Il est nécessaire de suivre les règles de sécurité. Le port des gants est aussi utile pour la bonne tenue du collage(évite les dépôts gras) que pour notre sécurité. Les colles restent des produits chimiques, les règles de sécurité pour leurs utilisations demeurent les mêmes.

20 Références: Couvrat P. «Le collage structural moderne» Monthernot H. «Guide du collage CETIM» Meynis de Paulin, JJ GUY Le PRAT «colles et Adhésifs» Ste Lepercq Chassieu