LES DEPLACEMENTS SOUS VIDE

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1 LES DEPLACEMENTS SOUS VIDE CHOIX ET TECHNOLOGIES Vide : Du latin Vacuus - Qui ne contient rien, ni objet, ni matière

2 Plan de l exposl exposé RAPPEL SUR LES UNITEES DE PRESSION «VIDE» LES PROBLEMATIQUES LIEES AUX MOUVEMENTS SOUS VIDE les types d usuresd les processus de lubrifications la lubrification solide QUELQUES EXEMPLES PRATIQUES SOUS: Vide primaire Vide secondaire Ultra vide Conclusion.

3 Les unités s courantes 1) Le Torr, l atmosphère : c est la pression qui équilibre une colonne de 760mm de mercure mmhg (Torricelli Evangelista, italien, ) 1mmHg = 1Torr 2) Le Pascal : Pa ou Newton par m 2 (Blaise Pascal, français, ) 1 Torr = 1, Pa 1 Pascal = 7, Torr

4 Conversions d unitd unités Conversion entre les unités Tableau de correspondance

5 PROBLEMATIQUES LIEES AUX MOUVEMENTS SOUS VIDE

6 Usure par adhésion (Le grippage) mouvement piece1 force Rugosité (Ra) pression force P=F/S surface mouvement Surface petite piece2 Grandes pressions (de contact) T de 1000 à C

7 Usure par «corrosion» (tribo-oxydation) mouvement piece1 Rugosité (Ra) mouvement piece2 Même processus que pour l usure l par adhésion + Superposition de réactions r chimiques entre les matériaux Usure difficilement prévisible, amélior liorée e par l usage l de lubrifiants Et le choix des matériaux

8 Les lubrifications sous vide Système lubrifié Les pièces à lubrifier Le lubrifiant liquide solide L environnement Vide Température Gaz corrosifs Etc

9 Les lubrifiants «liquides» Trois régimes r de lubrifications: -Hydrodynamique (film d -Elastohydrodynamique -Limite pièce (film d huile continu) film d d huile continu -Vitesse suffisante -Viscosité appropriée -Efforts modérés pièce F Déformation plastique des irrégularit gularités s de surface P F F Augmentation exponentielle De la viscosité de l huilel Contact entre les surfaces F

10 Les huiles Domaine d utilisationd utilisation: : Hydrodynamique Les principales qualités s demandées es à une huile sous vide sont : -Faible pression de vapeur -Viscosité élevée -Bonne adhérence -Bonne conduction thermique

11 Quelles Huiles? Les plus utilisées pour les rotations et translations sont : Type : -Polyphenyléther (Santovac 5 «Edwards») 2,6 x mbar à 20 º C -Perfluoropolyéthers PFPE (fomblin, Krytox «Edwards») 5,2x10-7 mbar à 20 C anti-creeping creeping:nylon -Hydrocarbones (Invoil 20 par exemple) anti 3.9x10-6 mbar à 25 C anti-creeping:ptfe EVITER L L UTILISATION D D HUILES SILICONES IMPORTANT RISQUE DE POLLUTION DES ENCEINTES

12 Quelles graisses? Les plus utilisées pour les rotations et translations sont : Attention aux graisses Silicones IMPORTANT RISQUE DE POLLUTION DES ENCEINTES On utilise la lubrification par graisse pour des applications oùo l on veut une longue durée e de vie sans maintenance et un bas coût t ex: roulements à billes à basse vitesse

13 Conclusion sur les lubrifiants «liquides» -Ce sont des solutions relativement peu coûteuses -Ces lubrifiants doivent être utilisés à basse température Pas d éd étuvage possible Vide primaire -Risque de pollution des enceintes toujours possible Vide secondaire sous réserver -Utilisés s dans les pompes mais avec des «pièges» pour éviter les pollutions, (pas toujours possible dans une enceinte)

14 les «lubrifiants» secs Domaine d utilisationd utilisation: : tous niveaux de vide Les principales qualités s demandées es à un lubrifiant sec : -Très s faible pression de vapeur -Bonne résistance r mécaniquem -Bonne adhérence -Bonne conduction thermique

15 Les métaux: m les «lubrifiants» secs Les plus utilisés - Or - Argent - Bronze Les téflons t (PTFE) chargés s ou non Molybdène - Tungstène ne Les sulfures et séléniures s de - Molybd Les graphites Les céramiquesc - Quasi-diamant - Nitrure de bore - Alumine Al 2 O 3 - Macor - Graphite - rubis - etc..

16 Comment déposer d -Les dépôts: d Projection AérosolA Dépôts PVD Durée e de vie courte Épaisseur non contrôlée Diminution des frottements Grande durée e de vie Très s faible épaisseur Très s faible dégazaged Forte diminution des frottements

17 Dépôts PVD de MoS 2 Pièce 2 pour le vide (Dépose Physique en Phase vapeur) MoS 2 déposé PVD structure lamellaire désorientée Pièce 2 Pièce 1 MoS 2 déposé PVD structure lamellaire orientée à la première mise en charge Pièce 1

18 QUELQUES EXEMPLES PRATIQUES

19 Mouvements sous vide primaire torr -Toutes les techniques de mécanique m courante sont utilisables en choisissant de préférence rence des matériaux inoxydables. - Dégraisser les pièces et les lubrifier avec des huiles ou graisses compatibles vide -Favoriser les matériaux à faible coefficient de frottement - Bronze - Cuivre BérylliumB - Inox à durcissement structural - Toutes céramiquesc - Pyrophillite - etc..

20 Passages étanches sous - Presse étoupe vide primaire 10-3 mbar toupe à joints torique joints torique P atm vide Graisse à vide axe écrou presse étoupe P Atm -Permet de réaliser r des translations et rotations à faible vitesse -Conception simple -Peu coûteux axe

21 Passage étanche tournant sous vide secondaire «poussé» - Les joints ferrofluidiques Principe de fonctionnement : stator Pièce polaire aimant ferrofluidiques: - Coût élevé - Grandes vitesses 6000 tmn -1 - Pas de maintenance - Grande durée e de vie ferrofluide Champ rotor 10-9 mbar solide magnétique surfactant 100Å (10 nm) Composition du ferrofluide en volume: 5% solide magnétique 10% surfactant 85% «transporteur» (Hydrocarbone synthétique) transporteur

22 Translations sous ultra vide -Guidage extérieur -Etanchéité par soufflet Z simple Manipulateur (vis micrométrique) mbar Z simple guidage Z +XY guidage Z Z soufflet X Y

23 Rotations sous ultra vide Z simple mbar Transformation d un d mouvement de translation en rotation galets biellettes partie fixe échantillon ressorts Z coulisseau

24 Pivots sous ultra vide mbar Rotation réalisr alisée e par déformation d élastique de la matière +1.5 Pivot ep 0.1 mm env - Usinage délicat d (électro - Très s propre (pas de d - Sans jeux - Très s grande précision -1.5 Battement total jusqu à 20 env lectroérosion) rosion) (pas de dégazages) cision (pour l optique) l Plusieurs 10 en de centimètres tres Composition de mouvements possible Monochromateur synchrotron

25 illustration de dépôts d Vis à rouleaux précontrainte Diamètre 16 pas de 1mm Fonctionnant sous vide secondaire PVD Dépôt PVD de MoS 2

26 Passages tournants sous Pompage différentiel et conductance ultra vide mbar axe (tournant) Orifice de pompage différentiel Soufflet plus excentrique Soufflet oscillant excentrique Pa L (longueur) Pv axe (tournant) J (jeux) stator joints 1) Avec (J) on calcule le diamètre équivalent D 2) C = 12.2x(D 3 /L) Conductance en litres s -1 A rapporter au débit d de la pompe «différentiel»

27 conclusion -C est un art difficile -Pour chaque environnement une solution différente -Chaque choix entraînera nera des coûts qui pourront être très s différents pour un même résultat r -Ne pas hésiter h à demander conseil