Transcript systeme_etuvage_mince
Slide 1
Présentation SDTM
(le 05/03/2014)
Eric Mistretta (LaL)
Groupe technologies du vide
Système d’étuvage ultramince
Programme Investissements d’avenir de l’Etat ANR-10-EQPX-51. Financé également par la Région Ile-de-France. Program « Investing in the future » ANR-10-EQOX-51. Work also supported by grants from Région Ile-de-France.
Slide 2
Étuvage ultramince
Intérêt
•
Trouver un moyen de chauffage des enceintes ayant une faible épaisseur et offrant
une bonne conduction thermique durable dans le temps
– Les différents systèmes d’étuvage in situ existants soit sont trop épais (cordons
chauffants), soit posent des problèmes de tenue dans le temps (décollement)
Objectifs
•
Mise en place de l’étuvage sur les chambres de ThomX avec aimants
•
Validation du système par rapport aux contraintes (température limite, épaisseur
faible et perméabilité magnétique limite)
Contraintes
•
La résine des aimants ne peut pas supporter une température supérieure à 110°C
•
Les aimants sont très proches de la chambre (à environ 1mm)
•
Perméabilité magnétique ne dépassant pas 1,01
Slide 3
Composition de l’étuvage ultramince
2 couches isolantes
Couche réflectrice
Bande chauffante inox
Utilisation du tour
Bande de compression. Enlevée
après polymérisation
Le système d’étuvage installé sur la chambre de test pour les essais est composé de (dans l’ordre depuis la surface
de la chambre):
•
2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm
•
1 bande chauffante en inox
1 x 50µm
•
2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm
•
1 à 3 couches réflectrices
n x 50µm
Épaisseur totale (hors bande de compression):
0,34mm avec 1 couche réflectrice (arrondie à 0,4mm)
0,39mm avec 2 couches réflectrices (arrondie à 0,4mm)
0,44mm avec 3 couches réflectrices (arrondie à 0,5mm)
Slide 4
Montage de test
•
•
•
Chambre écrasée aux dimensions de
celles de ThomX. (approx.)
Maquette simulant les aimants pour
mesures de température sur les mors.
Alimentation, coffrets régulateurs,
thermocouples et boitiers enregistreurs
pour les relevés de température.
Pôle inter
Pôle exter
Thermocouples
Chambre centre
Installation en salle climatisée
Maquette
180mm
Avec coque extérieure
Slide 5
Essais de chauffage
Différents tests effectués:
- Températures maximales atteintes par les mors de test (T° et ∆T/chambre)
Comparaison des mesures avec 1, 2 et 3 couches réflectrices
- Étuvages avec régulateurs et colliers de brides (condition d’utilisation) à 180°C
- Test d’étuvage de 5 jours (test de durée)
- Tenue du système à la montée en température
Procédure
- Étuvage sur plusieurs heures et relevés des T° de la chambre à l’intérieur de la maquette et
sur les mors.
- Température d’étuvage : 160°C
Slide 6
Essais de chauffage
Des cales sont utilisées pour régler la distance des mors à la chambre.
Les essais sont effectués en salle climatisée :
•
Etuvage mince 3 couches réflectrices / 4ème essai : 2mm - maquette, salle climatisée
avec 1 couche réflectrice :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
200
180
•
avec 2 couches réflectrices :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
avec 3 couches réflectrices :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
160
140
température (°C)
•
120
pôle inter
100
pôle exter
chambre centre
80
60
40
12 essais de température au total
20
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
temps (min)
Paramètres : I = 3,4A pour une température de la chambre d’environ 160°C (à l’air libre)
→ U = 40V, P = 137W (alimentation TruplasmaDC3002)
Ce courant d’alimentation a été déterminé par des essais préalables de chauffage de la chambre à l’air libre.
Des mesures supplémentaires au contact (0,4mm de la chambre) ont été effectuées en cours
de tests.
Slide 7
Comparaisons entre 1, 2 et 3 couches réflectrices
T° max
73°C pour 1 couche réflectrice au contact
(0,4mm de la chambre)
(T = 71°C pour 1c à 0,7mm de la chambre)
ΔT
Entre 2 et 3 couches :
•
La baisse de T° constatée sur les mors est quasi nulle
avec l’ajout d’une troisième couche réflectrice.
•
Le gain en ΔT avec la troisième couche réflectrice est de
1,5°C environ en moyenne.
Peu de différences apparentes entre 2 couches et 3 couches.
124
Entre 1 et 2 couches :
température (°C)
4,2°C
•
La baisse de T° constatée sur les mors avec l’ajout d’une
deuxième couche est en moyenne de 4°C environ.
•
Le gain en ΔT avec la deuxième couche réflectrice est de
5°C environ en moyenne.
ΔT° int. 3c. clim
ΔT° int. 2c. clim.
114
ΔT° int. 1c. clim
Différences apparentes entre 1 couche et 2 couches.
Pôle intérieur
104
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
distance (mm)
1 couche réflectrice suffit à maintenir les mors à une température largement inférieure à la limite
acceptable sur les aimants.
La difficulté plus importante et le coût supérieur rendent inopportuns l’ajout d’une couche supplémentaire.
Slide 8
Essais avec régulateurs et colliers de brides
La température de régulation est de 180°C.
Deux thermocouples sont ajoutés pour permettre la régulation de température de la
chambre hors maquette pour l’un et la mesure de contrôle par un boitier enregistreur
pour l’autre.
Etuvage mince 1 couche réflectrice, régulateur et colliers de brides à 180°C
5ème essai : contact - maquette, tôlerie
Les essais sont effectués à la tôlerie :
200
5 essais de température au total
150
température (°C)
avec 1 couche réflectrice :
0,4mm* / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm
avec maquette
pôle inter
pôle exter
100
chambre centre
chambre extérieur
50
0
* 0,4mm = au contact de la couche réflectrice
0
50
100
150
temps (min)
200
250
300
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Essais avec régulateurs et colliers de brides
Résultats:
Etuvage mince : T° pôles à 0,4mm / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm pour 1 couche réflectrice
régulateur et colliers de brides à 180°C - maquette, tôlerie
Etuvage mince 1 couche réflectrice - régulateur et colliers de brides à 180°C / Différence T°
à 0,4mm / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm - maquette, tôlerie
82
145
80
température (°C)
76
74
pôle inter 1c.
pôle exter 1c.
72
70
diff. température (°C)
78
135
ΔT° int. 1c.
ΔT° ext. 1c.
125
68
66
64
115
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
distance (mm)
T° max = 81°C (au contact) pour une T°
chambre de 202°C dans la maquette
2
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
distance (mm)
ΔT min de 121°C (au contact)
L’étuvage est parfaitement opérationnel. Les températures relevées restent bien
en deçà de la limite acceptable.
Slide 10
Essais 5 jours à 200°C (régulateurs et colliers)
Etuvage mince 1 couche réflectrice, régulateur et colliers de brides à 200°C
essai 5 jours : 0,7mm - maquette, tôlerie
Résultats:
250
température (°C)
200
pôle inter
150
pôle exter
chambre centre
chambre extérieur
chambre vide court
100
bride
50
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
temps (min)
T° max = 88°C sur un mors pour une T° chambre de 224°C dans la maquette
Bonne tenue dans le temps. Pas de problème constaté.
Les températures relevées restent bien inférieures à 110°C.
Slide 11
Essais de montée à 300°C (régulateurs et colliers)
Procédure:
Augmentation par paliers de la température de régulation :
1,5 journée à 260°C.
1,5 journée à 300°C.
Résultats:
régulation = 260°C
T° chambre = 280°C env.
régulation = 300°C
T° chambre = 320°C env.
Pas de problème à signaler. Bonne tenue en température.
Après refroidissement, enlèvement de la couche réflectrice.
Les couches kapton sont bien collées entre elles, l’ensemble est homogène.
La conduction thermique semble bonne.
Slide 12
Conclusion
Distance chambre-aimants : 1mm env.
T° max admissible : 110°C
↔
épaisseur étuvage mince : 0,4mm env.
↔
T° max relevée : 81°C (pour 180°C)
Par ailleurs, la perméabilité magnétique mesurée sur la chambre est de 1,001.
Elle reste donc dans les limites fixées pour ThomX.
L’étuvage mince étudié répond aux exigences de la machine ThomX, que ce
soit en terme d’épaisseur, de respect des températures limites sur les aimants,
ou de perméabilité magnétique.
Un étuvage de 150°C ne posera pas de problème à un système permettant de
monter bien plus haut en température et possédant une bonne tenue dans le
temps.
____________________________________________________
Des études vont maintenant être menées pour déterminer quel système d’étuvage
sera mis en place pour chaque chambre de la machine:
- Cordons chauffants pour une épaisseur > 2mm
- Étuvage mince pour une épaisseur < 2mm
- Colliers pour les brides
Présentation SDTM
(le 05/03/2014)
Eric Mistretta (LaL)
Groupe technologies du vide
Système d’étuvage ultramince
Programme Investissements d’avenir de l’Etat ANR-10-EQPX-51. Financé également par la Région Ile-de-France. Program « Investing in the future » ANR-10-EQOX-51. Work also supported by grants from Région Ile-de-France.
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Étuvage ultramince
Intérêt
•
Trouver un moyen de chauffage des enceintes ayant une faible épaisseur et offrant
une bonne conduction thermique durable dans le temps
– Les différents systèmes d’étuvage in situ existants soit sont trop épais (cordons
chauffants), soit posent des problèmes de tenue dans le temps (décollement)
Objectifs
•
Mise en place de l’étuvage sur les chambres de ThomX avec aimants
•
Validation du système par rapport aux contraintes (température limite, épaisseur
faible et perméabilité magnétique limite)
Contraintes
•
La résine des aimants ne peut pas supporter une température supérieure à 110°C
•
Les aimants sont très proches de la chambre (à environ 1mm)
•
Perméabilité magnétique ne dépassant pas 1,01
Slide 3
Composition de l’étuvage ultramince
2 couches isolantes
Couche réflectrice
Bande chauffante inox
Utilisation du tour
Bande de compression. Enlevée
après polymérisation
Le système d’étuvage installé sur la chambre de test pour les essais est composé de (dans l’ordre depuis la surface
de la chambre):
•
2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm
•
1 bande chauffante en inox
1 x 50µm
•
2 couches d’isolant électrique 2 x 60µm
•
1 à 3 couches réflectrices
n x 50µm
Épaisseur totale (hors bande de compression):
0,34mm avec 1 couche réflectrice (arrondie à 0,4mm)
0,39mm avec 2 couches réflectrices (arrondie à 0,4mm)
0,44mm avec 3 couches réflectrices (arrondie à 0,5mm)
Slide 4
Montage de test
•
•
•
Chambre écrasée aux dimensions de
celles de ThomX. (approx.)
Maquette simulant les aimants pour
mesures de température sur les mors.
Alimentation, coffrets régulateurs,
thermocouples et boitiers enregistreurs
pour les relevés de température.
Pôle inter
Pôle exter
Thermocouples
Chambre centre
Installation en salle climatisée
Maquette
180mm
Avec coque extérieure
Slide 5
Essais de chauffage
Différents tests effectués:
- Températures maximales atteintes par les mors de test (T° et ∆T/chambre)
Comparaison des mesures avec 1, 2 et 3 couches réflectrices
- Étuvages avec régulateurs et colliers de brides (condition d’utilisation) à 180°C
- Test d’étuvage de 5 jours (test de durée)
- Tenue du système à la montée en température
Procédure
- Étuvage sur plusieurs heures et relevés des T° de la chambre à l’intérieur de la maquette et
sur les mors.
- Température d’étuvage : 160°C
Slide 6
Essais de chauffage
Des cales sont utilisées pour régler la distance des mors à la chambre.
Les essais sont effectués en salle climatisée :
•
Etuvage mince 3 couches réflectrices / 4ème essai : 2mm - maquette, salle climatisée
avec 1 couche réflectrice :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
200
180
•
avec 2 couches réflectrices :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
avec 3 couches réflectrices :
0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm avec maquette
160
140
température (°C)
•
120
pôle inter
100
pôle exter
chambre centre
80
60
40
12 essais de température au total
20
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
temps (min)
Paramètres : I = 3,4A pour une température de la chambre d’environ 160°C (à l’air libre)
→ U = 40V, P = 137W (alimentation TruplasmaDC3002)
Ce courant d’alimentation a été déterminé par des essais préalables de chauffage de la chambre à l’air libre.
Des mesures supplémentaires au contact (0,4mm de la chambre) ont été effectuées en cours
de tests.
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Comparaisons entre 1, 2 et 3 couches réflectrices
T° max
73°C pour 1 couche réflectrice au contact
(0,4mm de la chambre)
(T = 71°C pour 1c à 0,7mm de la chambre)
ΔT
Entre 2 et 3 couches :
•
La baisse de T° constatée sur les mors est quasi nulle
avec l’ajout d’une troisième couche réflectrice.
•
Le gain en ΔT avec la troisième couche réflectrice est de
1,5°C environ en moyenne.
Peu de différences apparentes entre 2 couches et 3 couches.
124
Entre 1 et 2 couches :
température (°C)
4,2°C
•
La baisse de T° constatée sur les mors avec l’ajout d’une
deuxième couche est en moyenne de 4°C environ.
•
Le gain en ΔT avec la deuxième couche réflectrice est de
5°C environ en moyenne.
ΔT° int. 3c. clim
ΔT° int. 2c. clim.
114
ΔT° int. 1c. clim
Différences apparentes entre 1 couche et 2 couches.
Pôle intérieur
104
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
distance (mm)
1 couche réflectrice suffit à maintenir les mors à une température largement inférieure à la limite
acceptable sur les aimants.
La difficulté plus importante et le coût supérieur rendent inopportuns l’ajout d’une couche supplémentaire.
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Essais avec régulateurs et colliers de brides
La température de régulation est de 180°C.
Deux thermocouples sont ajoutés pour permettre la régulation de température de la
chambre hors maquette pour l’un et la mesure de contrôle par un boitier enregistreur
pour l’autre.
Etuvage mince 1 couche réflectrice, régulateur et colliers de brides à 180°C
5ème essai : contact - maquette, tôlerie
Les essais sont effectués à la tôlerie :
200
5 essais de température au total
150
température (°C)
avec 1 couche réflectrice :
0,4mm* / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm
avec maquette
pôle inter
pôle exter
100
chambre centre
chambre extérieur
50
0
* 0,4mm = au contact de la couche réflectrice
0
50
100
150
temps (min)
200
250
300
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Essais avec régulateurs et colliers de brides
Résultats:
Etuvage mince : T° pôles à 0,4mm / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm pour 1 couche réflectrice
régulateur et colliers de brides à 180°C - maquette, tôlerie
Etuvage mince 1 couche réflectrice - régulateur et colliers de brides à 180°C / Différence T°
à 0,4mm / 0,7mm / 1mm / 1,5mm / 2mm - maquette, tôlerie
82
145
80
température (°C)
76
74
pôle inter 1c.
pôle exter 1c.
72
70
diff. température (°C)
78
135
ΔT° int. 1c.
ΔT° ext. 1c.
125
68
66
64
115
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
distance (mm)
T° max = 81°C (au contact) pour une T°
chambre de 202°C dans la maquette
2
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
distance (mm)
ΔT min de 121°C (au contact)
L’étuvage est parfaitement opérationnel. Les températures relevées restent bien
en deçà de la limite acceptable.
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Essais 5 jours à 200°C (régulateurs et colliers)
Etuvage mince 1 couche réflectrice, régulateur et colliers de brides à 200°C
essai 5 jours : 0,7mm - maquette, tôlerie
Résultats:
250
température (°C)
200
pôle inter
150
pôle exter
chambre centre
chambre extérieur
chambre vide court
100
bride
50
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
temps (min)
T° max = 88°C sur un mors pour une T° chambre de 224°C dans la maquette
Bonne tenue dans le temps. Pas de problème constaté.
Les températures relevées restent bien inférieures à 110°C.
Slide 11
Essais de montée à 300°C (régulateurs et colliers)
Procédure:
Augmentation par paliers de la température de régulation :
1,5 journée à 260°C.
1,5 journée à 300°C.
Résultats:
régulation = 260°C
T° chambre = 280°C env.
régulation = 300°C
T° chambre = 320°C env.
Pas de problème à signaler. Bonne tenue en température.
Après refroidissement, enlèvement de la couche réflectrice.
Les couches kapton sont bien collées entre elles, l’ensemble est homogène.
La conduction thermique semble bonne.
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Conclusion
Distance chambre-aimants : 1mm env.
T° max admissible : 110°C
↔
épaisseur étuvage mince : 0,4mm env.
↔
T° max relevée : 81°C (pour 180°C)
Par ailleurs, la perméabilité magnétique mesurée sur la chambre est de 1,001.
Elle reste donc dans les limites fixées pour ThomX.
L’étuvage mince étudié répond aux exigences de la machine ThomX, que ce
soit en terme d’épaisseur, de respect des températures limites sur les aimants,
ou de perméabilité magnétique.
Un étuvage de 150°C ne posera pas de problème à un système permettant de
monter bien plus haut en température et possédant une bonne tenue dans le
temps.
____________________________________________________
Des études vont maintenant être menées pour déterminer quel système d’étuvage
sera mis en place pour chaque chambre de la machine:
- Cordons chauffants pour une épaisseur > 2mm
- Étuvage mince pour une épaisseur < 2mm
- Colliers pour les brides