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(TODO)
(Sélection et adaptation des joints)
 
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{{Project
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= Caractéristiques du projet =
|name= Vacuum Chamber
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*Nom : Vacuum Chamber
|author= Zenos
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*Auteur : Zenos
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*Démarrage : 03/11/2012
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= le projet =
  
== le projet ==
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Réalisation d'une cuve ultravide servant d'outil pour la réalisation de projets :
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* Métallisation de miroirs (fab de telescope)
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* Dépôts couche mince (filtres optiques, outillages spécifiques, …)
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* Soudure par faisceau d'électrons
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* Accélérateur à ondes de plasma
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* Physique des plasmas
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* Déposition de couche métallique sur miroir de télescope
 +
* Microscope électronique à balayage
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* Test et design de sources plasma
 +
* Test et design de moteurs ioniques
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* Pas de fusion, naaaaaaan :)
 +
* Pas d'expériences sur les disruptions et autres joyeusetés
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* Sêchage de résines
  
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Ces différents projets pourront donner lieu à la réalisation de plusieurs cuves différentes en fonction des besoins en équipement, des conditons de fonctionnement, de la pollution des parois.
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Un tri est donc nécessaire pour déterminer les caractéristiques de chaque cuve.
  
== La cuve ==
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Pourquoi le réaliser en DIY :
* état initial
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Systèmes industriels souvent spécifiques, toujours très chers (env 250k€)
* transformation : virer les glissieres, les renforts
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* Réalisation possible d'un outil modulaire pour environ 15k€ :
* conditionnement : remplissage des trous, meulage
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* Récupération d'une structure de base
* fabrication du cadre support pour le joint torique
+
* Remplacement d'acquisition classiques par fabrication en interne
* [todo] decoupe plasma pour les brides
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* Portes modulaires : une par type d'expérience) permettant une adaptation (conception, financement) par projet
* [todo]  soudure des brides
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* [todo]  soudure des renforts
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== Les brides ==
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= Le vide =
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[[File:Vac-suff.jpg|200px]]
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= La cuve =
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== Base de départ et premiers essai ==
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[[File:photo de la cuve récupérée]]
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* Essais de plasma en vide primaire
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* Divers essais de modification, essais des différentes alimentations et des pompes primaires disponibles
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== Phase d'optimisation ==
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* Détermination des besoins
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** Pompes turbo
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** Brides
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** Renforts plus importants
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** Modification de la porte
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** Traversées électriques
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[[File:Simu-deformee-cuve-3.jpg|200px]]
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== Premier batch de modifications ==
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* Suppression des renforts d'origine
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* Soudure des renforts
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[[File:Cuve avant soudure.jpg|200px]]
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* Ajout de brides et éléments de tuyauterie
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Fabrication d'un outil dédié
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[[File:Outil soudure tuyaux.jpg|200px]]
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* Ajout de traversées électriques
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* Ajout d'un cadre pour placer le joint de porte
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[[File:Cadre cuve etau.jpg|200px]][[File:SOUDURE CADRE.jpg|200px]]
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* Surfaçage du cadre pour assurer une portée uniforme
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[[File:Cuve sur fraiseuse.jpg|200px]]
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= Les brides =
 
* choix des brides type CF => inox
 
* choix des brides type CF => inox
  
=== DN 40 ===
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== Sélection et adaptation des joints ==
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[[File:Consommables joints cuve.jpg|200px]]
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Fournisseur :
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Prendre la référence 471, donné pour 37$/unité pour du viton, 8$ les deux en buta-N.
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== DN 40 ==
 
* sciage
 
* sciage
 
* dressage
 
* dressage
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* usinage du couteau
 
* usinage du couteau
  
=== DN 100 ===
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== DN 100 ==
 
* sciage
 
* sciage
 
* achat mors inversés
 
* achat mors inversés
  
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== Fabrication et soudure des brides ==
  
== Pompage ==
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== Sciage ==
  
=== Pompes turbomoléculaires ===
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[[File:Scie.jpg|200px]]
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=== Perçage et taraudage ===
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Deux tentatives infructueuses pour le tauraudage : les tarauds ont été cassés dans les trous.
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Solution alternative réalisée : souder des tubes dans les brides après reprises de l'usinage intérieur, puis soudure des tubes sur la cuve.
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Cette solution nécessite de réaliser une soudure intérieure, mais permet d'utiliser des boulons en lieu et place des vis.
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== Alimentation des éléments internes : les traversées électriques ==
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[[File:Connect feedthough.jpg|200px]][[File:Feedthough.jpg|200px]][[File:Soudures traversees.jpg|200px]]
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= Pompage =
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== Pompes primaires ==
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== Pompes turbomoléculaires ==
 
* TPH 200 + controleur TCP 200 : La documentation a été récupérée auprès du constructeur malgré un arrêt de la fabrication en ... 1978 :)
 
* TPH 200 + controleur TCP 200 : La documentation a été récupérée auprès du constructeur malgré un arrêt de la fabrication en ... 1978 :)
La pompe fonctionne, le rotor est débloqué.
+
Reste à faire : adaptation sur la cuve : l'adaptateur n'est pas très facipe à serrer (vis peu accessibles) et est source de fuites.
Reste à faire : adaptation sur la cuve.
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* TPH 170 : manque le controleur TCP 300
 
* TPH 170 : manque le controleur TCP 300
  
== La microbalance à Quartz ==
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= Les sources de plasma =
  
=== Documents de référence ===
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== Un plasma c'est quoi ? ==
* [[ http://launchyserv.fr/materiaux/QCM_BUP.pdf | Introduction à la microbalance à Quartz]]
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C'est un état de la matière dans lequel les atomes sont ionisés. Un plasma est donc constitué d'ions et d'électrons séparés les uns des autres.
  
=== C'est quoi ? ===
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[[File:Plasma.jpg|200px]]
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== Fonctionnement de la source de plasma ==
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=== Source DC ou source à effet Hall ===
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La forte différence de potentiel entre les deux électrodes ionise les atomes de gaz présents. La présence d'un champ magnétique, produit par les aimants, permer de donner une vitesse déterminée aux ions ainsi produits.
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=== Source RF ===
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Ici on essaie de transmettre l'énergie par résonnance avec les atomes/molécules de gaz présents.
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La fréquence de résonnance utilisée ici est de 13,56 Mhz.
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== Contraintes de fabrication ==
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La chambre à vide et un projet "DIY" et doit donc pouvoir être réalisée, dans la mesure du possible, avec les moyens de l'Électrolab.
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Le corps de la pièce (1) est tourné, il sert de support à tous les autres élements, mais constitue aussi une des électrodes.
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L'électrode principale (2) est insérée dans le corps.
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Les aimants ont pour but de diriger le flux de plasma depuis la source vers la cible du dépôt.
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== Fabrication des sources plasma ==
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La petite taille des pièces à usiner a nécessité quelques adaptations dans la méthode de fabrication et dans la conception initiale de la source :
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* Les défauts de géométrie de notre tour actuel ont nécessité l'usinage d'un faux plateau afin de pouvoir retourner la pièce sans desserer le mandrin (ce qui aurait entaîné un écart de concentricité).
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= La microbalance à Quartz =
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== Documents de référence ==
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== C'est quoi ? ==
 
Une microbalance à quartz sert à quantifier un dépôt, c'est à dire à déterminer la masse de matériau déposée sur une surface donnée. Si le dépôt est homogène, on peut donc déterminer l'épaisseur de ce dépôt.
 
Une microbalance à quartz sert à quantifier un dépôt, c'est à dire à déterminer la masse de matériau déposée sur une surface donnée. Si le dépôt est homogène, on peut donc déterminer l'épaisseur de ce dépôt.
  
=== Fonctionnement ===
+
== Fonctionnement ==
Le quartz est monté en oscillateur. On utilise pour cela une porte logique ou un montage à AOP.
+
Le quartz est monté en oscillateur. On utilise pour cela un montage composé de quatre portes logiques.
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Montage tiré du site de Sonelec : [http://www.sonelec-musique.com/images/oscillateur_quartz_7400.gif]
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A vide, le montage possède une fréquence de résonance propre. Cette fréquence dépend de la masse du quartz.
 
A vide, le montage possède une fréquence de résonance propre. Cette fréquence dépend de la masse du quartz.
 
Lors du dépôt, cette masse change, entraînant une variation de la fréquence de résonance.
 
Lors du dépôt, cette masse change, entraînant une variation de la fréquence de résonance.
 
Un circuit de détection, ou un simple fréquencemètre, permet de mesurer la variation de fréquence et donc de retrouver la variation de masse.
 
Un circuit de détection, ou un simple fréquencemètre, permet de mesurer la variation de fréquence et donc de retrouver la variation de masse.
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Partant du principe que l'épaisseur du dépôt est constante sur toute la surface cible (donc le quartz), on peux déduire de la différence de fréquence la différence de masse du quartz, et donc l'épaisseur du dépôt réalisé.
  
=== Adaptation à la cuve ===
+
== Étapes du développement du circuit ==
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# Choisir le schéma du circuit
 +
# Sourcer les composants
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# Tester le quartz
 +
# Valider un montage sur breadboard, sans le quartz
 +
#Valider le montage avec le quartz
 +
# Réaliser le PCB sous Kicad, puis tirer la board
 +
# Réaliser un test final de la board
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== Adaptation à la cuve ==
 
Les contraintes du montage sont les suivantes :
 
Les contraintes du montage sont les suivantes :
 
* Le montage doit demeurer étanche.
 
* Le montage doit demeurer étanche.
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* Un bon contact électrique doit être maintenu entre le quartz et la partie fixe du circuit.
 
* Un bon contact électrique doit être maintenu entre le quartz et la partie fixe du circuit.
  
== La source de plasma ==
+
= Montage pour évaporation =
 +
Ce montage est constitué d'un creuset, d'un moyen de chauffage et d'une microbalance à quartz. il permet d'évaporer un métal au moyen d'un chauffage ohmique, RF ou par ablation laser.
 +
Pour le moment seul le montage pour chauffage ohmique est réalisé et prêt à être monté.
  
=== Un plasma c'est quoi ? ===
+
[[File:Evaporateur.jpg|300px]]
C'est un état de la matière dans lequel les atomes sont ionisés. Un plasma est donc constitué d'ions et d'électrons séparés les uns des autres.
+
  
=== Fonctionnement de la source de plasma ===
+
= Autres versions =
  
=== Contrantes de fabrication ===
+
* Version en plexyglass avec pièce de raccordement en aluminium.
La chambre à vide et un projet "DIY" et doit donc pouvoir être réalisée, dans la mesure du possible, avec les moyens de l'Électrolab.
+
* Le nylon a une fâcheuse tendance à fondre aux températures normales d'utilisation de la cuve
Le corps de la pièce (1) est tourné, il sert de support à tous les autres élements, mais constitue aussi une des électrodes.
+
 
L'électrode principale (2) est insérée dans le corps.
+
Vue générale  :
Les aimants ont pour but de diriger le flux de plasma depuis la source vers la cible du dépôt.
+
[[Image:Vacuum minicuve.jpg|200px|Vue d'ensemble de la minicuve]]
  
 +
Jauge de vide :
 +
[[Image:Vacuum jaugevide.jpg|200px|Jauge de vide]]
  
 +
pompe turbo :
 +
[[Image:DSC 0009.jpg|200px|la pompe turbo]]
  
== TODO ==
+
Manomètre :
 +
[[Image:Vacuum mano.jpg|200px|Manomètre de la turbopompe]]
  
* Fraiser ergots de bidage iso CF vers iso K
+
Purge et injection:
* réparer alim haute tension bleue
+
[[Image:Vacuum valve1.jpg|200px|Vis de purge]]
* cabler pompe TCH200 et TCP200
+
[[Image:DSC 0012.jpg|200px|Vis de purge]]
* Nettoyer circuits de watercooling des pompes avec HCl
+
* Percer brides diam 8.5
+
* découper 3 morceaux de 10cm dans le tube d'inox diam 114.2
+
* fraiser avec CN patrons de découpe plasma
+
* Faire cache plastique "bouchon" pour brides DN100 et DN40
+
* tourner collerettes à souder en inox pour brides KF25 et KF40
+
* Auditer cubes de watercooling + nettoyage
+
* Preparer armoire electrique
+
* Faire meuble support (sciage fraisage soudure acier simple )
+
* [[Projets:Perso:2012:Vacuum-chamber:FlowMeterInterface | Faire circuit d'interface avec mass flow meter (type arduino)]]
+
* Fraiser face avant cuve
+
* Tourner pièces source plasma
+
* Usiner pièces microbalance (CN?)
+
* Concevoir et fabriquer circuit de mesure microbalance
+

Latest revision as of 09:00, 16 April 2014

Caractéristiques du projet

  • Nom : Vacuum Chamber
  • Auteur : Zenos
  • Démarrage : 03/11/2012
  • Tags : vacuum
  • Lieu : Electrolab

le projet

Réalisation d'une cuve ultravide servant d'outil pour la réalisation de projets :

  • Métallisation de miroirs (fab de telescope)
  • Dépôts couche mince (filtres optiques, outillages spécifiques, …)
  • Soudure par faisceau d'électrons
  • Accélérateur à ondes de plasma
  • Physique des plasmas
  • Déposition de couche métallique sur miroir de télescope
  • Microscope électronique à balayage
  • Test et design de sources plasma
  • Test et design de moteurs ioniques
  • Pas de fusion, naaaaaaan :)
  • Pas d'expériences sur les disruptions et autres joyeusetés
  • Sêchage de résines

Ces différents projets pourront donner lieu à la réalisation de plusieurs cuves différentes en fonction des besoins en équipement, des conditons de fonctionnement, de la pollution des parois. Un tri est donc nécessaire pour déterminer les caractéristiques de chaque cuve.

Pourquoi le réaliser en DIY : Systèmes industriels souvent spécifiques, toujours très chers (env 250k€)

  • Réalisation possible d'un outil modulaire pour environ 15k€ :
  • Récupération d'une structure de base
  • Remplacement d'acquisition classiques par fabrication en interne
  • Portes modulaires : une par type d'expérience) permettant une adaptation (conception, financement) par projet

Le vide

Vac-suff.jpg

La cuve

Base de départ et premiers essai

File:Photo de la cuve récupérée

  • Essais de plasma en vide primaire
  • Divers essais de modification, essais des différentes alimentations et des pompes primaires disponibles

Phase d'optimisation

  • Détermination des besoins
    • Pompes turbo
    • Brides
    • Renforts plus importants
    • Modification de la porte
    • Traversées électriques

Simu-deformee-cuve-3.jpg

Premier batch de modifications

  • Suppression des renforts d'origine
  • Soudure des renforts

Cuve avant soudure.jpg

  • Ajout de brides et éléments de tuyauterie

Fabrication d'un outil dédié Outil soudure tuyaux.jpg

  • Ajout de traversées électriques
  • Ajout d'un cadre pour placer le joint de porte

Cadre cuve etau.jpgSOUDURE CADRE.jpg

  • Surfaçage du cadre pour assurer une portée uniforme

Cuve sur fraiseuse.jpg

Les brides

  • choix des brides type CF => inox

Sélection et adaptation des joints

Consommables joints cuve.jpg

Fournisseur : allorings.com Prendre la référence 471, donné pour 37$/unité pour du viton, 8$ les deux en buta-N.

DN 40

  • sciage
  • dressage
  • pointage CNC
  • percage
  • evidage si besoin
  • mise au diametre : faux plateau chrome moly
  • usinage du couteau

DN 100

  • sciage
  • achat mors inversés

Fabrication et soudure des brides

Sciage

Scie.jpg

Perçage et taraudage

Deux tentatives infructueuses pour le tauraudage : les tarauds ont été cassés dans les trous. Solution alternative réalisée : souder des tubes dans les brides après reprises de l'usinage intérieur, puis soudure des tubes sur la cuve. Cette solution nécessite de réaliser une soudure intérieure, mais permet d'utiliser des boulons en lieu et place des vis.

Alimentation des éléments internes : les traversées électriques

Connect feedthough.jpgFeedthough.jpgSoudures traversees.jpg

Pompage

Pompes primaires

Pompes turbomoléculaires

  • TPH 200 + controleur TCP 200 : La documentation a été récupérée auprès du constructeur malgré un arrêt de la fabrication en ... 1978 :)

Reste à faire : adaptation sur la cuve : l'adaptateur n'est pas très facipe à serrer (vis peu accessibles) et est source de fuites.

  • TPH 170 : manque le controleur TCP 300

Les sources de plasma

Un plasma c'est quoi ?

C'est un état de la matière dans lequel les atomes sont ionisés. Un plasma est donc constitué d'ions et d'électrons séparés les uns des autres.

Plasma.jpg

Fonctionnement de la source de plasma

Source DC ou source à effet Hall

La forte différence de potentiel entre les deux électrodes ionise les atomes de gaz présents. La présence d'un champ magnétique, produit par les aimants, permer de donner une vitesse déterminée aux ions ainsi produits.

Source RF

Ici on essaie de transmettre l'énergie par résonnance avec les atomes/molécules de gaz présents. La fréquence de résonnance utilisée ici est de 13,56 Mhz.

Contraintes de fabrication

La chambre à vide et un projet "DIY" et doit donc pouvoir être réalisée, dans la mesure du possible, avec les moyens de l'Électrolab. Le corps de la pièce (1) est tourné, il sert de support à tous les autres élements, mais constitue aussi une des électrodes. L'électrode principale (2) est insérée dans le corps. Les aimants ont pour but de diriger le flux de plasma depuis la source vers la cible du dépôt.

Fabrication des sources plasma

La petite taille des pièces à usiner a nécessité quelques adaptations dans la méthode de fabrication et dans la conception initiale de la source :

  • Les défauts de géométrie de notre tour actuel ont nécessité l'usinage d'un faux plateau afin de pouvoir retourner la pièce sans desserer le mandrin (ce qui aurait entaîné un écart de concentricité).


La microbalance à Quartz

Documents de référence

C'est quoi ?

Une microbalance à quartz sert à quantifier un dépôt, c'est à dire à déterminer la masse de matériau déposée sur une surface donnée. Si le dépôt est homogène, on peut donc déterminer l'épaisseur de ce dépôt.

Fonctionnement

Le quartz est monté en oscillateur. On utilise pour cela un montage composé de quatre portes logiques.

Montage tiré du site de Sonelec : [1]

A vide, le montage possède une fréquence de résonance propre. Cette fréquence dépend de la masse du quartz. Lors du dépôt, cette masse change, entraînant une variation de la fréquence de résonance. Un circuit de détection, ou un simple fréquencemètre, permet de mesurer la variation de fréquence et donc de retrouver la variation de masse. Partant du principe que l'épaisseur du dépôt est constante sur toute la surface cible (donc le quartz), on peux déduire de la différence de fréquence la différence de masse du quartz, et donc l'épaisseur du dépôt réalisé.

Étapes du développement du circuit

  1. Choisir le schéma du circuit
  2. Sourcer les composants
  3. Tester le quartz
  4. Valider un montage sur breadboard, sans le quartz
  5. Valider le montage avec le quartz
  6. Réaliser le PCB sous Kicad, puis tirer la board
  7. Réaliser un test final de la board

Adaptation à la cuve

Les contraintes du montage sont les suivantes :

  • Le montage doit demeurer étanche.
  • Les quartz doivent pouvoir être remplacés.
  • La surface du quartz exposée à la cuve doit être connue et fixe.
  • Un bon contact électrique doit être maintenu entre le quartz et la partie fixe du circuit.

Montage pour évaporation

Ce montage est constitué d'un creuset, d'un moyen de chauffage et d'une microbalance à quartz. il permet d'évaporer un métal au moyen d'un chauffage ohmique, RF ou par ablation laser. Pour le moment seul le montage pour chauffage ohmique est réalisé et prêt à être monté.

Evaporateur.jpg

Autres versions

  • Version en plexyglass avec pièce de raccordement en aluminium.
  • Le nylon a une fâcheuse tendance à fondre aux températures normales d'utilisation de la cuve

Vue générale  : Vue d'ensemble de la minicuve

Jauge de vide : Jauge de vide

pompe turbo : la pompe turbo

Manomètre : Manomètre de la turbopompe

Purge et injection: Vis de purge Vis de purge