EP2486353A1 - Dispositif de support pour chargement de plaques - Google Patents

Dispositif de support pour chargement de plaques

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Publication number
EP2486353A1
EP2486353A1 EP10782334A EP10782334A EP2486353A1 EP 2486353 A1 EP2486353 A1 EP 2486353A1 EP 10782334 A EP10782334 A EP 10782334A EP 10782334 A EP10782334 A EP 10782334A EP 2486353 A1 EP2486353 A1 EP 2486353A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
matrix
ceramic
reinforcement
carbon
skin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10782334A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Abbe
Baptiste Cristini
Olivier Drevet
Marc-Antoine Violleau
Rémi BESSETTES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agilis Engineering SA
Safran Ceramics SA
Original Assignee
SNECMA Propulsion Solide SA
Agilis Engineering S A
Agilis Engineering SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA Propulsion Solide SA, Agilis Engineering S A, Agilis Engineering SA filed Critical SNECMA Propulsion Solide SA
Publication of EP2486353A1 publication Critical patent/EP2486353A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0084—Charging; Manipulation of SC or SC wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67313—Horizontal boat type carrier whereby the substrates are vertically supported, e.g. comprising rod-shaped elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67754—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber horizontal transfer of a batch of workpieces

Definitions

  • the present invention relates to the field of support devices, also called shovels, used for charging batches of plates or "wafers" in heat treatment furnaces.
  • These devices consist of a body comprising a handle for handling the plates (transporting the plates in the oven and outside thereof) extended by a loading part which supports a lot of plates generally arranged in a basket.
  • Known loading carriers generally consist at least in part of monolithic silicon carbide (SiC) such as the material Crystrar® Reaction Bonded (RB) from the company Saint Gobain which is a silicon-SiC material.
  • SiC monolithic silicon carbide
  • RB Crystrar® Reaction Bonded
  • this type of material has high thermomechanical properties, which makes it possible to reduce the stresses on the plates, and in particular those of large dimensions (up to 30 cm side or diameter).
  • the loading supports made of monolithic ceramic material remain fragile in the face of both mechanical and thermal shocks (in particular during the cooling phases). Once damaged, even locally, it is all the support that must be changed.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned disadvantages by providing a support device for loading plates in a heat treatment furnace which can be made in different sizes easily, that is to say without requiring the use of molds. specific for each size of support, and this while having a good resistance to thermomechanical stresses.
  • a support device for loading plates or substrates in a heat treatment furnace characterized in that it comprises at least first and second structural members made of thermostructural composite material, the first element forming the handle of the device while the second element forms the loading part of said device, and in that said first and second elements are assembled together by a removable fastening system.
  • each element is made of thermostructural composite material (ceramic matrix composite materials (CMC)) which is known for its good mechanical properties and its ability to retain these properties at high temperature.
  • CMC ceramic matrix composite materials
  • each element of the support device of the invention being linked together by removable links, it is possible to repair or change only the damaged element while retaining the rest of the device.
  • Each element can be made of a thermostructural composite material best suited to the environmental conditions to which it must be subjected.
  • the first element forming the handle of the device will not be exposed to temperatures as high as the second and third elements since it is not introduced into the oven. However, it undergoes significant torsional and bending stresses because it corresponds to the part of the support by which the support is manipulated when a load is present on the second and third elements.
  • the first element comprises a honeycomb core of refractory material and a skin made of a fibrous reinforcement of carbon fibers or ceramic, said reinforcement being densified by a matrix at least partly ceramic.
  • the matrix comprises a first carbon phase and a second silicon carbide phase.
  • the skin of the first element consisting of a reinforcement is made of carbon fiber densified by a silicon carbide matrix.
  • the second element is intended to undergo significant thermal shocks especially during removal from the oven.
  • the second element comprises a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving of carbon or ceramic son and densified by a matrix at least partly ceramic.
  • the matrix comprises a first carbon phase and a second silicon carbide phase.
  • the reinforcement of the second element is made of carbon fibers and the matrix is a silicon carbide matrix.
  • the second element comprises a porous core of refractory material, an intermediate layer comprising a portion of the refractory material, a ceramic phase and a refractory solid filler, and a ceramic skin covering said intermediate layer.
  • the skin is silicon carbide.
  • the support device further comprises a third element of thermostructural composite material, this third being assembled to the second element by a removable fixing system thus forming an extension of the loading portion of the device.
  • Other unitary elements may be added to extend the loading portion of the device of the invention. According to the invention, each added element is assembled to the adjacent element by a removable fastening system.
  • the third element comprises a porous core of refractory material, an intermediate layer comprising a portion of the refractory material, a ceramic phase and a refractile solid filler, and a ceramic skin covering said intermediate layer.
  • Each removable fastening system may comprise one or more screws formed of a carbon fiber reinforcement densified by a ceramic matrix.
  • Each removable fastening system may further comprise one or more junction plates for connecting two adjacent elements of said device.
  • two adjacent structural elements are interconnected by overlapping the ends opposite the two structural elements, said ends each having a portion of reduced thickness having a complementary shape with respect to the other portion.
  • FIG. 1 is an exploded schematic view of a loading support device according to an embodiment of the invention
  • FIGS. 1A and 1B are detailed views showing the fastening systems of the elements of the device of FIG. 1,
  • FIG. 2 is a schematic view showing the support device of FIG. 1 after assembly
  • FIG. 3 is a schematic view showing the loading of plates on the loading support device of FIG. 2,
  • Figure 4 is a schematic perspective view showing the loading of the plates in a heat treatment furnace by means of a loading support device according to the invention.
  • Figure 1 shows a support device or shovel 100 for loading plates or substrates in a heat treatment furnace according to an embodiment of the invention.
  • the support device 100 comprises a first element 110 forming the handle of the support, a second element 120 and a third element 130, the second and third elements forming the loading part of the support device which is intended to be introduced into the furnace of heat treatment.
  • the loading device comprises three unitary elements.
  • the loading device according to the invention may also comprise only two elements such as, for example, the first element 110 forming the handle of the device and the second element 120 which, in this case, forms on its own the loading part of the device. device.
  • the loading device according to the invention may comprise more than three unitary elements. In general, the number of unit elements is chosen as a function of the length of the loading device that one wishes to achieve.
  • the first element 110 has a parallelepipedal shape and has a first end 111 adapted to cooperate with a stand 140 allowing the handling of the support device and a second end 112 adapted to be fixed to a first end 121 of the second element 120.
  • the second end 112 comprises a first portion 1120 extended by a second portion of reduced thickness 1121 ( Figure 1A).
  • the second element 120 has a first end 121 adapted to be fixed on the second end 112 of the first element. More specifically, the first end 121 comprises a first portion 1210 extended by a second portion of reduced thickness 1211.
  • the portions of reduced thickness 1121 and 1211 have an identical length so as to completely overlap during assembly of the first and second members 110 and 120 as illustrated in FIG. 2.
  • the ends 112 and 121 having complementary, they define, once assembled, two flat bearing surfaces for holding plates 161 and 162 respectively disposed on each side of the ends 112 and 121.
  • Fixing the first element 110 with the second element 120 is provided by a removable fastening system 160 comprising the plates 161 and 162 and screws 1631 and 1641. More specifically, the first element is assembled with the second element by clamping the plates. 161 and 162, by means of the screws 1631 and 1641 passing through the two ends 112 and 121 via orifices 1124 and 1224 formed respectively in these two ends.
  • the plate 161 comprises two orifices 1610 having a thread adapted to cooperate with that of the two screws 1641 and two orifices 1611 for the other two screws 1631.
  • the plate 162 has two orifices 1620 having a thread capable of cooperating with the two screws 1631 and two orifices 1621 passage for the other two screws 1641.
  • the second element 120 extends from its first end 121 by a flared portion 122 which itself is extended by a portion 123 having a geometry adapted to receive a basket 180 ( Figures 3 and 4).
  • the third element extends longitudinally between a first end 131, intended to be connected to the second end 124 of the second element 120, and a second end 132 forming the free end of the support device 100.
  • the third element 130 has identical geometry to that of the portion 123 of the second element 120.
  • the first end 131 of the third element is fixed to the second end 124 of the second element 120 by a removable fastening system 170 comprising holding plates 126, 127,
  • the plates 126, 127, 133 and 134 are respectively disposed in recesses 1270, 1280, 1330 and 1340 formed in the second and third elements 120 and 130 ( Figure 1B).
  • the fixing of the third element 130 with the second element 120 is ensured by the clamping of the plates 126, 127, 133 and 134, by means of the screws 128 and 135 passing through the two ends 131 and 124 via orifices 1310 and 1240 formed respectively in these two ends.
  • the plates 126 and 127 each comprise respectively two orifices 1260 and 1270 having a thread capable of cooperating with that of the screws 135 and two orifices 1261 and 1271 passing through the screws 128.
  • the plates 133 and 134 each respectively comprise two orifices. 1330 and 1340 having a thread adapted to cooperate with that of the screws 128 and two orifices 1331 and 1341 for the screws 135.
  • the plates 161, 162 and the screws 1641, 1631 form a first removable fastening system 160 which allows the disassembly of the first and second elements 110 and 120.
  • the first element 110 comprises a honeycomb core of refractory material and a skin consisting of a fibrous reinforcement of carbon or ceramic fibers, in particular SiC, the reinforcement being densified by a matrix at least partly ceramic.
  • a preform of the core of the first element 110 is machined in a block of carbon foam.
  • the skin reinforcement of the first element 110 is made from a fibrous texture made of carbon fibers or SiC.
  • the fibrous textures used may be of various types such as, in particular:
  • UD Unidirectional web
  • nD multidirectional webs
  • the reinforcement is then densified by a matrix at least partly ceramic.
  • the densification of the reinforcement can be carried out liquid by impregnating the latter with a precursor resin of an SiC matrix such as, for example, a polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resin.
  • a precursor resin of an SiC matrix such as, for example, a polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resin.
  • the reinforcement is further impregnated, before the impregnation with the precursor resin of SiC, with a precursor resin of the carbon matrix such as a phenolic type resin.
  • the reinforcement is disposed on the core preform and is held in shape on the latter using a holding tool.
  • the resin or resins are then converted (polymerization / carbonization) by heat treatment.
  • the operations impregnation and polymerization / carbonization can be repeated several times if necessary to obtain specific mechanical characteristics.
  • the densification of the fiber preform may also be carried out, in a known manner, by gaseous means by chemical vapor infiltration of the carbon matrix (CVI).
  • CVI carbon matrix
  • a densification combining liquid and gaseous is sometimes used to facilitate implementation, limit costs and production cycles.
  • a first element 110 is thus obtained which has a relatively low mass while having a very good resistance to bending and twisting.
  • the second element 120 comprises a fiber reinforcement densified by a matrix at least partly ceramic.
  • the fiber reinforcement is obtained by three-dimensional weaving (3D) carried out in a known manner by means of a Jacquard weaving loom on which a bundle of warp yarns or strands has been arranged in a plurality of layers, the warp yarns being linked by weft threads.
  • 3D weaving can be interlock weave.
  • Interlock weaving is here understood to mean a weave in which each layer of weft threads binds several layers of warp yarns with all the threads of the same weft column having the same movement in the plane of the weave. .
  • the fibrous reinforcement of the second member 120 may be woven from carbon fiber yarns or ceramic such as silicon carbide.
  • the densification of the fibrous reinforcement consists in filling the porosity of the reinforcement, in all or part of the volume thereof, with the material constituting the matrix.
  • the densification of the reinforcement can be carried out by a liquid route by impregnating the latter with a precursor resin of an SiC matrix such as, for example, a polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resin.
  • a precursor resin of an SiC matrix such as, for example, a polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resin.
  • the reinforcement is further impregnated, before the impregnation with the precursor resin of SiC, with a precursor resin of the carbon matrix such as a phenolic type resin.
  • the reinforcement After impregnation, the reinforcement is maintained in shape on the latter using a holding tool.
  • the resin or resins are then converted (polymerization / carbonization) by heat treatment.
  • the impregnation and polymerization / carbonization operations can be repeated several times if necessary to obtain specific mechanical characteristics.
  • the densification of the reinforcement may also be carried out, in a known manner, by gaseous means by chemical vapor infiltration of the carbon matrix (CVI).
  • CVI carbon matrix
  • a densification combining liquid and gaseous is sometimes used to facilitate implementation, limit costs and production cycles.
  • the second element 120 comprises a porous core of refractory material, an intermediate layer comprising a part of the refractory material, a phase ceramic and a refractory solid filler, and a ceramic skin covering said intermediate layer.
  • the preform of the core is machined in a thermostructural composite material starting from very low density but which has sufficient rigidity to allow its machining.
  • the constituent material of the preform may be any type of refractory material provided that it is porous and machinable.
  • the materials used may be, for example, carbon, silicon carbide, alumina, etc. They may be in various forms such as a foam or a composite material comprising a fiber reinforcement consolidated by a matrix, such as the composite materials C / C or C / SiC formed from a fibrous reinforcement or carbon foams or silicon carbide which has, for example, a volume ratio of porosity greater than or equal to 80%.
  • the porous core is formed from a carbon / carbon composite material (C / C) formed of a carbon fiber reinforcement pre-densified or consolidated by a carbon matrix.
  • This material can be machined easily, for example by milling, which makes it possible to produce complex shapes.
  • the reinforcement is formed of a carbon fiber felt having a relatively low fiber ratio.
  • the fibers are linked together by a carbon matrix. Consolidation of the reinforcement may be performed by liquid impregnation thereof with a liquid composition containing a carbon precursor and then carbonizing at a controlled temperature and pressure.
  • the consolidation can be performed by gas.
  • the reinforcement is placed in an oven in which a reactive gas phase is admitted.
  • the pressure and the temperature prevailing in the furnace and the composition of the gas phase are chosen so as to allow the diffusion of the gas phase within the porosity of the preform to form the matrix by deposition, in contact with the fibers, of a solid material resulting from a decomposition of a constituent of the gas phase or a reaction between several constituents.
  • the densification must be adjusted to mechanically bind the fibers of carbon at least at their intersections by the matrix while maintaining a volume rate of porosity of the resulting material important (eg greater than or equal to 80%).
  • a liquid coating composition comprising a refractile solid filler in the form of a powder, in particular a ceramic powder, a ceramic precursor polymer and a possible solvent for the polymer.
  • the liquid composition preferably comprises a polymer solvent of the ceramic precursor, the quantity of solvent being chosen in particular to adjust the viscosity of the composition.
  • the liquid composition can be applied by brush, brush or other method, for example by spray guns. It can be applied in several successive layers. After each layer, an intermediate crosslinking of the ceramic precursor polymer can be carried out.
  • the ceramic material obtained by the liquid route can be SiC, the ceramic precursor polymer can then be chosen from PCS and PTCS, precursors of SiC or from silicones.
  • Other ceramic materials can be obtained by liquid means such as S13 silicon nitride from polysilazane pyrolyzed under ammonia gas or boron nitride BN from polyborazine.
  • the solid filler may comprise a refractory powder, in particular a ceramic powder such as a carbide powder such as SiC, a nitride or boride powder.
  • a ceramic powder such as a carbide powder such as SiC, a nitride or boride powder.
  • the particle size of the powder is chosen so that the grains have an average size of preferably less than 100 microns, for example between 5 and 50 microns.
  • the particle size is indeed chosen so that the powder grains have a sufficiently small dimension to penetrate the surface porosity of the composite material, but not too small to allow a superficial diffusion of gas in the preform during the subsequent step of chemical vapor infiltration. In this way, a good adhesion of the coating formed during this subsequent step of chemical vapor infiltration can be obtained by anchoring in the surface porosity of the material.
  • a mixture of ceramic powders having at least two different average particle sizes is used to meet these conditions.
  • the mass amount of solid filler in the liquid composition is preferably from 0.4 to 4 times the amount by weight of ceramic precursor polymer.
  • the preform then comprises on all its external surfaces a coating layer which at least partially closes the macroporosities of the material of the preform to a limited depth from the surface of the part.
  • the part thus comprises a lower porosity layer in the vicinity of its surface in comparison with its initial porosity which is always present in the heart of the room and which forms the core of the structure.
  • This intermediate coating layer is a barrier that will limit the diffusion of gases to preserve the porosity of the core and allow the formation of a surface deposit during the chemical infiltration step.
  • a ceramic deposition is performed by chemical vapor infiltration on all the external surfaces of the part. This deposit makes it possible to gradually fill in the residual porosity, to consolidate the assembly formed by the phase resulting from the crosslinking of the precursor and the solid filler, and to form a uniform coating of ceramic which forms a ceramic skin on all the external surfaces of the room. This skin gives the necessary stiffness to the entire structure.
  • the infiltration is carried out in an oven in which is admitted a gaseous precursor of ceramics, especially SiC such as methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of the MTS.
  • a gaseous precursor of ceramics especially SiC such as methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of the MTS.
  • MTS methyltrichlorosilane
  • the monolithic SiC thus obtained has a Young's modulus of about 420 GPa, which makes it possible to have a significant stiffness on the surface of the part.
  • other gaseous precursors of ceramics can be used depending on the desired stiffness or other properties.
  • a laminated structure which comprises a core essentially made of porous C / C composite material sandwiched between an intermediate layer mainly comprising a portion of the C / C composite material whose matrix is further composed of a ceramic phase and the solid filler. , and a ceramic skin.
  • the second element thus obtained has a low apparent density (less than or equal to 1) while having a high stiffness imparted by the ceramic skin, which allows the second element 120 to be both light and very resistant vis-à-vis -vis the bending and thermal shock.
  • the third member 130 comprises a porous core of refractory material, an intermediate layer comprising a portion of the refractory material, a ceramic phase and a refractile solid filler, and a ceramic skin covering said intermediate layer. It is made in the same manner as that described above for the second element 120.
  • the third element 130 therefore also has both a low mass and a very good resistance to the bending and thermal shock.
  • the screws 1631, 1641, 128 and 135 used to fix the elements 110, 120 and 130 between them are preferably made of composite material C / SiC in order to limit the differential expansion with these elements.
  • These screws are, for example, made from a fiber reinforcement obtained by three-dimensional weaving of carbon fiber son and densified by an SiC matrix (liquid and / or gaseous route).
  • the removable fastening systems between the elements 110, 120 and 130 can be made by a "half-wood" type fitting, that is to say by overlapping and screwing (directly into the ends of the elements or via holding plates) of the two ends of the elements to be assembled as described above for the assembly of the first element 110 with the second element 120.
  • elements 110, 120 and 130 may also be interconnected by holding plates or junction screwed together as previously described for the assembly of the second element 120 with the third element 130.
  • the support device 100 is adapted to be used in the same way as the support devices or shovels of the prior art.
  • a basket 180 in which are placed plates or wafer 190 to be treated is deposited, via a support 183, on the second and third elements 120, 130, the basket 180 further comprising two repositions 181 and 182 for depositing the basket on the oven floor.
  • the assembly can then be manipulated to deposit the basket 180 containing the plates 190 in a furnace 200 for heat treatment ( Figure 4).
  • the second and third elements 120 and 130 having a very good resistance to bending and thermal shock, the plates 190 can be deposited in the oven and removed from it without risk of breaking the support device of the invention.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de support (100) pour le chargement de plaques ou substrats dans un four de traitement thermique (200), Ie dispositif comprenant un manche et une partie de chargement destinée à supporter les substrats ou plaques à l'intérieur du four. Le dispositif comprend au moins des premier et deuxième éléments de structure (110, 120) en matériau composite thermostructural, le premier élément (110) formant le manche du dispositif tandis que le deuxième élément (120) forme la partie de chargement dudit dispositif. Les premier et deuxième éléments (110, 120) sont assemblés entre eux par un système de fixation démontable (160). Un ou plusieurs éléments unitaires (130) peuvent en outre être ajoutés afin d'allonger le dispositif de support.

Description

Dispositif de support pour chargement de plaques
Arrière plan de l'invention
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de support, encore appelés pelles, utilisés pour le chargement de lots de plaques ou "wafers" dans des fours de traitements thermiques.
Ces dispositifs sont constitués d'un corps comprenant un manche permettant la manipulation des plaques (transport des plaques dans le four et en dehors de celui-ci) prolongé par une partie de chargement qui supporte un lot de plaques en général disposées dans un panier.
Les supports de chargement connus sont en général constitués au moins en partie de carbure de silicium (SiC) monolithique tels que le matériau Crystrar® Reaction Bonded (RB) de la société Saint Gobain qui est un matériau Silicium-SiC.
Grâce notamment à un coefficient de dilatation thermique très faible et un module d'Young élevé, ce type de matériau présente des propriétés thermomécaniques élevées, ce qui permet de diminuer les contraintes sur les plaques, et en particulier celles de grandes dimensions (jusqu'à 30 cm de côté ou de diamètre).
Cependant, les supports de chargement réalisés en matériau céramique monolithique demeurent fragiles face aux chocs aussi bien mécaniques que thermiques (en particulier lors des phases de refroidissement). Une fois endommagé, même localement, c'est tout le support qu'il faut changer.
En outre, la réalisation de supports en matériau céramique monolithique nécessite l'utilisation d'un moule spécifique pour chaque taille de support. Par conséquent, le nombre de tailles disponibles pour ces supports est limité au nombre de moules existants. La longueur maximum disponible aujourd'hui pour ces supports est inférieure à 2,5 m.
Or, il existe un besoin pour des supports de chargements ayant des dimensions variées, en particulier des grandes longueurs, afin de pouvoir fournir des supports adaptés aux nombreuses différentes tailles de fours existants.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant un dispositif de support pour chargement de plaques dans un four de traitement thermique qui peut être réalisé dans différentes tailles de façon aisée, c'est-à-dire sans nécessiter l'utilisation de moules spécifiques pour chaque taille de support, et ce tout en présentant une bonne résistance vis-à-vis des contraintes thermomécaniques.
Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de support pour le chargement de plaques ou substrats dans un four de traitement thermique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des premier et deuxième éléments de structure en matériau composite thermostructural, le premier élément formant le manche du dispositif tandis que le deuxième élément forme la partie de chargement dudit dispositif, et en ce que lesdits premier et deuxième éléments sont assemblés entre eux par un système de fixation démontable.
En réalisant le dispositif de support de l'invention à partir d'éléments unitaires, il est possible de former aisément des dispositifs de tailles variées. Chaque élément est réalisé en matériau composite thermostructural (matériaux composites à matrice céramique (CMC)) qui est connu pour ses bonnes propriétés mécaniques et sa capacité à conserver ces propriétés à température élevée.
Ainsi, il est possible de former des dispositifs de chargement ayant des longueurs supérieures à 2,5 m qui demeurent résistants même en présence de contraintes thermomécaniques importantes.
Par ailleurs, les éléments du dispositif de support de l'invention étant liés entre eux par des liaisons amovibles, il est possible de réparer ou de changer seulement l'élément endommagé tout en conservant le reste du dispositif. Chaque élément peut être réalisé en un matériau composite thermostructural le mieux adapté aux conditions environnementales auxquelles il doit être soumis.
Le premier élément formant le manche du dispositif ne sera pas exposé à des températures aussi élevées que les deuxième et troisième éléments puisqu'il n'est pas introduit dans le four. En revanche, il subit toutefois des contraintes en torsion et en flexion importantes car il correspond à la partie du support par laquelle le support est manipulé lorsqu'un chargement est présent sur les deuxième et troisième éléments.
Le premier élément comprend une âme en matériau réfractaire alvéolé et une peau constituée d'un renfort fibreux en fibres de carbone ou de céramique, ledit renfort étant densifié par une matrice au moins en partie céramique.
Selon un aspect de l'invention, la matrice comprend une première phase carbone et une deuxième phase carbure de silicium.
Selon un autre aspect, la peau du premier élément constituée d'un renfort est en fibres de carbone densifié par une matrice carbure de silicium.
Le deuxième élément est destiné à subir des chocs thermiques importants en particulier lors de son retrait du four.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième élément comprend un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils de carbone ou de céramique et densifié par une matrice au moins en partie céramique.
Selon un aspect de l'invention, la matrice comprend une première phase carbone et une deuxième phase carbure de silicium.
Selon un autre aspect de l'invention, le renfort du deuxième élément est en fibres de carbone et la matrice est une matrice carbure de silicium.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le deuxième élément comprend une âme poreuse en matériau réfractaire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfractaire, une phase céramique et une charge solide réfractaire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire.
Selon un aspect de l'invention, la peau est en carbure de silicium. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de support comprend en outre un troisième élément en matériau composite thermostructural, ce troisième étant assemblé au deuxième élément par un système de fixation démontable formant ainsi une extension de la partie de chargement du dispositif. D'autres éléments unitaires peuvent être encore ajoutés pour étendre la partie de chargement du dispositif de l'invention. Conformément à l'invention, chaque élément ajouté est assemblé à l'élément adjacent par un système de fixation démontable.
Le troisième élément comprend une âme poreuse en matériau réfracta ire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfractaire, une phase céramique et une charge solide réfracta ire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire
Chaque système de fixation démontable peut comprendre une ou plusieurs vis formées d'un renfort fibreux en carbone densifié par une matrice céramique.
Chaque système de fixation démontable peut comprendre en outre une ou plusieurs plaques de jonction pour relier deux éléments adjacents dudit dispositif.
Selon une variante, deux éléments de structure adjacents sont reliés entre eux par chevauchement des extrémités en regard des deux éléments de structure, lesdites extrémités présentant chacune une portion d'épaisseur réduite ayant une forme complémentaire par rapport à l'autre portion.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
la figure 1 est une vue schématique éclatée d'un dispositif de support de chargement conformément à un mode de réalisation de l'invention; les figures 1A et 1B sont des vues de détails montrant les systèmes de fixation des éléments du dispositif de la figure 1,
la figure 2 est une vue schématique montrant le dispositif de support de la figure 1 après assemblage,
la figure 3 est une vue schématique montrant le chargement de plaques sur le dispositif de support de chargement de la figure 2,
la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant le chargement des plaques dans un four de traitement thermique au moyen d'un dispositif de support de chargement selon l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente un dispositif de support ou pelle 100 pour le chargement de plaques ou substrats dans un four de traitement thermique conformément à un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif de support 100 comprend un premier élément 110 formant le manche du support, un deuxième élément 120 et un troisième élément 130, les deuxième et troisième éléments formant la partie de chargement du dispositif de support qui est destinée à être introduite dans le four de traitement thermique.
Dans le mode de réalisation présenté ici, le dispositif de chargement comprend trois éléments unitaires. Toutefois, le dispositif de chargement selon l'invention peut également comprendre seulement deux éléments comme, par exemple, le premier élément 110 formant le manche du dispositif et le deuxième élément 120 qui, dans ce cas, forme à lui seul la partie de chargement du dispositif. A l'inverse, le dispositif de chargement selon l'invention peut comprendre plus de trois éléments unitaires. D'une manière générale, le nombre d'éléments unitaires est choisi en fonction de la longueur du dispositif de chargement que l'on souhaite réaliser.
Le premier élément 110 présente une forme parallélépipédique et comporte une première extrémité 111 apte à coopérer avec une béquille 140 permettant la manipulation du dispositif support et une deuxième extrémité 112 apte à fixée à une première extrémité 121 du deuxième élément 120. La deuxième extrémité 112 comporte une première portion 1120 prolongée par une deuxième portion d'épaisseur réduite 1121 (figure 1A).
Le deuxième élément 120 comporte une première extrémité 121 apte à être fixée sur la deuxième extrémité 112 du premier élément. Plus précisément, la première extrémité 121 comporte une première portion 1210 prolongée par une deuxième portion d'épaisseur réduite 1211.
Les portions d'épaisseur réduite 1121 et 1211 ont une longueur identique de manière à se chevaucher entièrement lors de l'assemblage des premier et deuxième éléments 110 et 120 comme illustré sur la figure 2. En outre, les extrémités 112 et 121 présentant des formes complémentaires, elles définissent, une fois assemblées, deux surfaces d'appui planes pour des plaques de maintient 161 et 162 disposées respectivement de chaque côté des extrémités 112 et 121.
La fixation du premier élément 110 avec le deuxième élément 120 est assurée par un système de fixation démontable 160 comprenant les plaques 161 et 162 et des vis 1631 et 1641. Plus précisément, le premier élément est assemblé avec le deuxième élément par le serrage des plaques 161 et 162, au moyen des vis 1631 et 1641 traversant les deux extrémités 112 et 121 via des orifices 1124 et 1224 ménagées respectivement dans ces deux extrémités. La plaque 161 comporte deux orifices 1610 présentant un filetage apte à coopérer avec celui des deux vis 1641 et deux orifices 1611 de passage pour les deux autres vis 1631. De même, la plaque 162 comporte deux orifices 1620 présentant un filetage apte à coopérer avec celui des deux vis 1631 et deux orifices 1621 de passage pour les deux autres vis 1641.
Le deuxième élément 120 se prolonge à partir de sa première extrémité 121 par une portion évasée 122 qui elle-même se prolonge par une portion 123 présentant une géométrie adaptée pour recevoir un panier 180 (figures 3 et 4).
Le troisième élément s'étend longitudinalement entre une première extrémité 131, destinée à être reliée à la deuxième extrémité 124 du deuxième élément 120, et une deuxième extrémité 132 formant l'extrémité libre du dispositif support 100. Le troisième élément 130 présente une géométrie identique à celle de la portion 123 du deuxième élément 120. La première extrémité 131 du troisième élément est fixée à la deuxième extrémité 124 du deuxième élément 120 par un système de fixation démontable 170 comprenant des plaques de maintien 126, 127,
133 et 134 et des vis 128 et 135. Afin de conserver la continuité de forme entre la portion 123 du deuxième élément 120 et le troisième élément
130, les plaques 126, 127, 133 et 134 sont disposées respectivement dans des évidements 1270, 1280, 1330 et 1340 ménagés dans les deuxième et troisième éléments 120 et 130 (figure 1B).
La fixation du troisième élément 130 avec le deuxième élément 120 est assurée par le serrage des plaques 126, 127, 133 et 134, au moyen des vis 128 et 135 traversant les deux extrémités 131 et 124 via des orifices 1310 et 1240 ménagées respectivement dans ces deux extrémités. Les plaques 126 et 127 comportent chacune respectivement deux orifices 1260 et 1270 présentant un filetage apte à coopérer avec celui des vis 135 et deux orifices 1261 et 1271 de passage pour les vis 128. De même, les plaques 133 et 134 comportent chacune respectivement deux orifices 1330 et 1340 présentant un filetage apte à coopérer avec celui des vis 128 et deux orifices 1331 et 1341 de passage pour les vis 135.
Les plaques 161, 162 et les vis 1641, 1631 forment un premier système de fixation amovible 160 qui permet le démontage des premier et deuxième éléments 110 et 120. De même, les plaques 126, 127, 133 et
134 et les vis 128 et 135 forment un deuxième système de fixation amovible 170 qui permet des deuxième et troisième éléments 120 et 130.
D'autres systèmes de fixation amovibles peuvent bien entendu être envisagés.
Conformément à l'invention, le premier élément 110 comprend une âme en matériau réfractaire alvéolé et une peau constituée d'un renfort fibreux en fibres de carbone ou céramique, notamment en SiC, le renfort étant densifié par une matrice au moins en partie céramique.
Dans l'exemple décrit ici, on usine une préforme de l'âme du premier élément 110 dans un bloc de mousse de carbone.
De nombreux matériaux peuvent être utilisés pour réaliser la préforme de l'âme. D'une manière générale, tout matériau réfractaire, poreux ou alvéolé, de faible densité et usinable peut être utilisé. Le renfort de la peau du premier élément 110 est réalisé à partir d'une texture fibreuse en fibres de carbone ou de SiC. Les textures fibreuses utilisées peuvent être de diverses natures telles que notamment:
- tresse,
- tissu bidimensionnel (2D),
- tissu tridimensionnel (3D) obtenu par tissage 3D ou multicouches,
- tricot,
- feutre,
- nappe unidirectionnelle (UD) de fils ou câbles ou nappes multidirectionnelle (nD) obtenue par superposition de plusieurs nappes UD dans des directions différentes et liaison des nappes UD entre elles par exemple par couture, par agent de liaison chimique ou par aiguilletage.
On peut aussi utiliser une structure fibreuse formée de plusieurs couches superposées de tissu, tresse, tricot, feutre, nappes, câbles ou autres, lesquelles couches sont liées entre elles par exemple par couture, par implantation de fils ou d'éléments rigides ou par aiguilletage.
Le renfort est ensuite densifié par une matrice au moins en partie céramique.
Dans le cas d'une peau en matériau composite C/SiC (renfort fibres de carbone et matrice SiC) ou SiC/SiC (renfort fibres SiC et matrice SiC), la densification du renfort peut être réalisée par voie liquide en imprégnant ce dernier avec une résine précurseur d'une matrice SiC comme, par exemple, une résine de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
Dans le cas d'une peau en matériau C-C/SiC (renfort en fibres de carbone et matrice comprenant une phase carbone, généralement au plus près des fibres, et une phase carbure de silicium), le renfort est en outre imprégné, avant l'imprégnation avec la résine précurseur de SiC, avec une résine précurseur de la matrice carbone telle qu'une résine de type phénolique.
Après imprégnation, le renfort est disposé sur la préforme d'âme et est maintenu en forme sur cette dernière à l'aide d'un outillage de maintien. La ou les résines sont ensuite transformées (polymérisation/carbonisation) par traitement thermique. Les opérations d'imprégnation et de polymérisation/carbonisation peuvent être répétées plusieurs fois si nécessaire pour obtenir des caractéristiques mécaniques déterminées.
La densification de la préforme fibreuse peut-être également réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice carbone (CVI).
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse est parfois utilisée pour faciliter la mise en œuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication.
On obtient ainsi un premier élément 110 qui présente une masse relativement faible tout en présentant une très bonne résistance à la flexion et à la torsion.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le deuxième élément 120 comprend un renfort fibreux densifié par une matrice au moins en partie céramique. Le renfort fibreux est obtenu par tissage tridimensionnel (3D) réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame.
Le tissage 3D peut être notamment un tissage à armure "interlock".
Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
D'autres types de tissage tridimensionnel connus pourront être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755 dont le contenu est incorporé ici par voie de référence.
Le renfort fibreux du deuxième élément 120 peut être tissé à partir de fils de fibres de carbone ou de céramique tel que du carbure de silicium.
Au fur et à mesure du tissage de l'ébauche fibreuse dont l'épaisseur et la largeur varient, un certain nombre de fils de chaîne ne sont pas tissés, ce qui permet de définir le contour et l'épaisseur voulue, continûment variable, du renfort. Un exemple de tissage 3D évolutif permettant notamment de faire varier l'épaisseur d'une ébauche d'un renfort est décrit dans le document EP 1 526 285 dont le contenu est incorporé ici par référence.
La densification du renfort fibreux consiste à combler la porosité du renfort, dans tout ou partie du volume de celui-ci, par le matériau constitutif de la matrice.
Dans le cas de la réalisation du deuxième élément 120 en matériau composite C/SiC (renfort fibres de carbone et matrice SiC) ou SiC/SiC (renfort fibres SiC et matrice SiC), la densification du renfort peut être réalisée par voie liquide en imprégnant ce dernier avec une résine précurseur d'une matrice SiC comme, par exemple, une résine de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
Dans le cas d'une peau en matériau C-C/SiC (renfort en fibres de carbone et matrice comprenant une phase carbone, généralement au plus près des fibres, et une phase carbure de silicium), le renfort est en outre imprégné, avant l'imprégnation avec la résine précurseur de SiC, avec une résine précurseur de la matrice carbone telle qu'une résine de type phénolique.
Après imprégnation, le renfort est maintenu en forme sur cette dernière à l'aide d'un outillage de maintien. La ou les résines sont ensuite transformées (polymérisation/carbonisation) par traitement thermique. Les opérations d'imprégnation et de polymérisation/carbonisation peuvent être répétées plusieurs fois si nécessaire pour obtenir des caractéristiques mécaniques déterminées.
La densification du renfort peut-être également réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice carbone (CVI).
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse est parfois utilisée pour faciliter la mise en œuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication.
On obtient ainsi un deuxième élément 110 qui présente une très bonne résistance à la flexion et aux chocs thermiques.
Selon un autre mode de réalisation, le deuxième élément 120 comprend une âme poreuse en matériau réfractaire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfractaire, une phase céramique et une charge solide refractaire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire.
La préforme de l'âme est usinée dans un matériau composite thermostructural de départ de très faible densité mais qui présente une rigidité suffisante pour permettre son usinage. Le matériau constitutif de la préforme peut être tout type de matériau réfractaire à condition que celui-ci soit poreux et usinable. Les matériaux utilisés peuvent être par exemple du carbone, du carbure de silicium, de l'alumine... Ils peuvent se présenter sous différentes formes telles qu'une mousse ou un matériau composite comprenant un renfort fibreux consolidé par une matrice, tel que les matériaux composites C/C ou C/SiC formés à partir d'un renfort fibreux ou bien des mousses de carbone ou de carbure de silicium qui présente, par exemple, un taux volumique de porosité supérieur ou égale à 80%.
A titre d'exemple, l'âme poreuse est formée à partir d'un matériau composite carbone/carbone (C/C) formé d'un renfort de fibres de carbone pré-densifié ou consolidé par une matrice en carbone. Ce matériau peut être usiné facilement, par fraisage par exemple, ce qui permet de réaliser des formes complexes.
Le renfort est formé d'un feutre de fibres de carbone ayant un taux de fibre relativement faible.
Les fibres sont liées entre elles par une matrice carbone. La consolidation du renfort peut être réalisée par voie liquide en imprégnant celui-ci d'une composition liquide contenant un précurseur de carbone et en le carbonisant ensuite à une température et une pression contrôlées.
Alternativement, la consolidation peut être réalisée par voie gazeuse. Dans ce cas, le renfort est placé dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants.
Quel que soit le procédé utilisé pour consolider le renfort fibreux, la densification doit être ajustée pour lier mécaniquement les fibres de carbone au moins à leurs intersections par la matrice tout en conservant un taux volumique de porosité du matériau résultant important (par exemple supérieur ou égal à 80%).
Une fois l'usinage de la préforme d'âme terminé, on prépare une composition liquide de revêtement comprenant une charge solide réfracta ire sous forme d'une poudre, notamment en céramique, un polymère précurseur de céramique et un solvant éventuel du polymère.
La composition liquide comprend de préférence un solvant polymère du précurseur de céramique, la quantité de solvant étant choisie notamment pour ajuster la viscosité de la composition.
La composition liquide peut être appliquée à la brosse, ou pinceau, ou par autre procédé, par exemple par pistolettage. Elle peut être appliquée en plusieurs couches successives. Après chaque couche, on peut procéder à une réticulation intermédiaire du polymère précurseur de céramique.
Le matériau céramique obtenu par voie liquide peut être SiC, le polymère précurseur de céramique pouvant alors être choisi parmi le PCS et le PTCS, précurseurs de SiC ou encore parmi des silicones. D'autres matériaux céramiques peuvent être obtenus par voie liquide tels que du nitrure de silicium S13 4 à partir de polysilazane pyrolysé sous gaz ammoniac ou du nitrure de bore BN à partir de polyborazine.
La charge solide peut comporter une poudre réfractai re, notamment une poudre de céramique telle qu'une poudre de carbure tel que du SiC, une poudre de nitrure ou de borure. La granulométrie de la poudre est choisie de manière que les grains aient une dimension moyenne de préférence inférieure à 100 microns, par exemple comprise entre 5 et 50 microns.
La granulométrie est en effet choisie de manière que les grains de poudre aient une dimension suffisamment petite pour pénétrer dans la porosité superficielle du matériau composite, mais toutefois pas trop petite pour permettre une diffusion superficielle de gaz dans la préforme lors de l'étape subséquente d'infiltration chimique en phase vapeur. De la sorte, un bon accrochage du revêtement formé lors de cette étape ultérieure d'infiltration chimique en phase vapeur peut être obtenu par ancrage dans la porosité superficielle du matériau. Selon une particularité avantageuse du procédé, on utilise un mélange de poudres céramiques ayant au moins deux granulométries moyennes différentes afin de répondre à ces conditions.
La quantité en masse de charge solide dans la composition liquide est de préférence comprise entre 0,4 et 4 fois la quantité en masse de polymère précurseur de céramique.
La préforme comprend alors sur toutes ses surfaces externes une couche de revêtement qui obture au moins partiellement les macroporosités du matériau de la préforme sur une profondeur limitée à partir de la surface de la pièce. La pièce comprend ainsi une couche de porosité plus faible au voisinage de sa surface en comparaison avec sa porosité initiale qui est toujours présente au cœur de la pièce et qui forme l'âme de la structure. Cette couche de revêtement intermédiaire constitue une barrière qui va limiter la diffusion des gaz pour préserver la porosité de l'âme et permettre la formation d'un dépôt en surface lors de l'étape d'infiltration chimique.
Après céramisation, on procède à un dépôt de céramique par infiltration chimique en phase vapeur sur toutes les surfaces externes de la pièce. Ce dépôt permet de combler progressivement la porosité résiduelle, de consolider l'ensemble formé par la phase issue de la réticulation du précurseur et la charge solide, et de former un revêtement uniforme de céramique qui forme une peau de céramique sur toutes les surfaces externes de la pièce. Cette peau confère la raideur nécessaire à l'ensemble de la structure.
L'infiltration est réalisée dans un four dans lequel est admis un précurseur gazeux de céramique, notamment de SiC tel que du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS. Le SiC monolithique ainsi obtenu a un module d'Young d'environ 420 GPa, ce qui permet d'avoir une raideur importante à la surface de la pièce. Toutefois, d'autres précurseurs gazeux de céramiques peuvent être utilisés en fonction de la raideur souhaitée ou d'autres propriétés.
Les natures des phases gazeuses réactionnelles et conditions de pression et de température nécessaires pour obtenir des dépôts de céramiques diverses par infiltration chimique en phase vapeur sont bien connues en elles-mêmes. La diffusion du précurseur gazeux dans la préforme pour y former la matrice par dépôt, au contact des fibres, se fait essentiellement au niveau de la couche de revêtement. En effet, en raison de leur faible taille et de leur nombre réduit à cet endroit, les porosités sont rapidement colmatées par le dépôt de matrice. Par conséquent, la diffusion des gaz plus profondément dans le matériau est entravée et un dépôt se forme alors à la surface de la pièce. Ce dépôt est solidement ancré dans la porosité initiale de la couche de revêtement, elle-même ancrée dans le matériau de l'âme de la structure.
On obtient alors une structure stratifiée qui comprend une âme essentiellement en matériau composite C/C poreux en sandwich entre une couche intermédiaire comprenant principalement une partie du matériau composite C/C dont la matrice est composée en outre d'une phase céramique et la charge solide, et une peau en céramique.
Le deuxième élément ainsi obtenu présente une densité apparente faible (inférieure ou égale à 1) tout en ayant une raideur importante conférée par la peau en céramique, ce qui permet au deuxième élément 120 d'être à la fois léger et très résistant vis-à-vis de la flexion et des chocs thermiques.
Le troisième élément 130 comprend une âme poreuse en matériau réfracta ire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfracta ire, une phase céramique et une charge solide réfracta ire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire. Il est réalisé de la même manière que celle décrite ci-avant pour le deuxième élément 120. Le troisième élément 130 présente, par conséquent, lui aussi à la fois une faible masse tout en ayant une très bonne résistante vis-à-vis de la flexion et des chocs thermiques.
Les vis 1631, 1641, 128 et 135 utilisées pour fixer les éléments 110, 120 et 130 entre eux sont réalisées de préférence en matériau composite C/SiC afin de limiter les dilatations différentielles avec ces éléments. Ces vis sont, par exemple, réalisées à partir d'un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils de fibres de carbone et densifié par une matrice SiC (voie liquide et/ou gazeuse).
Les systèmes de fixation démontables entre les éléments 110, 120 et 130 peuvent être réalisés par un emmanchement de type "mi-bois", c'est-à-dire par chevauchement et vissage (directement dans les extrémités des éléments ou via des plaques de maintien) des deux extrémités des éléments à assembler comme décrit précédemment pour l'assemblage du premier élément 110 avec le deuxième élément 120. Les éléments 110, 120 et 130 peuvent être également reliés entre eux par des plaques de maintien ou jonction vissées entre elles comme décrit précédemment pour l'assemblage du deuxième élément 120 avec le troisième élément 130.
Comme illustré sur la figure 3, une fois assemblé, le dispositif support 100 est apte à être utilisé de la même façon que les dispositifs support ou pelles de l'art antérieur. En effet, un panier 180 dans lequel sont placés des plaques ou wafer 190 à traiter, est déposé, via un support 183, sur les deuxième et troisième éléments 120, 130, le panier 180 comportant en outre deux reposoirs 181 et 182 permettant de déposer le panier sur le sol du four. L'ensemble peut être alors manipulé pour déposer le panier 180 contenant les plaques 190 dans un four 200 en vue du traitement thermique (figure 4). Les deuxième et troisième éléments 120 et 130 présentant une très bonne résistance vis-à-vis de la flexion et des chocs thermiques, les plaques 190 peuvent être déposées dans le four et retirées de celui-ci sans risque de rupture du dispositif de support de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de support (100) pour le chargement de plaques ou substrats (190) dans un four de traitement thermique (200), ledit dispositif comprenant un manche et une partie de chargement destinée à supporter les substrats ou plaques à l'intérieur du four,
caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins des premier et deuxième éléments de structure (110, 120) en matériau composite thermostructural, le premier élément (110) formant le manche du dispositif tandis que le deuxième élément (120) forme la partie de chargement dudit dispositif,
et en ce que lesdits premier et deuxième éléments (110, 120) sont assemblés entre eux par un système de fixation démontable (160).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (110) comprend une âme en matériau réfracta ire alvéolé et une peau constituée d'un renfort fibreux en fibres de carbone ou de céramique, ledit renfort étant densifié par une matrice au moins en partie céramique.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice comprend une première phase carbone et une deuxième phase carbure de silicium.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la peau du premier élément (110) constituée d'un renfort est en fibres de carbone densifié par une matrice carbure de silicium.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième élément (120) comprend un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils de carbone ou de céramique et densifié par une matrice au moins en partie céramique.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matrice comprend une première phase carbone et une deuxième phase carbure de silicium.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le renfort du deuxième élément (120) est en fibres de carbone et en ce que la matrice est une matrice carbure de silicium.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième élément (120) comprend une âme poreuse en matériau réfracta ire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfractaire, une phase céramique et une charge solide réfractaire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau réfractaire de l'âme poreuse est constitué d'un renfort en fibres de carbone consolidé par une matrice carbone.
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la peau est en carbure de silicium.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième élément (130) en matériau composite thermostructural, ledit troisième élément (130) étant assemblé audit deuxième élément (120) par un système de fixation démontable (170).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le troisième élément (130) comprend une âme poreuse en matériau réfractaire, une couche intermédiaire comprenant une partie du matériau réfractaire, une phase céramique et une charge solide réfractaire, et une peau en céramique recouvrant ladite couche intermédiaire
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisée en ce que le matériau réfractaire de l'âme poreuse est constitué d'un renfort en fibres de carbone consolidé par une matrice carbone.
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la peau est en carbure de silicium.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que chaque système de fixation démontable (160; 170) comprend une ou plusieurs vis (1631, 1641; 128, 135) formées d'un renfort fibreux en carbone densifié par une matrice céramique.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que chaque système de fixation démontable (160; 170) comprend en outre une ou plusieurs plaques de jonction (161, 162; 126, 127, 133, 134) pour relier deux éléments adjacents dudit dispositif.
17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'au moins deux éléments de structure adjacents (110, 120) sont reliés entre eux par chevauchement des extrémités (112, 121) en regard des deux éléments de structure, lesdites extrémités (112, 121) présentant chacune une portion d'épaisseur réduite (1121, 1211) ayant une forme complémentaire par rapport à l'autre portion.
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