Qu’est-ce qu’un joint à vide ?
Un joint à vide est un dispositif de scellage qui utilise les propriétés d’un liquide appelé fluide magnétique, qui est attiré par un aimant.
Le fluide magnétique, tout en restant fluide, est attiré par l’aimant comme du sable de fer. Les aimants du joint sous vide retiennent le fluide magnétique et scellent les éventuelles lacunes dans le couplage avec l’équipement. Un environnement sous vide peut être maintenu en empêchant l’air, les gaz et les particules de pénétrer dans l’objet scellé.
La force de rétention du fluide magnétique est déterminée par la force de l’aimant. Plus la force magnétique est forte, plus la résistance à la pression de l’anneau de fluide magnétique est importante.
Utilisations des joints à vide
Les joints à vide sont utilisés pour maintenir la qualité lors de la fabrication de produits où les impuretés, l’air ou l’humidité sont strictement interdits. En raison de leur grande efficacité de blocage par le magnétisme des fluides, ils sont souvent utilisés dans les industries de fabrication sous vide poussé, par exemple dans la fabrication de semi-conducteurs, de cellules solaires ou de panneaux OLED pour smartphones.
Dans ces conditions de fabrication, des économies d’énergie et des équipements de fabrication plus compacts sont nécessaires, et les joints à vide ont un très large éventail d’utilisations.
1. Semi-conducteurs
Dans la fabrication des semi-conducteurs, les joints sous vide sont utilisés dans les équipements de pulvérisation cathodique, de dépôt chimique en phase vapeur et d’implantation ionique. Ceux-ci nécessitent un environnement sous vide poussé avec des joints à Vide pour former des couches minces uniformes et pour contrôler les propriétés électriques des semi-conducteurs grâce à l’implantation ionique.
2. Cellules solaires
Les équipements de tirage monocristallin sont également utilisés pour la production de lingots de silicium, qui sont essentiels à la fabrication de cellules solaires. Les lingots de silicium sont mis sous vide pour éviter la contamination par la poussière et la saleté et l’oxydation par l’air au cours du processus de fabrication. Des joints à vide sont utilisés pour maintenir un environnement sous vide dans l’équipement.
3. LED organique
Dans le domaine des OLED, le joint à vide est nécessaire dans la déposition sous vide pour la formation de films minces d’éléments OLED. Ces dernières années, la demande de joints à vide a augmenté en raison de la demande croissante d’OLEDs par rapport aux LCDs.
Principe des joints à vide
Les joints à vide utilisent un liquide appelé fluide magnétique. Un fluide magnétique se compose de trois éléments : des particules magnétiques de taille nanométrique (particules magnétiques), un agent tensioactif et un liquide de base tel que de l’eau ou de l’huile.
Les particules magnétiques s’agglomèrent généralement les unes aux autres comme des aimants (phénomène de spiking) et les agents tensioactifs sont couramment utilisés pour éviter ce phénomène. Les agents tensioactifs ont une polarité, ce qui signifie que les mêmes pôles se repoussent. Il est donc possible de créer un fluide magnétique stable sous la forme d’une solution colloïdale sans agglomération.
Outre le fluide magnétique, un aimant permanent et un arbre rotatif sont utilisés dans le joint à vide. Le joint à vide est doté d’un mécanisme permettant de le sceller tout en tournant à grande vitesse, mais il empêche tout contact entre l’arbre rotatif et le matériau polaire magnétique ou l’aimant permanent. Comme les solides n’entrent pas en contact les uns avec les autres, comme c’est le cas avec les feuilles d’huile, il n’y a pas de risque de frottement.
Structure du joint à vide
Il existe une large gamme de formes d’arbres de joints, allant de petits produits de quelques millimètres à de grands produits de plusieurs mètres. Les joints à vide sont constitués d’un arbre rotatif et d’une pièce polaire aux fortes propriétés magnétiques, et un champ magnétique est généré dans l’espace entre les deux matériaux.
En guidant le fluide magnétique à travers l’espace dans ce champ magnétique, le fluide magnétique forme un joint torique et adhère étroitement à la structure, empêchant toute intrusion de l’extérieur.
Caractéristiques des joints à vide
Grâce au contact entre l’arbre rotatif et le fluide, l’arbre rotatif peut être tourné à volonté sans abrasion. De plus, comme le fluide magnétique scelle l’espace le long des lignes de force magnétiques, il ne s’écoule pas en raison des différences de pression, ce qui permet de maintenir un environnement sous vide.
Plus la force magnétique est importante, plus la résistance à la pression de l’anneau formé par le fluide magnétique est élevée. En formant l’anneau en plusieurs étapes, on obtient un joint à vide résistant à la pression, qui peut supporter des pressions plus élevées.
La nature inerte des fluides magnétiques et leur faible pression de vapeur ont également une incidence sur la durée de vie du joint à vide. L’avantage d’utiliser des fluides magnétiques non réactifs est qu’ils sont résistants à la dégradation et peuvent être utilisés pendant une longue période.