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NanoSciences de Paris
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Chambre UHV « made in » INSP

JPEG Pour étudier l’interaction d’ions lents avec des surfaces, un des projets de l’équipe ASUR1, une chambre sous ultra haut vide (UHV) répondant à des spécificités très particulières a été conçue et réalisée au sein de l’institut. Sa conception a été assurée par Sébastien Steydli et Jacques Mérot en collaboration étroite avec l’équipe ASUR ; sa réalisation a été effectuée dans nos ateliers par Jacques Mérot et Christophe Rafaillac pour la fabrication de l’ensemble des pièces et brides, et par Eric Descarpentri pour la soudure. Seuls le nettoyage et le sablage des parois ainsi que les tests sous UHV (soit la préparation classique UHV) ont été réalisés par une entreprise extérieure. Cette opération est un succès : la chambre répond à tous les critères mécaniques requis pour le montage de l’ensemble expérimental, à la contrainte d’UHV (test validé à 10-11 mbar), tout en alliant une extrême souplesse dans sa conception (en s’adaptant aux idées « de dernières minutes » des chercheurs) avec un coût pour l’équipe qui n’a évidemment rien à voir avec celui d’une même réalisation confiée à une entreprise extérieure.

 

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A gauche : schéma de conception de la chambre répondant aux critères et exigences des mesures prévues ; à droite la chambre réalisée à l’INSP

Contact : Sébastien Steydli

1 ASUR : Equipe Agrégats Surfaces sous excitations intenses : Nanomatériaux : croissance, polarité et excitations fortes

 

Chambre UHV « made in » INSP

La réalisation

La chambre

Le design de cette chambre de 350 mm de diamètre a été spécialement adapté pour permettre des mesures de spectroscopie X à différents angles de détection, grâce à une structure modulaire en trois parties. Les échantillons sont introduits par l’intermédiaire d’un sas à entrée rapide équipé d’une adaptation pour valises ultravides (permettant un transport d’une manip’ à l’autre, sans contact à l’air). Tous les composants sont compatibles avec des supports d’échantillon de type Omicron. Un spectromètre d’ions fonctionnant sous UHV, lui aussi entièrement conçu et réalisé à l’INSP, sera placé sur la bride DN100CF faisant face à celle par laquelle entrera le faisceau d’ions multichargés. Il permettra de mesurer la perte d’énergie et le changement d’état de charge des ions ayant interagi avec la surface. Cette chambre recevra prochainement un goniomètre 6 axes qui permettra un positionnement précis de l’échantillon par rapport au faisceau d’ions ainsi que de faire varier la température de l’échantillon sur une gamme de -175°C à 900°C. La conception de ce goniomètre a été assurée par une étroite collaboration entre Sébastien Steydli, Jacques Mérot et l’équipe ASUR d’une part et l’entreprise VINCI d’autre part, qui en assure aussi la réalisation. L’ensemble est monté sur un bâti modulable et équipé de 3 pieds (x,y,z) permettant un alignement fin avec la ligne de faisceau – équipement aussi conçu et réalisé à l’INSP.

 

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Schéma de conception de la chambre répondant aux critères et exigences des mesures prévues.

Les différentes pièces et brides réalisées à l’INSP

La chambre a été fabriquée entièrement en inox 316L. Les deux fonds bombés ainsi que les tubes de différents diamètres ont été achetés dans le commerce. La première étape a été de dimensionner les trois éléments du corps de la chambre afin de souder les brides DN350CF. Ceci permet ensuite un meilleur bridage pour l’usinage des fonds bombés et des tubes pour la préparation à la soudure. L’usinage a été réalisé avec la fraiseuse 5 axes à commande numérique du laboratoire.

 

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Usinage d’un fond bombé

 

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Usinage du tube de 350mm

La chambre est équipée de brides DN200CF et DN150CF, de brides DN100CF à la fois tournantes et intégrées ainsi que de brides DN40CF : tous ces éléments ont également été fabriqués dans nos ateliers à l’aide de nos machines à commandes numériques.

 

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Brides et tubes avant soudure

 

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Bridage des éléments avant soudure

 

Après l’usinage des pièces, il a fallu assembler les différents éléments et les fixer correctement afin d’éviter tout déplacement lors de la soudure.

L’ensemble étant soudé, nous avons ensuite sous-traité le nettoyage de la chambre suivant les règles de l’art en UHV : microbillage, passivation, étuvage pendant 72h à 300°C et test de fuite à l’hélium.

Enfin la chambre, soutenue en 3 points qui sont réglables suivant (x,y,z), a été montée sur une châssis modulable permettant de s’adapter à l’équipement qui sera connecté.

 

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Chambre nettoyée et montée sur son châssis

Le coût détaillé de l’opération

 

Matériel/pièces

 Fournisseur Quantité Prix HT

Fonds bombés

 Aciérie de la Seine 2 580 €

Brides 350 CF

 MDC 4 2 260 €

Joints CU 350 CF

 MDC 10 410 €

Tube 316L, diam ext. 42,4 ép 1,6 mm

 STIM 1m 50 €

Ronds pour brides 316L

CF 200

CF 150

CF 100

CF 63

CF 40

 Euralliage par magasin

 

1

1

5

4

12

 997 €

Tubes 316L à partir d’une plaque ép. 2mm*

 Euralliage par magasin
2 m x 1 m
682 €

Tubes 316L de diam 349,6/355,6mm
1 m

Viserie TH 10x70 inox + rondelles

 A2 par magasin 100 100 €

Préparation UHV

 Vinci

 

 1 650 €

Chassis

 FIO

 

 1 570 €

8 299 €
* C’est Eric Descarpentri qui a découpé, roulé et soudé pour faire les tubes
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