Les isolateurs et traversées électriques en céramique

Les isolants électriques à scellement céramique-métal permettent de combiner les propriétés des deux matériaux (métal et céramique) pour en faire un seul composant. La présence d’une céramique technique comme l’alumine pure assure une excellente isolation électrique et la stabilité dimensionnelle du produit. La présence de métal permet d’avoir une conductivité électrique (là où elle est souhaitée) et garantie la soudabilité du composant.

Enfin, la brasure entre les deux matériaux assure la mise sous vide totalement hermétique de l’intérieur du composant. Ces isolateurs et composants isolants électriques sont idéaux pour de nombreuses applications à haute tension et/ou avec un courant électrique fort. Ils peuvent alors prendre différentes formes afin d’être utilisés notamment pour des applications industrielles, la recherche appliquée ou fondamentale ou dans les technologies de mesure et d'analyse avancées type synchrotron. 

Insulating tube

Pourquoi le choix de l’alumine comme matériau isolant électrique ?

L’alumine est une céramique technique présentant de nombreuses propriétés mécaniques et d’excellentes propriétés électriques et thermiques. Il s’agit d’un excellent isolant électrique et ce même à très haute température. C’est un matériau réfractaire : il peut supporter des températures extrêmes, allant jusqu’à 1950 °C par exemple pour du FRIALIT F99.7 (pure à 99,7 %). Sa stabilité dimensionnelle même à des températures élevées assure que les composants ne se déformeront pas, même s’ils sont portés à haute température. C’est aussi un matériau bénéficiant d’une haute résistance à la corrosion et à l’abrasion ce qui lui permet d’être utilisé en contact avec à peu près n’importe quel produit ou matériau. L’oxyde offre aussi une très bonne résistance à l’usure, ce qui permet d’en faire des produits avec une longue durée de vie opérationnelle. Ainsi l’alumine peut être utilisée dans des scellements céramique-métal et est une céramique hautes performances idéale pour des applications en tant qu’isolant électrique.

Quels sont les différents isolants céramiques que nous proposons ?

Les produits proposés sont faits d’alumine FRIALIT F99.7 et FRIALIT F99.7 hf (hf = hautes fréquences) pour la partie céramique. Sur demande, la partie en métal peut être faite en un métal non magnétique tel le titane, ce qui peut être utile dans certains domaines mettant en jeux des champs magnétiques importants.

Nous proposons des traversées électriques. Elles peuvent avoir un ou plusieurs conducteurs métalliques permettant à différents courants (de commande ou de puissance) de circuler à travers des câbles électriques d’une extrémité à l’autre de la traverse. La céramique offre une séparation fiable entre des milieux avec des potentiels différents, ce qui assure que les courants circulant dans les canaux seront isolés électriquement les uns des autres et surtout isolés de l’environnement extérieur. Les environnements ultra vides (UHV = ultra high vacuum) imposent de nouvelles exigences aux matériaux conventionnels et aux techniques de scellements céramique-métal. Ces traverses forment un excellent exemple d’isolateur électrique en céramique répondant à ces nouveaux enjeux. Elles sont idéales pour des applications sous-vides ou haute tension.

Des isolateurs et isolants électriques sont aussi disponibles. Ils peuvent être corrugués et leur surface peut être émaillée. La présence de corrugation augmente la ligne de fuite, ce qui permet d’atteindre une rigididé diélectrique plus importante. L'émaillage permet quant à lui de pouvoir entretenir le produit plus facilement et de pouvoir le nettoyer plus rapidement. Selon leur construction, nos tubes isolants peuvent servir pour des applications cryogéniques avec de l’hélium ou de l’azote liquide à des températures allant de –271 °C à 450 °C (mais leur température opérationnelle reste les températures ambiantes). La stabilité dimensionnelle de l’alumine permet de faire des mesures avec une très bonne précision.

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A quoi servent ces céramiques isolantes dans la recherche ?

Les isolateurs électriques en céramique sont très souvent utilisés dans la recherche et notamment dans la microscopie. En effet, les unités de mise au point des microscopes électroniques exigent des tolérances de seulement quelques µm, ce qui permet à des échantillons d’être observés avec une résolution maximum et la plus grande profondeur de champs possible. Une telle résolution et une telle profondeur de champs nécessite une excellente isolation électrique des différents composants qui peut être réalisée à l’aide d’isolants thermiques en céramique alumine.

Ces isolants céramiques peuvent aussi servir dans la recherche en physique fondamentale et en médecine, notamment dans le cadre des accélérateurs de particules (utiles dans le traitement de certains cancer). Les propriétés de l’alumine en font une céramique haute-performance idéale pour les composants d’accélérateur de particules, notamment pour injecter et extraire des particules de l’accélérateur. La présence de céramique (plutôt qu’un métal seul) permet aux pièces d’être utilisables malgré des champs électromagnétiques pulsés. Les scellements céramique-métal sont impressionnants en termes de propriétés et notamment de leur isolation électrique maximum, leur herméticité totale même sous haute pression ou pour des environnents sous ultra-vide.

Kicker chamber with DN 160 CF flange

Dans quels autres secteurs ces céramiques isolantes servent-elles ?

Les isolants électriques en céramique sont utilisés dans beaucoup de domaines qui font appel à certaines de leurs propriétés. Ils peuvent être utilisés par exemple pour des applications marines et sous-marines. Cette utilisation montre leur intérêt à haute pression : malgré des températures élevées et une pression très importante, le composant reste un isolant céramique électrique et la jointure entre l’alumine et le métal reste parfaitement étanche.

Ces isolants servent aussi dans la radiologie et le médical, pour les technologies à rayon X par exemple. Les composants en céramique assurent des diagnostics précis et fiables et des traitements sans risques pour les patients.

Ils sont souvent utilisés dans les technologies de mesure et de contrôle. En effet nos clients ont besoin de résultats précis et reproductibles, en toute sécurité. La céramique assure une protection sur le long terme de capteurs très sensible et ce malgré des conditions extrêmement exigeantes.

L’isolation électrique étant une propriété primordiale dans de nombreux domaines, notre large gamme d’isolants céramiques est utile dans beaucoup d’autres secteurs comme l’industrie des semi-conducteurs, l’électrotechnique, les accélérateurs de particules ou encore les enceintes sous vide ou ultravide pour la recherche appliquée ou fondamentale. 

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