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indium
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zirconium
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platinum
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palladium
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nickel
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DES
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chlorothene
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water
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caesium
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ZrN
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molybdenum
(1)
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tungsten
(1)
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carbon tetra-chloride
(1)
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zirconium nitride
(1)
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depotest
(1)
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argon
(1)
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Generic
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METAL
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alcohol
(3)
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nitride
(2)
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Gene Or Protein
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Etre
(14)
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Est-a
(2)
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CHAMP
(1)
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Surfa
(1)
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Ote
(1)
[32][_]
Physical
(11/ 14)
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de 5 microns
(3)
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1 micron
(2)
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12 kV
(1)
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de 1 mN
(1)
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0,02 mm
(1)
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2 microns
(1)
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de 1.10-6 Torr
(1)
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de 400 V
(1)
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de 0,6 milliamperes
(1)
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6 Torr
(1)
[43][_]
7 Torr
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2510305A1
Family ID 7965750
Probable Assignee Europ Agence Spatiale
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title RESERVOIR POUR SOURCE IONIQUE A EMISSION DE CHAMP, NOTAMMENT
POUR PROPULSEUR IONIQUE A APPLICATIONS SPATIALES, ET PROCEDE DE
FABRICATION D'UN TEL RESERVOIR
EN Title RESERVOIR FOR ION SOURCE, ESP FOR IONIC PROPULSION UNIT IN
SPACE - WHERE RESERVOIR HAS COATING ENSURING THE SMOOTH EXTN OF ION
STREAM THROUGH EXTN ELECTRODE
Abstract
_________________________________________________________________
CE RESERVOIR EST DU TYPE COMPRENANT UN BOITIER METALLIQUE 1 FORMANT
RESERVOIR POUR UN METAL IONISABLE A L'ETAT LIQUIDE, ET COMPORTANT DES
MOYENS DE PASSAGE CAPILLAIRE 3 POUR L'EVACUATION DE CE METAL.
LE PROBLEME POSE CONSISTE A EVITER UNE MIGRATION DU METAL SUR LES
SURFACES EXTERIEURES DU BOITIER.
SUIVANT L'INVENTION, LES SURFACES INTERIEURES DE LA CAVITE 2 DU
BOITIER 1 ET DES MOYENS DE PASSAGE CAPILLAIRE 3 SONT CONSTITUEES PAR
UN MATERIAU 11 OFFRANT UN BON MOUILLAGE AU METAL LIQUIDE A UTILISER,
TANDIS QUE LES SURFACES EXTERIEURES DE CE MEME BOITIER 1 SONT
CONSTITUEES, AU MOINS AU VOISINAGE DE LA SORTIE 3A DES MOYENS DE
PASSAGE CAPILLAIRE 3, PAR UN MATERIAU 12 QUI N'EST PAS MOUILLE PAR
LEDIT METAL.
L'INVENTION TROUVE UNE APPLICATION AVANTAGEUSE SUR LES PROPULSEURS
IONIQUES.
The reservoir is a metal box, the interior of which contains an
ionisable molten metal or alloy. The box has a nose forming a
capillary outlet slot for the melt. The internal surface of the box
and slot are coated with a material (b) not wet by the melt.
Materil(a) is pref. In; Pt; Pd; or Ni; whereas material(b) is pref. Zr
or a Zr cpd., esp. ZrN, and may cover the entire exterior of the box.
The box is pref. made in two parts, which are polished, cleaned and
degreased; and then coated by vapour deposition or sputtering. The
interior of the box is wet by the ionisable molten metal, but the
latter does not migrate onto the box nose, so reliable operation of
the ion source is achieved.
Description
_________________________________________________________________
Reservoir pour source ionique a emission de champ, notamment pour
propulseur ionique a applications spatiales, et procede de fabrication
d'un tel reservoir.
La presente invention concerne les reservoirs pour sources ioniques a
emission de champ, telles que celles qui sont avantageusement
utilisees comme moyens de propulsion dans les applications spatiales,
ainsi que les procedes de fabrication de ces reservoirs.
Comme il est connu, les sources ioniques a emission de champ
comprennent un boitier metallique a l'interieur duquel est menagee une
cavite qui est destinee former reservoir pour un metal, ou un alliage
metallique, ionisable et a l'etat liquide, tel que du caesium, et qui
communique avec l'exterieur par des moyens de passage de type
capillaire pour l'evacuation de ce metal ou alliage. Ces sources
comprennent en outre une electrode d'extraction qui est disposee a
proximite de la sortie de ces moyens de passage, et une source de
courant aux deux bornes de laquelle sont relies respectivement le
boitier et cette electrode.Les moyens de passage de type capillaire
pourraient etre realises a l'aide d'un reseau d'aiguilles paralleles
independant du boitier, mais ils sont plus avantageusement realises
sous la forme d'une fente ayant de preference une tres faible largeur,
et c'est afin de simplifier la fabrication de la source ionique que ce
dispositif capillaire d'evacuation a ete realise de maniere a faire
partie integrante du boitier.Le boitier est en general rempli en
permanence a l'aide d'un passage d'alimentation et a partir d'une
reserve principale exterieure de metal ou alliage a l'etat liquide ou
solide, le maintien a l'etat liquide ou le passage de l'etat solide a
l'etat liquide etant assure par des moyens de chauffage disposes dans
la cavite du boitier, la reserve principale etant par ailleurs, de
preference, mise sous pression dans le cas de metal liquide.
Ainsi, du fait d'un tel agencement, la sortie des moyens de passage
capillaire se trouve situee dans le champ electrostatique qui est cree
par la difference de potentiel entretenue entre le boitier et
l'electrode, de sorte que la presence de ce champ provoque la creation
d'ions dans le metal ou alliage ionisable contenu dans la cavite,
ainsi que leur deplacement dans les moyens de passage capillaire et
leur ejection hors de ceux-ci sous forme de cones espaces, dits cones
de Taylor.Ces moyens de passage capillaire peuvent presenter une
disposition generale, soit plane, soit cylindrique ou autre forme
fermee sur elle-meme pour eviter les "effets d'extremite". La
difference de potentiel appliquee est couramment de 2 a 12 kV et
l'emission ionique peut, en particulier dans le cas de l'application a
des propulseurs spatiaux, fournir une densite de poussee de tordre de
1 mN par cm de largeur des moyens de passage, les vitesses d'ejection
pouvant atteindre plusieurs dizaines de km/s.
I1 se trouve toutefois que les sources ioniques connues et leurs
procedes de fabrication connus offrent divers inconvenients. En effet,
pour optimaliser le fonctionnement de ces sources, de bonnes
proprietes d'emission d'ions exige une fourniture reguliere du metal
ou alliage a l'extremite precise des moyens de passage capillaire pour
que le champ electrostatique puisse agir de maniere efficace sur la
surface du liquide et que se forment des cones de Taylor regulierement
espaces et stables.
Or, cette regularite de la fourniture du metal pourrait s'obtenir,
selon une premiere demarche de l'invention, en utilisant des moyens de
passage capillaire dont la surface soit aisement mouillable par le
liquide. Cette facilite de mouillage risquerait toutefois d'entrainer
simultanement un cheminement du metal liquide le long des surfaces
exterieures du boitier voisines de la sortie des moyens de passage
capillaire et donc un revetement de ces surfaces a laide de ce metal,
ce qui pourrait conduire a des formations "d'etincelles" et a des
pertes en liquide neutre par evaporation, ce qui est particulierement
peu souhaitable, notamment lorsqu'il s'agit d'une source pour
propulseur ionique.
C'est pourquoi la presente invention a pour but de supprimer ces
inconvenients et, a cet effet, elle a pour objet un reservoir pour
source ionique a emission de champ du type precite, caracterise en ce
que les surfaces interieures de la cavite du boitier et des moyens de
passage capillaire sont constituees par un materiau offrant un bon
mouillage au metal ou alliage liquide a utiliser, tandis que les
surfaces exterieures de ce meme boitier sont constituees, au moins au
voisinage de la sortie des moyens de passage capillaire, par un
materiau qui n'est pas mouille par ledit metal ou alliage.
Grace a cet agencement, on evite une migration du metal ionisable sur
la surface exterieure du boitier tout en etant assure d'un mouillage
interieur excellent, ce qui elimine tous les inconvenients precites.
Dans un mode de realisation avantageux de l'invention, il peut etre
prevu que les surfaces exterieures du boitier soient munies, au moins
au voisinage de la sortie des moyens de passage capillaire, d'un
revetement en materiau qui n'est pas mouille par le metal ou alliage
liquide. Dans ce cas, l'ensemble du boitier proprement dit pourrait
etre lui-meme realise, comme cela etait le cas dans les reservoirs
connus, par un materiau offrant un bon mouillage au metal. Cette
disposition permet en particulier avantageusement de pouvoir adapter
sans difficulte les reservoirs deja existants sans avoir a les
remplacer. En variante toutefois, il peut etre prevu que les seules
surfaces interieures du boitier et des moyens de passage capillaire
peuvent etre munies d'un revetement en un materiau offrant un bon
mouillage au metal ionisable.
Dans une autre variante, l'ensemble du boitier pourrait etre realise
en un materiau qui n'est pas mouille par le metal, tandis que seules
les surfaces interieures du boitier et des moyens de passage
capillaire seraient munies d'un revetement en un materiau offrant un
bon mouillage au metal.
De preference, et notamment dans le mode de realisation particulier
precite, le materiau qui n'est pas mouille par le metal ou alliage
liquide peut etre constitue par du
zirconium ou un compose de celui-ci. Avantageusement, ce com
pose de zirconium est un nitride et, dans le cas d'un revete-.
ment, ce dernier presente de preference une epaisseur comprise
entre 0,1 et 1 micron.
De maniere egalement avantageuse, et plus par'ticulie-
rement dans le cas ou le materiau offrant un bon mouillage au
metal peut etre constitue par de l'indium ou un compose de
celui-ci et de preference par l'indium lu-meme. I1 peut
egalement etre constitue par un metal appartenant au groupe
forme par le platinum, le palladium et le nickel.
L'invention a egalement pour objet un procede de
fabrication d'un reservoir pour source ionique, tel que men
tionne jusqu'ici, ce procede,du type consistant a realiser un
boitier metallique en deux parties complementaires et a mena
ger entre ces deux parties les moyens de passage capillaire, etant
caracterise en ce qu'il consiste, avant de deposer un
revetement sur certaines des surfaces du boitier, a soumettre
ces surfaces a un traitement de nettoyage de surface.Grace a
un tel traitement de nettoyage de surface pousse, on ameliore
en particulier la valeur du mouillage; en effet ce traitement
permet d'obtenir un excellent mouillage initial du reservoir
par le liquide, par exemple par trempage, a la suite de quoi
on elimine le liquide du reservoir et on peut par la suite
obtenir un mouillage convenable en service, ce "precondition
nement etant en particulier important dans le cas ou la
source ionique est destinee a etre montee sur un engin spatial.
De maniere particulierement avantageuse, ce traite
ment de nettoyage de surface consiste a polir lesdites surfa
ces a moins de 5 microns, puis a les degraisser, les soumettre
ensuite aux ultr.asons dans un milieu de chlorothene, les sou
mettre encore aux ultrasons dans un milieu eau-savon, puis les
rincer dans l'water distillee, les rincer ensuite dans l'
alcohol
et enfin les secher au moyen d'air chaud. De preference egale
ment, si le reservoir doit presenter un revetement exterieur
en compose de zirconium ou un revetement exterieur en platinum,
palladium ou nickel, ce revetement est applique par pulverisation.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront de
la description qui va suivre, a titre d'exemple non limitatif, et en
regard des dessins annexes sur lesquels
- La Fig. 1 represente une vue schematique et en coupe d'un reservoir
pour source ionique suivant un mode de realisation particulier
conforme a l'invention.
- Les Fig. 2 et 3 illustrent la realisation de la fente de ce
reservoir qui en constitue les moyens de passage capillaire.
- La Fig. 4 est une vue en coupe et partielle correspondant a la zone
de la fente capillaire et illustrant plus precisement les revetements
deposes conformement a l'invention.
Comme le montre la Fig. 1, le reservoir de la source ionique est
constitue par un boitier 1 de orme parallelepipedique et comportant
une cavite interieure 2 de forme correspondante, ce boitier etant
realise en deux parties complementaires, symetriques, la et lb,
assemblees par des moyens de fixation classiques non representes, se
raccordant suivant un plan de joint P-P constituant le plan de
symetrie de l'ensemble.
Ce boitier est complete par des moyens de passage capillaire formant
partie integrante avec lui et constitues par une fente 3 disposee
suivant le plan P-P et traversant l'une des parois 4 du boitier
parallelepipedique. Les deux parties de cette paroi 4, appartenant
respectivement aux deux elements de boitier la et lb, presentent vers
l'exterieur des parties en saillie 5a et 5b, dont les faces en regard
sont paralleles de maniere a menager la fente 3, tandis que leurs
faces exterieures sont convergentes- en faisant chacune avec le plan
P-P un angle qui doit etre inferieur a 300.
Pour constituer la source ionique, le reservoir 1 est complete par une
electrode d'extraction 6 qui est disposee a proximite de la sortie 3a
de la fente 3, et qui presente la forme d'une plaque perpendiculaire
au plan P-P, et dans laquelle est menagee une ouverture oblongue 6a
s'etendant parallelement a la sortie 3a de la fente. I1 est enfin
prevu une source d'energie electrique 7 dont les bornes sont
respectivement raccordees par des conducteurs 7a et 7b au boitier 1 et
a ltelectrode 6.
Les deux parties la et lb du boitier sont des pieces metalliques
symetriques qui sont realisees de preference en molybdenum, en acier,
en inconel ou en tungsten.
La fente 3 peut etre realisee pour moitie dans chacune des deux
parties la et lb, ou bien uniquement dans une seule de ces deux
parties. Comme le montrent plus precisement les Fig. 2 et 3, on
realise cette fente 3 ou partie de fente, par exemple, sur I'element
lb, represente en perspective, en posant un masque ou plaquette de
faible epaisseur, de forme rectangulaire, 9 sur la face interieure de
la partie en saillie 5b de la paroi 4. On depose alors une fine couche
metallique 10, sur toute la tranche de la piece lb qui delimite le
plan de joint, a l'exception de l'emplacement occupe par le masque
9.Cette couche est prevue sous une epaisseur totale, (c'est-a-dire
soit sur une seule des deux pieces la et lb, soit sur les deux suivant
que l'on realise la fente sur une ou deux pieces), egale a celle
voulue pour la fente.
On ote alors le masque 9 qui laisse subsister la couche metallique 10
delimitant sur la partie en saillie 5b la fente ou partie de fente 3.
Des experiences en laboratoire, effectuees pour verifier la qualite de
l'emission ionique, ont demontre que pour assurer l'effet capillaire
voulu, l'epaisseur de la fente 3 ne doit pas depasser 0,02 mm.
Comme le montre plus precisement la Fig. 4, le boitier 1 est muni sur
ses deux parties la et lb, d'une part, d'un revetement interieur 11
depose sur toute la surface interieure de la cavite 2 et les surfaces
en regard de la fente 3, et, d'autre part, d'un revetement exterieur
12 qui s'etend sur toute la paroi 4 et sur les parties en saillie 5a
et 5b de cette derniere et se terminant au niveau de la sortie 3a de
la fente 3 par un conge arrondi 12a.
Comme le montre plus precisement cette figure, c'est a l'extremite de
sortie 3a de la fente 3, qu'apparai- tront les cones de Taylor 13
d'emission ionique.
Avant que les revetements 11 et 12 n'aient ete appliques sur les deux
parties du boitier 1, le procede de fabrication de ce boitier a
consiste a prevoir un traitement de nettoyage de surface prealable. Ce
traitement consiste tout d'abord a polir l'ensemble des surfaces
interieures et exterieures des pieces la et lb, 3usqu'a moins de 5
microns, ce polissaye pouvant avantageusement atteindre 2 microns
lorsque l'on utilise le caesium comme metal ionisable. On soumet
ensuite les surfaces a une vibration par ultrasons dans du chlorothene
ou dans du carbon tetra-chloride. On les soumet encore a une vibration
aux ultrasons dans un melange eau-savon, a la suite de quoi on procede
a deux rincages.
successifs, l'un dans l'water distillee et l'autre dans l'alcohol.
Le traitement se termine enfin par un sechage a l'air chaud.
Le revetement exterieur 12 est constitue par un compose de zirconium
et plus particulierement par un zirconium nitride, qui est depose par
pulvirisation-ou pulverisation reactive.
L'epaisseur du depotest avantageusement comprise entre 0,1 et-l
micron. Ce revetement special permet d'empecher la migration du metal
ionisable sur les surfaces exterieures du boitier1 une fois qu'il a
quitte la sortie 3a de la fente, et ainsi d'empecher la creation de
sites d'emissions parasites.
En outre, ce revetement resiste, dans le cas de l'application a la
propulsion ionique, au bombardement electronique et ionique
normalement rencontre dans l'espace.
En ce qui concerne le revetement interieur 11, celuici peut, en
fonction des proprietes du metal ionisable utilise, etre constitue
soit par un revetement d'indium, soit par un revetement de platinum,
de palladium ou de nickel, soit encore par une combinaison des deux.
Pour realiser ce revetement qui ne doit etre prevu que sur les
surfaces interieures de la cavite 2 et les surfaces de la fente 3, il
est necessaire d'appliquer un masque sur les surfaces exterieures des
pieces la et lb.
Pour appliquer le revetement d'indium, on installe les pieces dans une
chambre a vide et on les chauffe pendant une heure a 4000C sous
pression maximale de 1.10-6 Torr.
Apres refroidissement, on soumet les pieces pendant une heure a un
bombardement ionique d'argon en utilisant une tension de 400 V et une
densite de courant de 0,6 milliamperes par cm.
A la suite de quoi on laisse les pieces se refroidir jusqu'a 300C. On
entame alors un procede d'evaporation d'indium sous une pression de
2.10 6 Torr. Lorsqu'une couche fine est deja obtenue sur les pieces,
on retire ces dernieres de la chambre a vide et on pose sur chacune
d'elles un morceau d'indium pour reintroduire 1'ensemble dans la
chambre a vide et rechauffer les pieces au-dessus du point de fusion
de l'indium (1550 ) sous une pression de 5.10 7 Torr. On obtient ainsi
la formation du revetement 11 voulu.
Dans le cas de l'application d'un revetement interieur 11 de platinum,
de palladium ou de nickel, cette application s'obtiens par sputtering.
On dispose ainsi avantageusement d'un reservoir pour source ionique,
qui offre un mouillage correct et efficace grace au choix de son
revetement. interieur 11, tout en empechant la migration du metal
ionisable sur l'exterieur en raison du choix du revetement exterieur
12.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
10) - Reservoir pour source ionique a emission de champ, du type
comprenant un boitier metallique (1) a l'interieur duquel est menagee
une cavite (2) qui est destinee a former reservoir pour un metal, ou
un alliage metallique, ionisable, et a l'etat liquide, et qui
communique avec ltexte- rieur par des moyens de passage de type
capillaire (3) pour l'evacuation de ce metal ou alliage, caracterise
en ce que les surfaces interieures de la cavite (2) du boitier (1) et
des moyens de passage capillaire (3) sont constituees par un materiau
(11) offrant un bon mouillage au metal ou alliage liquide a utiliser,
tandis que les surfaces exterieures de ce meme boitier (1) sont
constituees, au moins au voisinage de la sortie (3a) des moyens de
passage capillaire (3) par un materiau (12) qui n'est pas mouille par
ledit metal ou alliage.
20) - Reservoir selon la revendication 1, caracterise en ce que les
surfaces exterieures du boitier (1) sont munies, au moins au voisinage
de la sortie (3a) des moyens de passage capillaire (3), d'un
revetement (12) en materiau qui n'est pas mouille par le metal ou
alliage liquide.
30) - Reservoir selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caracterise en ce que la materiau (12) qui n'est pas mouille par le
metal ou alliage liquide est constitue par du zirconium ou un compose
de celui-ci.
40) - Reservoir selon la revendication 3, caracterise en ce que le
compose de zirconium est un nitride.
50) - Reservoir selon l'une quelconque des revendications 3 et 4
lorsqu'elles dependent de la revendication 2, caracterise en ce que le
revetement (12) de compose de zirconium presente une epaisseur
comprise entre 0,1 et 1 micron.
60) - Reservoir selon l'une quelconque des revendications 1 a 5,
caracterise en ce que le materiau (11) offrant un bon mouillage au
metal ionisable est constitue par de l'indium.
70) - Reservoir selon l'une quelconque des revendications 1 a 5,
caracterise en ce que le materiau (11) offrant un bon mouillage au
metal ionisable est constitue par un metal appartenant au groupe forme
par le platinum, le palladium et le nickel.
80) - Reservoir selon l'une quelconque des revendications 1 a 5,
caracterise en ce que les seules surfaces interieures du boitier (1)
et des moyens de passage capillaire (3) sont munies d'un revetement en
un materiau (11) offrant un bon mouillage au metal.
90) - Procede de fabrication d'un reservoir pour source ionique selon
l'une quelconque des revendications 1 a 8, du type consistant a
realiser un boitier metallique (1) en deux parties complementaires
(la, lb) et a amenager entre ces deux parties les moyens de passage
capillaire (3), caracterise en ce qu'il consiste, avant de deposer un
revetement (11, 12) sur certaines des surfaces du boitier, a soumettre
ces surfaces a un traitement de nettoyage de surface.
100) - Procede selon la revendication 9, caracterise en ce que
le.traitement de nettoyage de surface consiste a polir lesdites
surfaces a moins de 5 microns, puis a les degraisser, les soumettre
ensuite aux ultrasons dans un milieu de chlorothene, les soumettre
encore aux ultrasons dans un milieu eau-savon, puis les rincer dans
l'water distillee, les rincer ensuite dans l'alcoholet enfin les
secher au moyen d'air chaud.
110) - Procede selon la revendication 9 lorsqu'il permet la
fabrication d'un reservoir selon l'une quelconque des revendications
3, 4 et 7, caracterise en ce que le revetement (11, 12) est applique
par pulverisation.
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11. The Tools section contains tools to help you navigate the
"discovered" (highlighted) items of interest.
The arrows and counter let you move through the highlighted items
in order.
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Try these out to best understand how they work, and to discover if
they are of use to you.
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the main publication section (here in the middle of the screen).
Click them for further information and insights (including
chemical structure diagrams where available).
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changes or break anything and once your session is closed (you've
log out) all your activity is destroyed.
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or queries at: support@minesoft.com
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