Brevet FR2108120A1 — publié le 19720512

La présente invention a pour objet la gravure de trous selon un modèle déterminé, pour une filière, lesdits trous traversant ne pluralité de disques plats, relativement minces en un verre opacifiable par photosensibilité, chaque trou présentant un contour correspondant à celui dtune filière ou d'une plaque de filière réalisée à partir des disques.Les trous gravés dans chacun des disques présentent des diamètres identiques qui, cependant, diffèrent de certains disques à autres, de façon que l'on puisse empiler ces disques pour obtenir ainsi un corps homogène ou plaque de filière traversée par des trous dont le contour est conforme à celui des capillaires d'une pluralité de capillaires de filière, qui sont en un verre thermiquement dévitrifiable et, que lton introduit par la suite dans les trous.On expose ensuite les disques et les capillaires à des rayonnements d'ondes courtes, tèlles que des rayons ultra-violets, et l'assemblage, comprenant les disques et les capillaires de filière, est alors soumis à un programme thermique et de compression pour fusionner les disques les uns aux autres et aux capillaires et, en même temps, transformer ltassem- blage en un corps en céramique de verre pour réaliser une filière en céramique de verre en matériau très solide, durable et résistant à la corrosion, et contenant des capillaires de filière, présentant des parois très lisses dans toute ltépaisseur de la filière. En raison de la résistance élevée à la corrosion, de la durabilité et de la résistance à la rupture des corps en céramique de verre, on sait déjà qutune filière comprenant un corps en céramique de verre serait idéale. En conséquence, lton fixe des fils, selon un modèle déterminé de capillaires pour filière dans un corps de verre fondu susceptible d'être traité ultérieurement et soumis à un cycle thermique ou programme, pour transformer le corps vitreux solidifié en un corps en céramique de verre.Ensuite lton attaque les fils du corps vitreux Solidifié à l'aide d'un décapant approprié et puis 1 ton transforme le corps vitreux en un corps en céramique de verre, pcr produire une filière traversée par des trous ou capillaires selon la crniiguration desdits fils. Cependant, les parois de ces trous ou capillaires de filière ne sont pas suf fisamment lisses pour être généralement adoptés par les fabricants de filaments artificiels. Cn a aussi proposé de masquer, selon un modèle déterminé de capillaires de la filière, une face dune plaque de verre opacifia ble par photosensibilité, soit par un négatif photographique dudit modèle, soit par une technique appropriée de masquage photorésistant pour obtenir ledit modèle, et ensuite lton soumet la face masquée de la plaque à des rayons ultra-violets pour irradier les zônes non masquées définissant ledit modèle sur ladite face et rendre ces zones opacifiables par traitement thermique. Pour mettre en oeuvre un tel procédé l'on opacifie les zônes non masquées de la manière exposée et ensuite lton dissout, à laide d'un décapant approprié, les zones opacifiées de la plaque de verre pour réaliser des capillaires de filière traversant la plaque selon le modèle désiré.Cependant, les plaques obtenues d'après ce procédé ne sont pas satisfaisantes pour les filières car, comme dans le cas du procédé précédent et expérimenté, les parois des capillaires ne sont pas assez lisses. Les filières doivent également être relativement épaisses pour résister aux pressions auxquelles elles seront soumises au cours de leur utilisation et dans les plaques d'épaisseur requise gravées selon la technique de masquage l'on constate que les parois des capillaires de la filière présentent des dépouilles de gravure inacceptables. En conséquence, c t est un objet de la présente invention de fournir des plaques de filière traversées par des capillaires dont les parois internes sont très lisses, ces plaques étant constituées par des assemblages de disques en un verre opacifiable par photosensibilité. Un autre objet de la présente invention consiste à fournir une filière en céramique de verre traversée par des capillaires, dont les parois extrêmement lisses ont une forme déterminée, cette filière présentant une résistance mécanique et une durabilité élevées et une très bonne résistance aux agents corrosifs. Pour réaliser les objets précités, selon la forme de réalisation préférée de l'invention, lton utilise une pluralité de disques plats et relativement minces en un verre opacifiable par photosensibilité. Chacun de ces disques comporte un modèle identique de trous gravés au travers du disque considéré, mais les diamètres des trous de certains disques diffèrent des autres.Chacun de ces disques est exposé à des rayonnements d'ondes courtes, puis les disques sont empilés pour constituer un assemblage de plaques formant une filière traversée par des trous dont la forme correspond sensiblement au contour extérieur des capillaires de la fi lière qui sont de préférence, mais pas nécessairement, fabriqués à partir du même type de verre que les plaques et que l'on introduit ensuite dans les trous-desdites plaques pour obtenir le corps de filière par assemblage.Cet assemblage ou filière, comprenant les disques et les capillaires est ensuite soumis à un programme thermique et de compression pour transformer tout l'ensemble en un assemblage en céramique de verre et faire fusionner les différentes parties de l'assemblage pour fournir une filière en céramique de verre sensiblement homogène, présentant les caractéristiques précitées de durabilité, de résistance mécanique et à la corrosion. Les caractéristiques ci-dessus, leurs avantages ainsi que d'autres caractéristiques et avantages secondaires, apparaitront de façon plus détaillée dans la description ci-après d'un mode particulier de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins en annexe sur lesquels - la fig.I est une vue de dessus d'un disque utilisable dans le cadre de l'invention et gravé selon un modèle déterminé de trous ayant un premier diamètre - les fig. 2 et 3, qui sont des vues analogues à la fig I, représentent des second et troisième disques que l'on peut utiliser, ces disques étant traversés de trous ayant respectivement des second et troisième diamètres, selon le même modèle déterminé - la fig. 4 est une vue en élévation représentant une pluralité de disques des fig. I, 2 et 3, empilés les uns sur les autres, pour former l'assemblage de ces disques - la fig. 5 est une vue de dessus de la pile de disques de la fig 4, prise le long de la ligne 5-5 de la fig. 4, représente les séries de trous concentriques et de diamètres différents, traversant la pile - la fig. 6 représente une vue de dessus de la pile de disques des fig. 4 et 5 et des capillaires formant une filière après l'introduction des capillaires dans chaque série de trous de la pile de disques - la fig. 7 est une coupe partielle d'une partie de la pile de disques représentée aux fig. 4 et 5, cette coupe prise le long de la ligne 7-7 de la fig. 6 représentant un élément capillaire de la filière introduit dans un des trous de la série traversant la pile de disques - la fig. 8 est une vue analogue à la fig. 6 mais représente ladite coupe partielle de la pile de disques des fig. 4 et 5, et le capillaire de la filière réalisé, après le traitement de l'assemblage (comprenant la pile et ses capillaires) selon un programme thermique et de compression, pour transformer l'assemblage en un assemblage en céramique de verre et faire fusionner les différentes parties pour constituer un assemblage de filière homogène. Les mêmes chiffres de référence représentent des parties analogues sur chaque figure des dessins. Si lton détaille les dessins, les figures I à 4 représentent une pluralité de disques minces et relativement plats, tels que I2, I3 et I4, traversés par des trous, tels que I2a, I3a et I4a, respectivement. Ces disques sont en verre opacifiable par photosensibilité, qui peut présenter la composition décrite, par exemple, dans les brevets américaines NO 2.684.9II ou 2.971.853. On peut, par exemple, réaliser les trous des disques I2, I3 et I4 par n'importe laquelle des techniques dites de sculpture, que l'on dé crira ultérieurement. On masque l'une des faces de chaque disque avec un négatif photographique présentant des zones claires définissant le diamètre et le modèle des trous désirés dans le disque correspondant. On expose ensuite cette face masquée du disque à des rayonnements d'ondes courtes, telles que des radiations ultra-videttes, pour transformer les zones irradiées de la face selon le modèle de trous et les régions internes du disque, afin de les rendre opacifiables par traitement thermique. On soumet ensuite les disques à un programme thermique pour opacifier ces zones et régions selon le modèle de trous, puis on les traite avec un décapant approprié tel qu t une solution aqueuse d'acide fluorhydrique qui grave les trous dans chaque disque selon le modèle déterminé. On peut se reporter au brevet américain NO 2.628.I60 si lton désire des détails supplémentaires sur le procédé de gravure desdits trous dans les disques. L'autre procédé de réalisation des trous dans lesdits disques est analogue à celui prédécrit sauf que l'on remplace le masquage des faces des disques avec des négatifs photographiques par la technique du masque photorésistant pour obtenir le modèle déterminé de trous sur la face des disques. Les spécialistes connaissent très bien ces techniques photorésistantes et de masquage, et donc, on considère qu'il est inutile de les détailler. Dans un exemple de fabrication d'une plaque de filière, se lr l'invention, on réalise sur un ensemble de cinq disques tels que 2, par l'une des techniques précitées dites de sculpture, des trns IPa de diamètre représenté à la fig. I des dessins. On grave sur un autre disque, tel que IX, des trous tels que 13a de diamètre représenté à la fig. 2, le modèle de trous ménagés dans les disques 15 étant analogue au modèle de trous ménagés dans les disques tels que 12.On grave aussi sur un troisième disque, tel que I4, des trous tels que 14a de diamètre représenté à la fig. 3, le modèle de ces trous du disque 14 étant analogue au modèle des trous ménagés dans les disques tels que I2 et I3. Les disques I2, I3 et I4 sont tout d'abord exposés ou soumis à des rayonnements d'ondes courtes, telles que des rayons ultra-violets, puis les disques sont empilés les uns sur les autres pour constituer une pile de disques 15, les cinq disques tels que I2 étant au-dessus, le disque I4 en dessous de la pile, comme représenté à la fig. 4. On empile les disques de telle sorte que les trous des disques soient concentriques comme représenté à la fig. 5 et définissent ainsi les trous, tels que I5a (fig. 7), traversant ces disques et formant des gradins vers l'extrémité inférieure. Maintenant, il est opportun de remarquer, que lton peut choisir le diamètre et la forme des trous ménagés dans les disques, tels que 12, 13 et I4, en fonction de l'épaisseur de chaque disque, selon le diamètre et la forme d'un capillaire de filière, tel que Il représenté sur la fig. 7, et dont on reparlera, de telle sorte que lorsque les disques sont empilés comme décrit, un de ces capillaires puisse ?tre introduit dans chacun des trous, tels que I5a, en traversant la pile des disques I5, chacun de ces capillaires s'ajustant relativement étroitement dans son trou respectif, tel que I5a sur la fig. 7. sns ces conditions le nombre et/ou l'épaisseur des disques utilisés pour réaliser la pile de disques IE, dépendra naturellement de la longueur des capillaires, tels que 11. 'autre part, les capllares de filière, tels que II, peuvent astre réalisés de la manière que l'on détaillera uitérieu- remuent, de façon que leurs diamètre et configuration correspondent aux trous, tels que I5a, traversant la pile de disques, pour s'a- uster relativement étroitement dans un des trous associés, tels que 15a, dans lequel on dispose ou l'on introduit chaque capillaire respectif tel que II. Le procédé de fabrication des capillaires de filière, tels que II, ne fait pas partie intégrante de la présente invention, mais la brève description suivante d'un de ces procédés a pour but de compléter la présentation du dispositif. Une longueur appropriée de tube en verre thermiquement cristallisable de la même composition, ou présentant sensiblement le même coefficient de dilatation que la composition constituant les disques I2, I3 et I4, est chauffée et soumise à un nouvel étirage, selon un procédé classique, pour allonger la longueur du tube et l'étirer Jusqu a ce que le diamètre intérieur du trou soit suffisamment étroit pour constituer l'orifice de sortie du capillaire de filière. Comme précité, la composition du verre du tube ne doit pas nécessairement être identique à celle des disques I2, 13 et I4, mais le verre du tube doit avoir un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui des disques. Par exemple, ce verre peut présenter la composition décrite dans le brevet américain NO 2.920.97I. Après ce nouvel étirage précité du tube, celui-ci est découpé en longueurs appropriéés pour l'opération, et une extrémité de chaque élément de tube est chauffée et pincée pour fermer le trou traversant chaque tube respectif. Après ladite fermeture du trou de chaque tube, la zone centrale de chaque tube est chauffée jusqu'à la température de ramollissement du verre constituant le tube, puis on poursuit ce chauffage tout en tournant la zône centrale dans une demi-cavité de moule ou dans un moule ayant une cavité ouverte et dont la configuration correspond à la moitié d'une partie élargie de tube que l'on désire réaliser dans l'élé- ment de tube.Durant la poursuite du chauffage et de la rotation, on applique de l'air comprimé par l'extrémité ouverte de l'orifice de chaque élément de tube respectif pour souffler ladite zône centrale chauffée afin qu'elle prenne la forme de la cavité du moule précitée. Ainsi sont formés les éléments de tubes soufflés, ayant des zones élargies, tels que le capillaire II représenté sur la fig. 7, et qui présentent un orifice élargi. Ensuite on coupe les tubes soufflés aux longueurs désirées pour les capillaires II, présentant un orifice élargi lIa et un ajutage de sortie de la fIlière ou orifice IIb (fig. 7 et 8). Ce nouveau formage précité des éléments de tubes selon la manière décrite ci-dessus dans des formes déterminées est bien connu. Chaque capillaire, après sa fabrication en un verre opacifiable par photosensibilité, est exposé à des rayonnements d'ondes courtes, telles que les rayons ultraviolets, et ensuite est soumis à un programme thermique pour transformer les capillaires de la filière en capillaires de céramique de verre. Ces programmes thermiques sont bien connus et si l'on désire dtautres renseignements concernant la transformation de corps, comme les capillaires de la filière, tels que II, en céramique de verre, on peut se reporter au brevet américain N02.97I.853. D'autre part, si les capillaires présentent une des compositions décrites dans le brevet américain précité NO 2.920.97I, il est inutile de les exposer à des rayonnements d'ondes courtes, mais, comme on le décrit dans le brevet NO 2.920.97I, lton peut soumettre directement ces capillaires à un programme thermique pour les transformer en céramique de verre. Dans le procédé préféré de formage des filières selon l'in- vention, on fabrique une pluralité de capillaires de filière en céramique de verre selon l'un des deux procédés prédécrits et l'on soumet ces capillaires à un programme thermique pour les transformer en capillaires de filière en céramique de verre, tels que II, comme précité. On prépare une pile I5 de disques, tels que I2, I3 et I4, dont chacun a été préalablement exposé à des radiations à ondes courtes.On introduit l'un de ces capillaires dans chacun des orifices, tels que 15a, traversant la pile de disques et on soumet ensuite l'assemblage composite à un programme thermique et de compression pour transformer lesdits disques en céramique de verre, et fusionner les disques et les capillaires afin de constituer une filière de céramique de verre, sensiblement homogène, telle que I6 sur la fig. 8. Le brevet américain précité NO 2.971.853 décrit un traitement thermique approprié pour transformer le matériau de la filière en céramique de verre. Dans un autre procédé de formage des filières selon 1 'in- vention on prépare une pile de disques I5 et l'on introduit un capillaire de filière dans chacun des trous traversant la pile. L'assemblage comprenant ces disques et les capillaires, est ensuite exposé de manière appropriée à des rayonnements d'ondes courtes, puis soumis à un programme thermique et de compression pour faire fusionner les parties entre elles, et,en mëme temps, transformer l'assemblage en un corps en céramique de verre pour constituer la filière 16 en céramique sensiblement homogène, telle que représentée sur la fig. 8 des dessins. Il faut remarquer que si les orifices des ajutages, tels que IIb, des filières des fig. 6, 7 et 8 présentent une section droite circulaire, ces orifices peuvent présenter d'autres configurations, comme par exemple, la forme d'une fente longitudinale avec des extrémités triangulaires évasées ou élargies telles que les orifices IIc représentés dans la demande américaine Nu596.942 du 25 Novembre I966. En outre, dans un autre exemple les orifices d'ajutage, tels que IIb, peuvent avoir des profils ou des configurations analogues à ceux représentés sur les fig. I, II, III, V et VI jusqu'à XII du brevet américain NO 2.945.739. Il est évident que l'on peut prévoir pour les orifices d'ajutage des capillaires de la filière II selon la présente invention, un grand nombre d'autres formes non conventionnelles qui sont trop nombreuses pour eAtre énumérées de façon exhaustive. Il est entendu que l'on peut modifier les procédés décrits, les filières et les plaques de filières fabriquées selon ces procédés sans sortir pour autant du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS I") Une plaque de filière constituée d'une pluralité de capillaires de filière, réalisée en un verre thermiquement dévltrifiable > chaque capillaire présentant un contour externe déterminé, de préférence symétrique, dont la partie inférieure s'effile au moins vers l'orifice de sortie de la filière, ladite plaque étant caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une pluralité de minces disques plats en verre opacifiable par photosensibilité, tous ces disques ayant un contour analogue, et étant pourvus d'une pluralité d'orifices analogues formés par gravure et s'étendant depuis l'une des faces d'un disque donné jusqu'à l'autre face, les trous ménagés dans chaque disque ayant un contour correspondant à la section droite du contour des capillaires et ayant même diamètre et pouvant varier de diamètre d'un disque à l'autre, tous ces disques étant empilés de telle sorte que les trous des disques soient concentriques, pour constituer une pile de disques traversés par des trous qui correspondent par variation graduelle au contour externe au moins partiellement effilé des capillaires. 20) Une filière en céramique de verre comprenant une plaque de filière selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'on introduit un capillaire dans chacun des trous traversant la plaque et que l'assemblage ainsi constitué est ensuite soumis à un programme thermique et de compression pour faire fusionner les parties de cet assemblage et le transformer en un corps en céramique de verre. 30) Une filière en céramique de verre selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les capillaires de la filière sont soumis à n programme thermique pour en transformer le verre en céramique de verre avant leur introduction dans les trous de la plaque. 40) Une filière en céramique de verre selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le erre thermiquement dévitrifiable constituant les capillaires de la filière est aussi un verre opacifiable par photosensibilité. 50) Une-filière en céramique de verre selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les capillaires sont exposés à des rayonnements d'ondes courtes puis sont soumis à un programme thermique pour en transformer le verre en céramique de verre avant leur introduction dans les trous de la plaque. 60) Une filière en céramique de verre selon la revendication I, caractérisée par le fait qu'elle comprend A) une plaque de filière en verre opacifiable par photosensibilité, constituée d'une pluralité de disques semblables traversés par une pluralité de trous symétriques gravés suivant la même disposition, les trous d'un même disque présentant le même diamètre, qui peut varier pour certains disques, chacun de ces disques étant exposé à des rayonnements d'ondes courtes, puis empilés pour réaliser un assemblage traversé de trous concentriques dont les diamètres dtau moins certaines parties varient en gradin de manière progressive et correspondante depuis ltune des faces de l'assemblage jusqu'à l'autre face, et B) une pluralité de capillaires de filière ayant chacun un contour symétrique conforme aux trous traversant l'assemblage, chaque capillaire étant constitué en un verre thermiquement dévitrifiable, et introduit dans un des trous traversant l'assemblage, et l'assemblage composite comprenant ces disques et ces capillaires, étant soumis à un programme thermique et de compression pour transformer l'assemblage composite en un assemblage en céramique de verre et en faire fusionner les parties. 70) Un procédé de fabrication d'une plaque de filière selon la revendication I, pour réaliser une pluralité de capillaires de filière constituée en un verre thermiquement dévitrifiable, chacun de ces capillaires ayant un contour déterminé et de préférence symétrique, s'effilant au moins partiellement vers l'orifice de sortie du capillaire, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes A) la réalisation d'une pluralité de minces disques plats en verre opacifiable par photosensibilité, B) le masquage d'une face de chacun de ces disques selon une même disposition de trous permettant l'exposition de zônes analogues dans chaque faee, lesdits trous présentant la même forme et les zones d'un même disque présentant un même diamètre qui peut différer au moins entre certaines disques C) l'exposition de la face masquée de chacun des disques à des rayonnements d'ondes courtes puis le traitement selon un programme thermique pour opacifier les zones non masquées de chaque face et les régions sous-jacentes D) le traitement de la face masquée de chaque disque par un décapant pour en dissoudre les zônes opacifiées et graver des trous traversant le disque selon la configuration choisie en laissant sensiblement inchangées les zônes claires du disque ; et E) l'exposition de tous les disques à des rayonnements d'ondes courtes, puis l'empilement d'un nombre déterminé de disques, traversés par les trous concentriques, dans un ordre tel que l'on obtienne une pile de disques traversés par des trous dont le diamètre varie, au moins partiellement, de manière progressive et en gradin de l'une des extrémités de chaque trou jusqu'à l'autre extrémité, de façon que les capillaires sty trouvent ajustés à l'intérieur. 80) Un procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on introduit un seul capillaire dans chaque trou traversant la pile de disques et que l'assemblage ainsi constitué est soumis à un programme thermique et de compression pour en faire fusionner les parties et transformer cet assemblage en une filière en céramique de verre. 90) Un procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on soumet les capillaires de la filière à un programme thermIque pour transformer le verre en céramique de verre avant de les introduire dans les trous de la plaque. I00) Un procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le verre thermiquement dévitrifiable constituant les capillaires de la filière est aussi un verre opacifiable par photosensibilité. II") Un procédé de fabrication d'une filière en céramique de verre selon la revendication IO, caractérisé par le fait que l'on expose les capillaires de la filière à des rayonnements d'ondes courtes et qu'on les soumet à un programme thermique pour transformer le verre en céramique de verre avant de les introduire dans les trous traversant la pile de disques. I29) Un procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le programme thermique et de compression fait fusionner les disques et les capillaires pour constituer une filière homogène en céramique de verre.