Brevet FR2105045A1 — publié le 19720428

La présente invention concerne la réalisation de surfaces concaves ou convexes constituées par une feuille de verre dont une face peut être réfléchissante et constituer plus particulièrement, bien que non exclusivement, des miroirs concaves sphériques utilisables, par exemple, pour la concentration de l'énergie solaire. Les miroirs de verre utilisés pour la concentration de l'énergie solaire (fours solaires) sont soit du type monobloc, soit du type monarque. Les premiers interviennent dans les installations de faible puissance, les dimensions du miroir ne dépassant généralement pas quelques mètres. Ils sont alors obtenus par coulée ou bombage sur forme, l'ébauche étant ensuite taillé rectifiée et polie. Le deuxième type permet de réaliser de très grandes surfaces. La forme parabolique du bâti reçoit alors des éléments trapézoSdaux Juxtaposés7 initialement plans, et qui sont individuellement déformés sous l'action mécanique de poussoirs ou d'éléments tractants pour épouser la forme concentrante désirée. fl est évident que cette méthode, qui a été utilisée pour les grands fours français, exige un réglage individuel délicat et que l'image donnée par chaque élément s'éloigne sérieusement t $'image théorique. Au Au lieu de déformer mécaniqutment chaque miroir élémentaire, on peut songer à les bomber comme ceux du premier type, mais la retouche et le polissage sont apparaitre, en les multipliant,les mimes inconvénients. On est donc tenté d'utiliser du verre commercial présentant sous forme plane un poli de haute qualité, glace ou verre à vitre, et à le bomber. Là encore, la surface en contact avec la forme de bombage risque d'8tre altérée et présenter des pitres. En outre, la trempe indispensable pour renforcer le verre vis-àvis des chocs thermiques inévitables en exploitation, altère le rayon de courbure obtenu et déforme le miroir. La présente invention a pour but de fournir un procédé nouveau et précis permettant de concilier à la fois la recherche d'une bonne résistance mécanique et plus particulièrement aux chocs thermiques qu'à supporter le miroir en conditions d'utilisation et ltobtention d'une courbure précise. L'invention concerne non seulement la fabrication de miroirs sphériques concaves destinés plus particulièrement à l'ap plication mentionnée ci-dessus mais d'une façon générale des miroirs d'épaisseur relativement mince et de section variable par exemple de section parabolique ou elliptique. L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation de surfaces courbes réfléchissantes à partir d'une feuille de verre plane caractérisé en ce qu'il consiste en un premier stade à soumettre la feuille de verre symétriquement sur ees deux faces à une trempe chimique dans un bain de sel--fondu-et à une--tempé--- --- rature nettement inférieure au point de relachement des tensions dans le verre, de manière à obtenir sur les deux faces de la feuille une couche superficielle en très forte compression et dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dizaines de microns, puis en un second stade, à attaquer l'une des faces de la feuille, par voie chimique, de manière à enlever sur ladite face attaquée une couche de verre d'une épaisseur de liordre de quelques microns afin d'introduire dans les contraintes supportées par les deux faces de la feuille, une dissymétrie entraînant une déformation prédéterminée de celle-ci. Suivant ce procédé, la face attaquée devient concave et si la trempe aussi bien que l'attaque a été très régulière la forme idéale sphérique est obtenue avec un rayon de courbure qui dépend de la température, du temps d'attaque et de la concentration de la solution d'attaque. Les contraintes de compression qui subsistent sur les faces sont suffisantes pour que toutes les propriétés de résistance mécanique et de résistance aux chocs thermiques propres à la trempe chimique soient maintenues. En outre, l'amélioration des propriétés mécaniques est telle qu'on peut utiliser du verre de quelques millimètres d'épaisseur seulement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la suite de la description donnée à titre d'illustration de réfépence à la figure unique représentant un diagråmme des rayons de courbure obtenus en-fonction du temps d'immersion dans l'acide fluorhydrique et ce, pour diverses valeurs de concentration d'acide et de température ambiante. Be procédé suivant l'invention repose sur l'effet dissymétrique de trempe obtenu dans certaines conditions par voie chimique. On sait que cette dernière consiste à plonger le verre dans un bain de sel fondu à une température nettement inférieure au point de relabehement des tensions, par exemple j500C pour fi xer les idées. te bain de sel est à base de nitrate de potassium. Le verre contient normalement du sodium. Un lent echange se fait entre sodium et potassium à l'interface. Or, le réseau vi treux s'est constitué autour de l'ion sodium lequel a un rayon o ionique de 0,98 A , alors que le potassium a un rayon de 1,33 A. le potassium se substituant au sodium tend à augmentcr les dimensions de la maille du réseau siliceux qui, prenant appui sur les couches plus profondes, ne peut céder à cette tendance. Ceci a pour résultat de mettre une très mince couche superficielle en très forte compression, la durée de la trempe étant déterminée de façon que l'épaisseur mise en jeu soit de l'oinre de quelques dizaines de microns seulement (5C à 100 le plus couramment). Un tel verre peut subir des déformations très importantes, des chocs thermiques de près de 3000, sans. casser. Cette trempe chimique constitue le premier stade du procédé de l'invention. On suppose, par exemple, que l'on veuillc obtenir un miroir convergent sphérique. Après avoir trempé chimiquement sur scs deux faces une feuille de verre conformément au processus qui vient d'être décrit on va attaquer l'une des faces à l'acide fluorhydrique pour éliminer une partie de l'épaisseur de la couche échangée, l'autre face étant protégée par tout moyen adequat, par exemple, par une couche de paraffine, la contrainte de compression sup- portée primitivement par cette face et qui équilibrait la contraintc prise par l'autre face se trouve de ce fait diminuée et la 1ce attaquée se creuse. L'opération est aisément contrôlée. Ainsi (voir la figure unique) avec une solution fluorhydri 1I que à 5Ç% la courbure (exprimée on n ) prise par une plaque de verre de 2,5mmd'épaisseur trempée initialement avec une con 2 trainte de 2.500 kg/cm après 30 minutes d'action à 25 C est 0,055 m l,cette courbure passant à 0,09m-1 après 60 minutes. Avec un bain à 10% et une meme température de 250C les valeurs de cette courbure sont respectivement 0,085 t 0,16 m - après 30 et 60 minutes. l'a courbe en tirets montre les variations de la courbure pour une concentration en acide de 5C et en opérant à uno tem pérature de 350C. Du fait de la parfaite régularité de l'échange ionique. ini- tial et de la facilité de contrôle d'une attaque chimique à basse température, la courbure obtenue est parfaitement régulière. On obtient ainsi un miroir sphérique d'excellente qualité dont l'assemblage est aisé si on lui a donné par exemple un contour hexagonal. Ce traitement permet de maintenir au vollmc-bombé la plus grande partie des avantagea que la trempe initiale lui avait conférés, notamment sa résistance mécanique accrue et particulièrement sa résistance aux chocs thermiques, propriétés particulièrement importantes pour la réalisation des fours solaires. A titre d'exemple on a réalisé avec ce procédé, pour un concentratcur de four solaire, des miroirs hexagonaux inscrits dans un cercle de 30 cm de diamètre. Pour de grands concentrateurs on pourrait obtenir aisément des miroirs individuels d'un diamètre de 50 à 60 cm. On a réussi également à obtenir des miroirs de 1,5 mm d'épaisseur ayant une focale de 250 cm seulement. I1 s'est révélé que la profondeur d'attaque et la dissymétrie des contraintes qu'exigeraient des focales plus courtes affecteraient la résistance du verre. Il est évident que le présentprocédé est applicable pour obtenir des courbures autres que sphériques, paraboliques notamment et, d'unc façon génerale des courbures à symétrie axiale ou non. Pour obtenir une courbure variable radialement suivant une loi imposée, on peut soit modifier le temps d'attaque,soit modifier la température d'attaque.Dans le premier cas, on a observé que si la surface du disque à bomber est maintenue à 1' afflnurement du bain fluorhydrique, dès que le creusement de la surface commence à se manifester, le liquide d'attaque se concentre vers le centre et cela d'autant plus que le creusement est plus important.Le rayon de courbure se raccourcit donc à mesure que le creusement s'accentue parce que l'attaque est d'autant plus prolongée que les zones attaquées sont centrales. Néanmoins cette façon d'opérer si elle est aisée à mettre en oeuvre, conduit à une forme qui ne se rapproche que grossièrement de la forme parabolique souhaitée. Dans une réalisation préférée, on agit sur la vitesse d'attaque par la température en faisant régner un gradient radial de température soit dans le verre, soit dans le bain. Une élévation de température de 100 multiplie l'attaque par 1,5. Comme pour obtenir une attaque très régulière, il est recommandable de renouveler le bain au contact du verre, on obtiendra lo résultat cherché en faisant arriver lentement au centre de la plaque à bomber le liquide actif chaud qui se refroidit progressivement en s'étalant vers la périphérie. Un tel procédé permet de bénéficier du bas prix de revient d'obtention d'une glace plane que celle-ci soit obtenue par les procédés classiques de doucissage et de polissage ou par les techniques de fabrication dites ItPloat-Glass" I1 permet également d'obtenir le bombage sans aucun contact avec un corps métallique ou réfractaire qui abîme toujours plus ou moins la surface du verrc on contact, en fin de bombage au moule. Bien entendu le présent procédé est tout aussi bien applicable pour réaliser des miroirs minces divergents sp;ériques. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de surfaces courbes réfléchissantes à partir d'une feuille de verre plane caractérisé en ce qu'il consiste en un premier stade à soumettre la fouille de verre symétriquement sur sos doux faces à une trempe chimique dans un bain de sel fondu et à une température nettement inférieure au point de re-lacheeant des tensions dans le verre, dc manière à obtenir sur les deux faces de::la feuille une couche suDerficielle en très forte compression et dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dizaincs de microns, puis en un second stade, à attaquer l'une des faces dc la feuille par voie chimique, de manière à enlever sur ladite face attaquée une couche de verre d'une épaisseur de l'ordre de quelques microns afin d'introcuire dans les contraintes supportées par les deux faces de la feuille, une dissymétrie entraînant une déformation prédéterminée de celleci. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'attaque chimique est effectuée à l'aide d'une solution d'acide fluorhydrique de concentration déterminée. 3. Procédé suivant les revendications 1 et 2 caractérisé cn ce que les conditions opératoires de l'attaque chimique, c'est-à-dire la durée 'de l'attaque, la concentration de l'acide fluorhydrique et la température sont parfaitement définies et maintenues constantes et préréglées afin que l'attaque chimique soit effectuée unif ornement dc manière à obtenir une courbure sphérique. 4. Procédé suivant les rovendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'attaque chimique est plus accentuée au contre de la feuille dc verre qu'à la périphérie de manière à obtenir une courbure sensiblement parabolique. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la differeilce de l'attaque chimique est obtenue par le contrôle de la durée de contact d la solution d'acide fluorhydrique. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la durée de contact est modifiée par lc retrait progressif de la solution d'acide fluorhydrique. 7. Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la différence de l'attaque chimique est obtenue par le contrôle de la température d'attaque. 8. Miroir obtenu par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7.