Brevet FR2081042A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne les couches absorbantes réalisées par évaporation sous vide. On a beaucoup mis en oeuvre les techniques d'évaporation sous vide pour réaliser des couches absorbantes et les utiliser 5 comme filtres de couleur, filtres neutres, lunettes de scleil et lames déphaseuses pour les procédés à déphasage différentiel. Une telle couche absorbante comprend habituellement- un métal ou un composé métallique, notamment un oxyde métallique, et elle a un indice de réfraction et un coefficient d'absorption élevés, ce 10 qui lui" donne non seulement un facteur de réflexion élevé des deux côtés de la couche, du côté de l'atmosphère et du côté du verre de base, mais lui donne aussi un aspect peu esthétique et une grande incommodité d'utilisation. Pour réduire la quantité de lumière réfléchie, on a réalisé 15 une ou plusieurs couches diélectriques sur la couche absorbante en utilisant les techniques d*évaporation sous vide, de façon à empêcher la réflexion de la lumière. Même avec ce procédé, on a cependant rencontré des difficultés à empêcher efficacement la réflexion des rayons visibles dans toute la plage visible, et dans ce cas, la 20 lumière réfléchie est toujours très colorée. Pour que la lumière réfléchie ait une couleur prédéterminée, il faut que la ou les couches diélectriques à réaliser sur la couche absorbante soient réalisées avec beaucoup de précision ou réglées de façon autre, et ceci rend difficile la reproduction de telles couches. De plus, la 25 présence d'une légère trace de doigt, d'une goutte d'eau, d'une matière grasse ou graisseuse ou analogue sur la couche fait immédiatement varier la coloration de la lumière et réduit de façon importante l'aspect esthétique de la couche. Evidemment, on peut éviter ces inconvénients en plaçant une 30 couche uniforme et épaisse à,faible coefficient d'absorption et dont l'indice de réfraction dans tout le domaine visible est à peu près égal à 1,52, ce qui est à peu près l'indice des verres de base utilisés de façon classique. Pour cette raison, une telle couche faite sur une surface de verre ne réfléchit qu'environ 4 ^ de la 35 lumière incidente et élimine ainsi toute coloration. Gn peut réaliser une telle couche par l'un des divers procédés ci-dessous. 1) On évapore un mélange d'une matière diélectrique à 71 06330 2081042 faible indice de réfraction (matière non-absorbante) et d'un métal ou d'un composé métallique (matière absorbante), à partir d'une source unique d'évaporation ; 2) On évapore le même mélange à partir de deux sources 5 séparées d'évaporation ; ou 3) On réalise une couche non-uniforme de façon que le rapport de la densité de la matière absorbante à celle de la matière non-absorbante soit plus faible sur les faces opposées de la couche voisine du verre de base et de l'atmosphère que dans la par- 10 tie intermédiaire de la couche. L'indice de réfraction des faces opposées de la couche est pratiquement égal à l'indice de réfraction du verre de base. La qualité des résultats du premier procédé cité dépend beaucoup des matières choisies, et il est habituellement très dif-15 ficile de réaliser une couche uniforme et suffisamment épaisse d'un mélange à un rapport prédéterminé par évaporation. Même si on pouvait réaliser en sa totalité une telle couche, toute épaisseur dépassant une certaine valeur provoquerait la séparation facile de la couche du verre de base (faible adhérence) ou sa fissuration (résis-20 tance mécanique peu élevée). Dans certains cas, une telle couche a une faible résistance à l'abrasion, à l'humidité et à la chaleur et dans de nombreux cas, aTlp/brunit de façon très nette du fait de l'oxydation due aux rayons ultraviolets. On pourrait réaliser par ce procédé une couche ayant 25 une résistivité élevée pour certaines conditions mécaniques, chimiques et météorologiques, mais en ayant obligatoirement recours aux techniques d'évaporation par faisceau électronique ou analogue. Le second procédé cité ne convient pas pour la production en grande série., car il nécessite un réglage très délicat des vi-30 tesses d'évaporation des matières des deux sources, et d'autres réglages délicats permettent de réaliser une couche uniforme ayant un rapport de mélange prédéterminé. Le troisième procédé cité donne aussi difficilement des résultats reproductibles car il nécessite des réglages extrêmement 35 compliqués et ardus comme le second procédé. La présente invention concerne une couche absorbante ayant une adhérence élevée, une résistance mécanique importante et une 71 06330 3 2081042 résistance à la chaleur et aux autres radiations élevée, par mise en oeuvre du principe du procédé cité en premier ci-dessus avec du fluorure de magnésium comme matière diélectrique et du titane et du chrome en poudre comme matière métallique. 5 L'invention concerne aussi un revêtement multi-couches qui comprend au moins une couche absorbante telle que décrite précédemment . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en réfé-10 rence au dessin annexé sur lequel : les figures 1(a) et (b) sont des coupes agrandies d'une lentille concave et d'une lentille convexe portant une couche absorbante selon l'invention ; et les figures 2(a), (b) et (c) sont des diagrammes donnant les 15 caractéristiques de transmission spectrale de la couche absorbante de l'invention, ses caractéristiques de réflexion par la surface placée du côté de l'atmosphère, et ses caractéristiques de réflexion de l'autre face, voisine du verre. La figure 1 représente des exemples de couche absorbante 20 appliquée à deux types différents de lentille selon l'invention. Le procédé de l'invention correspond à la catégorie citée sous le paragraphe î cité, et elle met en oeuvre du fluorure de magnésium (MgF2, n = 1,40) comme matière diélectrique, et du titane (Ti) et du chrome (Cr) en poudre comme matière métallique . Pour un 25 rapport convenable, ces trois matières se mélangent suffisamment mécaniquement de façon à former un mélange en poudre ou mis sous forme d'une masse comprimée. On évapore alors le mélange à partir d'une source unique d'évaporation par chauffage par résistance sous _5 un vide de 10 millibar environ. 30 Une couche évaporée obtenue selon ce procédé a un coefficient d'absorption faible et un indice de réfraction relativement faible qui est au mieux voisin de 1,5. On maintient très _5 constante la pression d'évaporation du mélange à 10 millibar , et on forme une couche absorbante uniforme et suffisamment épaisse 35 ayant une reproductibilité si bonne qu'on ne peut pas détecter à l'oeil nu de différence appréciable de coloration de la lumière transmise ou de la lumière réfléchie. Si le verre qu'on utilise 71 06330 2081042 pour déposer la couche a un indice de réfraction à peu près égal à 1,52, on peut réaliser en tous points de la surface de la couche tournée vers l'atmosphère un facteur de réflexion de 4 %. la densité optique de la couche évaporée ne dépend que de son épaisseur, et 5 la densité maximale possible est D environ égal à 1,0 ou même plus, c à une longueur d'onde de 5000 A. Que la température du verre de "base soit élevée ou faible, la couche évaporée ainsi réalisée a une résistance supérieure à celle d'une couche réalisée, par évaporation d'un composant unique. 10 Si on chauffe le verre de base à environ 350°C, le produit obtenu ne vieillit pas et possède' non seulement une résistance à l'usure et une adhérence très importantes, mais aussi une résistance pratiquement suffisante aux produits chimiques. Des essais de résistance aux conditions météorologiques, en particulier à la cha-15 leur (8 heures d'exposition à l'air à 300°C) et d'exposition aux rayons ultraviolets (200 heures d'exposition aux rayons ultraviolets dont l'intensité est dix fois supérieure à celle du soleil moyen) montrent que la variation du facteur de réflexion est inférieure à + 0,2 % pour les deux faces de la couche tournées vers l'atmosphère 20 et vers le verre. On détermine la combinaison des deux matières citées Mgl^ et Cr à partir des éléments qu'on va maintenant décrire. _2 Pour un vide de 1,3-10 millibar , les températures d'évaporation de Mgï^ et Cr sont de 1400°C et 1397°C, respectivement, 25 et on peut considérer qu'elles sont pratiquement égales. Ceci est très utile lorsqu'on désire les combiner. De plus, même si 1'évaporation du mélange suit les lois de Raoult (voir tableau ci-dessous), les valeurs de P/ sM pour MgF^ e"k Cr sont si proches l'une de l'autre qu'on peut supposer qu'il se 30 produit une évaporation stable. On constate empiriquement que l'addition d'un troisième composant, Ti en poudre, à MgF^ e"k Or augmente dans une grande mesure l'adhérence, la résistance mécanique et la résistance de la couche obtenue aux radiations, par exemple à la chaleur et aux 35 rayons ultraviolets. COP^ * 71 06330 5 Poids moléculaire Pression d1évaporation (P) à 1400°C (T) 5 Ti MgF2 Cr 62,3 52,3 47,9 1,33.10 2 mbar 1 ,33.1 G'2 mbar 4 x 10 5 mbar 1 ,73 x 10"5 1,67 x 10"5 5,87 x 10"6 La combinaison de ces trois matières assure une évaporation stable pour un rapport de mélange très variable, sans que les matières se vaporisent séparément, et on peut choisir empiriquement le rapport de mélange de ces matières pour lui donner une valeur 0 optimale en fonction de facteurs tels que la transmission ou la densité optique dans le spectre, le. facteur de réflexion voulue, la variation de coloration de la lumière réfléchie en fonction de l'épai seur de la couche, la température du verre de base et la dimen-" sion de la nacelle d1évaporation utilisée. 5 Le rapport en poids des trois matières est donr.é à titre d'exemple par les valeurs suivantes : être en molybdène, elle a une capacité suffisante et peinaet le passage d'un courant suffisant. On ]a remplit d'une quantité suffisante de mélange puis on met sous vide et or; chauffe préalablement ; ensuite, on évapore le mélange en le maintenant à une température d'environ 1100°C à l'aide d'une source de chaleur prédéterminée. Ainsi, les conditions de vaporisation et d'évaporation sont très stables. et de réfraction (R et R' correspondant aux faces voisines de l'atmosphère et du verre, respectivement) de la couche, étant donné le verre de base dont l'indice de réfraction est égal à 1,52, dans un mode de réalisation de l'invention. Sur les figures 2(a), (b) et (c), les courbes en trait plein, en tirets longs et en tirets courts représentent respectivement les mesures de trois types de couche de densités optiques différentes. Comme on le voit à partir des caractéristiques de réfraction données par la figure 2, la lumière réfléchie R à la surface de la couche exposée à l'atmosphère est Ti 0,02 - 0,2 1 ,0 Cr MgP2 0,10 - 1,5 La nacelle utilisée pour le chauffage par résistance doit La figure 2 représente les caractéristiques de transmission 71 06330 2081042 blanche, alors que la lumière réfléchie R' par l'autre face voisine du verre a une couleur analogue à celle de la lumière transmise. En conséquence, on peut améliorer dans une grande mesure l'aspect de la lentille en plaçant cette dernière surface de façon qu'elle soit 5 tournée vers l'atmosphère. La lentille ainsi formée ne colore pas la lumière réfléchie, même lorsque la couche porte des traces de doigts, des gouttes d'eau ou des taches graisseuses, et en plus, elle est relativement facile à reproduire. Au cours de la fabrication, il suffit de 10 prendre soin de la transmission à une lumière monochromatique de la couche absorbante, et ceci permet une production facile en grande série de couches absorbantes de n'importe quelle densité voulue. De plus, il est évidemment possible d'ajouter une couche anti-réfléchissante d'un type connu sur la couche unique décrite 15 réalisée selon l'invention. la couche absorbante réalisée selon l'invention trouve diverses applications dans les domaines suivants : (1) les lunettes de soleil ayant une face à l'atmosphère et ne réfléchissant que faiblement de la lumière blanche, et une face 20 tournée vers le verre et permettant la réflexion de lumière de couleur identique à la lumière transmise, les taches ou gouttes présentes sur ses faces n'affectant pratiquement pas les lumières réfléchies. (2) les filtres colorés comportant une couche obtenue par 25 évaporation et ayant une face à facteur de réflexion particulièrement faible du côté du verre et une face tournée vers l'atmosphère comportant un facteur de réflexion analogue à celui d'un filtre coloré dans la masse. (3) Lames absorbantes de déphasage à faible facteur de 30 réflexion, utilisées dans le procédé par différence de phase. Dans ce but, on utilise dans la technique antérieure une couche métallique qui a tendance à donner beaucoup de lumière réfléchie gênante. et nécessite qu'on passe une couche supplémentaire pour empêcher cette réflexion. 35 (4) Filtres absorbants, par exemple filtres d'apodisation, susceptibles de transmettre une information de phase. Puisqu'on peut réaliser la couche absorbante selon l'invention de façon 71 06330 2081042 qu'elle ait ujl indice de réfraction d'environ 1,52, on peut réaliser facilement et avec précision la correspondance d'indices de réfraction en utilisant une colle, par exemple du baume du Canada ou analogue. 5 (5) Comme on peut considérer la couche absorbante de l'invention comme à peu près équivalente au verre de base dont l'indice de réfraction est à peu près égale à 1,52, on peut appliquer tout revêtement à une seule ou à plusieurs couches destinées à être placées sur une face du verre de base dont l'indice de réfrac-10 tion est d'environ 1,52-sans pratiquement le modifier d'aucune façon. En fait, on peut appliquer la couche absorbante de l'invention par évaporation sur un côté quelconque d'une couche anti-réfléchissante, d'une couche réfléchissante, d'un filtre à bande passante, par exemple un filtre anti-calorique, un filtre interférentiel ou 15 analogue, de façon qu'il possède des caractéristiques d'absorption et une adhérence et un effet protecteur améliorés. (6) La couche absorbante de l'invention concerne une matière ayant un coefficient d'absorption faible pour des constantes optiques des gammes suivantes : 20 n (indice de réfraction)w1,45 à 1,60 k (coefficient d^bsorption^OjOI à 0,4. Ainsi, l'invention permet la réalisation d'une matière inconnue ou nouvelle ayant un faible coefficient d'absorption et réalisée artificiellement selon les besoins, et on peut l'utiliser pour la réa-25 lisation d'un revêtement comprenant au moins une couche possédant de telles constantes optiques, ou pour réaliser un revêtement qui nécessite l'utilisation d'au moins une telle couche. Il est bien entendu que .l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra 30 apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 06330 2081042 REVENDICATIONS 1 - Revêtement absorbant ayant une adhérence, une résistance mécanique, à la chaleur et aux autres radiations élevée , caractérisé en ce qu'il est obtenu par mélange de titane en poudre, de 5 chrome en poudre et de fluorure de magnésium en poudre mis sous forme d'un mélange en poudre ou d'une masse comprimée, puis par évaporation sous vide du mélange sur une matière de base, par exemple le verre d'une lentille, de façon qu'il ait un indice de réfraction égal à 1,52 environ et un coefficient d'absorption com-10 pris entre environ 0,01 et 0,4. 2 - Revêtement multi-coucheç, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche du revêtement absorbant selon la revendication 1 .