Brevet FR2215631A1 — publié le 19740823

La présente invention est relative à des pièces d'optique catadioptrique et à un procédé pour fabriquer lesdites pièces. Il est connu que les pièces d'optique catadioptrique utilisées en particulier dans les systèmes optiques pour l'aéronautique ou dans les viseurs, doivent répondre aux critères : -faible masse, -stabilité dimensionnelle par exemple pour les écarts importants de température ou en ambiance vibratoire, -solidité. Un des objectifs de l'invention est donc de trouver des matériaux répondant à ces critères. De plus, il est intéressant que la fabrication de telles pièces soit aisée et bon marché. Un autre objectif de l'invention est donc de prévoir un procédé de fabrication dont la mise en oeuvre est facile et relativement peu coûteuse. Selon l'invention, les pièces d'optique catadioptrique sont caractérisées par le fait qu'elles comprennent une structure sandwich composée d'un matériau léger emprisonné entre des feuilles de composites isotropes de fibres à haut module d'élasticité et à haute résistance mécanique, la forme de ladite structure étant adaptée à la forme de la pièce et la surface optique étant déposée sur cette structure par tout moyen convenable. Ledit matériau peut tre une matière plastique expansée (telle que du gxlyuréthane), ou une matière plastique expansée renforcée de fibres courtes en carbone, en verre, etc., ou un nid d'abeille (par exemple en polyamide), ou du balsa. Lesdites fibres utilisées pour les composites peuvent tre en carbone, en graphite, en amiante, en silice, en nitrure de bore, etc. La matrice desdits composites peut tre une résine telle qu'une résine époxyde, une résine polyimide ou une résine polyester. La forme de la structure sandwich est uniquement fonction de la forme de la pièce désirée, l'invention concernant aussi bien les pièces d'optique sphériques que les pièces d'optique asphériques. Les proportions des divers constituants de la structure sandwich sont ajustées en fonction des nécessités techniques et dépendent en particulier des dimensions des pièces. La surface optique de la pièce peut tre déposée sur cette structure par exemple au moment de la fabrication mme de ladite structure. L'exemple suivant donné à titre indicatif et non limitatif permettra de mieux faire comprendre cette partie de l'invention. EXEMPLEI Cet exemple est relatif à une pièce d'optique catadioptrique concave et est illustré par la figure 1. La structure sandwich de ladite pièce est constituée par du balsa 1 emprisonné entre des feuilles 2 de composites isotropes de feutres de fibres de carbone à haut module d'élasticité et haute résistance/résine époxyde dont les propriétés sont les : -volume de fibres : environ 40 % -masse spécifique : 1,3 g/cm3 -contrainte maximale en flexion : 25 hectobars -module d'élasticité en flexion : 2 500 hectobars -coefficient de dilatation : inférieur à 3 x 10 6 jusqu'à 125*C -conductibilité thermique : 50 W. m'l. C-2 Une des faces de cette structure sandwich a un rayon de courbure R et sur cette face est déposée la partie réfléchissante qui est constituée par une feuille mince d'aluminium 3 dont l'épaisseur est comprise entre 1/100 et 1/10 de mm. Il est évident que cette partie réfléchissante peut tre constituée d'une feuille mince de tout autre métal convenable. En variante, ladite partie réfléchissante peut tre constituée par une couche de résine époxyde ayant subi un traitement de métallisation. Les caractéristiques mécaniques de cette pièce d'optique ou de sa variante répondent aux critères de stabilité dimensionnelle exigée en optique et de plus, sa masse/d'environ 10 à 15 fois plus faible que celle d'une pièce d'optique identique réalisée avec les matériaux classiques (silice ou verre optique). A titre indicatif, les pièces de l'exemple 1 peuvent avoir les dimensions suivantes : -diamètre : 200 mm -rayon de courbure R de 0, 5 à 4 m suivant la focale désirée -épaisseur totale : 35 à 45 mm -épaisseur des composites : 2 mm Les pièces d'optique catadioptrique suivant l'invention peuvent tre obtenues de diverses façons. On va décrire ci-dessous un mode de réalisation préférentiel et qui fait partie de l'invention. La principale caractéristique de ce mode de réalisation est qu'il n'exige pratiquement pas de retouches et est donc de ce fait moins onéreux que les techniques classiques. Selon l'invention, on utilise un moule dont la forme est adaptée à celle de la pièce d'optique catadioptrique que l'on veut obtenir et qui est réalisé avec une précision suffisante pour n'avoir que très peu de retouches à effectuer. Un tel moule 4 est illustré par la figure 2. Dans cette figure, la contreforme 5 du moule 4 est représentée avec un rayon de courbure R, mais il est évident qu'on peut donner à cette contreforme tout autre forme suivant la forme de la pièce d'optique que l'on veut obtenir. Ce moule peut tre avantageusement réalisé en un matériau ayant un très faible coefficient de dilatation thermique, par exemple en silice, en céramique. Après avoir enduit l'intérieur du moule 4 d'un agent de démoulage, on dispose successivement, au fond une feuille métallique mince 6 préalablement traitée en vue de l'adhésion à la structure sandwich puis, sur ladite feuille métallique et sur la paroi interne dudit moule, des feuilles de feutres isotropes de fibres à haut module d'élasticité et à haute résistance mécanique préimprégnées par une résine formant respectivement la première peau (a) et l'entourage (d) du sandwich. Sur lesdites feuilles peut tre éventuellement déposé un film d'adhésif. A l'intérieur de ces feuilles, on place le remplissage 7 composé de matériau léger, puis éventuellement sur ce remplissage un film d'adhésif, et enfin des feuilles desdits feutres préimprégnées par la résine formant la seconde peau (b) du sandwich. On comprime alors l'ensemble à l'aide du piston 8 et l'on fait polymériser la résine. En variante, on peut remplacer la feuille métallique 6 par une couche de résine sur laquelle on fera ensuite les traitements de métallisationt selon la technique dite du"gel coat". Les différents matériaux constitutifs peuvent tre ceux décrits à propos de la pièce d'optique catadioptrique proprement dite. L'exemple suivant, donné à titre indicatif et non limitatif, illustre le procédé de fabrication suivant l'invention. EXEMPLE 2 Le moule utilisé est celui représenté figure 2. Sa forme est adaptée à celle de la pièce d'optique que l'on veut obtenir. Après avoir enduit l'intérieur du moule d'un agent de démoulage, on place au fond une feuille en aluminium 6 dont l'épaisseur est comprise entre 1/100 et 1/10 de mm. Cette feuille d'aluminium a été préalablement traitée au bain sulfochromique en vue de son adhésion à la structure sandwich. Sur cette feuille métallique et sur la paroi interne du moule, on place quinze couches de feutres isotropes de fibres de carbone à haut module d'élasticité et à haute résistance mécanique préimprégnées de résine époxyde qui forment respectivement la première peau (a) et l'entourage (d) du sandwich. Sur ces feutres, on dépose alors un film d'adhésif à base de résine époxyde. A l'intérieur de ces feutres, on place le remplissage 7 composé d'un nid d'abeille en polyamide dont la masse volumique est de 32 kg/m3. Sur ce remplissage, on dépose enfin un film d'adhésif à base de résine époxyde, puis quinze couches desdits feutres préimprégnés de résine époxyde qui forment la seconde peau (b) du sandwich. On comprime alors l'ensemble à l'aide du piston 8 avec une pression comprise entre 2 et 10 bars et l'on fait polymériser la résine par étuvage. En variante, on peut remplacer la feuille d'aluminium par une couche de résine époxyde. REVENDICATIONS 1-Pièces d'optique catadioptrique caractérisées en ce qu'elles comprennent une structure sandwich composée d'un matériau léger emprisonné entre des feuilles de composites isotropes de fibres à haut module d'élas- ticité et à haute résistance mécanique, la forme de ladite structure étant adaptée à la forme de la pièce, et une surface optique. 2-Pièces d'optique suivant revendication 1 caractérisées en ce que lesdites fibres entrant dans la composition desdits composites sont choi- nitrure de bore. sies parmi les fibres de carbone, de graphite, d'amiante, de silice, de/ 3-Pièces d'optique suivant revendication 1 ou 2 caractérisées en ce que la matrice desdits composites est une résine. 4-Pièces d'optique suivant revendication 3 caractérisées en ce que ladite résine est choisie parmi les résines époxydes, polyesters, polyimides. 5-Pièces d'optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisées en ce que ledit matériau léger est choisi parmi les matières plastiques expansées renforcées ou non de fibres courtes, les nids d'abeille, le balsa. 6-Pièces d'optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisées en ce que la surface optique est constituée par une feuille métallique mince. 7-Pièces d'optique suivant la revendication 6 caractérisées en ce que ladite feuille est en aluminium. 8-Pièces d'optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisées en ce que la surface optique est constituée par une couche de résine ayant subi un traitement de métallisation. 9-Procédé de fabrication de pièces d'optique catadioptrique ca ractérisé en ce que : a) dans un moule de forme convenable et réalisé avec une préci- sion suffisante pour n'avoir que très peu de retouches à effectuer, on place-au fond dudit moule, une feuille métallique mince préalablement traitée en vue de son adhésion, -puis sur cette feuille métallique et sur la paroi interne du moule, des feuilles de feutres isotropes de fibres à haut module d'élasti- cité et à haute résistance mécanique préimprégnées de résine, et éventu- ellement un film d'adhésif, -puis un remplissage en matériau léger sur lequel on dépose éventuellement un film d'adhésif, -et enfin des feuilles desdits feutres préimprégnées par la résine ; b) on comprime l'ensemble obtenu en ; c) on fait polymériser la résine. 10-Procédé de fabrication de pièces d'optique catadioptriques suivant revendication 9 caractérisé en ce que ladite feuille métallique est remplacée par une couche de résine sur laquelle on fera ensuite les traitements de métallisation. 11-Procédé de fabrication suivant revendication 9 caractérisé en ce que ladite feuille métallique est en aluminium, lesdits feutres sont constitués de fibres de carbone, ladite résine est une résine époxyde, ledit matériau léger de remplissage est du nid d'abeille en polyamide, ladite compression est comprise entre 2 et 10 bars et la polymérisation de ladite résine se fait par étuvage.