Brevet FR2401879A1 — publié le 19790330

On sait que les surfaces des lentilles et miroirs à usages optiques ou ophtalmiques requierent genéralement un haut degré de poli, afin de satisfaire-aux exigences qui sont spécifiques à chaque utilisation. La qualité microscopique d'une surface est en général caractérisée par sa ',rugosité', (on trouve dans la Norme Française E. 05-015- dés. 1972, la terminologie et les définitions courantes dans le domaine des états de surface). Les méthodes de mesure de la rugosité font appel à diverses'techniques telles que 1. Mesure du profil d'une surface dans un plan de coupe donné par méthode mécanique, pneumatique, optique (voir à ce sujet l'article R 1320 intitulé "Aberrations mi crogéométriques" de Pierre Nicolau et Charles-Arthur le Bourhis, dans le traité 11Mesure et Contrôle" des "Techniques de l'ingénieur", article dont une part importante est consacrée à la mesure des critères de rugosité par pal page mécanique et amplification électronique, par méthodes optiques etypalpage pneumatique). 2. Mesure de/ieffusion de lumière par les surfaces d'essais (voir à ce sujet diverses publications telles que : - "Détermination optique des états de surface par F. Berny et C. Imbert, Bulletin d'information du BNM, Janvier 1973, n 11. - Roughness characterization of smooth machined surfaces by light scattering" par John C. Stover, Applied Optics / Vol. 14, n 8 / Août 1975). 3. Mesure de la diffusion des surfaces en éclairage cohérent ou partiellement cohérent. (Voir à ce sujet - "Mesure Optique de rugosités par une lfiéthode de corrélation de Speckle par 3.C. Perrin et D. Léger, compte-rendu de contrat de recherche DGRST, Décembre 1974. - "Propriétés statistiques du speckle dans 1'lma- ge d'un objet diffusant en éclairage partiellement cohérent" par Fujii et Asakura, Nouvelle Revue d'optique - F - 6 (1965), Janvier - Février, p. 5-14). Ceci dit, on a-proposé depuis peu (voir notamment la demande de brevet français 76 37 609 du 14 Décembre 1976 pour "Articles d'optique préparés à partir de verres hydra tés") de réaliser des pièces d'optique par moulage de verre hydraté contenant par exemple 8,1 % de H20 en poids, la base anhydre ayant approximativement, en poids, 73 % de Si02, 10,5 % de Na20, 4,5 % de K20, 10 % de ZnO et 2 % de A1203. Les ébauches présentaient des faces doucies au moyen d'un émeri pour surfaçage d'optique de granulométrie W6 (grains de 7 à 36 m ; en moyenne 14 fi.m). Pour réaliser en pratique le moulage, on peut avoir recours à l'outillage décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis n" 640 735 déposée le 15 Décembre 1975 au nom de Roger F. Bartholomew et intitulée Optical articles from acid hydrated glassest. On utilise à cet effet des pistons de moulage en carbure de tungstène dont les faces au contact avec le verre avaient été polies au diamant, avec une précision de surface meilleure que A /4 et une rugosité mesurée avec un appareil à palpeur mécanique indiquant un profil moyen intégré égal à O,0l0,m. La Demanderesse a procédé à des essais de moulage adoptant le cycle de température Q (en C) et de pression P (en bars) en fonction du temps t (en minutes) représenté sur la figure 1 des dessins annexés, et les pièces moulées ont été évaluées par observation microscopique et par mesure de rugosité a) Tes observations microscopiques réalisées en contraste de phase Zernike (anneau de phase) au moyen d'un microscope Leitz équipé d'un objectif PHACO (10/0,25), ont fait apparaître des craquelures de surface dessinant un réseau polygonal irrégulier pouvant être caractérisé par une surface moyenne des polygones de l'ordre de 400 ( m);; b) les mesures de rugosité effectuées au moyen d'un rugosimètre "Talysurf 4" de TAYLOR-HOBSON équipé d'une tête à haute résolution dont la pointe en diamant a un rayon de courbure inférieur à 1,2 o'Um ont fait apparaître un profil moyen intégré de l'ordre de 0,5 -tm, ce qui est excessif. La qualité optique des surfaces ainsi obtenues peut donc être estimée insuffisante, et l'on a pu attribuer le défaut signalé à une sorte de déshydratation superficielle du verre hydraté, se manifestant durant le cycle de moulage. Cette hypothèse sur l'origine du phénomène en cause découle du fait que l'échange d'eau avec un verre de silice est un phénomène réversible. Dans le cadré des enseignements de la demande de brevet français sus-mentionnée, le verre anhydre est d'abord soumis à un traitement d'hydratation - d'une durée de plusieurs jours à des températures comprises entre 200 et 3000 C et dans des atmosphères dont l'hygrométrie est comprise entre 75 et 100 . Lorsque, pendant le cycle de moulage, le verre hydraté est porté aux mêmes températures, dans une atmosphère dont le degré hygrométrique est pratiquement nul, 1 verre se déshydrate. Cette déshydratation, régie par les lois de la diffusion, affecte pratiquement une couche superficielle pendant la durée du cycle de moulage.Aussi est-on fondé à penser que les craquelures constatées résulteraient, d'une part, de l'accroissement considérable de la viscosité du verre de surface dû au passage à un état quasi anhydre et, d'autre part, de la contraction du verre en cours de déshydratation. La présente invention vise à combattre ce phénomène préjudiciable et à obtenir un produit de haute qualité-optique, dépourvu de craquelures superficielles. Plus précisément, considérant la rugosité excessive des surfaces moulées antérieures qui les rend impropres et supposant que les craquelures de surfaces constatées ont pour origine la déshydratation superficielle du verre durant le cycle de moulage (comparable en quelque sorte au dessèchement des latérites qu'on peut observer dan la nature), le procédé de la présente invention permet de supprimer les craquelures qui se forment au cours du pressage. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente les courbes caractéristiques du cycle de pressage auxquelles il a été fait référence dans le préambule ci-dessus ia figure 2 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation conforme à l'invention pour l'opération de moulage. Comme dans la demande de brevet des Etats-Unis sus mentionnée, l'outillage représenté sur la figure 2 comprend un moule désigné de façon générale par le chiffre de référence 1 et constitué d'un caisson cylindrique d'acier chauffé par un moyen adéquat quelconque, ici un inducteur à haute fréquence 2. Dans le caisson de moulage 1 est ménagée une chambre cylindrique de compression 3 où l'on place les disques de verre à traiter 4 et dans laquelle sont logés un piston 5 et un contre-piston 6 dont les faces en regard, en carbure de tungstène, sont usinées avec toute la précision voulue. Le piston de moulage-5 est solidaire de la tige 7 d'un vérin de pressage. Conformément à la présente invention, l'ensemble de l'outillage ci-dessus est disposé à l'intérieur d'un autoclave 8 dont on a représenté en 9 la paroi en forme de cloche que traverse la tige de vérin 7 par l'entremise de rondelles d'étanchéité 10, et en 11 l'embase qui reçoit la paroi 9 avec interposition d'un joint d'étanchéité 12 et qui est équipée d'un raccord d'alimentation 13 par où arrive un gaz à la pression P. Ltautoclave 8 est conçu pour pouvoir supporter des pressions de 200 bars tout en permettant d'exercer toutes les commandes mécaniques nécessaires au pressage du verre 4. Le cycle de moulage adopté reste celui illustré par la figure 1, mais ltenceinte 8 dans laquelle se déroule le moulage est, selon la présente invention, maintenue à une pression élevée d'un gaz tel que l'azote, l'argon, le crypton, le gaz carbonique ou même tout simplement la vapeur d'eau. Ceci a pour effet de supprimer ou du moins de ralentir notablement la déshydratation superficielle du verre pendant le cycle de moulage. A titre d'exemple, on a procédé à des essais avec de l'azote sous une pression. de 100 à 120 bars, et l'on a réalisé une pièce moulée présentant les caractéristiques géométriques et optiques suivantes - Ménisque de 10 mm de diamètre - Rayon convexe : 3,9 mm - Ouverture face convexe : 10 mm - Rayon concave : 7,5 mm - Ouverture face concave : 4 mm - Epaisseur au centre : 5,5 mm Les moulages obtenus par ce procédé sont exempts de craquelures de surface par suite du ralentissement considérable du processus de destruction des sianols de surface. Il a été observé qu'une simple pression de 100 bars d'un gaz neutre, tel que l'azote, permettrait 4'obtenir des résultats très satisfaisants. Les pièces ainsi moulées sont proprets'à tout usage optique ou ophtalmologique, mais présentent un intérêt particulier comme lentilles de lecture -- notamment par laser -d'images enregistrées sur vidéo-disques ou autres supports analogues. PEV~ENDICAIONS 1. Procédé d'obtention de pièces d'optique au moyen d'un outillage de moulage de précision par pressage de verre hydraté, caractérisé en ce que l'enceinte dans laquelle se déroule l'opération de pressage est maintenue sous une pression élevée d'azote ou autre gaz adéquat. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est de l'argon, du crypton, du gaz 'carboni- que ou de la vapeur d'eau. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,caracté- risé en ce que ladite pression est de l'ordre de 100 à 120 bars. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'outillage de moulage est logé dans un autoclave dont la paroi est traversée de façon étanche par l'organe moteur de commande du pressage et présente un raccord d'alimentation pour ledit gaz sous pression. 5. A titre de produits industriels nouveaux, les pièces optiques de précision obtenues par moulage selon le procédé de la revendication 1, 2 ou 3 ou à l'aide du dispositif de la revendication 4. 6. Application des pièces optiques de la revendication 5 comme lentilles de lecture - notamment par laser d'images enregistrées sur vidéo-disques ou autres supports analogues.