Brevet FR2482315A1 — publié le 19811113

248231s La présente invention concerne une fibre permet- t a n t de transmettre la lumière infrarouge. On connait des fibres de transmission de lumière infrarouge faites en un halogénure métallique monocristallin ou polycristallin, mais celles-ci ont généralement une résistance à la rupture plus faible que les fibres en verre de quartz. Dans la recherche d'un procédé permettant d'améliorer la résistance méca- nique des fibres, la demanderesse en est venue à admettre que, puisque l'extrusion d'un cristal d'halogénure métallique produit. un élément polycristallin linéaire, il était possible de renforcer la fibre en halogénure métallique par une réduction de la dimension des grains cristallins, de la même façon que l'on peut renforcer des métaux en réduisant la dimension de ses grains cristallins. Un cris- tal d'halogénure d'argent ou d'halogénure de thallium est ductile, mais, pour obtenir une surface régulière et réduire l'énergie néces- saire au travail ultérieur, on l'extrude à chaud.sous une forme linéaire. Le cristal subit une déformation par glissement lui don- nant la forme d'un roduit polycristallin, mais, dans le même temps, de grands grains cristallins sont formés par recristallisation. De plus, un halogénure de métal alcalin, qui est cassant aux tempé- ratures ambiantes, doit être travaillé à chaud, aux températures élevées auxquelles se produit la déformation plastique. La fibre ainsi préparée est constituée de grands grains cristallins d'une taille comprise après 400 microns et 1 mm et a sensiblement les mêmes propriétés mécaniques que le monocristal, si bien que l'on ne peut atteindre l'objectif énoncé, qui est d'améliorer les pro- priétés mécaniques de la fibre en réduisant la taille de ses grains cristallins. Aux vues de ces résultats, la demanderesse a pour- suivi son étude pour réaliser la fibre de transmission de lumière infrarouge qui est décrite ci-après. On sait que, lorsque l'on ajoute un élément de métal alcalino-terreux à un cristal d'halo- génure de métal alcalin, d'halogénure d'argent ou d'halogénure de thallium, une solution solide de l'élément renforce le cristal et accroît par conséquent sa résistance à la rupture. La demanderesse a extrudé à chaud un cristal d'halogénure de métal alcalin, d'halo- génure d'argent ou d'halogénure de thallium, contenant un élément de métal alcalino-terreux et a découvert que la fibre résultante était constituée de grains cristallins plus petits que la fibre produite par extrusion à chaud du même cristal en l'absence d'élé- ment de métal alcalino-terreux dans les mêmes conditions de tempé- rature produisant le même degré d'extrusion. Le cristal contenant un métal alcalino-terreux a une résistance & la rupture supérieure à celle du cristal ne contenant pas ce métal. Puisque l'élément de métal alcalinoterreux peut être ajouté sous forme d'halogénure, comme c'est le cas pour le matériau de transmission de rayons infrarouges auquel on l'ajoute, et parce qu'il est possible de réaliser le but visé consistant à réduire la dimension des grains du cristal d'halogénure en ajoutant une quantité aussi faible que 100 ppm de l'élément de métal alcalino-terreux, il n'existe pas de possibilité que soient altérées les propriétés optiques de l'halogénure de métal alcalin, de l'halogénure d'argent ou de l'halogénure de thallium. Il faut toutefois comprendre que, puis- qu'un oxyde métallique ou un groupe anionique tel que SQ4 ou C03 absorbe des rayons lumineux dans la région infrarouge, il faut prendre grand soin d'empêcher leur entrée dans le cristal d'halogénure. ! Des exemples d'halogénures de métaux alcalins pouvant être utilisés dans l'invention sont des halogénures de sodium, de potassium, de rubidium ou de césium. L'élément de métal alcalino-terreux peut être uti- lisé sous forme d'halogénure, et des exemples d'éléments de métaux alcalino-terreux sont le magnésium, le calcium, le strontium ou le baryum. L'expression "halogénure" qui est présentement utilisée vise à désigner un fluorure, un chlorure, un bromure ou un iodure. L'halogênure de métal alcalin, l'halogénure d'argent ou l'halogénure de thallium et l'halogénure de métal alca- lino-terreux sont de préférence ceux qui comportent le même atome d'halogène dans leur partie h a logénure. Par exemple, lorsque l'halogénure de métal alcalin est un chlorure de métal alcalin, l'élément de métal alcalino-terreux est de préférence ajouté sous forme de chlorure de métal alcalino-terreux. Toutefois, il faut comprendre qu'il est également possible d'utiliser des halogénures différents sans entraîner d'effets préjudiciables. Lorsque l'on utilise l'halogénure de métal alcalin, l'halogénure de métal alcalin et l'élément de métal alcalino-terreux sont de préférence une combinaison des halogénures métalliques de mêmes périodes dans le tableau périodique, à savoir une combinaison d'halogénures de sodium et de magnésium, de potassium et de calcium, de rubidium et de strontium, ou de césium et de baryum, mais une combinaison d'halogénures métalliques de périodes différentes dans le tableau périodique peut également être utilisée. L'élément de métalalcalino-terreux peut être utilisé dans une proportion d'environ 5000 ppm ou moins, de préférence 1000 ppm ou moins, dans la fibre. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur le dessin annexé d'une figure unique représentant une section droite d'une machine d'extrusion destinée à préparer la fibre de transmission de lumière infrarouge de l'invention. Sur la figure unique, le numéro de référence 1 représente une matrice d'extrusion, le numéro 3 un récipient d'extru- sion, le numéro 4 un poinçon d'extrusion, et le numéro 5 un disposi- tif de chauffage. L'invention est également illustrée par les exemples donnés ci-après, mais on comprendra que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre illustratif et ne constituent en rien une limitation de l'inven- tion. EXEMPLE 1 Au chlorure de potassium (pris comme halogénure de métal alcalin), on ajoute de 100 à 5000 ppm de calcium sous forme de chlorure de calcium, et on prépare un cristal cylindrique de chlorure de potassium par la méthode de Bridgman. On extrude la billette cristalline à l'aide d'une machine d'extrusion (représentée sur la figure unique) à une température comprise entre 500 et 6000C afin de produire une fibre polycristalline d'un diamètre de 1,0 mm. 24823'15 EXEMPLE 2 Au chlorure d'argent (pris comme halogénure d'argent), on ajoute de 100 à 5000 ppm de strontium, sous forme de chlorure de strontium, et on prépare un cristal cylindrique du chlorure d'argent par la méthode de Bridgman. On coupe le cristal résultant au niveau de ses extrémités et seule la partie médiane de composition uniforme est utilisée comme billette extrudable. On extrude à chaud la bil- lette à l'aide d'une machine d'extrusion (représentée sur la figure unique) à une température comprise entre 180C et 350C en une fibre polycristalline de diamètre 1,0 mm. On soumet les fibres polycristallines des exemples 1 et 2 à un essai de traction, dont les résultats sont présentés dans le tableau I ci-après en même temps que les d-onnées relatives à des fibres polycristallines préparées par extrusion de chlorure de potassium et de chlorure d'argent purs dans les mêmes conditions que celles des exemples 1 et 2. TABLEAU I Mesures de la résistance à la traction de fibres polycristallines (en kg/mm) Matériau Monocristal pur (*1) Fibre polycristalline Exemples (*2) pure Chlorure de 0,50 0,55 1,75 potassium Chlorure 2,20 -2,30 3,20 d'argent C 1) Chacun des monocristaux utilisés dans la mesure a un dia- mètre de 2,0 cm et une longueur de 5 cm. * 2) Des fibres polycristallines contenant 1000 ppm d'éléments de métaux alcalino-terreux respectifs sont utilisées dans la mesure. La dimension des grains des cristaux des fibres polycristallines préparées dans les exemples 1 et 2 est mesurée par observation d'une section droite de chaque fibre au micros- cope optique, et les résultats sont présentés dans le tableau Il ci-après en même temps que les données relatives à des fibres poly- cristallines pures. TABLEAU II Dimension des grains dans une section droite de fibres polycristal- lines (en microns), Matériau Fibre polycristalline pure Exemples ( 3) Chlorure de 300 500 5 - 30 potassium Chlorure d'argent 300 - 800 15 (3) Comme dans le tableau I, des fibres polycristallines contenant 1000 ppm d'éléments de métaux alcalino-terreux respectifs sont utilisées dans la mesure. Comme le démontrent les tableaux I et Il, l'ha!o- génure de métal alcalin et l'halogênure d'argent contenant un élé- ment de métal alcalino-terreux sont constitués de grains cristallins fins qui produisent des fibres polycristallines ayant une résistance à la traction accrue. La demanderesse confirme en outre que, comme l'halogénure de métal alcalin, l"halogénure de thallium contenant un élément de métal alcalinoterreu% peut être traité de manière à être transformé en une fibre polycristalline ayant des grains cris- tallins fins, et, par conséquent, une résistance à la traction accrue. La fibre polycristalline ainsi renforcée comportant un élément de métal alcalino-terreux n'est en aucune manière altérée dans ses propriétés optiques et peut être utilisée comme fibre de transmission de lumière infrarouge stable; lorsqu'elle est utilisée pour transmettre des faisceaux laser à C02, les pertes de trans- mission sont d'environ 10 % par mètre, ce qui correspond exactement à la valeur relative à une fibre polycristalline ne contenant aucun élément de métal alcalin terreux. Selon l'invention, on obtient, par extrusion d'un cristal d'halogénure de métal alcalin, d'halogénure d'argent ou d'halogénure de thallium contenant un élément de métal alcalino- terreux, une fibre polycristalline comprenant des grains cristallins fins et présentant une résistance accrue à la traction. Comme cela est démontré par les donnéeseypérimentales fournies ci-dessus, ceci est dû au fait que la fibre est renforcée par l'effet combiné d'une solution solide de l'élément de métal alcalino-terreux et de la 248a315 réduction de la taille des grains cristallins. De façon plus pré- cise, la migration des frontières cristallines que produit le travail à chaud est empêchée par l'élément de métal alcalino- terreux ajouté, ce qui retarde la croissance des grains par recris- tallisation. Par conséquent, on forme une fibre durable et facile à manipuler. On peut utiliser l'invention pour produire une fibre destinée à être connectée à un photodétecteur se trouvant à distance, en particulier à un détecteur de lumière infrarouge, tel qu'un dispositif d'alarme infrarouge. L'invention s'utilise également pour produire une fibre permettant de diriger un rayon infrarouge de haute puissance, comme par exemple des faisceaux laser à CG2 ou CO, à destination d'un dispositif de chauffage par laser ou d'une machine d'usinage par laser se trouvant en un endroit éloigné ou inaccessible. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des fibres dont la description vient d'être donnée simplement à titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Fibre transmettant la lumière infrarouge, caracté- risée en ce qu'elle est préparée par extrusion à chaud (1, 2, 3, 4, 5) d'un cristal d'halogénure de métal alcalin, d'halogénure d'argent ou d'halogénure de thallium dans lequel est incorporé un élément de métal alcalino-terreux. 2. Fibre selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'halogénure de métal alcalin est un fluorure, un chlorure, un bromure ou un iodure de sodium, de potassium, de rubidium ou de césium. 3. Fibre selon la revendication l,-caractérisée en ce que l'élément de métal alcalino-terreux est le magnésium, le calcium, le strontium ou le baryum. 4. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de métal alcalino-terreux est incorporé dans l'halo- génure de métal alcalin, l'halogénure dargent ou l'halogénure de thallium sous forme d'un fluorure, un chlorure, un bromure ou un iodure de l'élément de métal alcalino-terreux. 5. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de métal alcalino-terreux est présent dans la fibre à une proportion de 5000 ppm ou moins.