Brevet FR2484282A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne un procédé destabilisation d'un matériau amorphe (verre obtenu par trempe de liquide, matériau amorphe obtenu par dépôt en phase vapeur, réaction chimique,...) Aux températures d'utilisation, ces matériaux sont hors de l'équilibre thermodynamique et leurs propriétés physiques dépendent donc de l'histoire thermique et mécanique suivie durant le processus de fabrication et de refroidissement. Pour obtenir un matériau à l'état amorphe ayant des propriétés les plus proches de celles qu'il aurait à l'équilibre thermodynamique à une température T5 inférieure à la température de transition vitreuse Tg de ce matériau, on procède actuellement à un recuit du matériau, appelé recuit de "stabillsation , qui consiste en un maintien de longue durée du matériau à la température T5 ou en un refroidissement très lent depuis la température T5. Le matériau. est alors dit "stabilisé". Mais ce traitement n'est pratiquement efficace que pour des températures T5 très proches de la température Tgr typiquement de l'ordre de 0,95 Par exemple, la stabilisation du sélénium vitreux, qui a une température Tg sans stabilisation égale à 315qu, peut être réalisée en maintenant ce matériau à 2960K pendant 100 heures. La présente invention a: pour obet un procédé de stabilisation d'un matériau amorphe qui accroît la rapidité de cette stabilisatjofl et étend son application à des températures T5 bien inférieures à la température Tg du matériau amorphe. Ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste à soumettre le matériau amorphe à un flux de radiations pendant un recuit de ce matériau amorphe effectué à une température T6 au plus égale à la température de transition vitreuse Tg de ce matériau amorphe. L'effet combiné, thermique et radiatif permet d'accélérer radicalement le processus de stabilisation et de le rendre ainsi efficace à des températures qui nécessiteraient des temps considérables avec la seule activation thermique. La stabilisation est en quelque sorte catalysée par l'irradiation et l'on peut parler d'hyperstabilisation. Dans un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, le recuit consiste, après avoir amené le matériau amorphe à une température T6 au plus égale à la température de transition vitreuse T g du matériau amorphe, à maintenir ce dernier à la temperature Ts, puis à le conduire à sa température d 'utilisation Dans ce mode de mise en oeuvre particulier, l'irradiation a lieu de préférence pendant que le matériau amorphe est maintenu à la température Ts Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé, le recuit consiste, après avoir amené le maté riau amorphe à une température T' au plus égale à la s température de transition vitreuse T9 de ce matériau amorphe, à conduire graduellement ce dernier à une température Ts inférieure à Ts, puis à le porter à sa s s température d 'utilisation. Eans ce mode de de mise en oeuvre, I1 irradia- tion a lieu de préférence pendant que le matériau amorphe est conduit graduellement de la température T' s jusqu'à la température Ts. Selon une caractéristique particulière du procédé, les radiations sont choisies dans le groupe comprenant les rayons y, les rayons X et les électrons. Selon une autre caractéristique particulière, le matériau amorphe est choisi dans le groupe comprenant le sélénium et autres chalcogénures. Les alliages de ces chalcogénures avec d'autres éléments, comme par exemple ceux des colonnes IV et'V du tableau de Mendeleiev, peuvent être traités par ce procédé. Pour une composition chimique donnée, on. peut ainsi atteindre des propriétés caractéristiques d'un état extrême de la phase amorphe telles que l'augmentation notable de la densité, de la dureté et l'augmentation de l'indice de réfraction de la lumière. De plus, les propriétés électroniques des semiconducteurs vitreux (comme le sélénium et ses alliages, les chalcogénures, ...) peuvent être modifiées considérablement. L'état "hyperstabilisé" d'un matériau amorphe présente également l'intérêt d'une meilleure tenue thermique, autorisant des utilisations de ce matériau à des températures supérieures aux températures limi tes habituelles correspondant pratiquement~à à la tempé- rature de transition vitreuse du matériau. En effet, après un traitement d'hyperstabilisation, on observe un retard important de la transition vitreuse, ce qui entraîne une amélioration de la tenue en température. En particulier, les propriétés mécaniques sont maintenues au-delà de la température de transition vitreuse mesurée sans le traitement d'hyperstabilisation. Le procédé objet de l'invention peut, par exemple, être utilisé pour le traitement de matériaux utilisés en reprographie : il est possible d'obtenir des dépôts de sélénium vitreux ou de chalcogénures qui présentent une meilleure tenue mécanique et thermique ainsi que des caractéristiques électriques mieux adaptées. Dans le domaine des verres optiques, il est possible de faire varier de façon sensiblea ndice de réfraction sans modifier la composition chimique. D'autres caractéristiques et avantages du procédé de stabilisation d'un matériau amorphe selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier du procédé, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente les variations de la température T d'un échantillon de sélénium vitreux en fonction du temps t, lors d'un recuit de cet echantillon, - la figure 2 représente les variations de la température T de l'échantillon de sélénium vitreux en fonction du temps t, lors d'un autre type de recuit de cet échantillon, - la figure 3 représente les variations de la chaleur spécifique Cp d'échantillons de sélénium vitreux en fonction de la température T, l'un ayant été soumis au traitement d'hyperstabilisation et l'autre pas. Sur la figure 1, on a représenté les variations de la température T au cours d'un recuit d'un échantillon de sélénium vitreux dont la température de transition vitreuse T est égale à 3150K. g L'échantillon est amené à une température Ts égale à 2780K (donc nettement inférieure à Tg) et maintenu à cette température T6 pendant un temps At égal à 125 heures, tandis qu'il est irradié par des photons y provenant d'une source de cobalt de î05 rads/heure. On obtient ainsi une stabilisation effective de l'échantillon de sélénium et l'on peut parler d'"hyperstabilisation" car un échantillon témoin maintenu à la meme température T6 pendant le même temps At mais hors du rayonnement, présente un effet de stabilisation négligeable. Dans l'exemple de la figure 2, pour effectuer la stabilisation, on amène l'échantillon de sélé nium à une température T' inférieure à g, puis on s diminue graduellement cette température pendant que l'on irradie l'échantillon avec des photons y. L'échantillon hyperstabilisé présente les caractéristiques suivantes - la densité a augmenté de 50/oxo, - la valeur du potentiel xérographique résiduel a été abaissée de 30 à 50%, - la température de transition vitreuse a augmenté d'une valeur ATg égale à 150K, comme l'indique la figure 3 qui représente les variations de la chaleur spécifique Cp en fonction de la température pour un échantillon soumis au traitement d'hyperstabi lisation conforme à l'invention (courbe 2 > et pour un autre échantillon non soumis à ce traitement (courbe 1). Le procédé objet de l'invention permet donc d'améliorer considérablement les propriétés physiques de matériaux amorphes comme le sélénium vitreux qui peut ainsi acquérir de meilleures caractéristiques pour son utilisation, par exemple dans le domaine de la reprographie. REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation d'un matériau amorphe, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ce matériau amorphe à un flux de radiations pendant un recuit de ce matériau amorphe effectué à une température Ts au plus égale à la température de transition vitreuse Tg de ce matériau amorphe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recuit consiste, après avoir amené le matériau amorphe à une température T6 au plus égale à la température de transition vitreuse T g de ce matériau amorphe, à maintenir ce dernier à la température T6 puis à le conduire à sa température d'utilisation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'irradiation a lieu pendant que le matériau amorphe est maintenu à la température T6. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recuit consiste, après avoir amené le matériau amorphe à une température. T' au plus égale s à la température de transition vitreuse Tg de ce matériau amorphe, à conduire graduellement ce dernier à- une température T" inférieure à Ts, puis à le porter à s sa température d'utilisation. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'irradiation a lieu pendant que le matériau amorphe est conduit graduellement de la tem pérature T' à la température Ts. s s 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les radiations sont choisies dans le groupe comprenant les rayons y, les rayons X et les électrons. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que le matériau amorphe est choisi dans le groupe comprenant le sélé nium et autres chalcogénures, ainsi que les alliages de ces chalcogénures avec d'autres élements des colonnes IV et V du tableau de Mendelelev.