Brevet FR2482733A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne un miroir léger,pour applications astronomiques en particulier, comprenant une ossature en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, disposée entre un plateau avant, en verre de quartz ou verre à haute teneur en silice, et un plateau arrière en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, et solidarisée avec lesdits plateaux, les matériaux choisis pour ces derniers et l'ossature présentant des coefficients de dilatation thermique égaux, ainsi qu'un procédé pour la production d'un tel miroir léger. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 988 959 décrit un miroir léger du type sandwich, constitué par un plateau avant et un plateau arrière espacés et solidarisés par des tronçons de tube espacés. Les tronçons de tube forment l'ossature du miroir. Du verre est utilisé comme matériau pour le plateau avant, le plateau arrière et les tron- çons detube. La production du miroir s'effectue comme suit les tronçons de tube sont reliés à un plateau, puis à l'autre au moyen d'un liant. Ces miroirs connus présentent une structure simple, mais offrent une rigidité insuffisante aux forces s'exerçant parallèlement au plateau arrière. Le brevet britannique n0 1 167 895 décrit des miroirs légers, dont les plateaux avant et arrière sont réunis par une ossature cons- tituée soit par des tronçons de tube, soit par des entretoises de sec- tion cruciforme. Au lieu des tronçons de tube ou des entretoises cruciformes, il est également possible d'utiliser des entretoises constituées par des rubans imbriqués en forme de grille support ("egg crate"). Ces miroirs légers sont en verre cristallisé thermiquement (vitrocéramique), ayant une teneur pondérale en SiO2 de 70 % max. et dont les autres constituants principaux sont Li O et Al 0 Au lieu 2 -2 3 de ce verre cristallisable thermiquement, on a déjà utilisé aussi pour la production de tels miroirs légers de verres à haute teneur en silice (verres ayant une teneur pondérale en SiO de 90 t au minimum et dont le coefficient de dilatation thermique est ajusté, par addition de dopants, tels que TiO2, à une valeur égale, voire inférieure au coef- ficient de dilatation thermique du verre de quartz). De tels miroirs sont commercialisés (brochure "Low Expansion Materials", de la Société Corning Glass Works, Corning N.Y., USA, 1969). Afin d'améliorer la stabilité transversale, le brevet britannique n0 1 126 930 décrit des miroirs légers, dont l'ossature est consti- tuée par un plateau muni de trous débouchants; Du verre de quartz est utilisé comme matériau pour le plateau de ces miroirs légers et du quartz pour l'ossature. Le plateau arrière est également en verre de quartz ou en quartz. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 644 022 décrit des miroirs légers, dont l'ossature est constituée par des éléments en Y, réunis par soudage pour former une ossature en nid d'abeille à rigidité élevée. Un matériau silicieux est utilisé pour ces miroirs. Les miroirs légers décrits dans les dernières publications pré- citées présentent certes la rigidité suffisante requise, y compris pour les forces s'exerçant parallèlement au plateau arrière, mais leur production exige énormément de main d'oeuvre et présente un risque élevé d'erreurs. Cela est évident quand on considère que le perçage des trous ou le soudage des pièces constituant l'ossature risque de produire des fentes. L'invention a pour objet des miroirs légers de rigidité élevée, même en présence de forces transversales, permettant une production facile et économique, et dont les procédés de production ne présentent pas les défauts énumérés des procédés connus de production de l'ossa- ture. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'ossature est constituée par des pièces plates et/ou tubulaires qu'une masse frittée solidarise avec formation d'une cavité, ladite masse frittée étant d'une part constituée par le même matériau que les pièces plates et/ou tubulaires et d'autre part composée par des grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces derniers, et pré- sentant une masse volumique inférieure à celle du verre de quartz ou du verre à haute teneur en silice. La masse frittée présente des pores ouverts et une masse volumique comprise entre 0,2 et 1,8 g/cm Selon une autre caractéristique de l'invention, pour la formation de l'ossature, des pièces plates et/ou tubulaires.en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, sont placées sur une plaque support; les interstices entre pièces voisines sont remplis avec une masse a fritter en grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces derniers, puis cet arrangement est maintenu par un anneau de graphite; ledit arrangement est ensuite porté à la tem- pérature de frittage dans un four o est maintenue une atmosphère non oxydante, puis après refroidissement, l'anneau de graphite et la plaque support sont retirés; et l'ossature ainsi obtenue est soli- darisée de façon connue avec le plateau avant et le plateau arrière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est la coupe verticale d'un miroir léger selon l'inven- tion; la figure 2 est la coupe horizontale de l'ossature du miroir selon figure 1, dans le plan A-B; la figure 3 est la coupe verticale d'un arrangement pour la production de l'ossature d'un miroir léger selon l'invention; la figure 4 est la coupe horizontale partielle de l'arrangement selon figure 3, dans le plan C-D; la figure 5 est la coupe verticale d'un arrangement pour la production d'un miroir léger selon l'invention; la figure 6 est la coupe horizontale partielle de l'arrangement selon figure 5, dans le plan E-F; la figure 7 est la coupe verticale d'un arrangement pour la production de l'ossature d'un miroir léger selon l'invention; la figure 8 est la coupe horizontale partielle de l'arrangement selon figure 7, dans le plan G-H; et la figure 9 est la coupe verticale d'un miroir léger selon l'inven- tion. Comme le montre la figure 1, le miroir léger selon l'invention est constitué par un plateau avant 1 et un plateau arrière 2 solidarisés par une ossature 3. Cette dernière est constituée, comme le montre la figure 2, par des pièces 4 plates, réunies par la masse à fritter 5 et formant une cavité 6 afin de réduire le poids du miroir à un minimum. La section de la cavité 6 est polygonale, et de préférence hexagonale comme l'indique la figure 2. Il s'est révélé utile de munir le pla- teau arrière 2 de perçages 7 de purge d'air, comme l'indique la figure 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, le plateau avant 1 est en verre de quartz et le plateau arrière 2 en quartz.-Les pièces 4 plates de l'ossature sont 'également en verre de quartz et la masse frittée 5 est constituée par des particules de verre de quartz. 1-1 est de la même façon possible d'utiliser du verre à haute teneur en silice, selon la définition ci-dessus, comme matériau pour les plateaux avant et arrière, les pièces plates et la masse à fritter. La production de l'ossature d'un miroir léger est décrite ci- dessous à l'aide des figures 3 et 4. Sur une plaque support 8, en graphite par exemple, ou sur une plaque en matériau résistant à la chaleur et recouvert de graphite (plaque support munie d'une couche superficielle contenant du carbone), des pièces tubulaires 9 en verre de quartz sont disposées autour de pièces façonnées 10 en graphite, puis les espaces vides sont remplis avec de la masse à fritter 11. Un anneau en graphite 12 maintient rigidement les pièces façonnées et les pièces tubulaires 9 placées sur la plaque support, y com- pris la masse à fritter 11. Cet arrangement est ensuite introduit dans un four, o une atmosphère non oxydante peut être maintenue pendant le chauffage jusqu'à la température de frittage. Lorsque les pièces tubulaires 9 sont en verre de quartz et les particules de la masse à fritter Il également en verre de quartz, l'arrangement décrit est porté dans un four à une température de 1300 à 1600 0C, pendant une durée de 2 à 6 heures. Pendant cette élévation de température, les particules de verre de quartz de la masse 11 se frittent non seulement entre elles, mais aussi avec les pièces tubulaires 9. Après la fin du processus de chauffage, on laisse refroidir l'arrangement dans le four, avec maintien d'une atmosphère non oxydante, puis les pièces façonnées 10 en graphite et l'anneau de graphite (12) sont enlevés et l'ossature formée est retirée de la plaque support. L'en- lèvement de l'anneau de graphite 12 et des pièces façonnées 10 s'effectue par brûlage. Le cas échéant, les faces supérieure et infé- rieure de l'ossature sont usinées mécaniquement, par doucissage par 2482M33 exemple, afin de présenter la courbure superficielle requise. Cette ossature est ensuite assemblée de façon connue avec les plateaux avant et arrière pour former un miroir léger, par exemple à l'aide - d'une action thermique dirigée au moyen d'un arc, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 754 812 (figure 7). L'exemple de réalisation selon figures 5 et 6 diffère de celui selon figures 3 et 4 par l'absence de pièces façonnées 10 en gra- phite, les interstices entre les pièces tubulaires étant totalement remplis par la masse à fritter 11. Dans cette dernière sont incor- porés des petits barreaux raidisseurs 13, inclinés suivant un angle de 30 à 60 sur la verticale, pour augmenter la rigidité en flexion de l'ossature. L'arrangement selon figure 5 est ensuite traité pour former l'ossature de la façon précédemment décrite pour les figures 3 et 4. Dans l'exemple de réalisation selon figures 7 et 8, l'arrange- ment est identique à celui précédemment décrit pour les figures 3 et 4. Les pièces tubulaires sont remplacées dans ce cas, pour la pro- duction de l'ossature, par des pièces 4 plates, disposées autour de pièces façonnées 10 hexagonales en graphite, puis les interstices sont remplis avec la masse à fritter 11. La production de l'ossature s'effectue alors exactement de la façon décrite pour les figures 3 et 4. Après assemblage de l'ossature ainsi produite avec le plateau avant 1 et le plateau arrière 2, on obtient un miroir léger, repré- senté sur les figures 1 et 2. La figure 9 représente un miroir léger selon l'invention, de structure identique à celui selon figure 1, mais avec cette diffé- rence que la face du plateau avant 1 et du plateau rrière 2 en regard de l'ossature est munie d'une couche frittée 14, constituée par des grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces derniers. La liaison entre le plateau avant 1 et le plateau arrière 2 d'une part et l'ossature 3 d'autre part, par l'intermé- diaire de la couche frittée 14, s'effectue nécessairement comme suit une masse à fritter 11, formant une couche d'une épaisseur de 0,5 à mm, est dépoasée sur le plateau arrière 2, l'ossature est placée sur cette masse à fritter, puis l'arrangement est porté à la tempé- 2 4 32733 rature de frittage dans un four. Après refroidissement, la liaison entre l'ossature et le plateau avant est réalisée de la même façon. Le semi-produit constitué par le plateau arrière 2 et l'ossature 3 est pour ce faire placé sur une couche-de masse à fritter, déposée sur le plateau avant 1, puis cet arrangement complet est porté dans un four à la température de frittage, pour produire la liaison entre le plateau avant et l'ossature. L'ossature du miroir léger selon l'invention et par suite le miroir léger lui-même peuvent être produits à partir d'éléments simples et donc de façon économique, sans risque de fissurat-on pen- dant la production de l'ossature. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. E482733 Revendications 1. Miroir léger, pour applications astronomiques en particulier, comprenant une ossature en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, disposée entre un plateau avant, en verre de quartz ou verre à haute teneur en silice, et un plateau arrière en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, et solidarisée avec lesdits plateaux, les matériaux choisis pour ces derniers et l'ossature présentant des coefficients de dilatation thermique égaux, ledit miroir étant caractérisé en ce que l'ossature (3) est constitué par des pièces plates et/ou tubulaires (4, 9), qu'une masse frittée (11) solidarise avec formation d'une cavité (6), ladite masse frittée étant d'une part constituée par le même matériau que les pièces plates et barreaux tubulaires et d'autre part composée par des grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces der- niers, et présentant une masse volumique inférieure à celle du verre de quartz ou du verre à haute teneur en silice. 2. Miroir selon revendication 1, caractérisé en ce que la masse frittée (11) présente des pores ouverts et une masse volumiquecomprise entre 0,2 et 1,8 g/cm 3. Miroir selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par l'incorporation de petits barreaux raidisseurs (13) à la masse frittée (11) 4. Miroir selon revendication 3, caractérisé en ce que les petits barreaux raidisseurs (13) sont inclinés dans la masse à fritter et forment avec la verticale un angle compris entre 30 et 60 . 5. Miroir selon une quelconque-des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que la face du plateau avant (1) et/ou du plateau arrière (2) en regard de l'ossature (3) porte une couche frittée (14), cons- tituée par des grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces derniers. 6. Miroir selon une quelconque des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que la section de la cavité (6) est polygonale, et de préférence hexagonale. 7. Procédé pour la production d'un miroir léger selon une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un plateau avant, un plateau t 2-82733 arrière et une ossature sont solidarisés, ledit procédé étant carac- térisé en ce que pour la formation de l'ossature, des pièces plates (4) et/ou tubulaires (9) en verre de quartz, quartz ou verre à haute teneur en silice, sont placées sur une plaque support (8); les interstices entre pièces voisines sont remplis avec une masse à frit- ter en grains, petits tubes, petits barreaux, plaquettes ou un mélange de ces derniers, puis cet arrangement est mainteau par un anneau de graphite (12); ledit arrangement est ensuite porté à la température de frittage dans un four o est maintenue une atmosphère non oxydante, puis après refroidissement, l'anneau de graphite (12) et la plaque support (8) sont retirés; et l'ossature ainsi obtenue est solidarisée de façon connue avec le plateau avant (1) et le pla- teau arrière (2). 8. Procédé selon revendication 7, caractérisé en ce que les. pièces (4, 9) sont disposées autour de pièces façonnées (10), contenant du carbone ou du graphite et placées sur la plaque support (8); et, après refroidissement, lesdites pièces façonnées sont retirées avec l'anneau de graphite (12) et la plaque support (8). 9. Procédé selon une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'anneau de graphite (12) et les pièces façonnées (10) sont retirées par brûlage. 10. Procédé selon une quelconque des revendications 7 à 9, caracté- risé en ce que le plateau avant (1) et/ou le plateau arrière (2) sont reliés à l'armature (3) par l'intermédiaire d'une couche frittée (14).