Brevet FR2492362A1 — publié le 19820423

La présente invention concerne un procédé de production d'un matériau vitreux sans bulles, et notamment de verre de quartz sans bulles, à partir d'un matériau vitreux bulleux, et notamment de verre de quartz, par action sur le matériau chauffé d'un gaz sous pression. Le domaine de l'optique et des lampes exige depuis longtemps des verres aussi exempts que possible de bulles. Diverses propositions ont donc été déjà publiées pour la production de matériaux vitreux sans bulles. C'est ainsi que selon le brevet de la République fédérale d'Allemagne n0 31 01 34, la production de quartz fondu sans bulles s'effectue par fusion du quartz sous vide, puis maintien du quartz fondu sous une surpression jusqu'à sa solidification. Une surpression est appliquée afin de réduire les bulles de gaz au volume qu'elles présenteraient a la température habituelle. L'application d'une pres- sion trop élevée est déconseillée, faute de quoi le quartz présente- rait une contrainte interne élevée, ne permettant pas son utilisation à des fins optiques. Le brevet de la République fédérale d'Allemagne n0 85 40 73 décrit un procédé similaire. De petits morceaux de cristal de roche ou de la silice grenue sont fondus dans un four, dans lequel une atmosphère d'hydrogène est maintenue sous une pression de 10 à 150 torr jusqu'à ce que la température de fusion soit atteinte, puis pendant la durée du phénomène de fusion, qui est de 10 minutes; après la fin de la fusion, la pression d'hydrogène est portée à environ 1-2 atm. Le verre quartz ainsi produit contient de l'hydrogène dissous. Il n'est par exemple pas utilisable directement pour la production de lampes à vapeur de mercure, car le verre de quartz libère pendant le fonction- nement de telles lampes de l'hydrogène qui accroit notamment la tension d'amorçage. Les procédés connus précités garantissent l'élimination sûre de macrobulles, c'est-à-dire de bulles visibles à l'oeil nu. L'invention vise par contre à produire des objets moulés en matériau vitreux sans bulles, et notamment en verre de quartz sans bulles, exempts non seulement de macrobulles, mais aussi de micro- bulles, c'est-à-dire de bulles invisibles à l'oeil nu et présentant un diamètre moyen inférieur à 0,1 mm. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le maté- riau vitreux bulleux, disposé sur un support dans un four à une tempé- 13,5 rature qui réduit sa viscosité à une valeur comprise entre 10 et 10 Pa.s, est soumis de toutes parts à une pression de 100 à 3000 bars par un baz insoluble dans le matériau vitreux, pendant une durée minimale de 10 mn, puis refroidi à la température ambiante en moins de 10 heures. Le matériau vitreux est avantageusement traité à une tempéra- ture qui réduit sa viscosité à une valeur comprise entre 10 et 10 Pa.s. On utilise de préférence une pression comprise entre 200 et 1000 bars et de l'argon. Le temps de refroidissement du matériau vitreux traité à une température de 373 K est avantageusement inférieur à 3 heures. Il est apparu que le procédé selon l'invention se prête particulièrement bien à la production sans microbulles ni macrobulles de matériau vitreux ayant été fondu à la flamme, et notamment à partir d'un verre de quartz fondu à l'aide d'une flamme hydrogène-oxygène. Dans le procédé selon l'invention, il ne s'agit pas d'une réduc- tion temporaire des bulles, pouvant être compensée ensuite par un chauffage sous la pression normale, mais d'une élimination durable, y compris des microbulles. Le résultat étonnant suivant a été observé le procédé selon l'invention fournit des objets moulés vitreux sans bulles, qui ne présentent ensuite aucune formation de bulles même au cours d'un traitement ultérieur par soufflage par exemple. Ce résul- tat semble imputable au fait que le procédé selon l'invention permet une fermeture totale des bulles. La pression agissant de tous les côtés sur le matériau vitreux bulleux est exercée, comme précédemment indiqué, par un gaz insoluble dans le matériau vitreux. Un "gaz insoluble" au sens de l'invention est un gaz qui ne pénètre pas rapidement dans le matériau vitreux par diffusion dans les conditions de température, pression et temps indi- quées. On évite ainsi que des molécules du gaz de traitement pénètrent dans le matériau chauffé et produisent dans les bulles ouvertes une compensation de pression, interdisant toute réduction ultérieure du volume des bulles. Le temps de traitement nécessaire pour l'élimination des bulles dans le matériau vitreux sous pression élevée dépend de la nature des gaz contenus dans les bulles. Des gaz diffusant ou se dissolvant rapidement, tels qu'hélium, hydrogène ou vapeur d'eau, exigent un S temps de traitement relativement court. Les avantages du procédé selon l'invention résident dans la possibilité d'éliminer les macrobulles et microbulles d'objets moulés en matériau vitreux bulleux, en conservant dans une très large mesure leurs dimensions extérieures. Le procédé est par suite applicable aussi bien à des demi-produits qu'à des produits finis en matériau vitreux. Le procédé selon l'invention permet l'élimination sûre des bulles produites par la mise en oeuvre, introduites dans l'objet moulé après la fusion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente le schéma d'un dispositif pour la mise en-oeuvre du procédé. Le cylindre creux 1 d'un autoclave haute pression du commero contient un four électrique 2 présentant une forme cylindrique creuse. A l'intérieur du four se trouve un support 3, sur lequel sont dispo- sées les pièces moulées 4 bulleuses en matériau vitreux à traiter. Le four est entourée par une hotte isolante 5, munie d'orifices Il de compensation de la pression et interdisant un échauffement du cylindre de l'autoclave et de son couvercle 6. Le chargement de l'autoclave s'effectue par le couvercle frontal 6 ou le fond 7. L'alimentation en gaz de traitement s'effectue par la canalisation 8, qui est reliée à une tubulure d'entrée 9 et une tubulure de sortie 10. Les pièces moulées 4 en verre de quartz fondu à l'aide d'une flamme hydrogène-oxygène sont disposées pour traitement sur le support 3. Le traitement s'effectue à une température comprise entre 1550 et 1700 K, correspondant à une viscosité de 10 à 10 Pa.s. Les dimen- sions extérieures des pièces moulées ne varient ainsi pas pendant le traitement. La pression appliquée est ajustée entre 300 et 1000 bars. Le temps de séjour des pièces moulées pendant le traitement sous pres- sion est compris entre 30 et 90 minutes. Il est apparu avantageux d'alimenter en gaz l'autoclave froid jusqu'à une pression inférieure à la pression finale, afin d'utiliser la dilatation thermique du gaz pour atteindre la pression finale souhaitée. L'argon, qui ne diffuse que très lentement dans le verre de quartz, s'est révélé convenir particulièrement comme gaz de traitement. Il est toutefois inévitable dans le procédé selon l'invention que l'argon pénètre superficielle- ment dans les pièces moulées en verre de quartz pendant le traitement, jusqu'à une profondeur inférieure à 1 mm. Il convient donc d'éliminer l'argon du verre de quartz traité en supprimant mécaniquement ou chimiquement la mince couche superficielle de la pièce moulée trai- tée. Les meilleurs résultats sont obtenus par un décapage à l'acide fluorhydrique aqueux. Ce traitement évite que des matériaux vitreux traités selon l'invention présentent lors d'un échauffement soudain ultérieur une couche superficielle mousseuse, qui résulte du fait que le gaz de traitement, et notamment l'argon,-ne peut pas s'échapper suffisamment vite de la pièce moulée par diffusion lors de l'échauf- fement soudain rapide. L'épaisseur de la couche diffusée superficielle dépend évidemment du temps de séjour sous haute pression et de l'action thermique, de sorte que le refroidissement des pièces moulées trai- tées doit s'effectuer aussi rapidement que possible. 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. Revendications 1. Procédé de production d'un matériau vitreux sans bulles, et notamment de verre de quartz sans bulles, à partir d'un matériau vitreux bulleux, et notamment de verre de quartz, par action sur le matériau chauffé d'un gaz sous pression, ledit procédé étant carac- térisé en ce que le matériau vitreux bulleux, disposé sur un support dans un four à une température qui réduit sa viscosité à une valeur comprise entre 1013,5 et 108 Pa.s, est soumis de toutes parts à une pression de 100 à 3000 bars par un gaz insoluble dans le matériau vitreux, pendant une durée minimale de 10 minutes, puis refroidi a la température ambiante en moins de 10 heures. 2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que le maté- riau vitreux est traité a une température qui réduit sa viscosité à une valeur comprise entre 10il et 109 Pa.s. 3. Procédé selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par l'application d'une pression gazeuse comprise entre 200 et 1000 bars. 4. Procédé selon revendications 1 à 3, caractérisé par l'emploi d'argon. 5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caracté- risé par le refroidissement du matériau vitreux traité à une tempéra- ture de 373 K, en un temps inférieur a 3 heures. 6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 a 5, caracté- risé par l'emploi comme matériau vitreux d'un matériau. fondu à la flamme. 7. Procédé selon revendication 6, caractérisé par l'emploi d'un verre de quartz fondu à la flamme hydrogène-oxygène. 8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que le verre de quartz est soumis, pendant 30 à 90 minutes, a une atmosphère d'argon exerçant de tous les côtés une pression de 300 a 1000 bars, a une température comprise entre 1550 et 1700 K, puis refroidi en moins d'une heure à une température inférieure à 1200 K. 9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce que la couche extérieure du matériau vitreux traité et refroidi est éliminée sur une épaisseur maximale de 2 mm avant tout traitement ultérieur à chaud. 10. Procédé selon revendication 9, caractérisé en ce que la couche extérieure d'une pièce en verre de quartz traitée est décapée à l'acide fluorhydrique aqueux.