Brevet FR2520344A1 — publié le 19830729

Procédé d'élaboration d'un barreau de verre capable de transmettre un rayonnement infrarouge La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'un barreau de verre capable de transmettre un rayonnement infrarouge. On sait qu'il est possible d'élaborer des verres chalcogénures capables de transmettre un rayonnement infrarouge, par combinaison de chalcogènes tels que S 9 Se et Te avec d'autres éléments extraits des groupes IV et V de la classification périodique, tels que Ge, P, As, Sb. On connais un -procédé d'élaboration d'un barreau constitué d'un verre de ce type, qui consiste à introduire dans une ampoule cylindrique de silice, un mélange d'éléments choisis parmi ceux cités ci-dessus, puis à chauffer l'ampoule de façon à obtenir la fusion du mélange. Pendant toute la durée du chauffage, on agite le bain fondu contenu dans l'ampoule de façon à l'homogénéiser. Pour cela, l'ampoule étant disposée suivant l'axe d'un four tubulaire, on fait tourner le four autour de son axe et on provoque simultanément un basculement alternatif de cet axe de façon à faire passer le mélange fondu d'une extrémité à l'autre de l'ampoule et inversement. On arrête enfin le chauffage du four et on stoppe le double mouvement d'agitation du bain. Celui-ci se solidifie en se refroidissant dans l'ampoule pour former un barreau de verre transmettant un rayonnement infrarouge. Le barreau est enfin extrait de l'ampoule par découpe de celle-ci. Ce procédé présente un inconvénient : on constate souvent des fractures du barreau pendant son refroidissement. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. Elle a pour objet un procédé d'élaboration d'un barreau de verre capable de transmettre un rayonnement infrarouge, consistant - à introduire, dans une ampoule cylindrique en verre, dans un milieu exempt d'oxygène et d'humidité, un mélange des éléments d'un composé apte à transmettre un rayonnement infrarouge, - à sceller l'ampoule et à la chauffer pour obtenir la fusion du mélange et former le composé, - à soumettre l'ampoule, pendant le chauffage, à un mouvement de rotation autour de son axe, - puis à laisser refroidir le composé de façon à le solidifier et à former le barreau dans l'ampoule - et à séparer le barreau de l'ampoule, caractérisé en ce que - pendant le chauffage, l'axe de l'ampoule est incliné par rapport au plan horizontal de manière qu'une première de ses extrémités soit à un niveau supérieur à celui de la seconde extrémité de l'ampoule, l'angle d'inclinaison étant suffisant pour que le mélange fondu soit maintenu dans une première partie de l'ampoule du côté de la deuxième extrémité, - le mouvement de rotation s'effectue suivant une pluralité de cycles successifs, chaque cycle comprenant une période de rotation dans un sens suivie d'une période de rotation dans l'autre sens, de façon à homogénéiser le mélange fondu - et en ce que, pendant le refroidissement, à un moment où le mélange est encore liquide, l'axe de l'ampoule est basculé afin que le mélange s'écoule dans la deuxième partie de l'ampoule du côté de sa première extrémité, le mélange fondu se solidifiant et se refroidissant dans cette deuxième partie. Une forme particulière de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention et la figure 2 représente une ampoule de verre destinée à être -utilisée dans le dispositif illustré par la figure 1. Sur la figure 1, est visible, en coupe longitudinale partielle, un four électrique tubulaire 1 connecté à une source d'alimentation électrique non représentée. A l'intérieur du four 1, suivant son axe 2, est disposé un tube en silice 3 fermé à ses deux extrémités. Dans la partie du tube 3 qui est située à l'intérieur du four 1, est fixée suivant l'axe 2 une ampoule de silice contenant un bain en fusion 5. La fixation de l" ampoule 4 dans le tube 3 est assurée par exemple par des tampons de laine de quartz tels que 6. Le four 1 est fixé sur une plaque métallique 7 de forme rectangu laire, de façon que l'axe 2 soit parallèle aux grands côtés de la plaque 7. Cette plaque est montée en rotation autour d'un axe horizontal 8 solidaire d'un support 9 posé sur un plan horizontal 10. L'axe 8 est disposé perpendiculairement aux grands côtés de la plaque 7, de façon à la diviser en deux parties sensiblement égales. Un dispositif 11 d'entrainement en rotation du tube 3, accouplé à une extrémité 12 de ce tube, est également fixé sur la plaque 7. Sur la figure 2, est représenté à plus grande échelle, une ampoule 13 en silice, de forme générale cylindrique. Cette ampoule comporte, à une de ses extrémités, un tube de remplissage 14 qui se prolonge d'un côté par un tube 15 de plus faible diamètre. Le tube 15 débouche dans une première chambre 16 en communication avec une deuxième chambre 17 dont le diamètre est supérieur à celui de la chambre 16, la chambre 17 formant le fond de l'ampoule 13. Dans une première étape du procédé, on introduit dans l'ampoule 13 un mélange pulvérulent, ou en granulés, d'éléments entrant dans la composition d'un verre apte à transmettre un rayonnement infrarouge. Dans l'exemple décrit, ces éléments sont du sélénium,du germanium et de l'arsenic. L'ampoule 13 a été préalablement séchée et remplie d'argon. Cette ampoule ainsi que les éléments de départ ont été introduits dans une enceinte de type botte à gant. Le volume intérieur de cette enceinte est exempt d'oxygène et d'humidité, et balayé par un courant d'argon sec. Les éléments sont pesés et introduits dans l'ampoule 13 à l'aide de la boite à gant, puis l'ampoule 13 étant sortie de la boite à gant, elle est scellée sous vide par fusion de sa partie 15 de plus faible diamètre. L'ampoule scellée 4 (figure 1) est introduite et fixée dans le tube 3 dont les extrémités sont ensuite obturées. Le tube 3 est alors disposé dans le four 1 fixé sur la plaque 7. Celle-ci est immobilisée dans la position représentée sur la figure 1 : la planche 7 repose sur le plan 10 par une de ses extrémités, de façon qu'elle soit inclinée d'un angle de 200 environ par rapport à l'horizontale et que le fond 17 (figure 2) de l'ampoule 4 soit plus bas que son extrémité opposée correspondant au scellement. Dans une deuxième étape du procédé, on met en marche le four 1 de façon à obtenir la fusion du mélange introduit dans l'ampoule, la tempé rature de l'ampoule étant maintenue à 9600C environ. On met alors en marche le dispositif d'entrainement 11 qui provoque une rotation alternative dans un sens et dans l'autre du tube 3, c'est-à-dire aussi de l'ampoule 4, autour de l'axe 2. Le mouvement du tube se poursuit pendant toute la durée du chauffage qui peut être de l'ordre de 20 heures. Il compqrte une pluralité de cycles successifs, chaque cycle comprenant une rotation dans un sens pendant 5 secondes par exemple, suivie d'une rotation dans l'autre sens pendant 5 secondes. Ce mouvement alternatif produit une agitation du mélange fondu dans l'ampoule 4, de façon à le rendre plus homogène.Le mélange fondu reste constamment dans la chambre 17 de l'ampoule, compte-tenu de l'inclinaison de la plaque 7 par rapport à l'horizontale. Le brassage procuré par le mouvement de rotation alternatif décrit ci-dessus est en pratique aussi efficace que celui entraîné par le double mouvement du procédé selon l'art antérieur, qui comprend une rotation de l'ampoule dans un seul sens accompagné d'un basculement alternatif de la plaque autour de son axe. Comme le mélange fondu est extrêmement toxique, il est préférable de disposer l'ampoule 4 à l'intérieur d'un tube fermé tel que 3, de façon à éviter que les produits fondus ne se répandent à l'extérieur, dans le cas très peu probable d'une rupture de l'ampoule pendant le chauffage. Dans la troisième étape du procédé, on coupe l'alimentation du four 1. Lorsque la température de l'ampoule est descendue à 7000C environ, le mélange fondu étant encore liquide, on bascule la plaque 7 autour de l'axe 8, de façon qu'elle vienne occuper une position 18 indiquée en traits interrompus sur la figure 1. Dans ces conditions, le mélange liquide est transféré de la chambre 17 à la chambre 16 de l'ampoule, où il se solidifie et se refroidit pour constituer un barreau d'un verre de formule chimique Se55 Ge30 As15, ce barreau étant apte à transmettre un rayonnement infrarouge de longueur d'onde 10,6 microns. On constate que le refroidissement du barreau s'effectue en géné ral de manière satisfaisante, la probabilité d'apparition de fractures étant faible. La quatrième étape du procédé consiste à séparer le barreau de l'ampoule : en pratique, celle-ci est découpée en plusieurs morceaux à l'aide d'un diamant, de façon à libérer le barreau. Suivant une variante préférée du procédé selon l'invention, il est souvent nécessaire d'intercaler une étape supplémentaire entre la troisième et la quatrième étape : le barreau contenu dans l'ampoule est alors soumis à un recuit à une température de l'ordre de 350au, de façon à éliminer les tensions internes qui ont pu se former au cours du refroidissement. La probabilité très faible de rupture du barreau pendant l'étape de refroidissement du procédé selon l'invention peut s'expliquer par les considérations suivantes. Les ruptures de barreau intervenant dans le procédé selon l'art antérieur seraient provoquées par des phénomènes d'adhérence entre l'ampoule de silice et le mélange en fusion, ces phénomènes d'adhérence augmentant d'intensité avec la durée de contact entre le mélange fondu et l'ampoule. Dans le procédé selon l'invention, cette durée de contact est fortement réduite puisque, pendant toute la durée du chauffage, le mélange fondu est maintenu dans une chambre de l'ampoule différente de celle où s'effectue le refroidissement. Le barreau de verre élaboré par le procédé selon l'invention peut être utilisé pour réaliser des fibres optiques infrarouges. Pour cela on effectue un étirage à chaud du barreau sous atmosphère neutre par un procédé bien connu et on recouvre ensuite la fibre ainsi obtenue par exemple d'une mince couche d'une matière plastique convenable formant une gaine optique pour cette fibre. Dans certains cas, notamment lorsque la matière plastique fond sensiblement à la même température que le barreau, il est possible de recouvrir le barreau de matière plastique et d'obtenir alors par étirage directement une fibre optique infrarouge munie de sa gaine. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'élaboration d'un barreau de verre capable de transmettre un rayonnement infrarouge, consistant - à introduire, dans une ampoule cylindrique en verre, dans un milieu exempt d'oxygène et d'humidité, un mélange des éléments d'un composé J apte à transmettre un rayonnement infrarouge, - à sceller l'ampoule et à la chauffer pour obtenir la fusion du mélange et former le composé, - à soumettre l'ampoule, pendant le chauffage, à un mouvement de rotation autour de son axe, - puis à laisser refroidir le composé de façon à le solidifier et à former le barreau dans l'ampoule - et à séparer le barreau de l'ampoule, caractérisé en ce que - pendant le chauffage, l'axe de l'ampoule est incliné par rapport au plan horizontal de manière qu'une première de ses extrémités soit à un niveau supérieur à celui de -la seconde extrémité de l'ampoule, l'angle d'inclinaison étant suffisant pour quelle mélange fondu soit maintenu dans une première partie de l'ampoule du côté de la deuxième extrémité, - le mouvement de rotation s'effectue suivant une pluralité de cycles successifs, chaque cycle comprenant une période de rotation dans un sens suivie d'une période de rotation dans l'autre sens, de façon à homogénéiser le mélange fondu - et en ce que, pendant le refroidissement, à un moment où le mélange est encore liquide, l'axe de l'ampoule est basculé afin que le mélange s'écoule dans la deuxième partie de l'ampoule du côté de sa première extrémité, le mélange fondu se solidifiant et se refroidissant dans cette deuxième partie. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre, après le refroidissement du composé et avant la séparation du barreau de l'ampoule, à faire subir une opération de recuit au barreau contenu dans l'ampoule. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le scellement de l'ampoule est effectué sous vide. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le scellement de l'ampoule est effectué sous atmosphère neutre. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ampoule est en silice.