Brevet FR2579331A1 — publié le 19860926

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche de miroir léger qui comprend une ossature porteuse munie d'alvéoles et qui est assemblée par une liaison rigide à un panneau de miroir ou à un panneau d'intrados, en utilisant comme matières pour l'ossature porteuse et pour le panneau de miroir ou le panneau d'in- trados, des matières qui possèdent pratiquement le même coefficient de dilatation thermique, procédé dans le- quel, pour réaliser l'ossature porteuse, on pose des pièces façonnées en graphite sur un support en forme de plaque, à l'intérieur d'un cadre en graphite et à un cer- tain écartement mutuel, on introduit un granulat composé de quartz cristallin ou amorphe dans les cavités compri- ses entre les pièces façonnées en graphite ainsi qu'en- tre ces pièces et le cadre en graphite, pour former au moins une partie de l'ossature porteuse, on introduit ce montage dans un four et on chauffe dans une atmosphère non oxydante, et dans lequel on enlève les pièces façon- nées en graphite après le refroidissement. On connait déjà, par le brevet DE-30 18 785, un mode de fabrication d'un miroir léger, en particulier pour applications astronomiques, dans lequel on intro- duit, entre un panneau avant en verre siliceux, silice fondue ou verre à haute teneur en silicates et un pan- neau d'intrados en verre siliceux, silice fondue ou verre en haute teneur en silicates, une ossature por- teuse préfabriquée composée de verre siliceux, silice fondue ou verre à haute teneur en silicates, et on fixe cette ossature à ces panneaux par une liaison rigide. Dans ce cas, les matières choisies pour les panneaux et pour l'ossature porteuse présentent pratiquement le même coefficient de dilatation thermique. Pour former l'os- sature porteuse, on dispose sur une plaque support des- tinée à être éliminée ultérieurement et qui porte une couche superficielle carbonée - par exemple en graphite - des éléments plats et/ou tubulaires en verre sili- ceux, silice fondue ou verre à haute teneur en silica- tes, puis, dans les espaces libres subsistants, compris chacun entre deux éléments voisins, on dispose une ma- tière à fritter composée d'un granulat, de petits tubes, bâtonnets, plaquettes ou d'un mélange de tels éléments et on maintient ce montage assemblé à l'aide d'un cadre en graphite présentant la forme d'un anneau. En supplé- ment, on peut poser sur la plaque support des pièces fa- çonnées composées d'une matière contenant du carbone ou du graphite, ces pièces façonnées étant enlevées a-vec le cadre en graphite et la plaque support après le refroi- dissement. Le montage ainsi formé est ensuite chauffé dans un four, dans lequel on entretient une atmosphère non oxydante, pendant un temps compris entre 2 et 6 heu- res, et à une température comprise dans l'intervalle al- lant de 1 300 à 1 600 OC. Pendant ce chauffage, les par- ticules de verre siliceux de la matière s'assemblent par frittage entre elles et également aux pièces tubulaires préalablement disposées. Après l'élimination des ma- tières graphitiques, on assemble l'ossature porteuse au panneau avant et au panneau d'intrados, par exemple par un apport de chaleur dirigé, au moyen d'arcs électri- ques, pour obtenir ainsi un miroir léger. Selon ce brevet DE, il est donc indispensable de disposer sur la plaque support une pluralité de pièces tubulaires préfabriquées en matière siliceuse qui, après le comblement des espaces libres avec un gra- nulat de matière siliceuse, donne, après le frittage, la structure en nid d'abeilles de l'ossature porteuse. L'es- pace occupé par le granulat peut être considérablement réduit par l'introduction de pièces façonnées en graphi- te, de sorte que, en dépit d'une grande solidité, seul un espace relativement petit est rempli de matière. Il s'agit ici d'un procédé relativement cotteux, dans le- quel, dans plusieurs étapes de fabrication consécutives, les éléments siliceux tubulaires servant de matière pre- mière doivent tout d'abord être fabriqués puis disposés pour constituer la structure de base de l'ossature por- teuse, et ensuite être frittés après le comblement des espaces libres au moyen d'un granulat de matière siliceu- se. L'assemblage avec le panneau avant ou avec le pan- neau d'intrados s'effectue ensuite dans une troisième phase, par exemple, par chauffage à l'arc électrique. En raison du chauffage partiel, il peut alors s'établir des contraintes importantes qui conduisent à une détériora- tion de la stabilité. L'invention se donne pour but d'apporter un mo- de de fabrication aussi peu coûteux que possible tout en conservant l'absence de tensions à l'intérieur de la matière, qui permette de donner à l'ossature porteuse une configuration arbitrairement choisie en supprimant la nécessité d'utiliser des pièces préfabriquées déter- minées en matière siliceuse. Par ailleurs, l'invention vise à permettre de se dispenser de toute addition de fondant. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'on pose directement les pièces façonnées en graphite sur le panneau de miroir ou le panneau d'intra- dos, qui sert de support, on réalise l'ossature porteuse entièrement au moyen du granulat introduit dans les in- tervalles et on chauffe le montage ainsi formé dans le four, sous une pression comprise dans l'intervalle al- lant de 2.10-2 à 2 mbar, à une température comprise dans l'intervalle allant de 1 710 à 1 780 C et pendant une période allant de 2 à 6 heures, et, ensuite, on main- tient les éléments de montage ainsi assemblés entre eux dans le four pour le refroidissement. Dans un mode préféré de mise en oeuvre du procé- dé, le montage est chauffé à une température comprise dans l'intervalle allant de 1 720 à 1 740 C. Comme pièces façonnées en graphite, on prépare des pièces en graphite ou en feuille de graphite, et les espaces libres sont de préférence comblés d'un granulat de verre siliceux ou de silice fondue d'une grosseur de grain de 300 um, ce granulat étant fondu dans le four sous vide dans l'intervalle de pression de 2.10-2 à 2 mbar. Les avantages de l'invention consistent en par- ticulier dans le fait que la fabrication de l'ossature porteuse et son assemblage avec le panneau d'intrados ou au panneau de miroir s'effectuent en une seule opéra- tion, la structure de l'ossature porteuse pouvant être modifiée par une simple modification de la configura- tion, de la dimension ou de la position des pièces façon- nées en graphite. Comme matière de départ pour l'ossatu- re porteuse, on utilise du verre siliceux ou de la sili- ce fondue, présenté sous la forme d'un granulat. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en re- gard du dessin annexé sur lequel; la figure la représente le panneau en matière siliceuse avec les pièces façonnées en graphite posées sur ce panneau; la figure lb représente une coupe de ce panneau après le remplissage des espaces libres au moyen d'un granulat des matière siliceuse; la figure lc représente un montage composé d'un panneau en matière siliceuse, et d'une ossature porteu- se, fabriqué par le procédé selon l'invention, et réuni par fusion en une pièce monobloc; la figure 2 représente un détail d'un panneau carré muni d'alvéoles triangulaires. - Selon la figure la, des pièces façonnées en gra- phite 2 sont disposées, à un certain écartement mutuel, sur le support cylindrique 1 en matière siliceuse qui sert de panneau de miroir ou de panneau d'intrados; ces pièces présentent une forme en plan sensiblement carrée mais, dans les régions marginales, les pièces façonnées 2 ont une forme en plan adaptée à la forme circulaire - par exemple, une forme triangulaire - pour s'adapter à la surface circulaire du support 1. Les pièces façonnées 2 sont disposées à des écartements mutuels réguliers, de sorte que les espaces libres 4 qui se trouvent entre eux ont tous la même largeur. Le support 1 est entouré d'un cadre en graphite enveloppant 3, qui déborde au-dessus du bord supérieur du support 1 en formant ainsi un cylin- dre creux. Pour la clarté de la représentation, ce cadre en graphite n'est représenté que partiellement sur la fi- gure la. Le verre siliceux aussi bien que la silice fon- due sont appropriés comme matières pour le support 1. Dans le moule préparé conformément à la figure la, on verse un granulat de quartz cristallin ou amor- phe, de sorte que l'espace entouré par le cadre de gra- phite 3 - c'est-à-dire l'espace libre 5 qui se trouve en- tre les pièces façonnées en graphite ou entre ces pièces et le cadre en graphite - est entièrement rempli. On uti- lise de préférence un granulat d'une grosseur de grain de 300 >m. La figure lb montre une coupe dans la direction verticale prise selon la ligne A-B de la figure la. Sur cette figure, on peut reconnaître les pièces façonnées en graphite 2 posées sur le support 1 en forme de pla- que; l'espace libre 4 qui est compris entre deux pièces façonnées voisines ainsi que l'espace libre 3 qui se trouve entre le cadre en graphite 3 et les pièces façon- nées 2 adjacentes à ce cadre, sont remplis avec ce granu- lat de telle manière que ce dernier s'étende du support 1 en matière siliceuse jusqu'à l'arête supérieure des pièces 2. Le bord supérieur du cadre en graphite 3 cor- respond ici au bord supérieur des pièces 2, tandis que le bord inférieur du cadre en graphite 3 se prolonge jus- qu'au bord inférieur du support 1 en forme de plaque et conserve la rigidité de forme de ce support pendant l'opération. Le moule garni du granulat siliceux conformé- ment à la figure lb est introduit dans un four, dans le- quel on fait le vide, et qui est ensuite porté à une tem- pérature de plus de 1 700 C. On choisit de préférence une température d'environ 1 730 C. La durée du chauffa- ge est fonction de la dimension du montage introduit dans le four; elle peut être de 2 à 6 heures. En prati- que, pour les montages habituels, elle est de 3 à 4 heu- res. Après l'achèvement de l'opération de chauffage, le four dans lequel on a fait le vide est balayé par un gaz inerte, de préférence par l'azote, dont la températu- re est d'environ 20 C. Le temps de refroidissement con- sécutif peut atteindre jusqu'à 24 heures, ce temps étant fonction de la dimension de la pièce. Après le refroidis- sement, on élimine les pièces façonnées en graphite 2 et le cadre en graphite 3 du dispositif, de sorte qu'il sub- siste uniquement le support 1 en matière siliceuse, en forme de plaque, représenté sur la figure lc et muni d'une ossature porteuse composée des nervures 6 et des zones marginales 7. La figure lc montre un moule relati- vement simple muni d'une ossature porteuse en forme de grille. Les nervures 6 sont ici formées du granulat 4 disposé entre les pièces 2 tandis que les zones margina- les 7 ont été formées par le granulat qui se trouve en- tre l'anneau en graphite 3 et les pièces 2 adjacentes à cet anneau. Toutefois, selon les exigences de stabilité, il est également possible de donner à l'ossature porteuse une autre structure à nid d'abeilles présentant par exem- ple, la forme de triangles ou d'hexagones. Après la fin de l'opération de fabrication, il est possible de poser le deuxième panneau - c'est-à-dire le panneau d'intrados ou le panneau de miroir - qui est nécessaire pour terminer la fabrication de l'ébauche de miroir, sur les nervures 6 et les zones marginales 7 et de la fixer rigidement à ces nervures et zones par un nouveau chauffage. Après achèvement de cette opération de fabrication, il est possible de donner à l'ébauche de miroir la surface désirée, plane ou courbe, par des opé- rations de taillage et de polissage. Toutefois, il est également possible de munir un support courbe d'une ossature porteuse correspondan- te, à la place du support en matière siliceuse qui était plat dans la construction décrite jusqu'à présent. Dans ce cas, on pose les pièces façonnées arrondies au niveau de leur bord supérieur et de leur bord inférieur pour suivre la courbure du miroir, conformément à la figure représentée sur la figure la. Egalement dans ce cas, on entoure le dispositif d'un cadre en graphite qui permet de remplir les espaces libres comme représenté sur la fi- gure lb. Dans le cas de supports à paroi relativement mince, il est possible de prévoir en supplément un appui par des pièces façonnées en graphite qui possèdent une surface présentant une courbure appropriée sur la face qui est à l'opposé de la future ossature porteuse. La figure 2 montre un détail d'un support carré 1 en forme de plaque et dont les nervures 6 sont dispo- sées de manière à former des évidements triangulaires. La fabrication s'effectue d'une façon analogue à l'exem- ple décrit plus haut. Dans cette fabrication, on dispose autour du support en forme de plaque un cadre en graphi- te présentant la forme d'un rectangle. Bien entendu, diverses modifications pourront 30. être apportées par l'homme de l'art au dispositif et au procédé qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Procédé de fabrication d'une ébauche de mi- roir léger qui comprend une ossature porteuse munie d'alvéoles et qui est assemblée par une liaison rigide à un panneau de miroir ou à un panneau d'intrados, en uti- lisant comme matières pour l'ossature porteuse et pour le panneau de miroir ou le panneau d'intrados, des mati- ères qui possèdent pratiquement le même coefficient de dilatation thermique, procédé dans lequel, pour réaliser l'ossature porteuse, on pose des pièces façonnées en gra- phite sur un support en forme de plaque, à l'intérieur d'un cadre en graphite et à un certain écartement mu- tuel, on introduit un granulat composé de quartz cristal- lin ou amorphe dans les cavités comprises entre les pi- èces façonnées en graphite ainsi qu'entre ces pièces et le cadre en graphite, pour former au moins une partie de l'ossature porteuse, on introduit ce montage dans un four et on chauffe dans une atmosphère non oxydante, et dans lequel on enlève les pièces façonnées en graphite après le refroidissement, caractérisé en ce qu'on pose directement les pièces façonnées en graphite (2) sur le panneau de miroir ou le panneau d'intrados, qui sert de support (1), ensuite, on réalise l'ossature porteuse en- tièrement au moyen du granulat introduit dans les espa- ces libres, et en ce qu'on chauffe le montage ainsi for- mé dans le four, sous une pression comprise dans l'inter- valle allant de 2.10-2 à 2 mbar, à une température com- prise dans l'intervalle allant de 1 710 à 1 780 C, et pendant une période allant de 2 à 6 heures; et ensuite, on maintient les éléments du montage ainsi assemblés en- tre eux dans le four pour le refroidissement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'on chauffe le montage à une température com- prise dans l'intervalle allant de 1 720 à 1 740 OC, pen- dant une période allant de 3 à 6 heures. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, comme pièces façonnées en gra- phite (2), on utilise des pièces en graphite ou en feuil- le de graphite. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé-en ce qu'on introduit un gra- nulat d'une grosseur de grain d'environ 300 pm. - Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce qu'après la fin de l'opération de chauffage, on balaye le four au moyen d'un gaz inerte. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'on utilise comme gaz inerte l'azote.