Brevet FR2590844A1 — publié le 19870605

L'invention concerne l'optique et, plus précisé- ment, un procédé d'usinage par abrasion du spath d'Islande. L'invention pourra être utilisée avec le maximum de succès dans la fabrication des prismes polarisants et autres éléments optiques en cristaux de spath d'Islande. En outre, l'invention pourra trouver des appli- cations dans la fabrication des éléments optiques qui ser- vent dans tous les domaines de la science et de la techni- que pour l'exécution des recherches spectro-physiques. Le spath d'Islande qui manifeste une forte biré- fringence, la transparence dans la partie du spectre de 0,22 à 2 pm et une haute stabilité chimique est l'un des matériaux de base pour la confection de l'optique cristal- line polarisante (cf. A.I. Stozharov. Prismes en spath d'Islande; revue "Optiko-mechanicheskaya promyshlennost, 1967, Ne3, p.58). On impose à la qualité des surfaces polies de pièces optiques en spath d'Islande des impératifs sévères étant donné que la présence sur les faces usinées de dé- fauts variés (stries, rugosité résiduelle, erreurs quelcon- ques ou écarts de la planéité) accroît les pertes de lu- mière et compromet la qualité de l'image transmise par l'élément optique. Le procédé d'usinage par abrasion du spath d'Islande prévoit l'association d'opérations technologiques déterminées avec la mise en oeuvre de matériaux spéciaux qui garantissent l'obtention de surfaces polies de qualité. On connaît déjà un procédé d'usinage par abra- sion du spath d'Islande qui comprend des opérations succes- sivement exécutées de doucissage et de polissage en pré- sence de suspensions abrasives. On effectue l'opération de doucissage du spath d'Islande en plusieurs étapes avec un outil de doucissage métallique en présence de suspensions abrasives composées de micropoudres abrasives de corindon (oxyde d'aluminium) et d'un fluide de coupe tel que l'eau. On effectue l'opération suivante de polissage en présence d'une suspension de polissage; oxyde de fer noir ou dioxyde de titane au moyen d'un outil en poix de polis- sage dure dont on ramollit la surface au moyen d'un solvant approprié (cf. R.N. Smartt. The production of high quality optical surfaces on calcite. J. of Scientific Instruments, 1961, v.38, N 4, p.165). Toutefois, ce procédé ne garantit pas l'obtention de surfaces de qualité disposées perpendiculairement à l'axe optique du cristal, car il y a séparation sur la sur- face polie de particules de cristal de forme tétraédrique. On connaît déjà un procédé de travail à l'abrasif du spath d'Islande qui comprend des opérations successive- ment exécutées de doucissage et de polissage en présence de suspensions abrasives (cf. V.M. Vinokurov et T.I. Kogan. Technologie de fabrication de quelques pièces optiques à partir de cristaux. Information rapide, Département scien- tifique et technique de l'Institut d'Etat de l'optique - GOI -, Léningrad, 1960, p.76). On effectue l'opération de doucissage du spath d'Islande avec un outil en verre par plusieurs passes en présence de suspensions abrasives composées de micropoudres abrasives de corindon (oxyde d'aluminium) et d'un fluide de coupe tel que l'eau. On effectue l'opération subséquente de polissage en présence d'une suspension de polissage à base d'oxyde de chrome avec un outil en poix de polissage tendre. Toutefois, le procédé connu d'usinage par abra- sif ne garantit pas l'obtention de surfaces de qualité de spath d'Islande, disposées perpendiculairement à l'axe optique du cristal étant donné qu'elles donnent lieu à la séparation de particules de cristal de forme tétraédrique à cause d'une forte adhérence de la poix de polissage par rapport aux cristaux de spath d'Islande, ce qui empêche l'usinage de finition subséquent desdites surfaces. En définitive, lesdites surfaces polies ne dépassent généra- lement pas les qualités VII-VIII. La présente invention prévoit des opérations con- sécutives exécutées de doucissage et de'polissage que l'on conduit avec la mise en oeuvre de cire d'abeille et en pré- sence de suspensions abrasives; par ailleurs, on prend pour le polissage une suspension abrasive ayant la compo- sition suivante (% en masse): micropoudre de diamant 9 à 11, solution aqueuse d'éthylèneglycol 89 à 91. On s'est donc proposé de créer un procédé d'usi- nage par abrasion du spath d'Islande qui puisse garantir grâce à la mise en oeuvre au cours de l'usinage de maté- riaux qui préviennent la séparation de particules de cris- - taux de spath d'Islande et garantissent la haute qualité des surfaces disposées essentiellement d'équerre par rap- port à l'axe optique des cristaux. Le problème ainsi énoncé est résolu en ce que dans le procédé d'usinage par abrasion du spath d'Islande comprenant les opérations successivement exécutées de doucissage et de polissage en présence de suspension abra- sive, suivant l'invention, les opérations de doucissage et de polissage se font avec utilisation de cire d'abeille alors que pour le polissage, on met en oeuvre une suspen- sion ayant la composition suivante (% en masse): micropoudre de diamant 9 à 11, solution aqueuse d'éthylèneglycol 89 à 91. La mise en oeuvre aux stades de doucissage et de polissage de la cire d'abeille qui présente un faible degré d'adhérence sur le spath d'Islande et une basse déformation plastique dans un intervalle de température déterminé, per- met de prévenir la séparation de particules de cristaux et d'obtenir une haute qualité des surfaces des cristaux de spath d'Islande, disposées essentiellement d'équerre par rapport à l'axe optique des cristaux. La mise en oeuvre de la suspension de composition indiquée pour la réalisation du polissage permet de former des couches anomales d'épaisseur déterminée qui servent d'amortisseurs lors de la transmission de la pression de l'outil à la surface usinée, prévenant la formation de dé- fauts (points, stries) sur les surfaces traitées des cris- taux de spath d'Islande. Lors de l'utilisation d'une suspension de polis- sage à teneur en poudre de diamant inférieure à 9 % et d'une solution aqueuse d'éthylèneglycol-à teneur supérieure à 91 %, des stries apparaissent à la surface polie, car les grains abrasifs de poudre de diamant sont irrégulièrement répartis sur la surface usinée. Par ailleurs, l'état de surface obtenu répond aux qualités V à VII. Lorsqu'on utilise une suspension de polissage à teneur en poudre de diamant supérieure à 11 % et d'une so- lution aqueuse d'éthylèneglycol à teneur inférieure à 89 %, il apparaît sur la surface usinée des cristaux de spath d'Islande, des points, des stries, car en présence d'une teneur élevée de micropoudre de diamant, les grains abra- sifs dans la zone d'usinage s'agglutinent et entravent mutuellement leur action. L'utilisation en commun de cire d'abeille et de la suspension de polissage permet de garantir l'obtention des qualités III à IV de l'état des surfaces disposées es- sentiellement d'équerre par rapport à l'axe optique des cristaux de spath d'Islande. Il est avantageux de prendre une couche de cire d'abeille d'une épaisseur ne dépassant pas 0,2 mm. L'é- paisseur choisie de la couche de cire d'abeille de 0,2 mm ou inférieure s'explique par le fait que pour une telle épaisseur, la cire d'abeille subit l'influence des carac- téristiques physico-mécaniques de l'outil sur lequel on applique la couche de cire. En conséquence, la cire d'a- beille, tout en conservant sa haute ductilité et en per- dant la capacité d'écoulement épouse toujours la forme de l'outil et garantit la haute qualité de la surface usinée du spath d'Islande. Technologiquement, il est avantageux d'utiliser une micropoudre de diamant dont la dimension des grains va- rie de 0,5 à 0,1 pm. La mise en oeuvre des micropoudres de diamant en granulation de 0,5 à 0,1 pm au cours du polis- sage permet d'aboutir à des surfaces de meilleure qualité de cristaux de spath d'Islande (valeur de la rugosité Rz = 0,05 à 0,025). Il est avantageux d'utiliser une solution aqueuse à 10-15 % d'éthylèneglycol. Si l'on abaisse la concentra- tion (au-dessous de 10 %) ou si l'on augmente la concentra- tion (au-dessus de 15 %) d'éthylèneglycol, il y a détério- ration de la surface polie par suite de la modification des épaisseurs de la couche anomale du liquide concerné sur la surface à usiner, ce qui conduit à l'apparition de défauts sur la surface (points, stries). Dans ce qui suit, la présente invention sera ex- plicitée par une description détaillée d'exemples concrets de sa réalisation. On revendique un procédé de traitement abrasif du spath d'Islande comprenant des opérations exécutées successivement de'doucissage et de polissage en présence de suspensions abrasives. On effectue l'opération de doucissage des cris- taux de spath d'Islande en trois étapes. Les deux premiè- res étapes sont réalisées suivant un procédé connu sur un outil (lapidaire) de doucissage en laiton en présence d'une suspension abrasive composée de micropoudres de corindon électrique (oxyde d'aluminium) d'une granulation de 20 um et 10 pm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer la troisième étape de l'opération de doucissage, on prend un outil avec une base de verre cellulaire sur laquelle, suivant l'invention, on applique de la cire d'abeille et on procède au doucissage en pré- sence d'une suspension abrasive composée d'une micropoudre de corindon électrique (oxyde d'aluminium) d'une granula- tion de 5 pm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Ensuite, on procède à l'opération de polissage des cristaux de spath d'Islande, qui est également effec- tuée d'après une technologie connue, que l'on réalise en deux étapes: polissage ébauche et polissage finition. On effectue le polissage ébauche avec un outil qui comporte une base de verre cellulaire sur laquelle on applique sui- vant l'invention de la cire d'abeille en présence d'une suspension abrasive composée d'une micropoudre de diamant d'une granulation de 1 pm et d'un fluide de coupe tel que 1 'eau. On effectue le polissage finition sur le même outil que l'opération de polissage ébauche. On réalise cette étape terminale de polissage en présence d'une sus- pension abrasive dont la composition est la suivante (% en masse): micropoudre de diamant d'une granulation de 0,5 à 0,1 pm 9 à 11, solution aqueuse d'éthylèneglycol à 10-15 % 89 à 91. Le procédé revendiqué de travail par abrasion des cristaux de spath d'Islande qui comprend les opérations de doucissage et de polissage effectuées successivement garan- tit l'obtention de surfaces polies d'une rugosité R = 0,05 z à 0,025, d'un défaut de planéité N = 0,5 à 0,2 et à AN = 0,2 à 0,1 et de qualité III et IV. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description d'exemples concrets de sa réalisation. Exemple 1. On prend des cristaux de spath d'Islande de 20 x x 10 mm. On effectue leur doucissage sur un outil de dou- cissage en laiton en deux étapes par des micropoudres abra- sives d'une granulation de 20 im et de 10 mm en présence d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer les opé- rations suivantes de doucissage (troisième étape) et de polissage, on met en oeuvre un outil avec une base de verre cellulaire (dimensions des cellules 8 x 8 mm et profondeur des conduits 1,5 mm) sur laquelle on applique une couche de cire d'abeille, d'une épaisseur de 0,09 mm. On effectue le polissage ébauche sur cet outil en présence d'une suspension abrasive composée d'une micro- poudre de diamant d'une granulation de 1 pm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer l'opération de po- lissage finition, on utilise le même outil et on prend une suspension abrasive de composition suivante (% en masse): micropoudre de diamant d'une granulation de 0,5 im 9% solution d'éthylèneglycol à 10 % 91% Exemple 2. On prend des cristaux de spath d'Islande de 10 x 12 x 12 mm. On effectue l'opération de doucissage sur un outil de laiton en deux étapes par des micropoudres abra- sives de corindon électrique d'une granulation de 20 mm et de 10 mm en présence d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer les opérations suivantes de dou- cissage (troisième étape) et de polissage, on utilise un outil avec une base de verre cellulaire (dimensions des cellules 8 x 8 mm et profondeur des conduits de 1,5 mm) sur laquelle on applique une couche de cire d'abeille d'une épaisseur de 0,15 mm. On effectue le polissage ébauche sur cet outil en présence d'une suspension abrasive qui se com- pose d'une micropoudre de diamant d'une granulation de 1 vm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer l'opération de polissage finition, on utilise le même outil que pour le polissage ébauche et on prend à cet effet une suspension abrasive de polissage de composition suivante (% en masse): micropoudre de diamant d'une granulation de 0,3 mm 10 % solution aqueuse d'éthylèneglycol à 12 % 90 % Exemple 3. On prend des cristaux de spath d'Islande de 25 x 25 x 10 mm. On effectue l'opération de doucissage sur un outil de laiton en deux étapes par des micropoudres abra- sives d'une granulation de 20 pm et de 10 vm en présence d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer les opérations suivantes de doucissage (troisième étape) et de polissage, on utilise un outil avec une base de verre cel- lulaire (dimensions des cellules 8 x 8 mm et profondeur des conduits 1,5 mm) sur laquelle on applique une couche de cire d'abeille d'une épaisseur de 0,2 mm. On effectue le polissage ébauche sur cet outil en présence d'une suspen- sion abrasive composée d'une micropoudre de diamant d'une granulation de 1 Vm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer l'opération de polissage finition, on uti- lise le même outil et on prend une suspension de composi- tion suivante (% en masse): micropoudre de diamant d'une granulation de 0, 1 pm 11 % solution aqueuse d'éthylèneglycol à 14 % 89 % Exemple 4. On prend des cristaux de spath d'Islande de 20 x x 10 mm. On effectue l'opération de doucissage sur un outil de laiton successivement en deux étapes avec des micropoudres abrasives de corindon électrique (oxyde d'alu- minium) d'une granulation de 20 pm et de 10 pm en présence d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer les opé- rations successives de doucissage (troisième étape) et de polissage, on utilise un outil avec une base de verre cel- lulaire (dimensions des cellules 8 x 8 mm et profondeur des conduits 1,5 mm) sur laquelle on applique une couche de cire d'abeille de 0,18 mm d'épaisseur. On effectue le polissage ébauche sur cet outil en présence d'une suspen- sion abrasive composée d'une micropoudre de diamant abra- sive d'une granulation de 1 pm et d'un fluide de coupe tel que l'eau. Pour effectuer le polissage finition, on utilise le même outil et on prend une suspension de composition suivante (% en masse): micropoudre de diamant d'une granulation de 0,5 pm 9,5 % solution aqueuse d'éthylèneglycol à 11 % 90,5 % On a réuni dans le tableau qui suit les résultats d'essais de cristaux de spath d'Islande qui montrent la qualité des surfaces usinées de cristaux et qui comprend les caractéristiques suivantes: la rugosité, l'état de surface et le défaut de planéité. TABLEAU Exemples Rugosité Qualité (état) Défaut de planéité (Rz en pm) de surface en franges de Newton N AN 1 0,05 IV 0,3 0,1 2 0,025 IV 0,2 0,1 3 0,025 III 0,3 0,1 4 0,05 III 0,2 0,1 il REVENDICATIONS 1. Procédé d'usinage par abrasion du spath d'Is- lande comprenant les opérations consécutivement effectuées de doucissage et de polissage en présence de suspensions abrasives, caractérisé en ce que les opérations de doucis- sage et de polissage sont effectuées avec la mise en oeuvre de cire d'abeille et en ce que, pour le polissage, on uti- lise une suspension ayant la composition suivante (en % en masse): micropoudre de diamant - 9 à 11, solution aqueuse d'éthylèneglycol 89 à 91. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'on met en oeuvre une couche de cire d'abeil- le d'une épaisseur pouvant atteindre 0,2 mm. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'on met en oeuvre une micropoudre de diamant d'une granulation de 0,5 à 0,1 Vm. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'on met en oeuvre une solution aqueuse d'é- thylèneglycol à 10-15 %.