Brevet FR2941306A1 — publié le 20100723

Description Domaine de l'invention L'invention concerne un substrat réalisé en verre ou en céramique de verre, qui est conçu, en particulier, comme support de miroir, ainsi qu'un procédé pour sa production. L'invention concerne de plus un miroir astronomique, en particulier pour des applications extraterrestres. Arrière-plan de l'invention Les miroirs astronomiques sont connus. Ce qui est concerné dans ce cas est, en particulier, des miroirs qui sont constitués par un substrat réalisé en céramique de verre. Le document JP 2004 185 811 A montre un miroir réalisé en un matériau ayant une faible dilatation thermique, dans lequel quasiment la totalité de la structure de miroir est munie de revêtements et dans lequel les points de support sont formés par une entretoise. Le document WO 2006/034 775 Al montre la production d'un substrat de miroir générique par meulage. Le document EP 0 395 257 A2 montre un miroir de télescope réalisé en céramique frittée. Le document US 7 080 915 B2 montre un substrat de miroir de télescope qui est aminci par polissage afin d'obtenir la géométrie désirée. Le document DE 196 26 364 C2 montre un miroir réalisé en un matériau composite. Du fait que la géométrie des miroirs astronomiques de ce type doit avoir un écart de forme extrêmement réduit avec une taille accrue, les miroirs astronomiques sont produits, entre autres, en céramique de verre. Ce qui est utilisé dans ce cas est généralement ce que l'on appelle un matériau à dilatation nulle, à savoir un matériau avec un très faible coefficient de dilatation thermique. De cette façon, il est assuré que la géométrie du miroir ne change pratiquement pas durant des variations de température. Ceci joue un rôle important, en particulier dans des applications extraterrestres dans des satellites, parce que, dans ce cas, les matériaux sont soumis à des variations de température extrêmes. 1 2 Entre autres, afin de réduire les changements de géométrie qui sont produits du fait d'infléchissements dus à un poids mort, il y a des miroirs de ce type qui sont réalisés sous une structure de faible poids, dans laquelle la face arrière du miroir comprend, par exemple, une structure en nid d'abeilles. Une structure de faible poids de ce type a également une grande importance pour des applications extraterrestres. Ici, par-dessus tout, les coûts de transports dans l'espace extérieur sont essentiels. Cependant, l'application de l'invention n'est pas seulement limitée aux miroirs astronomiques. Des supports de miroir ayant un écart de forme extrêmement réduit sont également requis dans la technologie des semiconducteurs pour les dispositifs lithographiques. A l'aide de substrats connus qui comprennent des structures de faible poids, il était déjà possible de réduire sensiblement tout à la fois le poids d'un support de miroir et d' ~.méliorer la rigidité du support de miroir, et, en particulier, de réduire les infléchissements dus au poids mort. Problème de l'invention L'invention est basée sur le problème de l'amélioration des structures de faible poids connues par rapport à la 25 technique existante décrite ci-dessus. En particulier, le poids d'un substrat, et en particulier celui d'un support de miroir, doit être réduit et/ou la rigidité du substrat doit être accrue. Résumé de l'invention 30 L'invention concerne un substrat réalisé en verre ou en céramique de verre, qui est conçu, en particulier, comme support de miroir. Sur une face, la face arrière, le substrat comporte des cavités ainsi qu'au moins un point de support, et, de 35 préférence, trois points de support. Les cavités qui sont présentes forment des entretoises sur la face arrière du 3 substrat, celui-ci jouant le rôle de structure de faible poids. Un point de support, selon l'invention, est compris comme désignant toute région du miroir à laquelle un support peut être fixé. Les points de support sont conçus sous la forme de cavités ayant une construction cylindrique et, de préférence, une construction cylindrique circulaire. Le miroir est fixé à des montures en titane, par exemple, à l'aide de ces cavités. Selon l'invention, les cavités dans la région du point 10 de support sont munies d'un capot, au moins dans des sections. Un capot est compris comme désignant tout agencement qui recouvre la face supérieure des cavités, au moins partiellement. En particulier, les cavités sont 15 essentiellement fermées à l'aide de capots. Les cavités directement adjacentes au point de support comportent un capot. Il a été découvert que, grâce à l'utilisation de capots de ce type, il était possible d'améliorer la rigidité du 20 substrat à un degré surprenant. En même temps, le poids des capots, qui ne sont utilisés que dans une région entourant les points de support, est à peine significatif par rapport au reste du support de miroir. Par conséquent, il est possible de 25 concevoir le reste de la structure du support de miroir de telle sorte qu'elle soit moins résistante, ce qui produit en résultat l'obtention d'un poids plus faible pour la même rigidité. Il est concevable de disposer un capot unique, qui 30 comporte une ouverture dans la région du point de support et qui recouvre une pluralité de cavités au voisinage du point de support. Cependant, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, un capot est disposé pour chaque cavité. Il a 35 été découvert que, de cette façon, une plus grande précision de forme pouvait être obtenue, parce qu'un capot 4 de grande surface représente un risque additionnel de création de tensions dans le substrat. De plus, la fabrication est plus simple lorsque des capots individuels sont utilisés. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, des capots adjacents sont espacés les uns des autres par un espace. En résultat de cette forme de réalisation, il est également possible de réduire le danger de création de tensions du fait de l'utilisation du capot. Les capots sont de préférence construits en verre ou en céramique de verre et, en particulier, à l'aide du même matériau que le reste du substrat. En particulier, les capots sont également constitués par un matériau à dilatation nulle, à savoir un matériau ayant un très faible coefficient de dilatation thermique. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les capots ont essentiellement la forme de la cavité respective. Par conséquent, dans le cas d'une cavité triangulaire, un capot triangulaire est utilisé et, dans le cas d'une cavité hexagonale, un capot hexagonal est utilisé. Par conséquent, la cavité respective est essentiellement fermée par le capot, ce qui produit en résultat une répartition de tension essentiellement égale dans le matériau, quel que soit le côté à partir duquel une force agit sur le substrat. Cependant, il est également concevable de ne fermer les cavités que partiellement, en particulier pour communiquer une plus grande rigidité dans la direction de tensions plus élevées préférées. Dans une forme de réalisation préférée, les capots sont fixés par adhérence. Il a été découvert qu'une fixation par adhérence des capots assurait, d'une part, une fixation plus sûre du capot au reste du substrat, et permettait, d'autre part, un montage relativement simple. De préférence, un adhésif pour verre stable à chaud et à froid est utilisé comme adhésif dans ce cas. Cependant, d'une autre façon, les capots peuvent être fixés au reste du substrat selon un mode d'adaptation de forme ou d'adaptation force ; en particulier, les capots en i fv pourraient également être fixés à l'aide de goupilles ou agrafés. Dans une amélioration de l'invention, le substrat est muni, au moins sur la face arrière, d'une couche protectrice contre le rayonnement ultraviolet. Par conséquent, en particulier lorsque des adhésifs sont utilisés dans des applications extraterrestres, dans lesquelles le rayonnement ultraviolet est extrêmement élevé, une fragilisation éventuelle de l'adhésif due au rayonnement ultraviolet est empêchée. Dans une autre forme de réalisation préférée de l'invention, les entretoises qui s'étendent entre les cavités sont découpées au niveau des cavités munies de capots. En particulier, les entretoises ont, en résultat, un profil essentiellement en forme de T. En particulier dans le cas de céramiques de verre, qui peuvent seulement être meulées, et qui, en conséquence, doivent être mises en forme par meulage, le découpage suppose un coût de fabrication considérable. Par conséquent, une découpe est habituellement éliminée. Cependant, en particulier lorsque des capots sont fixés par adhérence, la découpe rend possible une face avant plus large de l'entretoise respective sur laquelle est disposé le capot, et, par conséquent, une meilleure fixation. Dans le cas des cavités qui ne sont pas munies de capots, une découpe est de préférence éliminée. Le substrat est de préférence constitué par un matériau 30 à dilatation nulle, ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à 0,5 x 10-6 K-1. Les cavités sont de préférence essentiellement de construction triangulaire ou en forme de nid d'abeilles. En règle générale, des cavités triangulaires, en particulier 35 celles constituées essentiellement par des triangles équilatéraux, produisent la meilleure rigidité possible. 6 Cependant, l'introduction de cavités triangulaires de ce type dans une céramique de verre est associée à un coût de traitement extrêmement élevé. Par conséquent, de préférence, il est essentiellement utilisé des cavités en forme de nid d'abeilles ou, autrement dit, de forme hexagonale. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les cavités forment une configuration essentiellement régulière ; autrement dit, elles ont essentiellement les mêmes dimensions et elles sont réparties de façon uniforme, en particulier sous une configuration en nid d'abeilles, sur la face arrière du substrat. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le substrat est aminci, au moins par sections, sur la face munie des cavités ou, autrement dit, la face arrière. La région amincie, dans laquelle la hauteur du substrat est également réduite sur la face arrière, se trouve de préférence entre deux points de support. En particulier, la région amincie ou les régions amincies a/ont son/leur point le plus profond à peu près au site où un substrat qui n'est pas aminci et qui est porté sur les points de support a le plus grand infléchissement. Du fait du poids mort, un infléchissement se produit dans le cas d'un support aux points de support, et ceci peut être diminué par des amincissements de ce type. De plus, les exigences imposées à la rigidité, en particulier dans la région de bord du substrat, ne sont pas si élevées, ce qui fait que du matériau peut être économisé dans ce cas. A titre d'exemple, les amincissements peuvent être calculés à l'aide d'une fonction d'essai quadratique pour le matériau retiré de l'amincissement, fonction dans laquelle un système de coordonnées locales est disposé autour du centre de l'amincissement. Afin de composer la réduction d'épaisseur, il est possible, comme cela est fait dans une forme de réalisation de l'invention, de rendre les largeurs d'entretoise entre 7 les cavités plus épaisses dans les régions amincies que dans le reste du substrat. Le substrat selon l'invention est approprié, en particulier, pour de grands substrats de miroir, supérieurs 5 à un mètre. Dans une amélioration de l'invention, le fond des cavités dans le substrat est de construction convexe, et, en particulier, de section transversale essentiellement elliptique. Grâce à des fonds qui sont de construction 10 convexe, il est possible d'augmenter encore davantage la rigidité du substrat par rapport à son propre poids. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le volume des cavités occupe plus de 50 %, et, de préférence, plus de 60 %, du volume de la totalité du 15 substrat. Dans ce cas, le volume des cavités est également inclus dans le volume du substrat ; autrement dit, le volume du substrat est calculé comme si toutes les cavités étaient fermées. Le substrat est de préférence construit en céramique de 20 verre d'un seul tenant, à l'exception des capots. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le substrat a une épaisseur comprise entre 100 et 250 mm, et, de préférence, entre 120 et 170 mm. En particulier, dans le cas de miroirs ayant plus d'un diamètre, 25 l'épaisseur du substrat pourrait être réduite à moins de 200 mm pour la même rigidité. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, qui est proposée, en particulier, pour des applications extraterrestres, la forme du substrat est calculée de telle 30 sorte que le substrat n'ait pas de fréquences caractéristiques inférieures à 150 Hz. Sinon, lorsqu'une fusée est lancée, de basses fréquences d'excitation, inférieures à 150 Hz, pourraient en résulter, ce qui pourrait détruire le substrat ou le miroir que comprend le 35 substrat. 8 L'invention rend possible de procurer un substrat de miroir dans lequel le substrat porté sur les points de oin support (dans le cas de la force de gravité) a un infléchissement inférieur à 2 �m dans n'importe quelle 5 position. L'invention concerne de plus un miroir qui comprend un substrat comme décrit ci-dessus. Dans ce cas, la face avant du substrat ou, autrement dit, la face qui se trouve à l'opposé de la face avec les cavités, est en miroir. En 10 particulier, le miroir qui est ainsi rendu disponible a essentiellement une forme de symétrie de rotation ; par exemple, le miroir est construit sous la forme d'un miroir concave de forme parabolique. L'invention concerne de plus un satellite qui comprend 15 un miroir de ce type. L'invention concerne de plus un procédé pour la production d'un substrat, en particulier un substrat comme décrit ci-dessus. Dans ce cas, il est procuré une plaque en céramique de 20 verre. Par conséquent, lors d'une première étape de fabrication, un substrat en verre est mis sous forme de céramique afin d'être ensuite davantage traité. Dans ce cas, des cavités et des points de support sont introduits sur la face arrière du substrat. Les points de 25 support peuvent être construits, par exemple, sous la forme de cavités. Les cavités sont introduites, en règle générale, exclusivement par meulage. Des capots sont disposés sur les cavités au voisinage des points de support. 30 Les capots sont de préférence mis en place sous la forme de capots individuels pour chaque cavité. Selon l'invention, la plaque en céramique de verre est amincie par sections sur la face arrière avant l'introduction des cavités, de façon, d'une part, à réduire 35 des infléchissements dus au poids mort, et, d'autre part, à affaiblir la structure dans les régions ayant une tension 9 plus faible - par exemple, dans les régions distantes des supports. Dans une amélioration de l'invention, les entretoises entre les cavités sur lesquelles sont disposés les capots sont découpées avant que les capots ne soient mis en place. La découpe est de préférence produite à l'aide d'un processus de meulage. L'invention rend possible de réaliser une structure de faible poids d'un type tel que plus de 80% du matériau de 10 la plaque en céramique de verre soit retiré. Description des dessins L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux figures, de la figure 1 à la figure 3. La figure 1 montre une vue schématique d'un exemple de 15 forme de réalisation d'un substrat 1, qui est construit sous la forme d'un support de miroir pour un miroir concave. A cette fin, le substrat 1 comprend une ouverture essentiellement centrale 6. Dans cet exemple de forme de réalisation, le substrat a un diamètre d'environ 1,20 m. 20 La face avant 2 du substrat 1 a une construction parabolique et est en miroir (non illustré). Sur la face arrière 3, le substrat 1 comprend une pluralité de cavités 4, qui sont construites sous une forme de nid d'abeilles et qui servent de structure de faible poids. 25 De plus, des cavités en forme de cylindre sont introduites sur la face arrière sous la forme de points de support 5. Dans cet exemple de forme de réalisation, le substrat 1 est muni de trois points de support 5. Pour le renforcement de la structure dans la région des 30 points de support 5, des capots 9 sont fixés par adhérence aux cavités. Les capots 9 ne sont pas complètement fermés, mais comportent plutôt une perforation (non illustrée), de telle sorte que tout dégazage qui pourrait se produire durant la 35 fixation par adhérence puisse s'échapper du capot, et de façon à ne pas sceller les nids d'abeilles d'une façon étanche à l'air. 10 De façon appréciable, la structure pourrait être renforcée par les capots. Le substrat comprend de plus des amincissements de face arrière 7 afin de réduire l'infléchissement dû au poids 5 mort entre les points de support 5. Les amincissements 7 ont leur point le plus profond au bord et deviennent plus épais dans la direction des points de support 5. La figure 2 montre une coupe transversale à travers une 10 cavité individuelle 4. Le fond 8 de la cavité est convexe, et, dans cet exemple de forme de réalisation, il a une forme elliptique. Grâce à la forme elliptique, il est possible d'adapter la robustesse de la cavité 4 à différentes conditions. 15 La figure 3 montre une vue détaillée d'une coupe à travers une entretoise 10, qui est disposée entre deux cavités. L'entretoise 10 est découpée et a une section transversale essentiellement en forme de T. Par conséquent, la surface peut être accrue pour une fixation par adhérence 20 des capots (non illustrée). Il est évident que l'invention n'est pas limitée à une combinaison des éléments et caractéristiques décrits ci-dessus, mais qu'au contraire, une personne ayant une bonne connaissance de la technique combinera tous les éléments et 25 caractéristiques illustrés de n'importe quelle façon, dans la mesure où cela est techniquement raisonnable. REVENDICATIONS1. i Ci ü bi s , réalisé en verre ou en céramique de verre, qui comprend, sur une face, des cavités ainsi qu'au moins un point de support, qui est également construit sous la forme d'une cavité, caractérisé en ce que les cavités ne sont munies d'un capot qu'autour du point de support. 2. Substrat selon la revendication précédente, caractérisé de plus en ce que le substrat est conçu sous la forme d'un support de miroir. 3. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que les cavités immédiatement adjacentes au point de support sont munies d'un capot. 4. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que des capots individuels sont disposés pour chaque cavité. 5. Substrat selon la revendication précédente, caractérisé de plus en ce que des capots adjacents sont espacés les uns des autres par un espace. 6. Substrat selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé de plus en ce que les capots sont construits en verre ou en céramique de verre. 7. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que les capots sont construits à l'aide du même matériau que le reste du substrat. 25 8. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que les capots ont la forme de la cavité respective. 9. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le capot est fixé par adhérence. 30 10. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat est muni, au moins sur la face arrière, d'une couche protectrice contre le rayonnement ultraviolet. 11. Substrat selon l'une des revendications 35 précédentes, caractérisé de plus en ce que en ce que les entretoises qui s'étendent entre les cavités sont découpées pour les cavités munies de capots. 13 12. Substrat selon la revendication précédente, caractérisé de plus en ce que les entretoises ont essentiellement une section transversale en forme de T. 13. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat est construit en un matériau avec un coefficient de dilatation inférieur à 0,5 x 10-6 K-1. 14. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que les cavités sont de forme triangulaire ou en forme de nid d'abeilles. 15. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que les cavités forment essentiellement une configuration régulière. 16. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat est aminci dans des sections sur la face munie des cavités. 17. Substrat selon la revendication précédente, caractérisé de plus en ce que la région amincie est disposée entre deux points de support. 18. Substrat selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat est aminci le plus profondément au point par lequel un substrat qui n'est pas aminci et qui est supporté sur les points de support a le plus grand infléchissement. 19. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat a un diamètre supérieur à 1 m. 20. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le fond des 30 cavités est de forme convexe. 21. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le volume des cavités occupe plus de 50 % et, de préférence, plus de 60 %, du volume de la totalité du substrat. 35 22. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le substrat aune épaisseur comprise entre 100 et 250 et, de préférence, entre 120 et 170 mm. 23. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé de plus en ce que le capot 5 comporte au moins une perforation. 24. Miroir comprenant un substrat selon l'une des revendications précédentes. 25. Procédé pour la production d'un substrat, en particulier un substrat selon l'une des revendications 10 précédentes, comprenant les étapes consistant à : - fournir une plaque en céramique de verre, - introduire des cavités et des points de support sur la face arrière de la plaque en céramique de verre, - disposer des capots sur des cavités qui sont 15 adjacentes aux points de support, - le substrat étant aminci dans des sections entre deux points de support sur la face munie des cavités.