CH389176A - Elément optique et procédé pour sa fabrication - Google Patents

Description

  Dément optique et procédé pour sa fabrication    La présente invention a pour objet un élément  optique, caractérisé en ce qu'il consiste en un solide  homogène de     séléniure    de zinc moulé.  



  L'invention comprend également un procédé de  fabrication dudit élément optique. Ce procédé est  caractérisé en ce que l'on place du     séléniure    de zinc  pur en poudre     microcristalline    dans un moule, en ce  que l'on soumet le     séléniure    de zinc à une pression  de 700 à 3500     kg/cm2,    tout en maintenant sa tem  pérature entre 843 et 1093C, pendant un temps  suffisant pour qu'il devienne homogène, puis en ce  que l'on relâche la pression et refroidit le moule.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  deux appareils et une     variante,    pour des mises en       aeuvres    particulières du procédé selon l'invention.  



  La     fig.    1 est une vue en élévation et partiellement  en coupe du premier appareil.  



  La     fig.    2 est une coupe axiale d'un détail d'une  variante de cet appareil.  



  La     fig.    3 est une vue en élévation et partiellement  en coupe du second appareil.  



  L'appareil représenté dans la     fig.    1 comprend  une embase 16, un joint en     silicone    23, un bloc 9,  un isolant thermique 15, un bloc 13, un cylindre de  moulage 12 muni d'un bouchon fileté 32, un plon  geur de moulage 17 présentant une tête 8 disposée  de manière à pouvoir être fixée à un piston de  presse hydraulique non représenté, apte à déplacer  le plongeur 17 verticalement vers l'intérieur du cylin  dre de. moulage 12, et presser ainsi la poudre de       séléniure    de zinc en un élément solide 10, et égale  ment apte à retirer ledit plongeur hors du cylindre de  moulage 12.  



  La tête 8 est rattachée à un anneau de cen  trage 18 par un soufflet métallique 20, qui forme  un joint étanche au vide autour de la     partie    supé  rieure du plongeur 17.    Un cylindre 21, supporté par un bloc 7, entoure  le cylindre de moulage 12 et la partie inférieure du  plongeur 17. Un corps de chauffe 14, comprenant  une enveloppe réfractaire et également supporté par  le bloc 7, est placé autour du cylindre 21 et contient  des enroulements de chauffage électrique 11 dont une  borne est représentée en 27. Un     cylindre    29 est  placé     coaxialement    au cylindre 21 et     forme    une  chambre à vide 30 dont les extrémités sont fermées  par les joints 23 et 26 et les plaques 16 et 19 respec  tivement.

   Des serpentins de refroidissement 25 sont.  disposés au contact de la surface     externe    du cylin  dre 29 et de la plaque 19. Un conduit 24 raccorde  la chambre à vide 30 à un appareil d'évacuation non  représenté. Le tout est assemblé par la coopération  de la plaque supérieure 19, de tiges filetées 22 et de  la plaque     inférieure    16.  



  La température du bloc 13 et du cylindre 12 est  mesurée au moyen des     thermocouples    28 et 31  placés dans des puits ménagés dans le     cylindre    de  moulage 12 et dans le bloc 13, respectivement au  voisinage de l'emplacement de moulage.  



  Les blocs 9 et 13 et le cylindre 12 avec son  bouchon 32 sont de préférence en molybdène ou en  alliage de molybdène. Le bloc 9 peut être en alliage  nickel-chrome ou en acier inoxydable.  



  Une fenêtre satisfaisante de     séléniure    de zinc  polycristallin transparent pressé à chaud peut être  obtenue au moyen de l'appareil représenté à la       fig.    1, comme suit  On introduit de la poudre de     séléniure    de zinc  dans la cavité du     cylindre    12, sous le plongeur 17.  On fait le vide dans la chambre 30 par le tuyau 24.  Ensuite, on fait circuler de l'eau de refroidissement  par les serpentins 25, et également dans les platines,  non représentées, de la presse hydraulique, puis on  alimente les enroulements de chauffage 11 en cou-           rant    électrique, par les bornes 27.

   La température  du moule est réglée au moyen des thermocouples       platine-rhodium    28 et 31. On     chauffe    l'appareil de  pressage à chaud jusqu'à ce que la température indi  quée par le thermocouple 31 atteigne 1121 C, et on  le maintient à cette température sous vide, pendant  une période de dégazage de 15 min.

   Après ce déga  zage, on abaisse la température à     9820C.    Lorsque  la température indiquée par le thermocouple 31  atteint     982 C,    on exerce une     force    sur la tête 8 du  plongeur 17 au moyen de la presse hydraulique non  représentée, et on élève à environ 2100     kg/cm@    la  pression subie par la poudre de     séléniure    de zinc.  On maintient cette pression sur le sélénium de zinc  pendant 15 à 30 min. tout en     maintenant    la tempé  rature indiquée de 982C.

   En raison de la technique  de mesure par thermocouple, la température indi  quée peut varier d'appareil à appareil pour les  résultats optimums, l'écart pouvant     atteindre        envi-          ron        -;-        10        %.    A     la        fin        de        la        période        de        pressage,     on coupe le courant et on introduit de l'argon ou un  autre gaz inerte dans la chambre 30, en provenance  d'une     source    non représentée.

   On laisse l'appareil  refroidir jusqu'à une température indiquée par les  thermocouples d'environ 204C.  



  La température et le temps de dégazage exacts  dépendent de l'échantillon particulier de matière pre  mière utilisée, ainsi que d'une purification prélimi  naire éventuelle de celle-ci.  



  Le plongeur 17 est alors retiré du cylindre 12 et  on laisse refroidir la pièce 10 de     séléniure    de zinc  polycristallin transparent jusqu'à peu près la tempé  rature ordinaire, puis on la retire de l'appareil et on  l'utilise     comme    désiré.  



  La     fig.    2 représente une variante du moule. Dans  ce cas, le bouchon fileté 32 de la     fig.    1, qui sert à  retenir la charge 10 de poudre de     séléniure    de zinc,  est remplacé par un bouchon noyé 34. Cet appareil  modifié peut servir à la production d'un article de       séléniure    de zinc polycristallin transparent de la  même manière que pour     l'appareil    de la     fig.    1.  



  L'appareil représenté dans la     fig.    2 est à chauf  fage à haute     fréquence.    Cependant, les organes de  l'appareil sont, dans l'ensemble, de genre et de fonc  tionnement semblables à ceux de l'appareil de la       fig.    1.  



  La poudre de     séléniure    de zinc est représentée  en 41. L'appareil comprend un cylindre de mou  lage 42, un bouchon noyé 34, un bloc de moulage 43,  un isolant 44 et des blocs de support 45 et 46. Le  bloc 46 repose sur une     ambase    47. Sur l'embase 47  est également placé un manchon à eau cylindri  que 63, scellé à l'embase et traversé par un  conduit d'aspiration 65, un conduit 66 de rétablisse  ment de la pression atmosphérique et un conduit à  thermocouple 71. Un tuyau à eau 70 raccorde la  chambre 63 à une     alimentation    d'eau non représentée.  Un     thermocouple    est montré en 67. Un cylindre de  quartz 62 est placé entre les organes 63 et 57 et en  est séparé par des joints 68.

   Le cylindre 62 et le    manchon 63 forment ainsi une chambre à vide 73  dont le sommet est fermé par une plaque 57 présen  tant des passages 56 pour le refroidissement par eau.  Un joint 55     forme    la surface supérieure des pas  sages 56 et est tenu en place au moyen d'une plaque  de serrage 59, le tout étant serré par plusieurs tiges  de serrage 58 pourvues d'écrous à ailettes.  



  Un plongeur 48 traverse une     ouverture    de cen  trage ménagée dans la plaque 57. La liberté de  mouvement du plongeur et une fermeture étanche  au vide sont obtenues au moyen d'un soufflet métal  lique 53, dont les extrémités sont scellées respecti  vement à la tête 54 du plongeur 48 et à la plaque 57.  



  Le plongeur 48 comprend trois sections 49, 50  et 52. De préférence, la section 49 est en acier  inoxydable, la section 50 en alliage nickel-chrome et  la section 52 en molybdène. Des isolants 51 sont  placés entre les sections 49 et 50 et entre les sec  tions 50 et 52. Les isolants 51 et 44 sont en    transite   (marque de fabrique d'un ciment à base  d'amiante) ou en une matière ayant des propriétés  d'isolation thermique semblables ou supérieures et  qui supporte les hautes températures et pressions  régnantes. Le cylindre 42, le bloc 43 et le bouchon  noyé 34 sont de préférence en molybdène ou en  alliage de molybdène. Le bloc 45 est en alliage  nickel-chrome et le bloc 46 en alliage nickel-chrome  ou en acier inoxydable. Les plaques supérieures 57  et 59, l'embase 47 et la chambre cylindrique 63  peuvent être en aluminium.  



  Comme le molybdène ne couple pas efficacement  le champ à haute fréquence, un manchon de gra  phite 60, qui enserre étroitement le cylindre de mou  lage, est utilisé comme induit. Le champ à haute  fréquence chauffe le graphite, qui chauffe lui-même  les pièces du moule par conduction thermique. Au  cas où il serait souhaitable que l'appareil soit  dépourvu de manchon de graphite 60, il est préfé  rable que la section 52, le cylindre 42 et le bloc 43  soient en une matière couplant efficacement le champ  à haute fréquence. A cet effet, on peut employer les  alliages à base de nickel pour hautes températures.  



  Pour faire fonctionner l'appareil de la     fig.    3, on  observe en substance le même programme de tempé  rature, de pression et de vide que décrit ci-dessus,  mais la durée du cycle de chauffage peut être consi  dérablement réduite grâce au chauffage à haute fré  quence.  



  Les opérations     susdécrites    de pressage à chaud  donnent les     résultats    optimums. Cependant, des fenê  tres satisfaisantes en     séléniure    de zinc polycristallin  transparent ont été produites à des températures  variant de 843 à 1093C.  



  On a fait varier la pression de 700     kg/cm=    à  3500     kg/cm2    environ. Aux pressions inférieures  à 700     kg/cm=,    la fenêtre n'est pas entièrement  pressée en une masse homogène. Les pressions dépas  sant la valeur optimum de 2100     kg/cm-'    ne parais  sent pas contribuer à la qualité de la fenêtre.      On a fait varier la durée du maintien de la  température de pressage dans les limites     d'environ    5  à 60 min. Lorsque le temps est de moins de 15 min.,  la fenêtre peut ne pas être pressée complètement.  



  Des limites sont imposées au pressage à chaud  par les matières disponibles pour la     construction    du  moule. Le plongeur 17, le cylindre 12 et le bloc 13  de la     fig.    1 doivent tous être     mécaniquement    résis  tants à haute température. Pour le pressage du     sélé-          niure    de zinc, un alliage de molybdène et de titane  ou un alliage de molybdène, de titane et de zirco  nium peuvent être employés pour ces pièces.  



  Une difficulté du pressage à chaud du     séléniure     de zinc réside dans la purification du composé et  dans l'établissement du rapport stoechiométrique dans  le composé. La poudre peut être préparée pour le  pressage à chaud pendant le cycle de pressage en la  chauffant dans la chambre de pressage sous vide à  environ     112l C    pendant 15 à 30 min. Une purifi  cation partielle peut être effectuée avant que la  poudre soit placée dans l'appareil de pressage à  chaud, en chauffant la poudre dans un courant  lent d'hydrogène à 950C pendant 6 h.

   Lorsqu'on  procède à une purification partielle par traitement à  l'hydrogène, la température du dégazage subséquent  sous vide peut être abaissée à environ     1080 C.    Les  conditions de purification ci-dessus     s'appliquent    à  une source particulière de matières premières. Il  s'est avéré que d'autres sources de matière première  nécessitent certaines variations des conditions de  purification.  



  Une difficulté majeure du pressage à chaud réside  dans le collage indésirable du     séléniure    de     zinc    aux  pièces du moule. Le collage aux pièces en molybdène  du moule a provoqué des fissures dans des fenêtres  en     séléniure    de zinc. Ces accidents ont pu être évités  en revêtant les parties du moule entrant en contact  avec le     séléniure    de zinc d'une légère couche de  graphite qui empêche le collage et le     fissurage.    Il  peut aussi être utile de doubler la cavité du moule  au moyen d'une mince feuille d'une matière     telle    que  du tungstène.  



  Les fenêtres en     séléniure    de zinc peuvent être  scellées dans des bagues     métalliques    pour     l'obtention     de fenêtres transmettant la lumière infrarouge scellées  hermétiquement au métal. Ce dernier peut servir de  surface de montage.  



  Comme le     séléniure    de zinc présente un indice de  réfraction élevé (environ 2,89 à l'extrémité rouge du  spectre visible) il constitue une matière hautement  réfringente et peut servir à confectionner     des    len  tilles à fort pouvoir de concentration de la lumière.

    Ainsi, on peut revêtir une lentille de     séléniure    de  zinc d'une couche de     sulfure    de plomb ou d'une  autre matière sensible à la lumière     infrarouge    pour  former un excellent     détecteur    de lumière     infrarouge.     La lentille de     séléniure    de zinc augmente la densité  des radiations reçues par le     photodétecteur.       <I>Propriétés du</I>     séléniure     <I>de zinc pressé à chaud</I>  Le     séléniure    de zinc pressé à chaud     acquiert    un  bon poli optique. Il est de couleur jaune.

   Les     corps          polycristallins    pressés à chaud transmettent bien dans       l'intervalle    allant de 0,5 micron à environ 21 microns.  La perte de lumière par     réflexion    est appréciable  en raison du fort indice, mais cette perte peut être  notablement réduite par application d'un revêtement       antiréfléchissant    qui est en même temps un bon  transmetteur de la     lumière    infrarouge. Le     séléniure    de  zinc est pratiquement insoluble dans l'eau, de sorte  qu'il est prévisible que son comportement au cours  d'épreuves de résistance à l'humidité sera satisfaisant.  



  La densité du     séléniure    de zinc a été mesurée  par la méthode de pesée hydrostatique décrite  dans l'ouvrage d'A.     Weissberger    intitulé       Physical          Methods    of     Organic        Chemistry     ,     Interscience        Pu-          blishers,        Inc.,    New York (1945), volume 1, cha  pitre III, page 104.

   Cette méthode est généralement  reconnue comme appropriée pour les mesures de  haute précision de densité des     solides    et elle est  également décrite dans l'ouvrage       Methods    of       Experimental        Physics         ,        Academic    Press, New York  (1959), volume 6, section 4.1.3.3, partie A.  



  Des     écarts    par rapport à la densité théorique  dénotent des inclusions d'une seconde phase, pou  vant consister en impuretés ou en porosité.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Elément optique, caractérisé en ce qu'il consiste en un solide homogène de séléniure de zinc moulé. REVENDICATION II Procédé de fabrication de l'élément optique selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on place du sélénium de zinc pur en poudre microcristalline dans un moule, en ce que l'on soumet le séléniure de zinc à une pression de 700 à 3500 kg/cm2, tout en maintenant sa température entre 843 et 1093 C, pendant un temps suffisant pour qu'il devienne homo gène, puis en ce que l'on relâche la pression et refroi dit le moule.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que l'on place le moule sous vide ou sous atmosphère inerte pendant le chauffage, et en ce que l'on exerce la pression pendant un temps suffisant pour que l'élément formé ait une densité atteignant au moins 99 % de la densité théorique du séléniure de zinc. 2.

   Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que l'on chauffe et comprime la poudre sous atmosphère inerte. 3. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que l'on chauffe et comprime la poudre sous vide. 4. Procédé selon la sous-revendication 3, carac térisé en ce que l'on chauffe la poudre dans le moule à une température d'au moins 1121 C pendant 15 à 30 min. sous vide avant d'exercer la pression de moulage. 5.

   Procédé selon la sous-revendication 3, carac térisé en ce que l'on chauffe la poudre dans le moule à une température d'environ 9500C sous atmosphère d'hydrogène pendant 6 h., puis en ce qu'on la chauffe à une température d'environ 1080 C sous vide pendant 15 à 30 min. avant d'exercer la pression de moulage. 6. Procédé selon la revendication Il, caractérisé en ce que l'on exerce la pression de moulage sur le séléniure de zinc chauffé pendant 5 à 60 min. 7.

   Procédé selon la revendication Il, caractérisé en ce que l'on exerce une pression d'environ 2100 kg/cm sur la poudre de séléniure de zinc à une température d'environ 982-C pendant 15 à 30 min. 8. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on place la poudre de séléniure de zinc dans une monture métallique disposée dans le moule, ladite monture étant confectionnée en un métal ou un alliage ayant un coefficient de dilatation thermique semblable à celui du séléniure de zinc.