CH665488A5 - Procede pour realiser un composant optique et composant obtenu par ce procede. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention est relative à un procédé pour produire un composant optique et aux composants produits par ce procédé.
Il est connu d'utiliser des matières plastiques synthétiques pour des composants optiques, celles-ci possédant plusieurs avantages par rapport au verre et aux matériaux cristallisés traditionnels, notamment la résistance aux chocs thermiques et mécaniques, des coûts de
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production plus faibles, un poids réduit et une plus grande flexibilité en ce qui concerne la conception. Ces composants optiques en plastique sont cependant vulnérables à l'endommagement de surface par abrasion, par rayure et par les conditions d'environnement qui, 5 souvent, affectent leur fonctionnement.
Il est connu que des couches transparentes résistant aux rayures peuvent être déposées sur des surfaces de matière plastique par revêtement par immersion, polymérisation aux ultraviolets et vernissage. Des problèmes additionnels liés au traitement et au produit final io sont créés, tels qu'un manque d'uniformité d'épaisseur, une adhérence variable au substrat plastique, la formation d'un gel lors du durcissement du revêtement, et il est en général difficile de réaliser une production à des conditions commercialement acceptables. Le revêtement peut être très spécifique d'une matière plastique particu-15 lière et le dépôt direct sur des couches métalliques réfléchissant sur la matière plastique peut présenter de nombreux problèmes.
Il existe de nombreuses applications optiques où il est nécessaire de produire une couche spéculaire réfléchissante, résistant à l'abrasion sur des substrats en matière plastique.
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Cela peut etre obtenu de nombreuses maniérés, notamment par dépôt électrochimique d'un métal réfléchissant dur tel que du chrome ou du nickel sur la surface frontale 'd'une matière plastique transparente ou opaque, habituellement des copolymères acryloni-trile-butadiène-styrène. Ce procédé est très coûteux et pose des problèmes de production. Il donne également un produit analogue à un miroir dont le pouvoir de réflexion est inférieur à celui fourni par des surfaces conventionnelles d'argent ou d'aluminium. Malgré l'usage d'une matière plastique de base relativement inerte pour le miroir, le procédé d'électroplaquage de couches multimétalliques peut également donner naissance à des problèmes de corrosion élec-trolytique gênants lorsque le miroir est exposé à des conditions d'environnement défavorables. Une autre technique est l'évaporation thermique d'aluminium sur la surface arrière d'une matière plastique transparente déjà revêtue, dont le revêtement est résistant à l'abrasion dans une certaine mesure et a été précédemment déposé par un procédé chimique séparé et coûteux, par voie humide. Les articles produits par cette technique sont limités par les dimensions, la forme et la configuration des matières plastiques de base revêtues, habituellement sous forme de feuilles planes, et sont coûteux du fait des procédés à étapes multiples mis en œuvre.
Un dépôt de métal à assistance de vide sur une matière plastique non traitée suivi par un procédé de revêtement chimique par voie humide pour conférer une résistance à l'abrasion est également 45 connu mais également coûteux et sujet à des défauts optiques.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus.
La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser un composant optique, possédant des propriétés réfléchissantes spécu-50 laires, à base de matière plastique, et consiste à appliquer à la matière plastique une couche frontale de verre dur ou d'une substance possédant des propriétés analogues à celles du verre dur, et à appliquer ensuite sur la couche frontale un revêtement de matériau réfléchissant spéculaire comme mentionné dans les revendications. 55 La matière plastique est de préférence soumise à une opération de dégraissage avant application de la couche frontale, et l'opération de dégraissage peut être effectuée en soumettant la matière plastique à un dégraissage à la vapeur dans un solvant fluorocarboné, et le produit est ensuite transféré à une solution vibrée par ultrasons du 60 même solvant.
De préférence, on effectue également une opération de nettoyage moléculaire dans un récipient à vide après l'opération de dégraissage. Ensuite, la couche frontale peut être réalisée en appliquant une couche de revêtement de base d'oxydes du matériau utilisé pour le 65 matériau réfléchissant spéculaire. La couche de revêtement de base peut être appliquée par une opération de pulvérisation à magnétron (magnetron sputtering) dans une enceinte à vide en atmosphère d'oxygène et d'argon à une pression voisine de 2 x 10~3 mbar.
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Immédiatement après l'opération de nettoyage moléculaire, la pression de l'enceinte à vide peut être réduite à 1 x 10"5 mbar, puis de l'argon gazeux est introduit jusqu'à ce que la pression atteigne 5 x 10~4 mbar, de l'oxygène étant ensuite ajouté jusqu'à ce que la pression s'élève à 2 x 1CT3 mbar.
Le revêtement de base est immédiatement appliqué au moyen d'une opération de pulvérisation à magnétron en utilisant une cible du métal à déposer sur la couche de revêtement de base. La couche de revêtement de base a une épaisseur de l'ordre de 0,5-1,0 micromètre.
Le revêtement de matériau réfléchissant peut alors être appliqué directement à la couche de revêtement de base et, dans ce cas, le matériau réfléchissant peut être appliqué par une opération de pulvérisation à magnétron à courant continu.
Dans un mode de réalisation, le revêtement de matériau réfléchissant spéculaire est en chrome et, dans ce cas, la couche de revêtement de base est de préférence une couche mince d'oxydes de chrome d'une épaisseur allant de 0,5 à 1,0 micromètre.
Dans un autre mode de réalisation, le revêtement de matériau réfléchissant spéculaire est en aluminium, auquel cas la couche de revêtement de base est une couche mince d'oxydes d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,0 micromètre. Dans ce dernier cas, un revêtement dur résistant à l'abrasion peut également être appliqué à l'aluminium et, dans ce cas, un revêtement de surface peut être appliqué au moyen d'une couche d'oxyde diélectrique d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 5,0 micromètres.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la couche frontale peut être réalisée par une opération de réalisation de verre in situ en faisant coréagir, dans des conditions d'excitation de plasma, des matières chimiques classiques de réalisation de verre telles qu'un carbonate de calcium, un carbonate de sodium et des oxydes de silicium. Ces produits chimiques peuvent être amenés dans un état réactif par bombardement avec un faisceau d'électrons à haute énergie.
La présente invention a également pour objet un composant optique réalisé par le procédé décrit.
La présente invention a encore pour objet un composant optique possédant des propriétés de réflexion spéculaire et comprenant une matière plastique possédant une couche frontale de verre ou d'une substance ayant des propriétés analogues au verre et une couche spéculaire de matériau réfléchissant appliquée sur elle.
L'invention peut être mise en œuvre de diverses manières et un mode de réalisation particulier va maintenant être décrit à titre d'exemple.
Dans cet exemple, la matière plastique de base comprend un polymère polycondensé préparé par interaction d'un composé polyhy-droxy avec un dérivé d'acide carbonique, notamment le produit de réaction du bisphénol A avec soit le phosgène, soit le carbonate de diphényle, disponible dans le commerce sous le nom commercial de polycarbonate «Lexan» fabriqué par la General Electric Co. U.S.A. La forme et les dimensions appropriées peuvent être obtenues soit par un procédé d'injection thermoplastique conventionnel, soit par découpe à un profil donné désiré à partir d'une saillie extradée fabriquée avec précision.
Le matériau de base est dégraissé à la vapeur dans un solvant fluorocarboné, par exemple «Arklon» P (ICI) pendant trois minutes, puis est transféré à une solution chauffée vibrée par ultrasons du même solvant pendant une autre période de trois minutes pour le nettoyage. On peut ajouter un dégraissage final à la vapeur pendant encore trois minutes. La matière plastique est ensuite transférée à un calibre de positionnement approprié dans une enceinte de traitement sous vide, cette opération étant effectuée dans des conditions de propreté très strictes.
L'enceinte à vide est fermée et le vide est fait jusqu'à une pression de 1 x 10~5 mbar. On introduit alors de l'argon jusqu'à ce que la pression s'élève à 1 x 10_1 mbar. Une tension de 1,5 kilovolt de courant alternatif est alors appliquée à des électrodes situées dans l'enceinte à vide et à proximité étroite de la surface de matière plastique de base qui doit être traitée. La décharge luminescente qui est créée est maintenue pendant une période jusqu'à vingt minutes au cours de laquelle la surface de matière plastique subit un «nettoyage moléculaire», et ce traitement, bien que qualifié de nettoyage, est en fait un traitement de surface rendant celle-ci plus apte à recevoir la couche de revêtement, comme cela sera décrit ci-après.
Après le nettoyage moléculaire, on effectue un procédé d'oxydation réactive pour réaliser une couche frontale de revêtement de base comme suit. Le récipient est remis sous vide à une pression de 1 x 10~5 mbar et on introduit de l'argon gazeux jusqu'à ce que la pression atteigne 5 x 10~4 mbar. On ajoute ensuite de l'oxygène jusqu'à ce que la pression s'élève à 2 x 10-3 mbar.
Une opération de pulvérisation à magnétron utilisant une cible en chrome commence alors dans la chambre à vide et les atomes de chrome chargés interagissent avec l'oxygène de façon à déposer la couche de revêtement de base d'oxydes de chrome sur la surface du polycarbonate adjacent. Cette couche est constituée par un ou plusieurs oxydes de chrome et, le cas échéant, également par le métal lui-même. La couche a de préférence une épaisseur de 0,5-1,0 micromètre.
L'alimentation en oxygène est alors interrompue et on commence l'application de chrome par pulvérisation à magnétron conventionnelle à courant continu à des niveaux de densité de puissance de cible qui augmentent graduellement de 4 W/cm2 à 12 W/cm2. Ce dépôt graduel de chrome sur la couche de revêtement de base d'oxydes de chrome assure que l'on dépose un film exempt de contraintes. Il est connu que des couches minces de chrome sont sujettes à des contraintes de compression ou de tension et cette étape doit être effectuée avec précaution. On applique par exemple une couche réfléchissante d'une épaisseur allant de 0,5 à 5,0 micromètres.
Bien que l'invention ait été décrite en faisant référence à des oxydes de chrome et à un système multicouches de chrome, elle n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier.
Par exemple, on peut produire un miroir d'aluminium plus fortement réfléchissant de manière similaire, avec application d'une couche d'aluminium réalisée par pulvérisation réactive qui serait similaire à la couche de chrome et consisterait en oxyde d'aluminium et, le cas échéant, en aluminium métal même, suivie par l'application d'une couche d'aluminium métal. Dans le cas d'un métal plus mou tel que celui-ci, il peut être nécessaire d'appliquer un revêtement de surface dur résistant à l'abrasion d'un oxyde diélectrique tel qu'un oxyde de silicium, soit par pulvérisation avec l'assistance d'un champ R.F. soit par évaporation avec un faisceau d'électrons. Les deux techniques sont bien connues. Une gamme d'épaisseurs types pour ce revêtement de surface est de 0,5 à 5,0 micromètres.
En variante, les couches de revêtement de surface en verre ou analogues peuvent être formées de diverses manières, notamment au moyen d'une opération de réalisation de verre in situ en faisant coréagir dans des conditions d'excitation de plasma des matières chimiques classiques de formation de verre telles que du carbonate de calcium, du carbonate de sodium et des oxydes de silicium. Par ce procédé, on peut former un verre conventionnel calcium/sodium/silicium. sur la surface de la matière plastique. En variante, on peut également réaliser d'une manière similaire des films de verre d'alumi-no-silicium et des films de verre au plomb. Un autre procédé pour déposer une couche de verre est la vaporisation directe sous vide d'un matériau de verre déjà formé, par exemple un verre de borosili-cate, en utilisant des faisceaux d'électrons ou des dispositifs électriques de chauffage conventionnels pour produire la vaporisation.
Il est également possible d'utiliser ce que l'on appelle des matières plastiques chargées, telles que des matériaux de polypropylène chargés à l'aide de verre, de talc, de craie, ou des polypropylènes chargés d'autres matières minérales. Bien que ces charges soient principalement destinées à réduire le coût et à améliorer les propriétés, le composant de charge peut être amené à coréagir avec des substances dans une chambre à vide pour améliorer la liaison du revêtement d'ancrage de verre.
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Claims (13)
- 665 488REVENDICATIONS1. Procédé pour réaliser un composant optique ayant des propriétés réfléchissantes spéculaires à base de matière plastique, caractérisé par le fait qu'il comprend des étapes consistant à soumettre la matière plastique à une opération de dégraissage par un dégraissage à vapeur dans un solvant fluorocarboné, et ensuite transférer la matière à une solution chauffée vibrée aux ultrasons du même solvant, effectuer une opération de nettoyage moléculaire, appliquer une couche frontale en verre dur ou en substance ayant des propriétés analogues à celles du verre dur à une épaisseur de 0,5 à 1,0 micromètre et puis appliquer à la couche frontale un revêtement en matériau réfléchissant spéculaire à une épaisseur de 0,5 à 5,0 micromètres au moyen d'une opération de pulvérisation à magnétron.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on forme la couche frontale en appliquant une couche en oxydes du matériau utilisé pour former le revêtement en matériau réfléchissant spéculaire, ladite couche étant appliquée dans une enceinte à vide en atmosphère d'oxygène et d'argon.
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le revêtement des oxydes est appliqué au moyen d'une opération de pulvérisation à magnétron dans une enceinte à vide en atmosphère d'oxygène et d'argon à une pression de l'ordre de 2 x 10-3 mbar.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'immédiatement après le nettoyage moléculaire, la pression de l'enceinte à vide est réduite à 1 x 10~5 mbar, et que de l'argon gazeux est introduit jusqu'à ce que la pression atteigne 5 x 10~4 mbar, et que de l'oxygène est ensuite ajouté jusqu'à ce que la pression atteigne2 x 10~3 mbar.
- 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on utilise une cible du métal à déposer pour former la couche de revêtement en oxydes.
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le revêtement en matériau réfléchissant est appliqué directement au revêtement en oxydes.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le matériau réfléchissant est appliqué à une couche d'épaisseur de 0,5 à 5,0 micromètres au moyen d'une opération de pulvérisation à magnétron à courant continu utilisant des niveaux de densité de puissance de cible qui augmente graduellement de 4 W/cm2 à 12 W/cm2.
- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le revêtement en matériau réfléchissant spéculaire est en aluminium.
- 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on applique à l'aluminium une couche de surface dure résistant à l'abrasion au moyen de pulvérisation à l'aide d'un champ R.F.
- 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on applique à l'aluminium une couche de surface dure résistant à l'abrasion au moyen d'évaporation avec un faisceau d'électrons.
- 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le revêtement de surface contient une couche en oxyde diélectrique d'une épaisseur entre 0,5 et 5,0 micromètres.
- 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche en verre dur ou en substance ayant des propriétés analogues à celles du verre est appliquée par évaporation avec faisceau d'électrons.
- 13. Composant optique, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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