Protection des verres d`optique et miroirs aluminiés

Protection des verres d’optique et miroirs alumini´es
Flamant
To cite this version:
Flamant. Protection des verres d’optique et miroirs alumini´es. J. Phys. Radium, 1950, 11 (7),
pp.380-384. <10.1051/jphysrad:01950001107038000>.<jpa-00234278>
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PROTECTION
DES VERRES
D’OPTIQUE
ET
MIROIRS
ALUMINIÉS
Par
Mlle
FLAMANT.
Summary.2014
The
object
of this
study
is
the
behaviour
of
films as
used for
increasing
or
decreasing
the
reflectivity
of
glass,
and of
films
likely
to be
used
for
protection
of
metallic
deposits,
when
they
are
exposed
to
an
atmosphere containing
sea-air,
at a
temperature
of
35°C,
during
a
time
sufficient
to
cause
deterioration.
The
conclusions
are as
follows.
The fluorides used either
as
protecting
films
or for anti-reflection
treatment,
have
a
poor
resistance,
magnesium
fluoride
giving
the
best
results,
but
being
practically
destroyed
after
about ten
days.
Silicium
and
especially
silicium
monoxyde
are
practically
unalterable when
deposited
on
glass. They
give by
far
the
best
protection
for
reflecting
surfaces
of
metallic
aluminium. But this
protection
disap-
pears eventually
owing
to
breaking
of
the
protective
layer
which forms an
increasing
number
of
fissures
through
which
the
attack
of the
subjacent
metal takes
place.
The
difficulty
is
apparent with
all
the
substances
deposited
on
metal,
and in
particular with TiO2.
Alu-
minium films
of
sufficient
thickness
obtained under
very
good
conditions
of
vacuum and
cleanliness,
on which
the
natural
protective
alumina film
is
formed
by
exposure
to air for
one
month
show
also
good
resistance.
Processes
of
rapid
formation
of
the
protective
film
of
Al2O3
chemical means
have
given
moderate results.
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ET
LE
RADIUM.
TOME
11,
JUILLET 1~~07
PAGE 380.
~
Les essais
dont nous
parlerons
ici ont été faits
à la
demande
de
M.
l’Ingénieur
en
Chef
Cuny qui
, a
bien voulu
nous
autoriser
à
en
publier
les
résultats.
Ils
ont
été
faits
pour essayer
de
protéger
les verres
très
altérables et les
miroirs
aluminiés,
des
attaques
ou
corrosions
provoquées par
l’air
extérieur,
et
surtout
l’air
marin.
1. Protection
des
verres.
---
Nous avons choisi
dans le
catalogue
de
la Maison Parra-Mantois huit
types
de
verre,
considérés
comme les
plus
facilement
altérables. Les surfaces de ces
verres,
après
avoir
été
soigneusement polies,
ont été
recouvertes
de
couches minces de diverses
substances,
puis
exposées
dans
une
enceinte
étanche contenant une
petite
quantité
d’eau
de
mer,
et
maintenue à
la
tempé-
rature
de
35°
C.
La
progression
de l’altération
des surfaces
a été
suivie en
mesurant
l’évolution
dans
le
temps
de
la
quantité
de
lumière
diffusée
par
ces
surfaces.
Méthode
utilisée.
-
Les
échantillons
sont des
petites plaques
rectangulaires
à
faces
planes,
de 10
à 20
mm
de
côté et
de 5
à
I o
mm
d’épaisseur.
Ils
ont été
placés
dans
une
boîte
étanche,
sur une
grille
située à
quelques
centimètres
au-dessus
d’eau
de
mer
artificielle,
la
boîte
étant elle-même
placée
dans
une étuve
maintenue
jour
et
nuit
à
3~~
C.
Les
verres ont
été constamment
posés
sur la tranche
pour
exposer également
les deux
faces
du
traitement.
La
mesure
des facteurs
de diffusion a été faite
avec
un
photomètre
construit
spécialement
à
cet
effet
(fin.
I ) .
Fig.
1. - Schéma
du
photomètre.
Ce
photomètre
se
compose
d’une
sphère
diffu-
sante
blanche S éclairée
intérieurement
par
deux
lampes
auto,
et
percée
de deux
trous
B
et
C
à sa
partie
supérieure,
et
d’un
trou
A ~~
sa
partie
infé-
rieure.
L’échantillon E
dont on veut mesurer
la
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01950001107038000

381
diff usion,
est
placé
contre
le trou
A,
de
façon
que
le
trou
B
soit
réfléchi
par
l’échantillon dans
la
direction
du
trou C.
Le
trou
B est
surmonté d’un tube noir
muni
d’écrans
successifs,
et
d’un
couvercle
incliné,
le
tout
formant
corps
noir.
Le trou C est
également
surmonté
d’un
tube
noir
muni
d’écrans,
mais
percé
en
sa
partie
supérieure
d’un
trou
par lequel
les
mesures
sont faites à l’aide d’un brillancemètre
Jobin
et Yvon. L’échantillon
examiné est
posé
au-dessus
d’une boîte
tapissée
de
velours noir N
formant
corps
noir,
pour
éviter
toute
correction
due
à
des
réflexions
ou diffusions
parasites
du
support.
La
mesure consiste en
deux
opérations :
d’abord
la
mesure
de
la
brillance
D
de
l’image
du trou B
donnée
par
l’échantillon,
puis
en inclinant
celui-ci
légèrement,
la
mesure de
la brillance R
de
l’image
des
parois
de
la
sphère
autour
du
trou
B.
Lie
f acteur
de
diffusion
est donné
par
le
rapport R
des brillances
des
images
du trou B et de la
sphère.
On
peut
également
déterminer
le
f acieur
de
réflexion
par
rapport
à
un miroir
témoin,
qui
est le
rapport - o
des
brillances des
images
de la
sphère
données
par
l’échantillon et
par
le miroir témoin. Les
faces
de certains
échantillons forment
un
angle
très
prononcé,
ce
qui
interdit de
superposer
les
images
du
trou B
f ormées
par
les
deux faces
de
l’ échantillon.
Dans
ce
cas,
on
ne mesure
pas
la brillance
D
de
la
lumière
diffusée
par
l’échantillon,
mais
la somme
de la lumière
diffusée
par
la
première
surface
et de
la lumière réfléchie
par
l’autre surface 11 .
2
Cette dernière
quantité
étant
approximativement
constante,
n’altère
pas
sensiblement la variation de
la
quantité
de lumière
diffusée
par
la
première
surface.
Tous
les verres
choisis
étant très
altérables,
chaque
échantillon
a
été
repoli soigneusement
tout
de
suite
avant
que
la
couche
de
protection
ne soit
déposée.
Chaque
couche a été
déposée
en
épaisseur
optique
de X
c’est-à-dire
sous
l’épaisseur
corres-
4
pondant
au
minimum
de réflexion
pour
les couches
antiréfléchissantes.
Les
différentes
protections
ont été assurées
par
les
dépôts
suivants :
Dépôts par
évaporation
sous vide :
fluorure d’alu-
minium ;
fluorure de
magnésium;
monoxyde
de
silicium;
fluorure
de
magnésium
recouvert
de
monoxyde
de silicium.
Enfin un
échantillon
a été
recouvert
de
silice
hydratée,
formée
aux
dépens
du
verre
par
attaque
chimique,
en
immergeant
le verre
dans
une solution
étendue
d’acide
phosphorique,
puis
en le
recuisant
au
four
à
180°
C.
De
plus,
un
verre
témoin a
été
laissé sans
traitement.
Pour
toutes les
catégories
de
verre,
ainsi
que
pour
chaque
sorte de
protection,
l’un
des échantillons
a
toujours
été
manipulé
avec
des
pinces
flambées,
et
posé
sur un
support
flambé,
tandis
que
l’autre
échantillon a été
pris
avec les
doigts,
et
avant
de
commencer
les
expériences,
ses deux
surfaces
ont
été
frottées
avec les
doigts
et au besoin
essuyées
avec
un chiffon
propre.
Fig.
2.
-
Variation
de la diffusion en
fonction
du.
temps.
Les verres
utilisés
sont
des
verres
Parra-Mantois,
que
nous
désignerons
d’après
la
classification de
cette
Maison :
A
la
fin des
expériences,
les verres ont été
nettoyés
à
l’alcool,
puis
au
blanc
d’Espagne,
sur une
des
faces,
pour
examiner
l’état du verre sous le
traitement.
_
Résultats.
-
Dans
l’ensemble,
les verres se sont
comportés
de
la
même
manière,
qu’ils
soient restés
propres
ou
qu’ils
aient
été
manipulés
à la main.
D’autre
part,
les différents traitements évoluent
sensiblement
de
la même
façon
sur les
différents
verres.
Le
graphique
2)
donne en
fonction
du
temps
(porté
en
abscisses)
la
moyenne
des
logarithmes

382
des
facteurs de
diffusion de
tous
les
verres,
pour
chaque
sorte
de traitement.
Le
fluorure
d’aluminium
s’est
détruit en
quelques
heures,
les
verres se
sont
trouvés
recouverts
d’un
voile très diffusant.
La mesure
de
la
quantité
de
lumière
diffusée
varie
beaucoup
d’un
verre
à
l’autre,
à cause de
la forme
prismatique
très
prononcée
de
certains
échantillons,
car
pour
ceux-là,
à
la lumière
diffusée
par
la
première
face,
s’ajoute
la
lumière
réfléchie
par
la
deuxième.
C’est
pourquoi,
avant
l’expérience,
la
quantité
de lumière diffusée
varie
de
0,008
à
o,6;
mais elle devient immédia-
tement
o,5-o,g,
pour
rester ensuite constante
jusqu’à
la
fin,
soit
pendant
45
jours.
Le
nettoyage
du
verre a montré
ensuite
que
les
surfaces étaient restées
parfaitement polies,
elles
étaient
simplement plus
ou
moins
recouvertes
d’une couche
de silice
hydratée produite
par
l’attaque
chimique
des
agents atmosphériques.
Cette couche
était
régulière
sur les
verres
restés
propres,
et
irrégu-
lière sur
les
autres,
et
d’une
épaisseur
variant
de X
X
.
à
environ.
4
La
fluorure
de
magnésium
s’est altéré un
peu
moins
rapidement. Cependant,
en
quelques jours,
la
quantité
de lumière diffuse est
passée
de
o,o3-o,5
à
0,1-0,6,
puis
a continué
à
augmenter
pendant
2 mois
environ,
arrivant
à
o,3-o,8,
pour
rester
ensuite
constante.
A la
fin
de
l’expérience,
le
traitement n’adhérait
plus
du
tout
au
verre,
et l’on a
pu
constater
que
tous les
verres
étaient
restés
polis,
mais les flint
barytes
et les
baryum-crown
légers
présentaient
un
léger
film
de
silice
hydratée
assez
régulier.
La
couche de
fluorure
de
magnésium
recouverl
de
monoxyde
de silicium s’est
transformée
très
rapi-
dement.
En
quelques jours,
la surface est devenue
complètement
diffusante,
et a continué à évoluer
pendant
un
mois
environ.
La
quantité
de
lumière
diffuse
est
passée
de
o,01-0,2
à o,6-o,g, et le
traitement
n’adhérait
plus
au
verre.
Tous les verres
sont
restés
polis, ,mais
sur
quelques-uns
d’entre
eux,
on
pouvait
voir
une
très
faible
épaisseur
de silice
hydratée.
L’aspect
général
des verres
protégés par
le
mono-
xyde
de silicium n’a
pas
changé
au
cours
de
l’expé-
rience
qui
a
duré
plus
de
5
mois.
Cependant,
les
mesures ont
mis en
évidence un
léger
accroissement
de
la
diffusion
pendant
les deux
ou
trois
premiers
mois,
la
quantité
de
lumière
diffuse
passant
de
0,01-0,6
à
o,oâ-o,6,
puis
restant constante ensuite.
Lors
du
nettoyage
ultérieur,
le traitement
trop
adhérent,
n’a
pas
pu
être
enlevé,
il n’a
pas
été du
tout
modifié,
ni
même
rayé
par
le
frottement
pro-
longé
au
blanc
d’Espagne.
Lors
d’une
évaporation
accidentelle
de l’eau de
mer
contenue
dans la
boîte,
les
tranches des
verres,
non
protégées
par
le
monoxyde
de
silicium,
se
sont
recouvertes
d’un
dépôt
blanc
opaque,
alors
que
les
faces
protégées
sont restées
intactes,
sans aucune
trace
de
dépôt,
ni
augmentation
de la diffusion.
L’évolution
des verres
protégés
par
la
silice
hydratée
produite
par
attaque
chimique
est
sensi-
blement
la même
que
celle des verres recouverts
de
monoxyde
de
silicium :
la
diffusion
augmente
légèrement
pendant
quelques
mois,
puis
reste
constante,
mais
elle
est
toujours
un
peu plus
forte
que
pour
le
monoxyde
de silicium. Le
traitement
est resté
trop
adhérent
pour
pouvoir
être enlevé
ou
même seulement
rayé par
le frottement du
blanc
d’Espagne.
Pendant
2
mois
environ,
les verres
fémoins
ont
évolué sensiblement
comme
les
verres
protégés par
le
monoxyde
de
silicium,
la
diffusion
a
augmenté
légèrement,
passant
de
0,005-0,4
à
o,o3-o,fi,
mais
elle
a
continué à
augmenter
alors
que
la
diffusion
des
verres
protégés
au
monoxyde
de silicium restait
constante.
Après
l’évaporation
accidentelle de l’eau
de
mer,
les
verres
étaient
tous
plus
ou moins recou-
verts
d’un
dépôt
opaque
et
blanc,
non adhérent.
Sous
ce
dépôt,
on
a
pu
constater
que
les
verres,
tout
en
restant
parfaitement
polis,
étaient
recouverts
d’une assez forte
épaisseur
de silice
hydratée,
d’épaisseur
optique
voisine de L
2. Protection des miroirs
aluminiés.
-
Nous
avons
suivi la même
méthode
pour
étudier
la
pro-
tection des miroirs aluminiés.
Les miroirs
ont
été
placés
dans la même
boîte
que
les
verres,
et
la
lumière diffusée
par
les
surfaces
a
été
mesurée
de
la même
façon.
Fig.
3. -
Facteur
de
diffusion en
fonction du
temps.
Miroirs.
Les
miroirs
sont des
plaques
de
verre
recouvertes
d’aluminium
par évaporation
sous
vide,
et l’alu-
minium lui-même
recouvert
de
la
couche
protectrice,

383
également
par
évaporation
sous
vide,
et
sans
contact
avec
l’air entre les deux
évaporations,
c’est-à-dire
sans
possibilité
de formation d’une
couche d’alumine
entre
les
deux.
Les différentes
couches
protectrices
étaient les
suivantes :
Fluorure de
magnésium
en différentes
épaisseurs;
Monoxyde
de
silicium en
différentes
épaisseurs;
Silice
produite par
oxydation
du
monoxyde
de
silicium
au four.
Résultats.
---
Dans
l’ensemble,
les
résultats sont
analogues
à ceux constatés
pour
la
protection
des
verres.
La
figure
3 donne
en fonction
du
temps
la
moyenne
des
logarithmes
des
facteurs
de diffusion
des
miroirs,
pour
chaque
sorte
de
traitement.
Fig. l.
Les miroirs
protégés
par
le
fluorure
de
magnésium
se sont
recouverts
immédiatement
d’un
dépôt
diffusant,
puis
après
quelques jours,
l’aluminium a
Fig.
5.
commencé
à
se
décomposer
sur
les
bords,
formant
de
petites
arborescences.
Au
bout d’un
mois
environ,
l’aluminium
se transforme
par
plaques
au millieu
des
miroirs,
ces
plaques
gagnant
peu
à
peu
la
presque
totalité du miroir. Il
est
à
remarquer
d’ailleurs
que
sur
ces
plaques,
l’aluminium
n’a
pas
disparu,
mais
il
s’est
transformé. Il
reste
un
dépôt,
probablement
d’alumine,
qui
est
transparent,
mais
cependant
plus
réfléchissant
que
le
verre.
Fi g. 6.
Pour
ces
miroirs,
le
facteur
de
diffusion
qui
a
augmenté
continuement,
est
passé
de
o,003-0, z
à
o,I-o,5
au bout de 3
mois
environ.
Fig.7.
Les miroirs
protégés
par
le
monoxyde
de
silicium
se
sont révélés
beaucoup
plus
résistants. La couche
protectrice
s’est
craquelée
au bout
d’une
dizaine
de
jours,
formant
un
réseau de
plus
en
plus
serré,
de
filaments
qui
diffusent la
lumière. Ces filaments
sont
en réalité des
fissures
très
fines
(fig. 4)
au fond
desquelles
l’aluminium
est
à
nu,
et
finit
par
se
ronger
également.
Ce n’est
d’ailleurs
qu’au
bout de
3
mois
que
l’aluminium a
commencé à
disparaître
un
peu
sur les
bords.
La diffusion
qui
a
augmenté
de
façon
continue,
est
passée
de
o,oo3
à
o,o5
environ.
La
protection par
la
silice
semble
moins
efficace.
L’évolution
de
la
couche
est
sensiblement la même