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APLICATIONS

News – FR – Préformage du verre clair à basse température

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Les progrès de la chimie du verre et des méthodes de traitement du verre disponibles ont accompagné et permis certaines des plus grandes révolutions technologiques, du développement et de la production en série d'ampoules aux fibres optiques à faible perte et aux écrans tactiles durables pour smartphones. Une génération émergente de technologies de traitement à basse température vise à poursuivre cette tendance importante et à rendre une plus large gamme de composants en verre productible en série. À la page 182 de ce numéro, Mader et al. ([1] [1]) décrivent une telle innovation dans le traitement du verre - l'utilisation du moulage par injection à basse température pour préformer des composites remplis de particules de silice qui peuvent ensuite être transformés en objets en verre de silice fondue transparent Traditionnellement, les objets en verre transparent sont fabriqués en grand volume à partir de verre fondu ou ramolli, qui est flotté, étiré, soufflé, coulé ou moulé par soufflage à une forme souhaitée (voir la figure, en haut) La composition du verre et la technique de traitement dictent la température de travail, qui est généralement assez élevée (près de 1000 ° C) et restreint souvent le choix des équipements compatibles ou limite le choix de la composition du verre Parce qu'un investissement en capital spécifique à la géométrie est nécessaire pour la production, des changements drastiques ou fréquents de conception des composants ou de petits lots peuvent être prohibitifs. En variante, les composants en verre transparent peuvent également être façonnés à température ambiante à partir de verre solide par une série de processus soustractifs, y compris la coupe ou plusieurs étapes de meulage, suivies d'étapes de traitement plus lentes, telles que le polissage ou la gravure. Cette approche est un peu moins propice à la production de masse, et certaines géométries contenant des régions inaccessibles aux outils ne peuvent pas être fabriquées de cette manière. Plusieurs technologies émergentes de mise en forme du verre visent à réduire les températures de fabrication requises tout en permettant d'accéder à une plus large gamme de compositions de verre et de géométries de composants (voir la figure) Ces approches utilisent un processus en trois étapes Tout d'abord, une forme souhaitée est préformée à basse température à partir d'un composite organique-inorganique formant du verre. Ensuite, la préforme est séchée et les matières organiques utilisées pour lier les particules sont éliminées Enfin, la préforme est chauffée (frittée) bien en dessous de la température de fusion du verre pour se densifier en verre transparent. Bien que les deuxième et troisième étapes se produisent à des températures plus élevées, seuls des séchoirs et des fours standard et indépendants de la géométrie sont nécessaires. Cette stratégie s'appuie sur l'approche sol-gel bien étudiée pour former du verre monolithique, où les solutions chimiques formant un réseau de silice sont versées dans des moules, lentement séchées et condensées dans du verre dense sans fondre ([2] [2]) En rupture avec le processus sol-gel, ces nouvelles technologies utilisent des solvants, des réticulants et des polymères pour formuler des composites organiques-inorganiques adaptés à la compatibilité avec un processus de mise en forme particulier, avec des formats allant des liquides photodurcissables aux pâtes épaississantes par cisaillement aux solides. Les charges inorganiques composites sont également généralement plus élevées que celles de l'approche sol-gel pur, ce qui réduit considérablement le retrait en comparaison Une multitude de composites formant le verre et de technologies de mise en forme à basse température pour la production de verre transparent ont été introduites au cours des 4 dernières années, chacune offrant son propre avantage (voir la figure, en bas) Par exemple, un matériau nanocomposite solide, appelé Glassomer, peut être mis en forme à température ambiante par des outils d'usinage conventionnels comme des tours et peut également être nanotexturé, moulé et traité rouleau à rouleau en feuilles avant d'être converti en verre de silice fondu ([3 ] [3]) En outre, une méthode de fabrication additive appelée écriture directe à l'encre a été utilisée pour extruder des filaments de pâtes nanocomposites dans des structures de préformes allant des monolithes aux mailles en passant par les récipients ouverts ([4] [4]) Plusieurs compositions de formation de verre peuvent être mélangées en ligne pour créer une variation de composition spatiale, comme des lentilles en verre à gradient d'indice de réfraction ([5] [5]) L'impression par stéréolithographie - une voie de fabrication additive couche par couche par laquelle les résines liquides nanocomposites photodurcissables sont modelées de manière sélective par exposition à la lumière - peut produire des composants en verre transparent qui ont des structures complexes et hiérarchiques avec le potentiel pour des caractéristiques individuelles à petite échelle ([6]) [6] - [9] [7]) Plus récemment, Mader et al ont démontré l'utilisation de composites vitreux granulés compatibles avec le moulage par injection conventionnel à basse température - un procédé utilisé dans la fabrication à grand volume de composants polymères Offrant une avancée importante vers une fabrication durable, une grande partie du déliantage se produit dans l'eau plutôt qu'à des températures accrues, et les polymères utilisés dans le composite peuvent être récupérés et réutilisés. Des articles en verre de silice fondue, y compris des tubes, des béchers et des réseaux de microlentilles, ont été produits avec cet équipement de moulage par injection composite et existant à des vitesses allant jusqu'à 5 s par pièce, sans aucun post-traitement après le frittage. Ces approches pourraient rendre le verre disponible dans de nouveaux formats et plus compétitif par rapport au plastique pour les applications nécessitant une stabilité thermique, une résistance à l'environnement ou une meilleure transmission de la lumière. La fabrication distribuée peut devenir une option plus viable car le traitement est effectué à basse température avec un équipement moins spécialisé La fabrication additive permet de modifier la forme des composants par programmation plutôt que par réoutillage pour la fabrication de petits volumes et le prototypage rapide de composants en verre Les applications immédiates dans les domaines de l'optique, de l'éclairage et de l'emballage à grand volume stimuleront le développement continu du traitement à basse température La combinaison de méthodes permettant une composition de verre réglable et des microstructures hiérarchiques pourrait trouver une utilisation en microfluidique et en catalyse 1 [↵] [8] 1 M Mader et coll. , Science 372, 182 (2021) [OpenUrl] [9] [Résumé / Texte intégral GRATUIT] [10] 2 [↵] [11] 1 L L Hench, 2 J K Ouest , Chem Tour 90 et 33 (1990) [OpenUrl] [12] [CrossRef] [13] [Web of Science] [14] 3 [↵] [15] 1 F Kotz et coll. , Adv Mater 30, 1707100 (2018) [OpenUrl] [16] 4 [↵] [17] 1 ré T Nguyen et coll. , Adv Mater 29, 1701181 (2017) [OpenUrl] [18] 5 [↵] [19] 1 R Dylla-Spears et coll. , Sci Adv 6, eabc7429 (2020) [OpenUrl] [20] [Texte intégral GRATUIT] [21] 6 [↵] [22] 1 F Kotz et coll. , Nature 544, 337 (2017) [OpenUrl] [23] [CrossRef] [24] [PubMed] [25] 7 1 je Cooperstein, 2 E Shukrun, 3 O Presse, 4 UNE Kamyshny, 5 S Magdassi , ACS Appl Mater Interfaces 10, 18879 (2018) [OpenUrl] [26] 8 1 R Arita et coll. , Commun Mater 1 et 30 (2020) [OpenUrl] [27] 9 [↵] [28] 1 ré g Moore, 2 L Barbera, 3 K Masania, 4 UNE R Studart , Nat Mater 19, 212 (2020) [OpenUrl] [29] Remerciements: Ce travail a été réalisé sous les auspices du US Department of Energy par Lawrence Livermore National Laboratory sous contrat no DE-AC52-07NA27344 [1]: # ref-1 [2]: # ref-2 [3]: # ref-3 [4]: # ref-4 [5]: # ref-5 [6]: # ref-6 [7]: # ref-9 [8]: # xref-ref-1-1 "Afficher la référence 1 dans le texte" [9]: {openurl}? 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