Infrarouge et verre : choisir les bonnes qualités de quartz pour les fenêtres et les radiateurs infrarouges

La relation entre l'infrarouge et le verre est déterminée par la longueur d'onde et non par la clarté de la pièce sur le banc. Il y a quelques années, un client nous a envoyé un dessin pour un disque de silice fondue, de 60 mm de diamètre et 5 mm d'épaisseur, à placer devant une caméra thermique surveillant une chambre de four à 900 °C. Chaque dimension était correcte. Le matériel était faux. Dans la bande de 8 à 14 micromètres utilisée par la caméra, la silice fondue n'est pas du tout une fenêtre ; c'est un mur. La caméra aurait vu l'émission de la surface du disque ainsi qu'un reflet de l'atelier derrière lui, et le four serait resté invisible derrière une ébauche parfaitement usinée.

Cette demande de devis résume mieux l’infrarouge et le verre que n’importe quel chapitre de manuel. Le verre n’est pas catégoriquement transparent ou opaque aux infrarouges. Il est transparent sur une plage définie, aveugle en dehors de cette plage, et les bords de la plage bougent en fonction de la composition, de la teneur en hydroxyle et de l'épaisseur. Choisissez correctement et le verre de quartz devient l'un des matériaux les plus utiles dans un système infrarouge : il survit à 1 100 °C en service continu, résiste aux chocs thermiques et laisse passer la plupart de ce qu'émet un radiateur à ondes moyennes. Choisissez mal et vous possédez un disque décoratif coûteux.

Cet article s'adresse aux personnes qui doivent réellement prendre cette décision : les ingénieurs de procédés spécifiant une enveloppe chauffante, les concepteurs d'instruments choisissant une fenêtre, les équipes de maintenance dépannant un pyromètre et le personnel des achats comparant les devis d'un fabricant de verre de quartz. Nous construisons chaque semaine des tubes, des tiges, des plaques, des fenêtres, des creusets et des éléments chauffants infrarouges en quartz. Les exemples ci-dessous proviennent donc de commandes d'achat réelles plutôt que d'un programme de physique.

La version courte : associez le verre au bracelet

Si vous ne vous souvenez que d’une chose, rappelez-vous ceci : le verre de quartz est un matériau proche infrarouge et infrarouge à ondes courtes. La silice fondue de haute pureté laisse passer la lumière d'environ 180 nanomètres dans l'ultraviolet jusqu'à environ 2,5 micromètres, et les qualités à faible teneur en hydroxyle poussent la transmission utilisable à environ 3,5 micromètres. Au-delà d'environ 4 micromètres, l'absorption augmente fortement. Entre environ 8 et 10 micromètres, le réseau silicium-oxygène absorbe si fortement qu'une fenêtre de 3 mm est effectivement noire.

Ce seul fait classe presque toutes les demandes que nous recevons dans l’une des trois catégories suivantes :

• 1 à 3 micromètres. Le verre de quartz est le choix par défaut. Lampes infrarouges, émetteurs en fibre de carbone, lasers à fibre de 2 micromètres, détection de gaz, mesure de l'humidité, réchauffage des préformes en plastique et la plupart des processus de séchage industriels vivent ici.
• 3 à 5 micromètres. Vous êtes sur l'épaule de la courbe. La silice fondue à faible teneur en OH fonctionne toujours, mais l'épaisseur compte énormément, la teneur en hydroxyle doit être spécifiée plutôt que supposée, et chaque millimètre supplémentaire coûte un signal réel.
• 8 à 14 micromètres. Le quartz ne peut pas vous aider. L'imagerie thermique, la plupart des pyromètres et la radiométrie à ondes longues nécessitent du germanium, du séléniure de zinc, du sulfure de zinc, du silicium pour l'extrémité la plus courte ou un verre de chalcogénure. Une fenêtre en quartz dans une caméra à ondes longues est un filtre, pas une fenêtre.

Tout le reste de cet article est constitué de détails liés à ce cadre : comment l'hydroxyle absorbe, comment l'épaisseur aggrave le problème, comment les revêtements modifient les chiffres et comment rédiger une spécification d'achat qu'un fournisseur peut réellement respecter.

Pourquoi la silice passe le proche infrarouge mais bloque l'infrarouge thermique

La transparence n’est pas une propriété abstraite d’un matériau ; c'est un écart entre deux mécanismes d'absorption. Du côté des longueurs d'onde courtes, les photons finissent par transporter suffisamment d'énergie pour soulever les électrons à travers la bande interdite du verre, c'est pourquoi la silice fondue devient opaque en dessous d'environ 180 nanomètres. Du côté des grandes longueurs d’onde, les photons transportent finalement la bonne énergie pour exciter les vibrations du réseau silicium-oxygène lui-même. Ces absorptions vibratoires se situent dans l’infrarouge thermique et elles sont fortes.

La conséquence pratique est une fenêtre de transmission avec un bord doux plutôt que dur. La silice fondue est excellente à 1 micromètre, bonne à 2 micromètres, utilisable à 3 micromètres dans la bonne qualité, marginale à 4 micromètres et désespérée à 9 micromètres. Le verre flotté sodocalcique ordinaire atteint ses limites beaucoup plus tôt, car les impuretés d'oxyde de fer sont fortement absorbées dans le proche infrarouge. C'est exactement pourquoi le verre épais est chaud au soleil d'été : la lumière visible pénètre et l'énergie du proche infrarouge est convertie en chaleur à l'intérieur de la vitre.

Les trois bandes infrarouges en termes simples

Infrarouge proche et à ondes courtes, environ 0,7 à 2,5 micromètres. Il s'agit de la gamme de chauffage par lampe, de communication par fibre optique, de mesure spectroscopique de l'humidité et de caméras d'inspection infrarouge à ondes courtes. Le verre de quartz domine ici et nécessite peu d’explications.

Infrarouge à ondes moyennes, environ 3 à 5 micromètres. Il s'agit de la thermométrie à objets chauds, de l'analyse des gaz de combustion, de certaines optiques militaires et d'un nombre croissant de capteurs de gaz. La silice fondue à faible teneur en OH peut desservir la moitié inférieure de cette bande si le chemin optique est court. Au-dessus de 4 micromètres, vous devriez évaluer honnêtement les autres matériaux.

Infrarouge à ondes longues, environ 8 à 14 micromètres. C'est ici que fonctionnent les caméras thermiques, car les objets à température ambiante y rayonnent fortement. Le verre est opaque sur presque toute la bande, c'est pourquoi une caméra thermique pointée vers une fenêtre voit la température de la surface de la fenêtre et le reflet de ce qui se trouve derrière la caméra.

Ce que fait l'hydroxyle à l'intérieur du verre

L'eau incorporée dans le réseau de silice lors de la fusion laisse derrière elle des groupes hydroxyles, et ces groupes ont leurs propres absorptions vibratoires à environ 1,38, 2,22 et 2,73 micromètres. Une silice fondue de qualité UV avec 800 à 1 200 parties par million d'hydroxyle est superbe en dessous de 2 micromètres et tout à fait ordinaire à 2,7 micromètres. Un matériau de qualité infrarouge avec une teneur en hydroxyle inférieure à 10 parties par million supprime la majeure partie de cette absorption et vous offre un micromètre supplémentaire de plage de travail.

Il s’agit de l’écart de spécification le plus courant que nous constatons. Un acheteur demande un « verre de quartz de 3 mm d'épaisseur, à transmission élevée » et reçoit une fenêtre de qualité UV de fabrication compétente qui perd près de la moitié de son signal à 2,7 micromètres. Rien n'était défectueux. La note n’a tout simplement jamais été indiquée.

Un tableau comparatif des familles de verre dans l'infrarouge

Le tableau ci-dessous résume le comportement des familles de verres sur lesquelles nous sommes le plus souvent interrogés. Les plages sont des valeurs de transmission typiques utilisables pour des épaisseurs ordinaires, sans limites garanties pour chaque fusion, car les dopants, la teneur en fer et le niveau d'hydroxyle déplacent tous les bords.

Lisez le tableau comme un filtre et non comme un classement. JGS1 n'est pas meilleur que JGS3 ; il est optimisé pour une extrémité différente du spectre. Un fournisseur qui propose une seule qualité pour chaque travail infrarouge a mal compris la demande ou espère que vous ne le remarquerez pas.

Deux notes pratiques se trouvent sous les chiffres. Premièrement, la transparence visible ne vous dit presque rien sur les performances infrarouges, donc une inspection visuelle d'une fenêtre livrée ne prouve que très peu de choses. Deuxièmement, un verre qui semble légèrement gris ou vert dans les sections épaisses révèle généralement une teneur en fer, ce qui est inoffensif dans un voyant et inacceptable dans une fenêtre proche infrarouge.

Transmission à 3 micromètres : là où les niveaux se séparent

Le tableau ci-dessous compare la transmission interne indicative à 3 micromètres sur un trajet de 10 mm pour quatre matériaux courants. Il est délibérément axé sur cette longueur d'onde, car c'est à 3 micromètres que la teneur en hydroxyle, et non l'épaisseur ou le poli, domine le résultat.

Trois choses ressortent. L'écart entre les deux qualités de silice correspond à la largeur de la bande hydroxyle, et non à une différence de pureté ou de savoir-faire, c'est pourquoi la solution est un changement de qualité plutôt qu'un changement de polissage. Le borosilicate n'est pas simplement « un peu pire » dans cette région ; il s'agit d'une classe de matériaux différente et ne doit pas être remplacée en cas de pénurie d'approvisionnement sans un nouvel examen optique. Et le chiffre de la chaux sodée explique pourquoi le verre ordinaire est inutile comme fenêtre infrarouge, même lorsqu'il semble parfaitement transparent.

Pour notre propre travail infrarouge, c'est pourquoi nous gardons le stock de plaques et de tubes à faible teneur en hydroxyle séparé du stock de qualité UV et marquons les numéros de lot de fusion sur la liste de colisage. C'est également la raison pour laquelle nous demandons aux clients une longueur d'onde cible avant de proposer un devis plutôt qu'après. Si l'application se situe à 2 micromètres, une fenêtre standard de qualité UV fonctionnera bien et permettra d'économiser de l'argent. S'il se situe à 3,2 micromètres, cette même fenêtre réduira de moitié le signal et le client blâmera le revêtement, le polissage ou l'alignement avant que quiconque ne soupçonne le verre.

L'épaisseur aggrave l'effet de manière exponentielle plutôt que linéaire, de sorte qu'une fenêtre de 5 mm n'est pas simplement « un peu plus sombre » qu'une fenêtre de 3 mm au bord de la bande. En pratique, si vous devez travailler près de la coupure, spécifiez la fenêtre la plus fine que la conception mécanique tolérera et consacrez les économies réalisées à une meilleure qualité.

Radiateurs infrarouges : pourquoi l’enveloppe de quartz n’est pas un filtre

La plus grande utilisation industrielle de l’association infrarouge et verre est le tube chauffant infrarouge en quartz, et il fonctionne parce que l’enveloppe est transparente au rayonnement qu’elle renferme. Un filament de fibre de carbone fonctionnant à environ 1 200 K rayonne le plus fortement à proximité de 2,4 micromètres selon la loi de déplacement de Wien. Un élément nickel-chrome à une température similaire se comporte de manière comparable. Un filament de tungstène dans un tube rempli d'halogène chauffe plus, près de 2 800 K, et culmine à plus près de 1 micromètre. Tous trois sont confortablement installés à l’intérieur de la fenêtre de transmission de l’enveloppe de quartz, de sorte que la paroi du tube absorbe très peu de l’énergie qu’elle génère.

Ce n’est pas un détail anodin. Si l’enveloppe absorbait sa propre production, le tube se chaufferait lui-même plutôt que la pièce, l’efficacité s’effondrerait et la paroi se ramollirait. Le quartz évite les trois modes de défaillance à la fois et ajoute un point de ramollissement supérieur à 1 600 °C et un coefficient de dilatation thermique d'environ 0,55 × 10⁻⁶ par kelvin, c'est pourquoi un appareil de chauffage peut être éclaboussé d'eau froide dans une chaîne de production sans se briser.

Tubes de chauffage infrarouge à quartz transparent Le tube de quartz transparent offre une transmission infrarouge directe pour un chauffage ciblé, une réponse rapide et une résistance aux chocs thermiques ; utile là où une image de filament serrée et une efficacité élevée sont importantes. Voir le produit →

Enveloppes transparentes, laiteuses et dopées

Le quartz transparent offre la transmission directe la plus élevée et une image de filament serrée, ce qui convient au chauffage ciblé, au thermoformage et au traitement thermique rapide des semi-conducteurs. Le quartz laiteux ou opaque diffuse le rayonnement, adoucissant les points chauds et produisant une répartition plus uniforme sur une large cible, ce qui est généralement préférable pour les étuves de séchage, le durcissement de la peinture et le réchauffement des aliments.

Les tubes en quartz dopé ajoutent une troisième option en déplaçant l'endroit où l'enveloppe absorbe. Un tube dopé pour couper les émissions ultraviolettes réduit la génération d'ozone et protège les produits sensibles à la chaleur, tandis que le tube rouge ou rubis familier filtre visiblement les courtes longueurs d'onde sans bloquer la sortie infrarouge. Pour les fabricants de lampes, c’est souvent la différence entre réussir ou échouer une spécification d’émissions.

Émetteur correspondant à charger

La correspondance des longueurs d’onde est plus importante que ce à quoi s’attendent la plupart des acheteurs. Les revêtements à base d'eau, le papier et les textiles absorbent fortement autour de 3 micromètres, de sorte que les émetteurs de carbone à ondes moyennes transfèrent efficacement la chaleur. Les films polymères minces et les préformes en PET absorbent bien dans la plage de 1 à 2 micromètres, ce qui favorise les lampes halogènes à ondes courtes. Les plastiques transparents qui semblent transparents à l’œil peuvent toujours absorber fortement le proche infrarouge, c’est exactement pourquoi le soudage infrarouge et le montage rétractable fonctionnent.

Nous posons généralement trois questions avant de recommander une enveloppe : quel est le matériau cible, quelle température doit-il atteindre et quelle doit être l'uniformité du résultat. Ces trois réponses réduisent le choix de l'émetteur, du diamètre du tube, de l'épaisseur de la paroi et de l'état de surface bien plus rapidement qu'une fiche technique ne le ferait.

Fenêtres et voyants infrarouges pour les processus chauds

Une fenêtre donnant sur une chambre à 1 000 °C doit effectuer trois tâches à la fois : rester transparente à la longueur d'onde de fonctionnement, survivre au gradient thermique et maintenir l'atmosphère du processus à sa place. Le quartz gère les trois mieux que la plupart des alternatives, mais seulement si la conception mécanique le prend en charge.

Considérons un voyant de four typique. Le côté processus se trouve à 900 °C, la face extérieure à 60 °C et la caméra ou le pyromètre regarde à travers à 1,5 micromètre. Un disque de quartz à faible teneur en OH de 5 mm répond facilement aux exigences optiques. Le mode de défaillance n’est presque jamais la transmission ; ça monte. Si la fenêtre est fixée rigidement sur les deux faces, la dilatation différentielle entre le quartz et une bride en acier inoxydable la fissurera, car le quartz se dilate beaucoup moins que le métal qui l'entoure. Nous recommandons un joint souple, un siège flottant et une indication claire de la face qui est chaude.

La purge est la deuxième décision de conception. Une fenêtre en quartz située dans une atmosphère chargée de suie ou de condensation perd la transmission due aux dépôts de surface bien avant que le verre lui-même ne se dégrade. Une purge tangentielle d'air ou d'azote sur la face du processus maintient la surface claire et, en prime, la refroidit. Lorsque le gaz de purge n'est pas disponible, une légère pression positive à l'intérieur de l'enceinte permet souvent d'obtenir le même résultat.

Fenêtres en quartz de haute pureté pour usage optique et thermique La fenêtre en quartz de haute pureté convient à la visualisation optique à haute température et thermiquement stable ; prendre en compte les besoins de purge et d'anti-reflet à large bande là où les pertes de transmission sont importantes. Voir le produit →

Épaisseur, revêtements et qualité de surface

La silice fondue non enrobée perd environ 3 à 4 pour cent par surface à cause de la réflexion de Fresnel dans le proche infrarouge. Deux surfaces, quatre pour cent, et une perte supplémentaire à l'intérieur du matériau : une fenêtre nominalement excellente peut fournir 90 pour cent au lieu de 96 pour cent avant même le début du processus. Les revêtements antireflet récupèrent la majeure partie de cela, mais uniquement sur la bande pour laquelle ils ont été conçus. Une spécification à large bande est donc importante lorsque le capteur balaie la longueur d'onde.

Les tolérances dimensionnelles méritent également d'être indiquées explicitement. Une fenêtre spécifiée à ± 0,05 mm d'épaisseur et 40/20 de qualité de surface coûte plus cher qu'un flan à usage général à ± 0,2 mm, et la plupart des applications de verre-regard n'ont pas besoin d'une qualité plus serrée. À l’inverse, une fenêtre laser qui remplace discrètement un vernis commercial par une finition de qualité laser souffrira de diffusion et, à puissance élevée, d’un échauffement local.

La qualité des bords mérite d’être mentionnée car c’est là que commencent la plupart des casses. Un bord meulé et biseauté résiste à l'écaillage lors de la manipulation et réduit le risque de propagation d'une fissure dans l'ouverture sous cycle thermique.

Quartz optique infrarouge : ce que JGS3 vous achète et ce que ça coûte

La silice fondue de qualité infrarouge, communément référencée sous la désignation JGS3, est ce que nous fournissons lorsqu'un client a besoin d'une transmission utilisable jusqu'à environ 3,5 micromètres. La teneur en hydroxyle est maintenue en dessous d'environ 10 parties par million, ce qui supprime la bande d'absorption de 2,73 micromètres qui limite le matériau de qualité UV.

Plaques de quartz optiques de qualité infrarouge JGS3 La plaque de quartz optique JGS3 couvre 0,26 à 3,5 µm et évite la bande d'absorption d'hydroxyle de 2,7 µm ; utile pour la transmission infrarouge où la plage UV est moins critique. Voir le produit →

Les compromis méritent d'être compris avant de les spécifier. La suppression de l'hydroxyle déplace la coupure ultraviolette vers des longueurs d'onde plus longues, généralement au-delà de 250 nanomètres, de sorte qu'une qualité infrarouge est un mauvais choix pour une enveloppe de lampe UV. Il coûte également plus cher qu'un matériau de qualité UV car le processus de fusion et de consolidation est plus exigeant et il est plus sensible dans le sens où un fournisseur doit réellement mesurer l'hydroxyle plutôt que de le supposer.

Là où nous voyons le JGS3 gagner son prix : fenêtres optiques pour lasers à fibre de 2 à 3 micromètres, cellules d'absorption de gaz pour la détection du méthane et de la vapeur d'eau, fenêtres de protection sur les détecteurs d'ondes moyennes refroidis et optiques de référence qui ne doivent pas dériver avec l'absorption d'humidité. Là où il est gaspillé : fenêtres à lumière visible, équipement de durcissement aux UV et observation générale du four à 1 micromètre, où une qualité moins chère fonctionne de manière identique.

Des attributs de qualité qui comptent autant que la transmission

Un chemin optique infrarouge n’est pas affecté uniquement par la courbe de transmission. Les bulles et les inclusions solides diffusent la lumière et, sous une puissance élevée, agissent comme des points chauds susceptibles de provoquer des dommages. Les stries, les faibles bandes de composition laissées par la fusion, déforment les fronts d'onde et importent énormément pour l'imagerie ou l'interférométrie, mais presque pas pour une simple mesure de transfert radiatif. L'homogénéité de l'index est importante pour les grandes ouvertures et à peine pour un disque de 10 mm.

Notre conseil est d'énoncer l'application plutôt que d'énoncer une exigence générique de « meilleure qualité ». Un fournisseur peut alors proposer une classe de bulles, une classe de stries et des spécifications de surface qui correspondent au travail, et vous évitez de payer pour une homogénéité de qualité interférométrique dans une pièce qui n'a besoin que de laisser passer la chaleur dans une chambre.

Quand le verre n’est pas la bonne réponse : l’imagerie thermique à travers une fenêtre

Les caméras thermiques sont la source la plus fréquente de confusion entre l’infrarouge et le verre, et la réponse honnête est que le quartz ne peut pas résoudre le problème. Une caméra thermique à ondes longues fonctionnant entre 8 et 14 micromètres voit le verre comme une surface opaque avec une émissivité d'environ 0,9, elle rapporte donc la température du verre, corrigée par ce qu'il réfléchit. Dans un atelier, ce reflet, ce sont les personnes et l'éclairage, c'est pourquoi les images thermiques des fenêtres ressemblent à des miroirs.

Les correctifs habituels sont tous légitimes, et aucun d’entre eux n’implique le quartz :

• Ouvrez une ouverture dégagée et mesurez à travers le trou, en acceptant le flux d'air qui l'accompagne.
• Utilisez un matériau de fenêtre qui transmet véritablement dans la bande de 8 à 14 micromètres, comme le germanium, le séléniure de zinc ou un verre au chalcogénure, et acceptez son coût et ses limites thermiques.
• Utilisez plutôt une caméra infrarouge à ondes courtes, fonctionnant entre environ 0,9 et 1,7 micromètres, où le quartz est transparent et où les mesures à haute température sont toujours possibles.
• Mesurez la surface extérieure avec un capteur de contact ou un pyromètre correctement corrigé en émissivité fonctionnant à une longueur d'onde plus courte.

L’option des ondes courtes est celle qui est la plus souvent négligée. Pour les travaux au four et au four au-dessus de 700 °C, une caméra à ondes courtes derrière une fenêtre en quartz peut être une meilleure solution technique qu'une caméra à ondes longues coûteuse derrière une fenêtre exotique, car la longueur d'onde plus courte réduit également la sensibilité aux erreurs d'émissivité et à la contamination de surface.

Mettre du verre devant une caméra n’est pas automatiquement une mauvaise idée ; Le verre choisi pour le mauvais groupe est. Lorsque vous décrivez la mesure à un fournisseur de verre de quartz, indiquez la bande spectrale de la caméra plutôt que le mot « thermique », car « thermique » à lui seul oriente un fournisseur responsable vers le mauvais matériau.

Erreurs de spécification que nous constatons à plusieurs reprises

La plupart des problèmes de verre infrarouge sont résolus sur le bon de commande, des mois avant la livraison. Ce sont les problèmes récurrents, classés par ordre de fréquence.

1. Spécifier une qualité par son nom sans longueur d'onde. Le « verre de quartz » décrit une famille et non un niveau de performance. Donnez la bande de fonctionnement et la transmission acceptable sur cette bande.
2. Oublier la teneur en hydroxyle. Toute exigence au-delà de 2,5 micromètres doit indiquer une limite OH, par exemple inférieure à 10 parties par million, et doit demander comment elle est vérifiée.
3. Ignorer l'épaisseur. La transmission près du bord de la bande est exponentielle en épaisseur. Deux fournisseurs proposant la même qualité à des épaisseurs différentes proposent des performances différentes.
4. En supposant que le revêtement aide toujours. Un traitement antireflet optimisé pour 1 micromètre fera mal à 3 micromètres. Spécifiez la bande de revêtement ou laissez-la.
5. Conception d'un support rigide. Le quartz se dilate environ un cinquième de la vitesse de l'acier inoxydable ; la différence doit aller quelque part. Utilisez des sièges conformes.
6. Surplombant la purge. Une fenêtre parfaitement spécifiée dans une atmosphère sale devient inutile dans un quart de travail. Planifiez le flux de gaz dès la conception.
7. Juger la qualité à l’œil nu. Une pièce qui semble impeccable peut être de mauvaise qualité, et une pièce avec une bulle visible peut être parfaitement acceptable pour une application de chauffage radiatif. Inspectez par rapport aux spécifications, pas par rapport à l'intuition.

Chacun de ces éléments est peu coûteux à réparer au stade du devis et coûteux à réparer après la livraison. Une conversation de cinq minutes sur la longueur d’onde, l’épaisseur, la température et l’atmosphère évite presque toutes ces situations.

Comment acheter : ce qu'un fabricant de verre de quartz devrait vous dire

L'achat de quartz infrarouge n'est pas compliqué, mais cela récompense un fournisseur qui répond aux questions avec des mesures plutôt qu'avec des adjectifs. Que vous traitiez directement avec un fabricant, un fournisseur régional ou un grossiste gérant plusieurs gammes de produits, les dix mêmes éléments doivent apparaître dans la réponse technique.

1. Une courbe de transmission mesurée pour la nuance proposée à l'épaisseur proposée, et non une figure de catalogue copiée à partir d'une fiche technique générique. Une mesure infrarouge par transformée de Fourier prend quelques minutes et règle la plupart des arguments.
2. Un indice d'hydroxyle déclaré et la méthode utilisée pour l'obtenir, généralement à partir de la bande d'absorption proche de 2,73 micromètres.
3. Classe bulle et inclusion exprimé dans un système de notation reconnu plutôt que par une « haute qualité ».
4. Stries et informations sur l'homogénéité où l’imagerie ou l’interférométrie est impliquée.
5. Tolérances dimensionnelles pour l'épaisseur, le diamètre, la planéité et le parallélisme, ainsi que la méthode de mesure.
6. Spécification de surface en termes de grattage, avec la qualité de polissage nommée.
7. Détails du revêtement , y compris la longueur d'onde de conception, la bande passante, l'angle d'incidence et le gain de transmission attendu.
8. Limites thermiques et taux de rampe recommandés , y compris la pente maximale sur la pièce.
9. Emballage et traçabilité , car une vitre de 300 mm qui arrive ébréchée est une perte totale quelle que soit sa qualité optique.
10. Politique d'échantillon et de délai de livraison , surtout pour un premier article qui doit être testé dans le montage réel.

Il est également utile de savoir ce qu’un fournisseur devrait vous demander. Si un devis arrive sans une seule question sur la longueur d’onde, l’épaisseur ou la température, le prix est probablement basé sur une supposition. Notre propre formulaire de demande demande délibérément d'abord la bande de fonctionnement, car elle détermine si nous proposons un tube de qualité UV, une plaque de qualité infrarouge ou une enveloppe laiteuse.

Tailles personnalisées, petits lots et commandes répétées

La plupart des projets infrarouges démarrent de manière ponctuelle et deviennent une partie planifiée. Demandez dès le début si le fournisseur peut conserver un lot de fusion pour des commandes répétées, si le dessin sera conservé dans un dossier avec la transmission mesurée en pièce jointe et comment un changement de qualité serait communiqué. Ces réponses comptent pour plus de quelques pour cent sur la première facture lorsque vous êtes en production depuis six mois et qu'un nouveau lot se comporte légèrement différemment.

Pour une fabrication sur mesure, qu'il s'agisse d'une fenêtre à gradins, d'une plaque d'ouverture percée, d'une enveloppe en forme de dôme ou d'un viseur à bride, la solution pratique consiste à envoyer un dessin sur lequel sont indiquées les exigences optiques. Les dimensions seules indiquent rarement ce que la pièce doit réellement faire.

Où se situent ces produits dans notre gamme

Deux points d'entrée couvrent la plupart des travaux infrarouges décrits ci-dessus. Le premier est notre service de fabrication de fenêtres sur mesure, qui gère les ouvertures, les plaques percées, les profils étagés et la coordination du revêtement antireflet pour les voyants et les fenêtres d'instruments. La deuxième est la gamme de radiateurs infrarouges, qui couvre les constructions d'éléments transparents, laiteux et en fibre de carbone pour les équipements de chauffage industriels.

Les deux pages côtoient le catalogue plus large de tubes, tiges, plaques, creusets et matériel de laboratoire, de sorte qu'une seule demande peut généralement couvrir un assemblage entier plutôt qu'un seul composant.

FAQ : Infrarouge et verre

Les infrarouges traversent-ils le verre ?

Une partie le fait, et la quantité dépend entièrement de la longueur d’onde. Les vitres ordinaires laissent passer assez bien la lumière proche infrarouge en dessous d'environ 2,5 micromètres et bloquent presque tout au-delà de 5 micromètres. Le quartz fondu étend la transmission utilisable à environ 3,5 micromètres dans les qualités à faible teneur en hydroxyle. Dans la bande thermique de 8 à 14 micromètres, le verre conventionnel est effectivement opaque.

Pourquoi une caméra thermique ne peut-elle pas voir à travers une fenêtre ?

Parce que la caméra fonctionne dans l’infrarouge à ondes longues, où le verre absorbe plutôt qu’il ne transmet. La caméra lit donc elle-même la surface du verre, qui émet fortement et reflète également l'environnement. Pointer une caméra thermique vers une fenêtre produit généralement une image de la chaleur réfléchie par l'opérateur de la caméra.

Le verre de quartz est-il identique au verre infrarouge ?

Pas exactement. Le verre de quartz est une famille de produits en silice fondue, et seuls certains membres de cette famille sont optimisés pour le travail infrarouge. Le matériau de qualité infrarouge se caractérise par une très faible teneur en hydroxyle, ce qui supprime les bandes d'absorption qui limitent la silice de qualité UV au-delà de 2,5 micromètres.

Quel grade dois-je choisir pour un procédé de 2 à 3 micromètres ?

En dessous de 2,5 micromètres, une silice fondue standard de qualité UV fonctionne généralement bien et coûte moins cher. Entre 2,5 et 3,5 micromètres, spécifiez une qualité infrarouge à faible teneur en hydroxyle avec un taux d'hydroxyle inférieur à environ 10 parties par million et gardez la fenêtre aussi fine que la conception mécanique le permet.

Une fenêtre plus épaisse bloque-t-elle davantage les infrarouges ?

Oui, et l’effet est exponentiel plutôt que proportionnel, en particulier près du bord de la fenêtre de transmission. Une fenêtre qui fonctionne de manière acceptable à 3 mm peut perdre une grande partie de son signal à 8 mm à la même longueur d'onde. L’épaisseur est une variable optique, pas seulement mécanique.

Les revêtements peuvent-ils améliorer la transmission infrarouge ?

Les revêtements antireflet peuvent récupérer la majeure partie des 3 à 4 % environ perdus sur chaque surface non traitée, mais uniquement dans la bande pour laquelle ils ont été conçus. Un revêtement optimisé pour la lumière visible dégradera généralement les performances à 3 micromètres, la longueur d'onde de conception doit donc être indiquée sur le dessin.

Quelle est la température la plus élevée qu’une fenêtre en quartz peut supporter ?

Le quartz fondu se ramollit au-dessus de 1 600 °C et est couramment utilisé en continu autour de 1 100 °C, mais la limite pratique pour une fenêtre est généralement le gradient thermique qui la traverse et la méthode de montage plutôt que le point de ramollissement du matériau. Un chauffage progressif, des sièges conformes et un serrage uniforme comptent plus que le chiffre principal.

L'infrarouge et le verre font partie de ces sujets où un peu de précision dès le début permet d'économiser beaucoup de dépenses plus tard. La physique est stable, les options matérielles sont bien comprises et les modes de défaillance sont presque tous prévisibles : une qualité choisie par habitude plutôt que par longueur d'onde, une fenêtre conçue sans support conforme, une enveloppe chauffante spécifiée sans tenir compte de la manière dont la chaleur doit atterrir uniformément, ou une caméra thermique invitée à regarder à travers un matériau qui absorbe exactement la bande dont elle dépend.

Si vous êtes en train de dessiner une pièce plutôt que d'en commander une, la chose la plus utile que vous puissiez faire est de décrire le processus en termes simples : ce qui est chauffé ou mesuré, à quelle température, à quelle longueur d'onde, dans quelle atmosphère et pendant combien de temps la pièce doit durer. Ces cinq réponses réduisent le choix de la qualité, de l'épaisseur, de la finition de surface et du revêtement plus rapidement que n'importe quel tableau de spécifications, et elles donnent au fabricant suffisamment de propositions pour proposer quelque chose qui fonctionnera encore dans l'atelier dans un an.