La présente invention est relative au domaine du traitement thermique de couche mince sur des substrats verrier.

ART ANTÉRIEUR

Il est connu d'effectuer un recuit local et rapide (flash heating) de revêtements déposés sur des substrats plats. Pour cela, on fait défiler le substrat avec le revêtement à recuire sous un moyen de chauffage comme un lampe flash ou une torche plasma, ou bien une ligne laser, agencé au-dessus du substrat portant le revêtement.

Le recuit rapide permet de chauffer des revêtements minces à des températures élevées, de l'ordre de plusieurs centaines de degrés, tout en préservant le substrat sous-jacent. Les vitesses de défilement sont bien entendu de préférence les plus élevées possibles, avantageusement au moins de plusieurs mètres par minute.

Par exemple, dans une ligne laser utilisée, celle-ci comprend au moins un générateur laser fournissant un faisceau laser. Ce faisceau Laser est focalisé afin d'augmenter localement la puissance thermique fournie par le générateur laser.

Ce procédé de recuit qu'il soit laser ou à lampe flash ou autre a l'inconvénient d'être gourmand en énergie, cette gourmandise en énergie augmentant avec l'augmentation des capacités de la ligne notamment en terme de vitesse de traitement. Une telle gourmandise en énergie implique des coûts élevés.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION La présente invention se propose donc de résoudre ces inconvénients en fournissant un dispositif de traitement thermique pour le recuit rapide qui soit plus efficace au niveau énergétique et moins coûteux. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de traitement thermique d'un revêtement déposé sur un substrat comprenant des moyens de chauffage en regard duquel le substrat peut défiler, lesdits moyens de chauffage agencés pour chauffer une zone du revêtement sur la première face du substrat verrier, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement thermique comprend en outre un moyen de préchauffage agencés pour chauffer le revêtement dudit substrat défilant, en amont de la zone de chauffage.

Cette invention présente l'avantage de préchauffer le revêtement ce qui permet de réduire les coûts puisqu'il devient possible d'utiliser des moyens de chauffage ayant une puissance moindre ou d'utiliser des moyens de chauffage moins performants. Cette utilisation permet également d'augmenter la vitesse de défilement puisque le revêtement est préchauffé.

Selon un exemple, les moyens de chauffage sont agencés pour élever la température du revêtement dans un intervalle de 300 à 700°C, en particulier de 500 à 650°C durant un laps de temps d'au maximum 1 ms et les moyens de préchauffage sont agencés pour élever la température du revêtement d'au maximum le tiers de la température atteinte par le revêtement via des moyens de chauffage durant un laps de temps d'au maximum 50 ms.

Selon un exemple, le dispositif comprend en outre un dispositif de recyclage permettant d'utiliser la partie non absorbée de l'énergie fournie par les moyens de chauffage pour servir de moyen de préchauffage.

Selon un exemple, les moyens de chauffage comprennent un système laser comprenant au moins un générateur laser.

Selon un exemple, le système laser est positionné pour être angulairement décalé par rapport à la perpendiculaire au substrat verrier.

Selon un exemple, les moyens de chauffage comprennent une pluralité de lampes flash.

Selon un exemple, le dispositif de recyclage est un élément réflecteur agencé pour réfléchir la partie du faisceau lumineux non absorbée par le substrat et la diriger sur le revêtement dudit substrat défilant afin d'agir comme moyen de préchauffage.

Cet exemple permet avantageusement de n'avoir qu'un seul dispositif pour opérer le chauffage et le préchauffage permettant de diminuer les coûts au maximum. Cela permet aussi d'avoir un dispositif de traitement thermique plus simple car il n'y a que le moyen de chauffage à paramétrer.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est un miroir agencé en regard de la face opposée à la face dudit substrat portant le revêtement.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est un miroir plat s'étendant parallèlement au plan du substrat.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est un miroir courbe.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est mobile selon au moins un degré de liberté.

Selon un exemple, le degré de liberté est une translation dans un plan perpendiculaire au plan du substrat.

Selon un exemple, le degré de liberté est une rotation par rapport à un axe perpendiculaire à la direction de défilement.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est agencé pour réfléchir un faisceau dans deux directions distinctes permettant d'orienter le faisceau non absorbé de part et d'autre du point de focalisation.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est un miroir comprenant deux sections formant entre elles un angle, les faces de l'angle externe étant réfléchissantes.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur comprend un bloc cylindre de section triangulaire comportant deux faces de tranche parallèles et trois faces de côté, deux faces de côté adjacentes étant réfléchissantes.

Selon un exemple, ledit élément réflecteur est une couche réfléchissante déposée sur la face dudit substrat opposée à la face portant le revêtement.

Selon un exemple, le substrat s'étend selon une première dimension et une seconde dimension orthogonale à la première dimension, ledit substrat défilant dans une direction colinéaire à la plus grande des deux dimensions, et en ce que le faisceau laser s'étendant dans une direction orthogonale à la direction de défilement.

Selon un exemple, la zone de préchauffage et la zone de chauffage sont disjointes.

Selon un exemple, ledit substrat s'étend selon une première direction qui est sa longueur et une seconde direction qui est sa largeur et qui est orthogonale à la première direction, ledit substrat défilant dans le sens de sa longueur, la zone de préchauffage et la zone de chauffage s'étendant sur l'ensemble de la largeur du substrat.

DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

-la fig. 1 est une représentation schématique du dispositif de traitement thermique selon de l'invention;

-la fig. 2 est une représentation schématique du dispositif de traitement thermique utilisant la technologie laser selon un premier mode de réalisation de l'invention;

-les fig. 3 et 4 sont des représentations schématiques d'une variante du dispositif de traitement thermique selon le premier mode de réalisation de l'invention;

-la fig. 5 est une représentation schématique du dispositif de traitement thermique selon un second mode de réalisation de l'invention;

-la fig. 6 est une représentation schématique du dispositif de traitement thermique utilisant la technologie lampe flash selon un premier mode de réalisation de l'invention;

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

A la figure 1 est représenté le dispositif de traitement thermique 1 d'un substrat S selon l'invention. Le substrat S traité est, par exemple, un substrat verrier de grande largeur, tels qu'une feuille de verre plat de taille « jumbo » (6 m x 3,21 m) sortant des procédés de float. Bien sûr, le dispositif de traitement thermique 1 d'un substrat S selon l'invention est adaptable à des substrats de différentes tailles. Ce dispositif de traitement thermique 1 comprend des moyens de convoyage 2 permettant le transport des substrats S, par exemple verriers. De tels moyens de convoyage 2 peuvent se présenter sous la forme de deux rails parallèles sur lesquels un châssis munis de supports pour le substrat S est agencé. Il peut être également prévu que les moyens de convoyage 2 se présentent sous la forme de deux rails parallèles sur lesquels sont montés des roues permettant au substrat d'être mobile. Certaines roues sont alors connectées à un moteur pour permettre le défilement du substrat.

Pour un substrat verrier se présentant sous la forme d'une feuille de verre plat de taille « jumbo » (6 m x 3,21 m), il sera prévu que le convoyage se fasse dans une première direction s'étendant suivant la plus grande des deux dimensions de la feuilles. Dans le cas d'une feuille de taille « jumbo » (6 m x 3,21 m), on définira que la feuille présente une longueur de 6m et une largeur de 3.21 m et que les moyens de convoyage 2 permettent à ladite feuille de verre de se déplacer suivant sa longueur, c'est-à-dire dans la direction de sa longueur.

Le dispositif de traitement thermique 1 comprend en outre des moyens de chauffage 10. Ces moyens de chauffage 10 peuvent se présenter sous différentes formes et sont avantageusement agencés fournir de l'énergie E pour élever la température du revêtement, dans une zone de chauffage, dans un intervalle de 300 à 700°C, en particulier de 500 à 650°C durant un laps de temps d'au maximum 1 ms. Ces moyens de chauffage 10 comprennent par exemple un système à lampes flash 10a comprenant au moins une lampe flash ou un système à plasma comprenant au moins une torche plasma ou un système laser 10b comprenant un ou plusieurs générateurs lasers L pour fournir ladite énergie. La zone de chauffage s'étend sur l'ensemble de la largeur du substrat.

Dans le cas d'un système laser 10b visible à la figure 2, chaque générateur laser L peut utiliser la technologie du laser solide ou du laser à diode ou du laser à disque se présentant comme étant l'association parfaite d'un laser à solide avec un laser à diode permettant une qualité de faisceau et un rendement supérieur. Ces moyens de chauffage 10 permettent d'opérer un recuit sur un revêtement R ou une couche déposée sur le substrat S. Ce substrat S comprend une premier face et une seconde face, la première face est la face supportant la couche/le revêtement R à recuire. La seconde face est la face en contact des moyens de convoyage. Le substrat S est de préférence un substrat transparent à la longueur d'onde du laser.

Le générateur laser L fournit un faisceau F passant dans un élément optique pour obtenir un faisceau F en forme de ligne ayant une longueur, par exemple et de façon non limitative, allant de 10 à 50cm et une largeur inférieure à Ι ΟΟμιτι.

Dans le cas d'une pluralité de générateurs lasers L, ces derniers sont agencés les uns à côtés des autres afin de s'additionner pour former une seule ligne de grande longueur. Dans ce cas et afin de pouvoir régler l'alignement de ces différents faisceaux et ainsi obtenir une ligne laser la plus homogène possible, un système d'alignement (non représenté) est prévu.

Dans le cas d'un système à lampe flash 10a visible à la figure 6, le système 10 comprend une pluralité de lampes à décharge LD fournissant une lumière puisée à large spectre pour fournir de l'énergie. Plusieurs tubes sont mis côte à côté pour former une zone irradiée par un flash de plusieurs dizaines de centimètres. Pour ramener la lumière vers la zone à irradier, un capot réflecteur C est agencé à l'arrière des tubes et sur les côtés pour réfléchir la lumière vers l'avant. Ce capot réflecteur C est avantageusement conçu pour ramener la lumière sans que celle-ci ne diverge trop. Le puise de lumière à une durée inférieure à 1 ms. Par rapport à un système laser, cette technologie à lampe flash permet de traiter une plus grande surface étant donné la disposition des tubes.

Astucieusement, l'invention se propose de prévoir un moyen de préchauffage 10' du revêtement R en amont des moyens de chauffage 10. Ces moyens de préchauffage 10' sont agencés pour élever la température du revêtement R, dans une zone de préchauffage, d'environ 100°C et d'au maximum le tiers de la température atteinte par le revêtement R via des moyens de chauffage 10 durant un laps de temps compris entre 1 ms et au maximum 50 ms. La zone de préchauffage est distincte, disjointe de la zone de chauffage c'est-à-dire qu'il existe un espace entre ces deux zones qui n'est pas chauffé ou préchauffé. Cette zone de préchauffage s'étend sur l'ensemble de la largeur du substrat.

Ces moyens de préchauffage 10' peuvent être par exemple une ligne laser ou une ligne de lampe flash ou une plaque résistive de moindre puissance que les moyens de chauffage et agencés en amont des moyens de chauffage 10, de préférence de façon contiguë c'est-à-dire que l'écartement entre les moyens de préchauffage 10' et les moyens de chauffage 10 est le plus faible possible afin d'éviter les pertes de chaleur.

On peut donc avoir, par exemple et de façon non limitative, un dispositif de traitement thermique 1 qui comprend une plaque résistive comme moyen de préchauffage 10' et un système à lampe flash comme moyen de chauffage 10 ou qui comprend un System laser comme moyen de préchauffage 10' et un système à lampe flash comme moyen de chauffage 10 ou encore qui comprend un système à lampe flash comme moyen de préchauffage 10' et un système laser comme moyen de chauffage 10.

De façon encore plus astucieuse, la présente invention se propose d'utiliser les moyens de chauffage 10 existant pour opérer ce préchauffage. Dans le cas d'un traitement thermique opéré par laser, il est astucieusement prévu d'utiliser le faisceau laser F du générateur laser L pour opérer ladite étape de traitement thermique supplémentaire sur le substrat S comme visible à la figure 2.

Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de traitement thermique 1 comprend en outre des moyens de recyclage RC pour permettre le préchauffage du substrat verrier. Pour cela, le dispositif de traitement thermique 1 comprend un élément réflecteur 20. Ici, cet élément réflecteur 20 est un miroir M. Ce miroir M est agencé sous le substrat S. Dans ce premier mode de réalisation, il sera pris pour exemple des moyens de chauffage 10 comprenant au moins un générateur laser L, cet exemple n'étant pas limitatif et pouvant être appliqué pour une lampe flash ou torche plasma ou tout autre moyen de chauffage 10. Cet agencement permet d'agir sur la partie du faisceau laser non absorbé f par le revêtement R et le substrat S, ce dernier étant transparent à la longueur d'onde utilisée pour les moyens de chauffage 10. Ce faisceau laser non absorbé f est défocalisé, la focalisation ayant lieu au niveau du revêtement R à recuire. Le miroir M est alors positionné pour que le faisceau laser non absorbé f soit réfléchi. Cette réflexion est conçue pour que le faisceau non absorbé réfléchi f soit réfléchi vers le substrat verrier S en amont du point de focalisation du faisceau laser F. Une telle configuration permet de chauffer le revêtement déposé sur le substrat verrier S avant le passage devant le faisceau laser localisé. Ce préchauffage permet ainsi, soit de diminuer la puissance du laser puisque la puissance est mieux utilisée, soit d'augmenter la vitesse de convoyage.

Pour éviter d'endommager le générateur laser L, celui-ci sera installé de sorte que le faisceau laser F ne soit pas perpendiculaire au substrat verrier. Cet agencement permet avantageusement d'utiliser un miroir M et de la placer de façon parallèle au plan du substrat verrier S. Cet agencement permet plus particulièrement d'utiliser un miroir M plat, simple, pour réfléchir le faisceau laser non absorbé f.

Toutefois, le miroir M peut être placé en inclinaison par rapport au plan du substrat verrier S. De plus, le miroir M n'est pas limité à un miroir plat, il peut être courbe de forme convexe ou concave.

Pour que le faisceau laser non absorbé soit réfléchi vers le substrat verrier S en amont du point de focalisation, le générateur laser L sera positionné de sorte à être décalé angulairement par rapport à la perpendiculaire au substrat verrier. L'angle d'incidence du laser sur le substrat verrier S sera compris entre 5 et 15°, préférentiellement entre 7 et 10°.

Le préchauffage est opéré car le faisceau défocalisé réfléchi f présente une puissance surfacique nettement diminuée par rapport au faisceau focalisé F. Cette puissance surfacique diminuée rend impossible le recuit du revêtement R déposé sur le substrat verrier S mais est suffisante pour permettre le préchauffage du revêtement dudit substrat S.

Cette puissance surfacique peut être modifiée. En effet, le faisceau réfléchi f est défocalisé c'est-à-dire que la surface du faisceau n'est pas constante. Par conséquent, en modifiant la distance D entre le miroir M et le substrat verrier S, la surface du faisceau laser réfléchi f au niveau dudit substrat et donc la puissance surfacique varie. En augmentant la distance D entre le miroir M et la seconde face du substrat verrier S c'est-à-dire en mettant le miroir M en translation dans une direction perpendiculaire à son plan, la largeur La du faisceau réfléchi f qui préchauffe le substrat verrier S est augmentée et la distance d entre la zone préchauffée et le point de focalisation est également augmentée. De même, il est possible de modifier l'inclinaison du plan du miroir M afin de modifier la position du préchauffage. En modifiant l'inclinaison du miroir M, la distance entre le miroir M et le revêtement préchauffé est modifiée de sorte qu'il est possible que la puissance varie.

Dans le cas d'un système à lampes flash, l'élément réflecteur 20 peut également être utilisé pour réfléchir la lumière non utilisé lors du traitement et opérer un préchauffage. Dans ce cas-ci, l'élément réflecteur 20, c'est-à-dire le miroir, a une largeur plus importante pour accommoder la grande zone d'irradiation. De plus, la distance entre ledit élément réflecteur 20 et le substrat verrier S sur lequel le revêtement est déposé est très faible pour limiter au maximum la divergence.

Dans une variante de ce premier mode de réalisation, les moyens pour permettre le préchauffage permettent également un post-chauffage pour obtenir un refroidissement lent du revêtement traité. Pour cela, l'élément réflecteur 20 est agencé pour être capable de réfléchir le faisceau non absorbé f dans deux directions différentes comme visible à la figure 3.

Dans une première exécution, l'élément réflecteur 20 de ce second mode de réalisation est un miroir coudé M'. Un tel miroir M' comprend deux sections m formant, entre elles, un angle. Les faces de l'angle externe (le plus grand des deux angles) sont réfléchissantes alors que les faces de l'angle interne permettent la présence de moyens de support de l'élément réflecteur 20.

Dans une seconde exécution visible à la figure 4, l'élément réflecteur 20 est un miroir M" se présentant sous la forme d'un bloc cylindre 200 de section triangulaire. Ce miroir M" comprend deux faces de tranche 201 parallèles et trois faces de côté 202. Deux faces de côté adjacentes sont réfléchissantes.

Ce positionnement de l'élément réflecteur 20 permet avantageusement de scinder le faisceau non absorbé f en deux. Une première partie scindée est dirigée en amont du point de focalisation alors que la seconde partie scindée est dirigée en aval du point de focalisation. Si la première partie scindée et dirigée en amont permet de préchauffage du substrat verrier S, la seconde partie scindée et dirigée en aval du point de focalisation permet d'améliorer le refroidissement. Effectivement, cela permet d'assurer une descente en température plus lente après le traitement thermique.

L'élément réflecteur 20 pourra être conçu et positionné de sorte à scinder équitablement le faisceau non absorbé f ou pour le scinder de façon inéquitable pour privilégier la partie en amont ou la partie en aval du point de focalisation. Pour modifier le rapport de scission du faisceau non absorbé f par l'élément réflecteur 20, la position du sommet est modifiée. Pour contrôler la puissance surfacique, les angles d'inclinaison des deux sections réfléchissantes sont utilisés et sont modifiés. Les angles d'inclinaisons peuvent avoir des valeurs différentes et être modifiés de manière indépendante.

Le dispositif de traitement thermique 1 comprend en outre un bouclier de faisceau BD. Ce bouclier de faisceau BD est agencé sur le trajet du faisceau non absorbé réfléchi f. Plus particulièrement, ce bouclier de faisceau BD est agencé au-dessus du substrat verrier S. Cet agencement permet au bouclier de faisceau BD d'être l'élément qui stoppe la propagation du faisceau non absorbé réfléchi f. Ce bouclier BD est avantageusement réalisé dans un matériau résistant à la chaleur comme une céramique ou un métal à haut point de fusion et/ou peut être refroidi. Dans le cas d'un faisceau non absorbé scindé en deux, deux boucliers de faisceau BD pourront être présents.

Dans un second mode de réalisation comme visible à la figure 5, l'élément réflecteur 20 est une couche réfléchissante 21 . Cette couche réfléchissante 21 est agencée sur le substrat verrier S au niveau de sa seconde face c'est-à-dire la face opposée à la face portant le revêtement R. Cette couche réfléchissante 21 , pour être efficace, présente une réflectivité d'au moins 70%, préférentiellement d'au moins 80%.

Ainsi, cette couche réfléchissante 21 réfléchie le faisceau non absorbé f. Cette réflexion est similaire à celle du miroir M décrit dans le premier mode de réalisation c'est-à-dire que le faisceau non absorbé f est réfléchi vers l'amont du point de focalisation. Dans un exemple non limitatif de configuration, le substrat verrier fait 4mm d'épaisseur, le laser à une puissance de 433W et une largeur de δθμιτι, la réflectivité de la couche réfléchissante est de 80% et l'angle d'incidence du laser sur le substrat verrier est de 7°. Ainsi, dans ce cas-là, le faisceau non absorbé réfléchi traverse le substrat verrier en amont du point de focalisation sur une largeur d'environ 300μηη et à une distance d'environ 350 μιτι du point de focalisation. Cet exemple de configuration permet d'obtenir un gain de vitesses de convoyage de 15% en passant d'environ 6m/min à 7m/min à performances égales du traitement.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.