ZERODUR®
Dilatation thermique
Tolérances du coefficient de dilatation thermique (CTE) du ZERODUR®
Par défaut, le coefficient moyen de dilatation thermique (CTE) du ZERODUR® est mesuré dans la plage de température de 0 °C à 50 °C. Les cinq classes de dilatation se différencient comme suit :
| Classes CTE | CTE (0 °C ; 50 °C)* |
|---|---|
| ZERODUR® Classe de dilatation 2 | 0 ± 0,100 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® Classe de dilatation 1 | 0 ± 0,050 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® Classe de dilatation 0 | 0 ± 0,020 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® Classe de dilatation 0 SPÉCIAL | 0 ± 0,010 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® Classe de dilatation 0 EXTREME | 0 ± 0,007 ・ 10-6/K |
| ZERODUR® TAILORED |
TAILORED ± 0,020・10-6/K |
Température maximum d’application 600 °C.
Le ZERODUR® est disponible sur demande pour des plages de température personnalisées.
Nous proposons une classe de dilatation 0 ou supérieure, optimisée pour votre propre application.
Homogénéité du CTE
L’homogénéité est évaluée en mesurant le CTE d'échantillons prélevés de l'ébauche de manière homogène et en calculant la différence de CTE entre les valeurs maximum et minimum mesurées.
L’homogénéité de la dilatation linéaire peut être garantie dans les classes de poids suivantes :
CTE (0 °C ; 50 °C) Tolérances d’homogénéité
- jusqu'à 18 tonnes : < 0,03 ・ 10-6/K
- jusqu'à 6 tonnes : < 0,02 ・ 10-6/K
- jusqu'à 0,3 tonnes : < 0,01 ・ 10-6/K
Distribution du CTE dans une ébauche de diamètre 1,5 m avec une homogénéité du CTE mesurée de 0,004 · 10-6/K
Tolérances du CTE du ZERODUR® K20
Le ZERODUR® K2, version "Haute température" du ZERODUR®, a été optimisé pour résister à des températures d’application plus élevées.
Coefficient moyen de dilatation thermique linéaire du ZERODUR® K20
- CTE (20°C ; 700°C) : 2,4・10-6/K
- CTE (20°C ; 300°C) : 2,2・10-6/K
- CTE (0°C ; 50°C): 1,6 ・ 10-6/K
Température maximum d’application 850°C.
Qualité interne
En l'absence de qualité particulière spécifiée à la demande, le ZERODUR® est fourni en qualité standard. Des spécifications individualisées concernant la qualité interne peuvent être réalisées sur demande.
Inclusions
Même si le niveau de défauts reste faible, les principales inclusions dans le ZERODUR® se présentent sous forme de bulles. Durant l’inspection de pièces en ZERODUR®, toutes les inclusions d’un diamètre > 0,3 mm sont prises en compte. Si la forme d'une inclusion est autre que sphérique, le diamètre moyen est rapporté comme la moyenne de la longueur et de la largeur. En termes d'inclusions, le ZERODUR® est disponible en six différents degrés de qualité, définis en fonction des dimensions de votre pièce.
Niveaux de qualité pour les inclusions dans le ZERODUR®
Nombre moyen d’inclusions pour 100 cm3 :
| Standard | 5,0 |
|---|---|
| Classe 4 | 5,0 |
| Classe 3 | 4,0 |
| Classe 2 | 3,0 |
| Classe 1 |
2,0 |
| Classe 0 |
1,0 |
Diamètre maximum en mm des inclusions individuelles pour différents diamètres ou diagonales de la pièce en ZERODUR® :
| Dans le volume critique | < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm |
|---|---|---|---|
| Standard | 1,4 | 2,0 | 3,0 |
| Classe 4 | 1,2 | 1,8 | 2,5 |
| Classe 3 | 1,0 | 1,6 | 2,0 |
| Classe 2 | 0,8 | 1,5 | 1,8 |
| Classe 1 | 0,6 | 1,2 | 1,6 |
| Classe 0 | 0,4 | 1,0 | 1,5 |
| Dans le volume non critique |
< 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm |
|---|---|---|---|
| Standard | 3,0 | 6,0 | 10,0 |
| Classe 4 | 2,0 | 5,0 | 8,0 |
| Classe 3 | 1,5 | 4,0 | 6,0 |
| Classe 2 | 1,0 | 3,0 | 6,0 |
| Classe 1 | 0,8 | 3,0 | 6,0 |
| Classe 0 | 0,6 | 3,0 | 6,0 |
Spécifications individuelles sur demande.
Contrainte volumique
La biréfringence de contrainte volumique du ZERODUR® est enregistrée en termes de différence de trajectoire par épaisseur dans le sens d’inspection. Pour les disques, elle est mesurée dans le sens axial à 5 % du bord du diamètre. Pour les plaques rectangulaires, la mesure est effectuée dans le milieu du plus long côté perpendiculairement à la surface de la plaque.
Niveaux de qualité pour la contrainte volumique dans le ZERODUR®
Biréfringence de contrainte volumique [nm/cm] pour des pièces de diamètre ou de diagonale :
| < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm | |
|---|---|---|---|
| Standard | 6 | 12 | 15 |
| Classe 4 | 4 | 10 | 12 |
Stries
Outre la biréfringence de contrainte volumique, la biréfringence de contrainte induite par les stries locales est classifiée selon le diamètre de la pièce.
Biréfringence causée par les stries [nm/stries] pour des pièces de diamètre ou de diagonale :
| < 500 mm | < 2000 mm | < 4000 mm | |
|---|---|---|---|
| Standard | 60 | 60 | 60 |
| Classe 4 | 45 | 45 | 45 |
| Classe 3 | 30 | 30 | 30 |
| Classe 2 | 5 | 30 | 30 |
| Classe 1 | - | 5 | 30 |
Usinage
Le ZERODUR® est usiné en géométries complexes selon les spécifications et plans techniques de nos clients. Nos ingénieurs Applications et Procédés vous assistent pendant la phase de conception de votre produit, afin de tirer le meilleur parti des propriétés du ZERODUR® pour votre application propre. Nous fournissons également une modélisation par éléments finis et répondons à vos exigences de qualité spéciales sur demande.
Les machines d'usinage CNC 5 axes assurent une fabrication précise de pièces en ZERODUR® jusqu' à 4,25 m de diamètre. Le point marquant de l'usinage du ZERODUR® est son allégement, obtenu par meulage de rapports de formes complexes telles la hauteur de poches et l'épaisseur de parois, nécessaires pour toute pièce soumise à des exigences de poids strictes.
Grâce au polissage simple ou double face, nous offrons différentes qualités de surface pour des dimensions jusqu'à 500 mm. Selon la taille de votre pièce, vous obtenez une rugosité à l'échelle sub-nanométrique.
Le ZERODUR® agit comme un excellent substrat de revêtement et plusieurs traitements, de l’aluminium standard aux traitements personnalisés complexes, sont réalisables pour des pièces inférieures à 300 mm. Nos experts en traitements vous aident à sélectionner le revêtement répondant parfaitement à vos spécifications.
Tolérances d'usinage CNC proposées pour les dimensions et formes
| Dimension < 2000 mm | Tolérances [mm] | Tolérances plus strictes [mm]* |
|---|---|---|
| Longueur, largeur, hauteur |
± 0,3 | ± 0,1 |
| Diamètre | ± 0,3 | ± 0,1 |
| Angle | ± 5’ | ± 1’ |
| Planéité ** | 0,1 – 0,2 | 0,1 |
| Cylindricité ** | 0,1 | 0,1 |
| Profil ** | 0,2 | 0,1 |
| Parallélisme ** | 0,1 – 0,2 | 0,1 |
| Position ** | 0,1 | 0,1 |
| Concentricité ** | 0,1 | 0,1 |
| Battement ** | 0,1 | 0,1 |
** selon ISO 1101
| Dimension ≤ 4000 mm |
Tolérances [mm] |
Tolérances plus strictes [mm]* |
|---|---|---|
| Longueur, largeur, hauteur | ± 0,4 |
± 0,2 |
| Diamètre | ± 0,4 | ± 0,2 |
| Angle | ± 5’ | ± 1’ |
| Planéité ** | 0,2 | 0,1 |
| Cylindricité ** | 0,2 | 0,1 |
| Profil ** | 0,4 | 0,2 |
| Parallélisme ** | 0,2 | 0,1 |
| Position ** | 0,2 | 0,1 |
| Concentricité ** | 0,2 | 0,1 |
| Battement ** | 0,2 | 0,1 |
** selon ISO 1101
Propriétés physiques
Calcul de contrainte de flexion et de durée de vie
Le ZERODUR® est le matériau de choix lorsqu'il s'agit d'obtenir d'excellentes propriétés thermiques et une grande précision dans les applications high-tech. Souvent, ces applications doivent également résister à certaines charges mécaniques, par exemple en continu dans les supports de miroir de télescope ou brièvement lors du lancement d'une fusée.
Pour quantifier la contrainte de rupture du ZERODUR®, le facteur clé qu'est la qualité de surface doit être évalué, en particulier l’apparition de microfissures. En règle générale, l’application de charges inférieures à 10 MPa de contrainte de traction ne nécessite aucune analyse particulière de la rupture du ZERODUR®.
Les données exhaustives de SCHOTT sur les tests de rupture des échantillons doucis en ZERODUR® ont montré que le matériau peut supporter des charges mécaniques à long terme (dizaines d’années) de 30 à 100 MPa. Le résultat est beaucoup plus élevé que les prévisions précédentes. En utilisant une distribution de Weibull à trois paramètres, nous aurons plaisir à discuter de la durée de vie du ZERODUR® selon vos charges mécaniques propres sur du long terme.
Propriétés mécaniques et optiques typiques
| ZERODUR® | ZERODUR® K20 | |
|---|---|---|
| Conductivité thermique λ à 20°C [W/(m・K)] | 1,46 | 1,63 |
| Indice de diffusivité thermique a à 20°C [10-6m2/s] | 0,72 | - |
| Capacité thermique cp à 20°C [J/(g · K)] | 0,80 | 0,90 |
| Module de Young E à 20°C [GPa] - valeur moyenne | 90,3 | 84,7 |
| Coefficient de Poisson | 0,24 | 0,25 |
| Densité ρ [g/cm3] | 2,53 | 2,53 |
| Dureté Knoop HK 0,1/20 (ISO9385) | 620 | 620 |
| Indice de réfraction nd | 1,5424 | - |
| Nombre d'Abbe νd | 56,1 | - |
| Transmission interne Ti à 580 nm / Épaisseur 5 mm | 0,95 | - |
| Transmission interne Ti à 580 nm / Épaisseur 10 mm | 0,9 | - |
| Coefficient de photoélasticité K à λ = 589,3 nm [10-6MPa-1] | 3 | - |
| Résistivité électrique ρ à 20°C [Ω · cm] | 2,6 · 1013 | - |
| Tk100 [°C], Température pour ρ = 108 [Ω · cm] | 178 | - |
Propriétés chimiques
À température ambiante, les acides, les alcalins, les sels et solutions de colorants ne laissent pour la plupart aucune trace résiduelle sur les surfaces du ZERODUR®. Elles peuvent être attaquées par acide fluorhydrique comme par acide sulfurique concentré à des températures élevées. De plus, les matériaux de construction tels que le mica, la chamotte, le MgO et le SiO2 ne réagissent pas de manière perceptible avec le ZERODUR® (jusqu'à 600 °C pendant 5 h). En revanche, l’émail réagit au-dessus de 560 °C en détruisant sa surface.
Grâce à la bonne résistance chimique du matériau, les traitements comme les miroirs peuvent être enlevés de manière reproductible. La surface polie est simplement nettoyée et à nouveau retraitée selon un protocole optimisé.
Propriétés chimiques typiques
| ZERODUR® | ZERODUR® K20 | |
|---|---|---|
| Classe de résistance hydrolytique (ISO 719) | HGB 1 | - |
| Classe de résistance aux acides (ISO 8424) | 1,0 |
- |
| Classe de résistance aux alcalins (ISO 10629) | 1,0 | - |
| Résistance climatique | Classe 1 | - |
| Résistance aux taches | Classe 0 | - |
| Perméabilité à l’hélium [Atomes/(cm · s · bar)] à 20°C | 1,6 · 106 | - |
| Perméabilité à l’hélium [Atomes/(cm · s · bar)] à 100°C | 5,0 · 107 | - |
| Perméabilité à l’hélium [Atomes/(cm · s · bar)] à 200°C | 7,2 · 108 | - |
