Composition d’un miroir et technique PVD

Ils nous entourent au quotidien, mais comment sont fabriqués les miroirs actuels et de quoi sont-ils composés ? Quelles sont les réactions physico-chimiques nécessaires à la fabrication d’un miroir ?

On notera d’abord qu’il existe différentes techniques pour la fabrication des miroirs. On peut utiliser une feuille de métal placée sur une plaque de verre, et/ou obtenir une couche métallique en utilisant la technique de dépôt sous vide. On déposera ainsi une couche d’aluminium (ou plus rarement d’argent).

Composition d'un miroir image

Mais quelles sont les réactions ayant lieu lors de la fabrication du miroir ?

On va ici détailler la fabrication par dépôt sous vide. Cette technique, abrégée PVD en anglais pour Physical Vapor Deposition, déposition physique en phase vapeur en français, permet comme son nom l’indique de déposer différents métaux, sous vide.

Il existe différents types de PVD dont l’évaporation et la pulvérisation cathodique, c’est cette dernière qu’on va détailler ici. Plus particulièrement la pulvérisation cathodique magnétron pour la fabrication du miroir.

Détails sur le fonctionnement de la pulvérisation cathodique magnétron :

Une différence de potentiel est établie entre une cathode magnétron (cathode avec un puissant aimant derrière) et une anode en présence d’un gaz plasmagène (argon en général). Sous l’effet du champ électrique les électrons libres présents dans le gaz (présent du fait des radiations ou des rayons cosmiques) vont rentrer en collision avec les atomes d’argon et si leur énergie est suffisante, vont pouvoir ioniser ces atomes qui vont à leur tour libérer un électron :

Réaction d'ionisation pulvérisation cathodique magnétron

L’émission électronique va provoquer une réaction en chaîne et générer un plasma d’argon électriquement neutre constitué d’atomes d’argon, d’électrons et d’ions argon. Le plasma est alors auto-entretenu par les électrons libérés lors des collisions avec les atomes de gaz et ceux émis par la cathode, ce tant que le champ électrique est présent. Les ions chargés positivement (Ar+) vont venir frapper la surface de la cible (cathode) polarisée négativement.

technique-pvd-fabrication-miroir

Le principe de la pulvérisation cathodique magnétron est résumé sur le schéma ci-dessus. Les électrons qui dans la même logique que les ions argons devraient être attirés par l’anode, vont suivre un parcours en spirale qui va maximiser leurs probabilité de collision et donc les chances d’ionisation grâce à l’utilisation de la cathode magnétron. En effet le champ magnétique va engendrer une force d’accélération inversement proportionnelle à la masse qui affectera de ce fait uniquement les électrons et pas les ions argons.

Dans le cas de la fabrication de miroir : la cathode est soit constituée d’aluminium, soit d’argent, et grâce à tous les phénomènes détaillés ci-dessus, on va pouvoir déposer une couche du matériau souhaité sur notre objet et créer un miroir !

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