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BREVET D'INVENTION " Procède pour tremper un aojet en verre "
La présente invention conoerne la trempe des objets en verre et plus particulièrement le conditionnement thermique des objets avant la trempe .
On a l'habitude, dans la trempe d'un objet en verre, de le ohauffer d'abord à une température au-dessus du point de reouit du verre et, pendant qu'il est ainsi chauffe, de le re- froidir . La théorie généralement acceptée est que plus est élevée la température à laquelle le verre est chauffé juste avant le refroidissement, plus est grand le degsé de trempe dans le produit fini et par conséquent pour obtenir la trempe maximum d'un objet de verre, il est nécessaire que l'objet soit chauffa à une.température atteignant le point de ramol- lissement ou s'approchant du point de ramollissement du verre dont l'objet est fait.
Les objets de verre chauffés par les méthodes antérieure- ment connues à une+température suffisante pour obtenir la trem-
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pe maximum sont ramollis au point qu'ils se gauchissent ou s'affaissent, ce qui a pour résultat que l'objet trempé est fréquemnent déformé au point d'être sans valeur.
De plus, lorsque certaines-compositions de verre, telles que certains borosilioates et les verres ayant une teneur éle- vée en alcali, sont maintenues pendant un temps de longueur appréciable à des températures atteignant lepoint de ramollis- sement ou voisines de oelui-ci, elles sont sujettes à la dévitrification. Cette dévitrifioation affecte l'homogénéité physique et chimique du verre et réduit sa résistance à l'attaque par l'humid ité et d'autres réaotifs, ce qui le rend sans utilisé pour beauooup d'applioations.
Des essais de laboratoire ent établi que la résistance à la traction du verre vaut ordinairement environ 680 kg par centimètre carré, mais ces déterminations sont basées sur l'hypothèse que le verre est exempt d'imperfections superfi- cielles telles que les griffures, les éraflures et les défauts superficiels analogues qui sont de naturà à se produire dans le traitement ordinaire du produit .
Ces défauts superficiels ont été un facteur important dans la limitation du degré de trempe pouvant être obtenu dans un objet de verre vu qu'ils déforcent la surface du verre au point que lorsqu'il est soumis à des efforts de traction élevés, résultant du reiroi- dissement brusque d'un objet chauffé fortement dans un bain de refroidissement intense, une rayure de la surface et une rupture de l'objet peuvent se produire à moins que l'intensité de refroidissement soit réduite au point que le degré de trem- pe résultant soit notalement en dessous de celui que le verre pourrait théoriquement supporter.
Le but de la présente invention est de conserver la fonne et l'homogénéité physique et chimique d'objets de verre tandis qu'ils sont chauffés préparatoirement au refroidissement .
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Un autre but est de oonserver la structure physique d'ob- jets de verre qui pendant la trempe sont soumis à des con- ditions de refroidissement extrêmement sévères.
Suivant la présente invention,le chauffage précédant le refroidissement est un chauffage en deux phases dans lequel d'abord l'objet de verre est chauffa, pendant une période de temps suffisante pour qu'il atteigne sensiblement l'équili- bre de température dans toute la masse, jusqu'à une tempéra- ture qui est de préférence comprise entre le point de reouit et le point de ramollissement du verre dont l'objet est fait, ensuite l'objet est soumis, dans cet état chauffé, à une température plus élevée pendant un temps limité, puis il est refroidi immédiatement.
Pour certaines applications, il est désira le de soumet- tre l'objet dans la seconde phase de chauffage à une tempéra- ture sensiblement supérieure au point de ramollissement du verre, pendant un temps très court. Pour d'autres applioa- tions, il est avantageux d'appliquer une température un peu inférieure au point de ramollissement pendant une période plus longue. La question de savoir s'il faut employer une température élevée pendant ¯un temps court ou une température plus basse pendant un temps d'autant plus long, est une question de choix mais en général ceci est déterminé par le degré et la nature de la trempe désirée, la forme de l'objet, l'état de sa surface et d'autres facteurs dont il faut tenir compte, dus aux conditions de fabrication et à l'équipement employé.
Dans la mise en pratique de l'invention, un objet de ver- re par exemples/un verre de recouvrement d'éclairage à orifi- oes d'air, de 21 om de diamètre, ayant une épaisseur compri- se entre plus de 2,2 om à son bord et 4,4 cm en son milieu, et fait d'un verre au borosilioate à faiule dilatation , est chauffé dans un four ayant une température de 525 à 550 C pen-
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dant une période d'environ 30 minutes ou au moins suffisamment longue pour que l'objet atteigne sensiblement la température d'équilibre dans toute la masse .
A cette température, le verre est suffisamment rigide pour qu'un gauchissement de 1 objet ne se produise pas dans des limités raisonables de @ longueur de temps pendant lequel l'@@@@@@@@rest soumis à ce chauffage. Après avoir atteint sensiolement une température d'équilibre de 550.C. dans toute la masse, l'objet est sou- mis à une tpérature d'environ 800 C. à laquelle on le laisse pendant environ deux minutes ; pendantce temps les couches superfioielles du verre sont chauffées à une tempéra- ture notaolement plus élevée que les parties intérieures,de sorte que même si la surface devient suffisamment molle pour couler, l'objet ne se gauchit pas et ne se défonme pas autre- ment par suite du fait que l'intérieurreste rigide.
Après 1 ce chauffage, l'objet est soumis à un fluide de refroidisse- ment qui dans le présent exemple consiste en un bain d'huile à une température d'environ 180 C. Cette méthode de chauffage produit des objets ayant un degré élevé de trempe et réduit au minimum les pertes dues à l'affaissement et au gauohisse- ment. Fn outre, par suite de la période relativement courte de temps pendant laquelle le verre est soumis à la tempéra- ture plus élevée, il ne peut se produire de dévitrifioation.
Lorsqu'on fait d'autres types de produits à partir d'un verre du genre mentionné ci-dessus, il est avantageux d'appor- ter de légères modifications aux temps et aux températures employas par exemple dans la fabrioation de verres proteoteurs d'appareils de mesure appelés habituellement dans l'indus- trie des verres " Klinger" et qui sont faits en des longueurs allant d'environ 20 om à 30 om, en des épaisseurs d'environ 1,7 cm et en des largeurs d'environ 3,1 cm.
Des objets de ver- ra de ce type sont soumis initialement à une température d'en- viron 550 C pendant une période d'environ 10 minutes et jus- qu'à ce qu'ils aient atteint sensiblement une tenpérature
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d'équilibre d'environ 550 C. Ils sont ensuite soumis à une température d'environ 920* à 930*C. pendant une période d'en- viron 2 minutes à 2 minutes et quart et après ils sont re- froidis dans un bain de refroidissement liquide consistant en un mélange euteotique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, maintenu à une température d'environ 250 C.
Dans la fabrication d'objets de formes encore différen- tes, par exemple pour la trempe d'une casserole de 3/4 de li- tre, faite d'un verre au borosilioate et ayant)une épaisseur de paroi d'environ 0,6 om, il estàvantageux de soumettre l'objet à une température de chauffage préalaole d'environ 595 C. pendant une période d'au moins dix à douze minutes et ensuite de le placer dans un foumaintenu à une température d'environ 900 C. pendant une minute e@quarante-@inq secondes Immédiatement après ce chauffage, l'objet est plongé dans un bain de refroidissement, consistant en un mélange eutectique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, maintenu à une température de 285 C.
Ce traitement produit un plat ayant une tension maxima d'environ 2 kg. par millimètre carré et une résistance thermique valant au moins deux fois celle d'un même objet recuit.
La même façon de procéder générale est applicable à la fabrication d'objets en verre à la chaux comme par exemple à la trenpe d'une casserole de 3/4 de litre ayant une épais- seur de paroi d'environ 0,3 cm et faite d'un verre ayant la composition suivante :
EMI5.1
<tb> sio2 <SEP> 72,86
<tb>
<tb> R2O3 <SEP> 1,37
<tb>
<tb> Na2O <SEP> 16,29
<tb>
<tb> K20 <SEP> 1,65
<tb> CaO <SEP> 5,00
<tb>
<tb> MgO <SEP> 3,36
<tb>
<tb>
<tb> B2O3 <SEP> 0,56
<tb>
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Un semblable verre a un point de tension d'environ 485 C, un point de ramollissement d'environ 695*0. et un coefficient de dilatation d'environ 0,00000935 .
Un plat du genre décrit est souris à une température de chauffage préalable d'environ 565 C pendant environ 10 à 12 minutes, après'quoi il est sou- mis à une température d'environ 900 C. pendant une période d'En- viron 40 secondes, Immédiatement après, il est immergé dans un bain de refroidissement composé de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, de préférenoe dans les proportions indi- quées oi-dessus et maintenu à une température d'environ 400 . Le verre aura alors une tension maximum d'environ deux kilogrammes par millimètre carré et une résistance thermique sensiblement égale à celle d'un plat analogue recuit fait d'un verre au borosilioate à faible dilatation.
On a montra que l'invention est applicable à des objets qui diffèrent largement de dimensions et de fumes et qui sont faits de verre ayant des caractéristiques physiques très dif- férentes. Différents types ou genres de milieux de refroidis- sement peuvent être également employés et moyennant peu d'ex- périenoe seulement, le chauffage en deux phases tel qu'il est décrit ci-dessus peut être employé dans la pratique générale de la trempe. Bien que les phénomènes exacts qui ont lieu ne soient pas connus, la pratique effective a montré qu'un refroidissement extrêmement intense du verre peut être réalisé sans rupture ni rayures pendant l'opération de refroidissement lorsqu'on emploie la méthode exposée ci-dessus.
Il est suppo- sé que par l'emploi d'une température relativement élevée pendant un oourt @ temps dans le chauffage de la seconde phase, la surface du verre se ramollit au point que les im- perfections superficielles telles que les éraflures , les rayu- res, eto. se cicatrisent avec ce résultat que le verre peut recevoir un refroidissement plus intense par emploi de cette méthode que ce ne serait possible autrement.