Objet en verre trempé, procédé pour sa fabrication et installation pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention comprend un objet en verre trempé, caractérisé en ce qu'il est composé d'un verre dont la température de tension est au moins égale à 506 C, l'inter valle de prise inférieur à 600 C et le coeffi cient de dilatation inférieur à 65 k 10-7. L'invention comporte aussi un procédé de fa brication de cet objet et une installation pour la mise en #uvre de ce procédé.
Un objet tel que celui que comprend l'invention est par ticulièrement désigné comme ustensile de cui sine en verre et spécialement comme ustensile destiné à être placé sur une cuisinière, se dif férenciant de ceux allant au four par le fait qu'il est soumis à une température plus élevée localisée, au lieu d'être soumis à la tempé rature uniforme relativement basse du four. L'utilisation du verre (qui diffère du quartz fondu) a jusqu'à présent été impossible pour la réalisation de tels ustensiles.
Pour tremper un verre, il y a lieu de con sidérer le "point de ramollissement", le "point de recuit" et le "point de tension" du verre particulier soumis à la trempe. Le point de ramollissement est l'état dans lequel le verre possède une viscosité de 107,6 poises, le point de recuit est l'état dans le quel le verre possède une viscosité de 1,013,4 poises, et le point de tension est l'état dans lequel le verre possède une visco sité de 1014,6 poises. Les expressions "tempé- rature de ramollissement",
"température de recuit" et "température de tension" défi nissent la température à laquelle un verre re cuit atteint les états visqueux ci-dessus indi qués.
Il n'était pas connu, avant la présente in vention, que le verre trempé subit un relâ chement de tension lorsqu'il est soumis à un chauffage répété ou prolongé à une basse tem pérature et l'ignorance de ce fait peut avoir été la cause de nombreux insuccès pour les quels aucune explication appropriée n'a pu être fournie.
La raison de ce phénomène de relâche ment ou d'abandon de tension n'est pas par faitement connue, mais on suppose qu'il est partiellement dû à un changement dans la structure moléculaire du verre causé par la trempe. Les investigations de l'inventeur ont conduit à la, conclusion que. pour chaque température, le verre possède une certaine disposition moléculaire préférée et que s'il est maintenu à une température donnée pen dant un temps suffisant, la disposition molé culaire correspondante sera, éventuellement atteinte. Bien entendu, cette condition est accélérée lorsque le verre devient moins vis queux et plus mobile, car les molécules peu vent alors se déplacer plus librement que lorsque le verre est rigide (stiff) et dur.
Par suite, en refroidissant le verre à partir d'une température élevée, comme on le fait habituel lement dans la trempe du verre, sa compa cité ou plutôt sa, rigidité (stiffness) aug mente avec une telle rapidité que le change ment correspondant dans la disposition molé culaire ne peut nécessairement pas suivre et il se produit ainsi l'effet de congélation (freezing) dans le verre d'une disposition mo léculaire se trouvant dans la région de celle qui prévaut immédiatement au-dessus du point de ramollissement, ou lorsque le verre a une viscosité d'environ 107,6 poises.
En d'autres termes, pour tremper le verre, il est nécessaire de réduire d'abord sa visco sité et l'amener à un état au-dessous de son point de recuit, soit 1013e poises et. de pré férence, près de son point de ramollissement, c'est-à-dire environ 10)7,6 poises. Ceci est ha bituellement réalisé en chauffant le verre. la température étant déterminée par les consti tuants entrant dans sa composition. Après ré duction de la viscosité du verre, on le sou met à un traitement brusque de raffermisse ment qui lui redonne sa rigidité. Ceci est ha bituellement obtenu en le refroidissant à une température de plusieurs centaines de degrés au-dessous de celle à laquelle il avait préala blement été chauffé.
Par suite, la disposition moléculaire d'un objet en verre trempé s'ap prochera davantage de celle que possédait le verre immédiatement avant la phase de dur cissement du procédé. Basé sur la théorie que la disposition moléculaire du verre trempé se rapproche de celle du verre avant la trempe, il est à noter que le verre trempé se prêtera plus facilement à un traitement de ramollisse ment et, par suite, lorsqu'il sera utilisé sous forme clé récipient chauffant, sa disposition moléculaire commencera à changer à des tenm- pératures bien au-dessous de celle à laquelle un changement serait décelé dans une pièce analogue, mais recuite.
Dans le verre trempé, les couches de sur- face sont sous compression pendant que les parties intérieures sont sous tension et, par suite, il y a deux forces agissant l'une contre l'autre, la grandeur de ces forces étant telle que lors du relâchement le plus léger clé la rigidité du verre, il s'ensuit un mouvement vers l'annulation et la stabilité. Etant donné que dans une pièce recuite en verre ne conte nant que de faibles tensions. ces forces sont plus complètement annulées. on conçoit que la rigidité de la pièce doit être beaucoup plus sévèrement perturbée. avant qu'un change ment appréciable soit détecté.
Le verre destiné à aller sur le feu attein dra cles températures comprises entre 150 et 50(I . Evidemment, un verre destiné à n'être utilisé qu'à la plus basse de ces températures pourra servir s'il possède une température de relâchement de la tension plus faible que celle demandée si on l'utilisait à des températures plus élevées. Toutefois, en pratique, les objets en verre destinés à ètre placés sur le dessus d'une cuisinière risquent, dans les mains du public. d'être soumis aux conditions les plu: sévères et, par suite. doivent avoir une tempé rature de relâchement de tension élevée.
En général. on a constaté que la. température de relâ.chernent clé la tension d'un verre trempé est d'approximativement 17.1 C au-dessous de, la température de tension du même verre. Il en résulte qu'un verre destiné à être soumis à une température de 15I) C seulement, peut avoir une température de tension de 325 C, tandis que dans le cas d'un service plus sé vère, où le verre trempé doit pouvoir atteindre une température de 500 C, il sera, choisi de manière à avoir une température de tension au moins égale ii, 675 C.
De là, l'importance d'une température de tension élevée dans le verre.
Un autre facteur à considérer dans la fa brication d'objets en verre trempé destinés à être posés sur le dessus d'une cuisinière, est l'endurance thermique de l'objet. Pour un de gré prédéterminé de trempe, elle est comman dée en premier lieu, par le coefficient de di latation thermique du verre dont l'objet est constitué, bien que l'épaisseur des parois de ce récipient et sa farmne soient également des facteurs d'un peu moindre importance. D'une façon générale, des objets en verre trempé des tinés à être chauffés sur une cuisinière doi vent être en verre ayant un coefficient de di latation thermique inférieur à 65 X l0-7 par degré centigrade ou qui ne résistera pas au choc thermique auquel de tels objets sont soumis en service.
Plus est faible le coefficient de dilatation du verre, plus grande sera l'en durance thermique de l'objet et moindre sera la nécessité de tenir compte de l'épaisseur de la paroi et de la forme de l'objet.
Etant donné que les courbes de tempéra ture-viscosité des verres de compositions dif férentes ne sont pas semblables, certaines li mites de travail doivent être observées lors qu'on fabrique des objets en verre destinés à être placés sur des cuisinières. Certains verres possédant la propriété d'avoir une vis cosité élevée aux températures atteintes sur les cuisinières, possèdent aussi une diminu tion rapide de viscosité à des températures plus élevées. D'autres verres, possédant la pre mière propriété, demandent pour les rendre utilisables des températures élevées telles qu'elles ne se prêtent pratiquement pas à la fabrication commerciale.
Tandis que des verres possédant des viscosités suffisamment élevées pour conserver leur trempe lorsqu'on les place sur une cuisinière, demandent égale ment des températures de travail plus élevées pendant la fabrication de l'objet que les verres plus communément utilisés, il est pos sible en choisissant un verre approprié, de maintenir cette dernière température dans les limites d'une opération perfectionnée mais, néanmoins, commerciale. Le dessin annexé illustre, à titre d'exem ple, ume forme d'exécution du procédé ainsi qu'une forme d'exécution de l'installation que comprend l'invention pour l'obtention d'un objet en verre trempé destiné à être posé sur la flamme libre d'une cuisinière ou sur un dispositif de chauffage électrique.
La fig. 1 est une vue schématique en plan de ladite forme d'exécution de l'installa tion pour la mise en #uvre du procédé que comprend l'invention; La fig. 2 est une vue latérale, partielle ment en coupe, d'une presse que comprend cette installation pour la fabrication d'objets en verre à partir de verres à grande viscosité; La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1; La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1; La fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 1; La fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la fig. 1; La fig, 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 1;
La fig. 8 est une vue partielle en pers pective d'une partie du récipient contenant le bain de trempe représenté sur la fig. 7. et La fig. 9 est un graphique représentant les taux de relâchement des tensions de verres divers, à différentes températures.
Pour la mise en oeuvre du procédé, on uti lise, de préférence, un verre dont la composi tion est telle qu'il possède la propriété d'avoir une température de tension élevée et une fai ble dilatation thermique. Des compositions de verres pouvant "être utilisées dans ce but, et possédant ces qualités, sont indiquées sur le tableau suivant:
EMI0003.0014
<I><U>T</U>a<U>bleau</U> <SEP> I:</I>
<tb> <I>(A_)_ <SEP> <U>(</U>B_) <SEP> (<U>C)</U> <SEP> (1ï></I>
<tb> Si02 <SEP> 56,4 <SEP> 60,5 <SEP> 62.5 <SEP> 57,1
<tb> B203 <SEP> 5,0 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 12,4
<tb> <B>A1203</B> <SEP> 23,0 <SEP> 21,4 <SEP> 15,6 <SEP> 15,5
<tb> Na2O <SEP> 0,8 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> CaO <SEP> 4,1 <SEP> 8,7 <SEP> 10,0 <SEP> 9,0
<tb> 11Ig0 <SEP> 10,7 <SEP> 5,8 <SEP> 5,0 <SEP> 5,0
<tb> Fluorine <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,0 Il est à noter que ces compositions sont toutes caractérisées par une teneur élevée en alumine et faible en alcali, et le tableau ci- caprès donne les caractéristiques des verres ayant les compositions ci-dessus.
EMI0004.0003
Tableau <SEP> Il:
<tb> Tetnpéra- <SEP> Tempéra- <SEP> Tempéra Verre <SEP> turc <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> Dilatation
<tb> tmolliasement <SEP> recuit <SEP> tensïon
<tb> (A) <SEP> 929 <SEP> 726 <SEP> 684 <SEP> 38-X-10-7
<tb> (B) <SEP> 938 <SEP> 715 <SEP> 872 <SEP> 41 <SEP> X <SEP> 10-7
<tb> (C) <SEP> 888 <SEP> 683 <SEP> 625 <SEP> 40X <SEP> 10-7
<tb> (D) <SEP> 871 <SEP> 639 <SEP> 603 <SEP> 39 <SEP> X <SEP> 10-i On remarquera que torts les verres indi qués ci-dessus possèdent des températures de tension supérieures à 60() C et que, par suite, certaines de ces compositions doivent être pré férées pour l'obtention d'objets destinés à être posés sur une cuisinière, et qui sont son- mis à un service sévère, comme,
par exemple, faire bouillir, griller et cuire des aliments, la rigidité du verre à la température à laquelle il est porté en service étant telle que toute ten dance du verre à relàcber sa tension est re tardée ou complètement arrêtée.
Pour des genres de services moins durs. on a constaté que des objets donnant satis faction peuvent être obtenus en utilisant des verres ayant les compositions et les caracté ristiques indiquées dans les tableaux suivants:
EMI0004.0006
Tableau <SEP> V:
<tb> LA) <SEP> rB) <SEP> (lC) <SEP> (D) <SEP> (E <SEP> (F') <SEP> (lG) <SEP> (H)
<tb> 245 <SEP> <SEP> C <SEP> 266 <SEP> <SEP> C <SEP> 363 <SEP> <SEP> C <SEP> 268 <SEP> C <SEP> 265 <SEP> <SEP> C <SEP> 299 <SEP> <SEP> C <SEP> 238 <SEP> e <SEP> C <SEP> 222 <SEP> <SEP> C Des expériences ont montré que la carac téristique de relâcbement de la tension d'un verre ne dépend pas entièrement de sa tem pérature de tension, mais qu'elle est aussi déterminée, dans une grande mesure, par l'é tendue de son intervalle de prise (setting range).
Les formes d'exécution de l'objet que comprend l'invention seront donc non seule ment constituées par du verre ayant une tem pérature de tension de 506 C et même plus élevée, mais possédant encore un intervalle de
EMI0004.0008
Tableau <SEP> III:
<tb> (7s) <SEP> (F) <SEP> (G) <SEP> (H)
<tb> Si02 <SEP> -80,11 <SEP> 0 <SEP> 71,0 <SEP> 72,5
<tb> A12O3 <SEP> 2,1 <SEP> 1,7 <SEP> 5,0 <SEP> 4,5
<tb> B203 <SEP> l1,4 <SEP> 13.0 <SEP> 15,0 <SEP> 12,2
<tb> Na2O <SEP> 5,7 <SEP> 4,4 <SEP> 7,5 <SEP> 8,4
<tb> K20 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> 2,3
<tb> Li2O <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> - <SEP> Tableau <SEP> IV:
<tb> Tempéra- <SEP> Tempéra- <SEP> Tempéra Verre <SEP> ture <SEP> de <SEP> turc <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> Dilatation
<tb> ramollissement <SEP> recuit <SEP> tension
<tb> (E) <SEP> 784 <SEP> 557 <SEP> 519 <SEP> 43 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> (F) <SEP> 816 <SEP> 561 <SEP> 517 <SEP> 32X <SEP> 10-7
<tb> (G) <SEP> 744 <SEP> 542 <SEP> 506 <SEP> 5r7 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> H1) <SEP> 755 <SEP> 566 <SEP> 533 <SEP> 62 <SEP> X <SEP> 10-7 Un autre facteur que l'on suppose être im portant en ce qui concerne la sélection d'un verre devant résister au relâebement de la.
trempe, est 1e taux d'augmentation de sa vis cosité, au fur et à, mesure de l'abaissement de la température; en d'autres termes, l'inter- valle de prise (setting rate) d'un verre in diqué par la différence en degrés de tempéra- tul-e entre ses températures de ramollisse ment et de tension. Ces différences entre les températures de ramollissement et de tension des verres indiqués ci-dessus sont représen tées dans le tableau suivant: prise ne dépassant pas 300 e C.
Des essais ont montré qu'il est préférable d'utiliser du verre A pour obtenir des objets destinés à être posés sur une cuisinière, car il possède une tem pérature (le tension bien supérieure à 600 C. et un intervalle de prise (setting range) re lativement étroit de 245 e C. Le verre H, tout en ayant une température de tension de 150 e C au-dessous de celle du verre A, pos sède un intervalle de prise (setting) de 222 C et on a également constaté qu'il convenait pour la fabrication d'objets destinés à être po sés sur le feu.
Bien qu'il soit possible d'obtenir des objets destinés à être posés sur le feu avec des verres ayant des coefficients de dilatation thermi que beaucoup plus élevé que ceux indiqués sur les tableaux il et IV, la dilatation du verre dont sont constitués les objets doit être infé rieure à 65 X 10-7 par degré centigrade. Si le coefficient de dilatation était supérieur à celui ci-dessus indiqué, il deviendrait néces saire, pour que l'objet ait une endurance ther mique suffisante, d'y introduire un degré de trempe tel que, lorsque l'objet se casse, il ne se produise pas de fracture explosive telle que de petits éclats de verre risquent de vo ler dans tous les sens.
Cette fracture explo sive fait courir le risque, en particulier lors- que les objets sont utilisés dans le service do mestique, que des particules de verre soient projetées dans les aliments contenus dans d'autres récipients, ce qui constitue un dan ger pour le consommateur. En utilisant un verre ayant un faible coefficient de dilatation thermique, le degré de trempe nécessaire à l'obtention d'un article ayant une endurance thermique élevée est proportionnellement ré duit et, comme le degré de trempe est dimi nué, le danger de rupture du verre avec fracture explosive est également réduit.
On a constaté que, pour obtenir une endu rance thermique élevée, sans introduire le risque d'une fracture explosive, lorsque l'ob jet se casse, le degré maximum de tension par millimètre carré ne doit pas dépasser les valeurs données par l'équation:
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dlans laquelle T désigne la tension maxi mum en kg par mm'; n est le rapport de la compression maximum à la tension maximum; E est le coefficient d'élasticité (coefficient Young) en kg par mm@; f est la résistance à la traction du verre en kg par<U>mm';</U><B>y</B> est le rapport Poisson ou rapport de la contraction à l'extension dans un corps étiré et t est l'é paisseur du verre en mm.
On donnera ci-après des exemples spécifiques de réalisation d'ob jets en verre trempé ayant ce degré de ten sion.
Pour la mise en ceuvre du procédé que comprend l'invention, on peut utiliser la forme d'exécution de l'installation représen tée au dessin. Le verre, de préférence du verre A ci-dessus défini, est fondu dans un récipient 10 d'où on l'amène par l'intermé- diaire d'un avant-foyer 11 et d'un feeder ap proprié, à une presse 12, de préférence une presse rotative automatique, bien que tout autre mécanisme de presse approprié puisse être utilisé.
Etant donné le genre de verre et, en particulier, sa viscosité élevée et son court palier de travail, il devra être travaillé à une température de, ou voisine de<B>1300'</B> C. Le feeder sépare le verre en charges (paraisons) oui tombent dans des moules 13 portés par la presse 12 et, après compression, l'objet ainsi formé est placé soit par l'opérateur, soit au moyen d'un transporteur approprié 14, dans un four égalisateur de température 15 maintenu à une température d'environ 1000' C ou au-dessus.
Les objets en verre placés dans le four 15 ayant atteint une température appro priée, qui doit être supérieure à la tempéra ture de recuit et, de préférence, suffisamment élevée pour qu'il n'y ait pas de modification de forme desdits objets, sont ensuite enlevés du four et introduits dans un milieu réfrigéra teur qui est un sel fondu contenu dans un récipient approprié 16.
Le bain est maintenu à une température d'environ 525 C et a une densité voisine de celle du verre dont l'objet est constitué. Ce traitement provoque un brusque durcissement ou raffermissement du verre accompagné d'une augmentation<B>de</B> viscosité. Non seulement ce traitement intro duit des forces de tension et de compression dans le verre qui contribuent dans une grande mesure à son endurance thermique et à sa résistance aux chocs mécaniques, mais crée aussi dans le verre une disposition molé culaire analogue à celle qu'il possédait lors qu'il était à, l'état fortement chauffé et ra molli.
Certains mélanges de sels conviennent particulièrement bien comme bains de re froidissement, au point de vue large gamme de températures de travail et économie. Parmi ces sels, on citera les suivant: le ni trate de sodium et le nitrate de potassium mélangés, le nitrite de sodium et le nitrate de potassium mélangés, le nitrate de sodium seul, le nitrate de potassium seul, le sulfate acide d'ammonium, le nitrate de lithium, le nitrate de sodium, le nitrate de potassium et le nitrite de potassiumn mélangé, le chlo rure de potassium et le chlorure cuivreux mélangés, le chlorure de zinc seul, le chlo rure de potassium et le chlorure (le zinc mé langés, le sulfate acide de potassium, le sul fate acide de sodium, le sulfate acide (le sodium et le sulfate acide de potassium, etc.
Il est évident que diverses combinaisons des sels ci-dessus indiqués autres que celles mentionnées ci-dessus pourront être utilisées.
Une caractéristique importante consiste en ce que, par suite d'une certaine propriété des sels inorganiques fondus, la température du bain de refroidissement détermine, avec précision, le degré de trempe qui sera obtenu. C'est-à-dire que la tension finale qui sera obtenue en refroidissant un verre donné chauffé à une température donnée, dans un bain de refroidissement de sel fondu, va riera inversement avec la température du bain de refroidissement. Le degré de trempe obtenu dans les mêmes conditions en utilisant un bain d'huile est pratiquement indépen dant de la température du bain de refroidis sement et, par suite, un tel bain est d'un em ploi limité.
Après refroidissement du verre dans le bain de sel fondu ci-dessus décrit, les objet sont amenés dans un bain d'eau contenu dans un récipient 17, et destiné à dissoudre et éli miner le sel qui peut adhérer auxdits objets. Ce bain d'eau est maintenu à la température du laboratoire, de sorte que les objets sont soumis à un essai de choc thermique et ceux qui n'ont pas été correctement trempés ou qui présentent d'autres défauts se casseront, tan dis que ceux possédant 1a répartition correcte de trempe resteront intacts. On réalise ainsi une sélection automatique des objets correcte ment et incorrectement trempés.
Dans le cas du verre r1, il est nécessaire, par suite de ses caractéristiques, d'utiliser un traitement réduisant la température avant d'introduire l'objet dans le bain d'eau de la vage. Untel traitement est réalisé dans un tun nel 18 dans lequel des souffleries d'air ré duisent la. température de l'objet par rapport à celle du bain de refroidissement (environ 535 C) à une température d'environ 300 C, de sorte que lorsque des objets sont intro duits dans le bain d'eau susvisé, l'essai de choc thermique sera effectué comme indiqué.
Après lavage à l'eau, de la manière ci dessus décrite, les objets sont transférés dans un bain de vapeur 19, dans lequel leur tempé rature est portée à un degré où ils sont rapi dement séchés, après quoi ils sont amenés sur une courroie de vérification \?0, le long de laquelle ils se déplacent pour être empaquetés rapidement en vue de leur expédition et dg leur distribution.
Dans certains cas, et particulièrement lors qu9on veut; obtenir des objets destinés à être chauffés sur une cuisinière, avec des compo sitions de verre ayant un court palier de tra vail, on a trouvé avantageux de donner îi l'ob jet un degré de trempe en excès par rapport à celui qu'il doit posséder finalement et de le soumettre ensuite à un traitement ther mique, analogue à un recuit, grâce auquel la trempe est réduite à celle finalement désirée.
Dans ce cas, on choisit un verre, tel que, par exemple, le verre B ci-dessus décrit, et après avoir comprimé l'objet, on le soumet à un traitement égalisateur de température pen dant une courte période de temps, dans un four dont la température est d'environ 900 <B><I>C</I></B>. Après un tel chauffage, on soumet l'objet à n traitement de refroidissement consistant, de préférence. en un bain de sel fondu, main tenu à environ 450' C.
Ceci introduit dans l'objet un degré de tension d'environ 4 kg par mm', qui est de beaucoup supérieur à ce lui nécessaire, puisque pour le genre de ser vice auquel l'objet est destiné, il ne nécessite qu'une tension d'environ 3 kg par mm'. Après avoir ainsi trempé l'objet, on le sou met à un traitement thermique qui, par exem ple, peut consister à le chauffer à une tem pérature d'environ 535 C pendant une pé riode de 2 heures, ou à le soumettre à une température d'environ 510' C, pendant une période de 7 heures.
Ce traitement ramène la tension à environ 3 kg par<U>mm',</U> et simulta nément provoque une redisposition molécu laire ou mouvement vers la stabilisation qui réduit considérablement la tendance du verre à un nouveau relâchement de sa tension, lors qu'il est soumis aux températures qui se pré sentent sur les cuisinières ou autres fourneaux analogues. En traitant ainsi des objets en verre, il est possible de changer les caracté ristiques du verre, de telle sorte que les ob jets peuvent être soumis à des températures de service supérieures de 25 C à celles aux quelles un objet analogue initialement trempé à 3 kg par mm2 résistera avant que le relâchement de tension s e produise.
Les courbes du graphique de la fig. 9 re présentent le relâchement de la tension au bout de cent heures, des différents verres auxquels on s'est référé plus haut, à des tem pératures entre 250 et 500 C. Il est à noter que dans chaque cas, le relâchement de ten sion de 350' C n'excède pas de 30% le de gré initial de trempe introduite dans l'objet.
La presse 12 ci-dessus mentionnée com prend une embase 21 (fig. 2) portant un pla teau rotatif horizontal 22 prés de la périphé rie duquel sont montés des moules 13. Ces moules sont, de préférence, en acier spécial, contenant environ 13 % de chrome et 0,6 % de cobalt, de manière à leur permettre d'être portés à la température convenable pour com primer le verre qui, dans certains cas, exige qu'ils restent rouge cerise ou à environ 600 C.
Les surfaces de contact avec le verre des fonds des moules sont, de préférence, re couvertes de chrome parfaitement poli qui non seulement a pour objet de résister à l'u sure, mais aussi d'empêcher le verre de se coller aux moules chauffés et chaque moule est entouré par une enveloppe 23 destinée à le maintenir à une température suffisamment élevée pour le moulage correct du verre. Près de la station de chargement des moules de la presse se trouve une station de compres sion sur laquelle un piston de moulage 24 est monté de manière à descendre dans le fond du moule et à mouler la charge de verre préa lablement déposée.
De même que le fond du moule, ce piston est eii acier contenant envi ron les mêmes proportions de chrome et de cobalt, et il est maintenu à une température élevée, de manière à faciliter le moulage du verre déposé dans les fonds des moules lors que le piston descend.
Le four égalisateur de température 15 consiste en un tunnel annulaire 25 en briques réfractaires, dans lequel est logé un moufle 26. Ce moufle consiste en une capacité annu laire en forme d'U inversé en coupe trans versale, en alliage contenant environ 30 % de chrome et 20% de nickel. Sur un plateau<B>27,</B> qui tourne autour de l'axe vertical du four 15, au-dessous du tunnel 25, est monté un an neau réfractaire 28 qui ferme l'extrémité ou verte inférieure du moufle 26 et supporte l'objet lorsqu'il se trouve dans le four.
Bien entendu, le tunnel 25 est muni d'ouvertures à, travers lesquelles des brûleurs (non-repré- sentés) sont introduits en vue de maintenir l'intérieur du moufle 26 à la température voulue. L'anneau 28 est, de préférence, re couvert d'une couche de matière réfractaire pulvérisée 29 destinée à empêcher l'adhé rence du verre chauffé.
Des expériences ont montré qu'aux températures utilisées, la ma tière réfractaire pulvérisée disposée sur l'an neau doit être extrêmement réfractaire et, dans ce but, de l'alumine hydratée Al(OHF) ou un mélange de 23 % d'alumine hydratée Al(OH3), de 70% de terre à diatomées et de 7 % de feldspath conviendra admirablement. Une autre substance qui peut parfaitement être utilisée pour empêcher l'objet d'adhérer à l'anneau 28 est le sulfate de magnésium (Mg2S04) qui possède les caractéristiques de mollesse et de solubilité dans l'eau et laisse les objets déposés sur l'anneau exempts d'im perfections de surface.
En vue d'introduire l'objet dans le mou fle 26, le tunnel 25 est muni d'une ouverture destinée à recevoir les parois d'un passage 30 I qui débouche dans le moufle et prés duquel est monté un cylindre à air 31, dont le pis ton est relié à une tige 32 munie, à son extré mité extérieure, d'une tête en forme de V qui vient embrasser un objet sortant de la presse, placé soit à la main, soit par le traits- porteur 14, en face du passage 30, et pousse cet objet dans le four et sur l'anneau 28 qui l'amène devant un passage 34 (filg. 4).
A ce moment, l'objet chauffé est retiré de l'inté rieur du four au moyen d'une tête en forme de houe 35 prévue à l'extrémité d'une tige 3f) qui coulisse dans des supports 37 portés par un bâti 38. Sur la tige 36 est fixé tun sup port 39 qui, à son tour, est fixé à la tige du piston d'un cylindre à air 40, et lorsque l'air, provenant d'une source d'alimentation (non-représentée), est admis dans le cylindre. le piston exerce une traction sur la tige 3G, de sorte que la tête 35 rencontrant l'objet, l'extrait de l'intérieur du moufle, et le dé pose dans le bain de refroidissement s fig. 4).
Ce bain de refroidissement est, de préfé rence, composé approximativement dit mé eutectique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, maintenu à une tempé rature supérieure à 200 C et, dans certains cas, pouvant atteindre 525 C ou davantage, les températures et les constituants dlut bain pouvant varier suivant les cas particuliers. Toutefois, de préférence, les constituants se ront tels que la densité du bain sera voisine de celle dit verre et il est essentiel qlue le bain soit composé de matières qui, lorsqu'elles sont fondues et maintenues à la température désirée, n'attaqueront pas le verre pendant qlue ce dernier est en contact avec elles.
La cornposition du bain susvisée remplit les con ditions ci-dessus mentionnées; elle petut être facilement fondue dans un récipient en fer ordinaire et ses fumées ne sont pas nuisible pour les personnes venant en contact avec elles.
lLa plupart des sels métalliques se décom posent à un certain degré, lotit au moins lors qu'on les porte à des températures élevées. Etant donné que dans le cas de nitrates des métaux alcalins, une telle décomposition de vient appréciable à des températures voisines de 525 C et au-dessus, le bain de sel fondu a tendance à devenir alcalin lorsqu'on l'uti lise pour tremper des verres qlui nécessitent le ehauffage dlu bain à de telles température. Cette alcalinité qui. probablement, est dute àr la décomposition du bain, et à la formation dl'oxyde dle métal alcalin, provoque l'attaque et la corrosion de la surface du verre. L'alcali nité dles bains de sel fondu peut être neutralisée et la corrosion des surfaces de verre empêchée en ajoutant au bain une petite quantité de ma tière qui y formera un radical acide.
Une telle matière peut comprende un oxyde de ca ractère acidique en soi, par exemple de l'oxyde tnngstique WO3, de la silice siO-, out de l'oxyde borique B203; ou elle peut cornprendre un sel d'un acide fort et une base faible, par exemple du sulfate de calcium CaSO4, ou du sulfate de magnésium M1g S04 qui, lors (le la décomposition, seront acides. d'une manière prédominante, par libération d'un radical acide fort.
De telles additions pour la neutralisation (le l'alcalinité du bain sont, de préférence, effectuées de temps à antre, en quantité qui, habituellement, ne (loi lias être supérieures à deux fois la quantité calculée pour corriger exactement l'alcalinité connue du bain.
L'inventeur- a également constaté que lorsque certaines subsiances sont ajoutées en quantités importantes au bain de refroidisse- ment. (le sel fondu, elles augmentent l'effica- cil;
é dit bain à un degré important en permet tant rrn abaissement de la température du bain dans lequel le degré désiré de trempe de l'objet en verre peut être obtenu par immer sion.
Dans un bain ainsi traité, la tempéra ture réelle peut être maintenue à 100 C au dessous de celle nécessaire lorsque ces ma tières ne sont pas présentes; toutefois, le de gré de trempe qui sera introduit dans l'objet en verre chauffé par son immersion dans le dit bain, sera sensiblement le même que si ces substances étaient supprimées et si le bain était maintenu à sa température normale. Les matières destinées à produire ces effets doi vent être finement divisées et susceptibles d'être maintenues en suspension dans le bain fondu et elles doivent être inertes par rap port au verre.
Comme matières pouvant avan tageusement être utilisées, on citera le sulfate de calcium (CaS04), l'alumine (A1203), la silice (SiO2), la magnésie (MgO), le kaolin, le feldspath et autres matières analogues qui sont toutes inertes par rapport au verre et ne fondent qu'à des températures plus éle vées que celles utilisées ici, mais il est à noter que certaines de ces matières, par exemple le sulfate de calcium et la silice, peuvent aussi servir à neutraliser l'alcalinité du bain. Toutefois, dans le présent cas, les quantités utilisées sont plus grandes que lorsque la neutralisation de l'alcalinité est seule désirée et peuvent atteindre 5% du bain.
Il est en outre à noter que les matières ajoutées au bain de sel fondu dans le but soit de neutrali ser son alcalinité, soit d'augmenter son effi cacité par abaissement de sa température ef fective, exercent un effet de modification sur le bain en ce qui concerne son action sur le verre qui y est trempé.
Le bain de refroidissement ci-dessus décrit est placé dans un récipient qui consiste en une cuve métallique annulaire 41 (fig. 4, 7 et 8) supportée par des murs réfractaires circu laires espacés 42 et 43 constituant une cham bre de combustion au-dessous de la cuve 41. Le mur extérieur 42 comporte des ouvertures 44 à travers lesquelles passent des brûleurs t5 destinés à maintenir le bain de refroidisse ment à la température voulue.
En 46 tourne un arbre incliné muni, à son extrémité supé rieure, d'un croisillon 47 dont les bras sont munis, à leurs extrémités extérieures, de Sup- ports 48, reliés par paires, par des panneaux grillagés 49. Sur chaque support 48 est fixé, en son milieu, un bras 50 orienté vers l'exté rieur, et à l'extrémité de chaque bras 50 est figée une jambe 51. On réalise ainsi une sé rie de structures garnies, à l'avant et latéra lement, de panneaux grillagés qui coopèrent avec les panneaux 49 pour constituer cl-es sortes de paniers destinés à recevoir les ob jets.
Sur une cornière 53, fixée à l'extrémité inférieure des bras 48, pivote un châssis 54 garni d'un panneau grillagé fermant le fond de chaque panier, et sur la cornière 53 est monté un support 55, à l'extrémité supérieure duquel pivote, en son milieu, un levier 56. L'extrémité supérieure du levier se termine par un contrepoids 57, tandis que son extré mité inférieure pivote sur une extrémité d'une bielle 57' dont l'autre extrémité pivote sur un bras 58 orienté vers l'arrière par rapport au châssis 54.
On réalise ainsi un genou au moyen duquel le fond de chaque panier est retenu en position fermée pendant une cer taine partie de sa course à travers la cuve 41. Un galet 59 est prévu à l'extrémité libre de chaque panneau inférieur ou fond et, lorsque l'armature 47 tourne, les galets 59 rencontrent une came 60 portée par la cuve, et ferment les fonds immédiatement après que le contenu des paniers a été déposé.
La fermeture des fonds des paniers provoque le redressement des genoux, comme représenté sur la droite de la fig. 7 et, de cette façon, les paniers sont maintenus fermés jusqu'à ce que les contre poids 57 rencontrent une came 61 fixée sur des supports 62 qui, à leur tour, sont suppor tés par la cuve 41.A ce moment, le levier est amené dans la position représentée sur la fig. 8 et le panneau inférieur ou fond du panier bascule vers le bas, de sorte que son contenu est déposé soit dans un bain d'eau, soit dans un tunnel réducteur de température suivant le cas.
Bien entendu, le déchargement des objets se fait lorsqu'ils se trouvent au- dessus :du niveau du bain de refroidissement contenu dans la cuve 41, comme représenté sur les fig. 7 et 8. Le tunnel réducteur de température con siste en une enceinte 63 à travers laquelle se déplace une bande transporteuse sans fin ajourée 64.
Au-dessous du brin supérieur de la bande 64, et s'étendant longitudinalement de chaque côté de l'enceinte 63, sont prévu des conduits d'air<B>65</B> qui comportent des fentes longitudinales 66, orientées de ma nière à diriger des jets d'air vers le haut et vers l'intérieur, sur la face inférieure dlu brin supérieur de la bande. Ces conduits sont alimentés en air sous pression par utn distri buteur 67 qui est relié à une source d'air sous pression (non représentée). A la paroi supé rieure du tunnel sont prévus, à dles intervalles appropriés, des conduits 68 munis chacun d'un obturateur réglable 69, au moyen duquel la vitesse d'échappement de l'air depuis l'in térieur du tunnel peut, être réglée.
Les ob jets ayant été déposés sur la bande transpor teuse 64, entrent à environ 500 C dans l'en ceinte 63, où il rencontrent les jets d'air qui réduisent leur température à environ 300 C. A leur sortie de l'enceinte 63. lesdits objets sont dirigés dans la cuve 17 contenant l'eau de lavage.
Une bande transporteuse sans fin 70 se déplace dans la cuve 17 au-dessous du ni veau de l'eau qu'elle contient et les objet sont déplacés dans l'eau et finalement dépo sés sur un transporteur sans fin 71 qui se déplace dans une enveloppe 72 (fig. 6). On introduit de la vapeur à environ l00 C dans l'enveloppe 72 à travers des tuyères 73, de manière que cette vapeur entoure complète ment les objets portés par le transporteur 77. Ceci élève la température des objets à tun point où se produit leur séchage rapide, peu de temps après qu'ils ont dépassé les limites de l'enveloppe 72 et ont été déposés sur une bande ou courroie de vérification 20.
Non seu lement l'introduction des objets dans le bain de vapeur élève leur température à un point où se produit un séchage rapide, mais aussi elle sert de bain de rinçage pour éliminer toutes traces de sels ou autres résidus qui peu vent rester après lavage à l'eau. Après avoir ainsi finalement rincé et élevé la température des objets au point où se pro duit une évaporation rapide de leur humidité restante. on les dépose sur la courroie on bande de vérification 20 et on les présente absolument propres et sanitaires aux vérifi cateurs et aux emballeurs.
Facultativement, l'objet en verre qu'il s'agit de tremper est d'abord porté à une tem pérature au-dessous de la température de ra mollissement du verre, déterminée par les di vers facteurs décrits plus haut, en l'immer geant dans un bain de sel ou d'un mélange de sels inorganiques fondus, ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus. Après que l'objet a été chauffé uniformément dans ledit bain à la température voulue. on l'en retire et on l'im merge entièrement dans le bain de refroidisse ment. Ce dernier est dlu type ci-dessus dé crit mais, dans certains cas, il peut même con sister en de l'huile chauffée ou tout autre li quide de refroidissement connu.
La phase de refroidissement peut même consister à sou mettre l'objet chauffé à un soufflage d'air, d'une manière connue, la nouvelle caractéris tique de ce cas consistant dans le procédé de chauffage uniforme de l'objet, à une tempéra ture élevée, sans gauchissement ni perte de stabilité en surface.
Par exemple, on traite un verre contenant 80).9 % de Si02. 12.9 % de B2O3, 4.4% de Na20 et 1,8 ,% d'Al203. et possédant une tenm- péra.ture de ramollissement d'environ 81:3 C. tTrie plaque de ce, verre ayant une largeur de 3 em, une épaisseur de 0,75 cm et une lon- gu eut de 18 cm a été chauffée par immersion pendant 2 minutes dans un mélange fondu comprenant environ 67 % (le sulfate de so dium et<B>33%</B> de chlorure de potassium cri poids,
et contenant une petite quantité (l'oxyde tungstique, ce dernier étant ajouté par intervalles, pour maintenir le bain non- alcalin. Le bain fondu a été maintenu à. une température de 800 C et possédait une den sité d'environ 1,9 par rapport à celle d'envi ron 2,3 du verre.
Après chauffage pendant minutes, <B>ce</B> qui suffit pour donner au verre une température uniforme, la plaque a été enlevée et immédiatement refroidie dans un bain fondu comprenant environ 44% de ni- trite de sodium et 56% de nitrate de potas sium en poids, chauffé à 150 C.
Des mesures ultérieures de la plaque de verre trempé ont montré qu'elle n'avait pas subi de distorsion supérieure à quelques cen tièmes de millimètre.
La résistance mécanique aux chocs de la plaque trempée a été de beaucoup supérieure à celle des autres échantillons ayant les mêmes dimensions et qui avaient été trempés en les chauffant dans un four atmosphérique ordinaire, et en les refroidissant dans un bain d'huile 600 W. porté à<B>150'</B> C. Acci dentellement, des déformations appréciables se sont produites dans ce dernier cas, dues à ce que les échantillons avaient été chauffés dans un four ouvert, suivant la procédé ha bituel de chauffage.
Une caractéristique spéciale du procédé ci-dessus décrit consiste en ce que le bain de refroidissement, constitué par un mélange fondu de nitrate de potassium et de nitrite de sodium dissout rapidement et élimine les sels résiduels qui peuvent adhérer à l'objet en verre lorsqu'il sort du bain de chauffage avant son refroidissement, nettoyant ainsi le verre et l'exposant instantanément à l'action du bain de refroidissement.
Pour tremper des objets en verre autre que celui auquel on s'est référé ci-dessus, par exemple du verre à la chaux ordinaire qui possède une température de ramollissement d'environ 700 C, il est nécessaire d'utiliser des températures plus basses dans le bain de chauffage en vue de ne pas chauffer le verre au-dessus de son point de ramollissement. Cette méthode de chauffage est applicable pour tous les types de verre et à une grande variété de formes d'objets.
La pression de vapeur des sels utilisés dans le bain de chauffage doit être suffisam ment faible pour éviter l'évaporation exces sive aux températures utilisées; les sels, qui nécessairement adhèrent au verre lorsqu'il est retiré du bain -de chauffage, ne doivent pas réagir trop violemment avec l'agent utïlïsé pour le refroidissement et les bains ne doi vent pas être dangereux et les fumées ne doi vent pas être nuisibles à la santé.
On donnera ci-après une liste de sels et de mélanges de sels pouvant être utilisés pour remplir les conditions précitées dans les bains de chauffage: chlorure de sodium, chlorure de potassium, chlorure de sodium et chlorure de potassium mélangés -en parties égales en poids, sulfate de sodium et chlorure de so dium (2 parties pour une en poids), bromure de sodium, bromure de potassium, bromure de sodium et bromure de potassium mélan gés, bromure de sodium et sulfate de sodium mélangés, sulfate de potassium et chlorure de sodium mélangés, chlorure cuivreux, chlorure cuivreux et chlorure de potassium mélangés, chlorure de sodium,
chlorure de potassium et chlorure de strontium mélangés, phosphate monosodique, tungstate - de sodium combiné avec des chlorures ou des bromures alcalins. etc. Il va de soi que de nombreuses combinai sons autres que celles ci-dessus indiquées peu vent être utilisées.
Etant donné que les points de ramollissement et les poids spécifiques des verres varient entre de grandes limites, il est impossible de déterminer les proportions des bains susvisés qui conviendront pour tous les verres mais, pour un verre particulier, les proportions convenables peuvent facilement être déterminées par des essais. Il est en outre évident que certaines des compositions de bains de chauffage précitées peuvent égale ment convenir comme bains de refroidisse ment.
En général, on a trouvé nécessaire d'em pêcher le bain de chauffage de devenir alca lin par décomposition ou volatilisation, au moyen d'additions analogues à celles utilisées dans les bains de refroidissement ci-dessus décrits.
On décrira ci-après un exemple de trempe d'objets en verre à une tension n'excédant pas le maximum donné par la formule donnée plus haut. Un objet en verre, par exemple un plat de cuisine, ayant une contenance de 1,70 litre et une épaisseur d'environ 6 mmn, en verre au borosilicate composé de 85 % de Si02, de 12,5% de B2O3 de 1.5% de Na2O, et 1 %; (le Sb203, et possédant un coefficient d'élasticité le 6310 à (3470 kg par mnm2. une résistance à la tension de 4,70 à à kg Par mm2 et tun rapport de contraction à l'extension dans un corps étiré (rapport Poisson) de 0,2 est chauffé à la température correspondant à, on voisine de celle du point de ramollissement du verre, c'est-à-dire à environ 8l0 C.
L'objet est maintenu à cette température pendant un temps suffisant pour que sa température soit parfaitement en état d'éqnilibre; à ce moment. cn arrête le chauffage et on sounet immnédia- tement l'objet au refroidissement. par exem ple. dans un bain de refroidissement liquide. comme indiqué plus haut, ou au moyen d'un soufflage d'air. Si l'on utilise un bain de re froidissement liquide, par exemple lun bain composé du niélange eutectique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, il est chauffé à la température de 285 C cnl vue d'éviter la création d'une tension trop sévère dans le verre, c'est-à-dire une tension qui pro voquerait la rupture du verre avec fracture explosive.
Si le bain de refroidissement est composé d'une huile lourde, telle que celle connue habituellement sous le nom de 600 W.. la température du bain sera de 20C0 C. Des essais ont montré que polur un récipient en verre ayant les dimensions et la composition susvisées, la, tension réelle par mm ne dépas sera pas 2,6 hg et, bien que l'objet présente une résistance mécanique deux fois supérieure à celle d'un objet analogue mais recuit, sa rupture ne se fait pas avec fracture explosive. mais ressemble beaucoup à celle d'un objet en verre recuit. L'endurance thermique d'un ré cipient ainsi traité est égale à au moins cieux fois celle d'un récipient analogue mais recuit.
et la rupture provoquée par une cause ther mique d'une pièce ainsi trempée n'est pas dif férente de celle qui se produit lors de la rup ture, occasionnée par une cause thermique. d'une pièce recuite de mémes dimensions et constituée par une même composition de verre. Non seulement les verres au borosilicate du type susvisé peuvent posséder une plus grande résistance mécanique et une plus grande résistance thermique en les soumet tant à une trempe limitée. mais la trempe de verres à la cbaux ou autres, à lun degré limité prédéterminé, peut être effectuée avec égale ment des résultats satisfaisants.
Par exem ple, comme dans le cas ci-dessus d'un verre au boro-silicate, ainsi que clans le cas de verres à la chaux, un récipient ayant envi ron une contenance (le, 1,70 litre et une é paisseur de 6 mm et constitué par du verre ayant sensiblement la composition suivante a été traité: SiO2 72.8e6 R203 1,37 Na2O 16,29 K20 1,65 Ca0 5,00 MgO 3.36 B2O3 0.56 trn tel verre, habituellement connu sons le nom de verre à la chaux, possède lun coeffi cient linéaire de dilatation thermique de 0,00000935 par degré centigrade et se ramol lit à environ 695 C. Son coefficient d'élas ticité est (le 686t) lkg par mm2 et sa résistance ài la. traction est de 3.3 kg par miu2.
L'objet est chauffé à une température de<B>69.5</B> C pendant une durée de 10 minutes on jusqu'à ce qu'il atteigne sensiblement une tempéra ture d'équilibre, et il est immédiatement plongé dans 11n bain de refroidissement colis- titué par du nitrate de sodium et dit nitrate de potassium. maintenu à une température d'environ 405 C.
On obtient ainsi un réci pient cri verre trempé qui. tout en ayant une endurance thermique de 170 C supérieure à celle d'un récipient analogue. en ver#e au horo-silicate recuit, avant la composition pré citée, a une résistance mécanique qui est en- N-iron deux fois celle du récipient en verre au borosilicate recuit précité et, qui, néanmoins.
lorsqu'il se rompt. produit une fracture lion- explosive ressemblant à celle se produisant clans un récipient recuit. Par l'expression "endurance thermique" utilisée ici, il faut entendre la température la plus élevée à laquelle un récipient en verre peut être porté et ensuite plongé dans de l'eau glacée, sans qu'il se rompe.
L'expression "fracture explosive" utilisée ici définit le résultat de l'état de trempe du verre, avec une énergie potentielle du système de tension, suffisante pour le rompre en mor ceaux d'approximativement 3 cm'. lorsqu'il est percé au centre d'une face.
Au lieu du bain de trempe formé de ni trate de sodium et de nitrate de potassium, auquel on s'est référé ci-dessus, on peut utili ser avantageusement un bain de nitrate de sodium seul. Le nitrate de sodium fond initialement à une température de 308' C et est utilisé comme bain à une température de 560 C. A cette température, il se produit une légère décomposition, de sorte qu'il se forme une certaine quantité de nitrite de so dium, la réaction continuant jusqu'à ce qu'un état d'équilibre s'établisse entre le nitrite de sodium et le nitrate de sodium et l'atmo sphère régnant au-dessus du bain. Dans ces conditions, le point de fusion du bain descend finalement à environ 295 C.
Les avantages du nitrate de sodium sont les suivants: 1 Son prix est peu élevé, environ la moi tié de celui d'un bain formé de nitrate de po tassium et de nitrate de sodium; 2 La température de congélation de 295 C constitue une base pour la tempéra ture de l'objet lorsqu'il entre dans le bain d'eau, assurant ainsi un essai de cycle ther mique parfaitement défini. Ceci est obtenu en réglant le refroidissement de l'objet dans le four à tunnel, à la suite de l'opération de re froidissement, de telle sorte qu'il se produise juste une légère cristallisation du sel de re froidissement sur les bords de l'objet lors qu'il entre dans le bain d'eau.
D'autres bains de chauffage appropriés sont les suivants: un mélange de sulfate de sodium et de sulfate de potassium (Na2S04 et K'S04); un mélange de chromate de so- dium et de chromate de potassium (NaCrO4 et NCrO4) et un mélange de sulfate de po tassium et de sulfate de magnésium (K2S04 et MgS04).