Procédé de fabrication d'objets lamelliformes en matière céramique. On connaît des procédés de fabrication d'objets lamelliformes en matière céramique. tels que carreaux, plaques, etc., qui consistent à recouvrir un support résistant au feu d'une on plusieurs couches de matière céramique inconsistante, crue (qui peut être sous forme de pâte, poudre ou même d'un liquide épais), puis à chauffer le support et la ou les cou ches ctuu'il porte pour transformer par cuisson la matière céramique inconsistante en un corps solide.
Ledit support peut tout d'abord recevoir une couche de séparation qui, après chauffage, facilitera le détachement de l'objet cuit du moule, puis une couche de matPre céramique crue sur laquelle on peut encore éventuellement appliquer une couche de gla çure, ces deux dernières couches se transfor mant au cours du chauffage en un objet solide.
Une des brandes difficultés rencontrées dans de telles fabrications est due au retrait de la matière céramique lors de son séchage et de sa cuisson. Ce retrait s'exerce dans les trois dimensions et proportionnellement à celles-ci s'il n'est pas entravé; l'objet cuit n'aura. donc ni la même forme, ni les mêmes dimensions que son ébauche en matière crue.
Contrairement à l'opinion courante admise en céramique, on a trouvé qu'au lieu d'essayer d'éviter le glissement, l'enroulement et les cassures en facilitant le retrait dans le sens des grandes dimensions de l'objet, on peut ré soudre le problème du retrait d'une façon paradoxale en apparence en évitant complète- ment ce retrait. Pour y arriver, il est néces saire de produire, entre la couche de produit céramique en cours de fabrication et le sup port sur lequel elle est posée, une adhérence suffisante pour s'opposer aux efforts de con traction et de réaliser une cohésion suffisante dans la pâte, pour éviter des ruptures ou des déformations dans l'objet.
Les considérations théoriques et les nombreuses expériences faites à ce propos ont. prouvé que ce résultat peut être obtenu, du fait que le retrait<B>-</B> par l'adhérence et la cohésion mentionnées et par la cuisson dans l'état de tension déter miné par ces forces -- au, lieu de. s'exercer dans les trois dimensions, ne s'exerce plus que dans une seule (dans le sens de la hauteur), de façon que la diminution totale de volume de l'objet reste la même que celle obtenue si la contraction était libre dans tous les sens.
La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'objets lamelli formes en céramique, tels que carreaux, pla ques, -etc., dans lequel on recouvre un support résistant au feu d'au moins une couche en une matière céramique inconsistante, puis on chauffe le support et la matière qu'il porte pour transformer cette dernière par cuisson en un corps solide.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on choisit la composition de la matière inconsis tante déposée sur le support et la nature de ce dernier de telle façon que, d'une part, du rant la période de cuisson, pendant laquelle la température augmente dans ladite matière, la cohésion des particules de celle-ci entre elles et l'adhérence de la matière au support.
soient suffisamment grandes pour que le re trait que subit la matière céramique pendant sa cuisson n'entraîne pratiquement. qu'une di minution de l'épaisseur de .la couche de ma tière déposée sur le support, donc qu'il n'y ait pas de glissement entre cette couche et le support et, d'autre part, qu'au moins à la fin de la période de refroidissement ladite adhé rence soit suffisamment faible pour permettre de détacher aisément du support l'objet solide obtenu.
Le fait qu'il ne se produit pas de glisse ment entre la matière céramique et le sup port, pendant la cuisson, fait. que l'objet cuit recouvre la même surface du support que la matière céramique inconsistante crue, avant cuisson. Il est donc possible d'obtenir des objets lamelliformes cuits, dont la forme et les dimensions des grandes faces sont exacte ment les mêmes que la forme et. les dimen sions de la, face des supports sur laquelle la matière crue primitive a été déposée. Ceci permet une fabrication uniforme et évite les déchets.
Le dessin ei-anne.,çé illustre le procédé et représente, à titre d'exemple, une installation pour la mise en oeuvre de celui-ci.
La fig. 1 du dessin annexé est une vue partielle, en coupe verticale, d'un produit cé ramique au cours de la fabrication et de son support.
La fig. 2 est un schéma explicatif.
Les fig. 3 à 14 montrent l'installation pour la mise en #uvre du procédé de l'invention, permettant la. fabrication de carreaux en céra mique d'une épaisseur très faible de 1 à, 6 mm. La fig. 3 est une vue en élévation d'un transporteur pour les supports et des trémies de distribution de matières sur ces supports.
Les fig. 4, 5 et 6 représentent, en plan, -in élévateur et en coupe transversale selon la ligne VI-VI de la fig. 4, un dispositif d'affranchissement des bords de la matière déposée sur les supports. La fig. 7 est une vue en élévation d'un dispositif ébarbeur.
La fig. 8 est une vue à grande échelle et en coupe horizontale d'une partie de ce dis positif ébarbeur.
Les fig. 9 et 10 sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan d'un appareil racleur pouvant remplacer .le dispo sitif ébarbeur ci-dessus mentionné.
Les fig. 11 et 12 sont respectivement. une vue en élévation et une vue en plan d'un appareil de finissage des carreaux après cuis son. Les fig. <B>la'</B> et 1-_l sont respectivement une vue en élévation et une jute en plan d'un appareil de fa#.onnage de la pâte, avant cuis son, en vue de la fabrication de carreaux rainurés. En référence à la. fig. 1, un support 10 en une matière résistant au feu est recouvert d'une couche 11 de séparation.
Sur cette cou che est déposée une couche 12, d'une matière céramique inconsistante, par exemple pâteuse, qui, lors de la cuisson, se transformera. en un corps solide. Enfin, sur la couche 12 est en core déposée une couche 13 de glaÇure, qui sera également transformée (vitrifiée) pen dant la .cuisson. Lorsque ce support. et les couches qu'il porte sont séchés, puis ehauffés, et que la cuisson commence, il se produit, si aucune mesure spéciale n'est prise, un retrait dans les couches 12 et 13 et -Lui glissement dans la couche 11 de séparation.
Si ce glissement est complètement libre, il produit simplement une diminution du format de l'objet; si ce glisse ment n'est pas complètement libre, le retrait tend à provoquer un soulèvement du bord des couches 12 et 13 au point 14.
Dans les procédés de fabrication habi tuels, en vue .de laisser agir le retrait, on donne, par conséquent, à. la couche 11 une consistance telle qu'elle permette un glisse ment facile entre le support 10 et la couche 12, mais ce glissement, du fait des frotte ments considérables qui s'exercent sur une surface de contact aussi grande, s'effectue rarement de façon régulière et l'uniformité de la fabrication n'est pas assurée. Dans les pâtes formant la couche 12, en matière céra mique crue de compositions usuelles (renfer mant des composants argileux, comme l'argile, le kaolin, la. bentonite), il se produit en effet. lors du chauffage (aux environs de 500 C) une contraction plus ou moins brusque par la dissociation de la molécule de kaolin.
Comme cette contraction est entravée, elle donne lieu à des efforts considérables dans la couche 12. L'intensité de ces efforts est. proportionnelle à la dimension de la matière dans la direction où ils s'exercent. Comme le retrait. n'est pas empêché dans la direction perpendiculaire à la face 1.5 du support 10, les efforts créés par le retrait s'exercent dans des plans paral lèles à cette face et ils vont en augmentant de la surface supérieure de la couche 13 à. la surface inférieure de la couche 12, comme représenté à la fig. 1. Ils seront d'autant phis intenses au voisinage de cette dernière surface que le retrait sera fort. et l'entrave à la con traction plus grande.
Toutes ces forces déter minent dans chaque élément infinitésimal ds des couches<B>12</B> et 13, un moment de flexion. La somme de ces moments de flexion est égale à la résultante R de toutes ces forces multi pliée par la. distance in qui est la moitié de l'épaisseur totale s des couches 12 et 13. Ce sont, ces moments de flexion qui déterminent le soulèvement au point 14, si le glissement dans la. couche 11 n'est pas libre, car au bord des couches la cohésion n'existe que d'iin côté seulement. Pour la même raison, lorsque ce soulèvement a commencé, il se déplace du bord vers l'intérieur.
Les efforts créés par la tendance au retrait peuvent aussi déterminer des cassures dans les couches 12 et 13 s'ils dé passent la force de cohésion des particules constitutives de ces couches.
A la. surface de contact entre la couche de séparation 11 et la couche 12, les efforts in ternes peuvent être représentés par le vec teur 6. Les forces qui s'opposent. à ces efforts sont celles dues à la cohésion des particules constitutives de la couche 12 entre elles et, à l'adhérence de la couche 12 à la couche 11; ces forces dues à la cohésion et à l'adhérence sont représentées par le vecteur a, _i, de sens opposé au vecteur 6.
Si la valeur numérique de 6 est plus grande que celle de ac+:@il se produira un glissement de la couche 12 par rapport. à la. couche 11.; si la. valeur numé rique du moment. Rnn est. supérieure à 1/.1 de la valeur numérique de a@+a, il se produira un soulèvement de la couche 12 à ses bords; si la valeur numérique de a est. plus petite que celle de a@a, il ne se produira pas de glissement, mais il risque de se produire des cassures dans la couche 12. Si 6 est . plus petit que la cohésion entre les particules de la couche 12, il ne se produira pas de cassures dans cette couche.
La fig. 2 représente un diagramme dans lequel le chemin parcouru par un support, depuis son entrée dans le four tunnel de cuis son jusqu'à son refroidissement complet, est porté en mètres en abscisse; la température du support et des couches est portée en de grés centigrades sur l'ordonnée de gauche et la valeur Rm exprimée en kg/cm et définie ci-dessus est portée sur l'ordonnée de droite. Ce diagramme montre quelles doivent être les relations entre les valeurs Rm et<I>en</I> fonction de la, température pour que le retrait soit pratiquement compensé par une diminu tion de l'épaisseur de la couche de matière céramique et pour qu'à la fin de la cuisson l'objet cuit puisse aisément être détaché de son support..
On voit dans ce diagramme que la valeur de<B>a,+,,</B> reste supérieure à celle de 4 Rm jusqu'à ce que la cuisson soit terminée, tandis qu'à la fin de la période clé refroidisse ment la force 6,+,, est. inférieure à Rn2, ce qui permet le détachement de l'objet de son support. En effet, la courbe des moments de flexion Rm et celle des forces de cohésion et d'adhésion<B>a,+,,</B> se coupent en P, après que le maximum T de la courbe des températures de cuisson a été atteint.
Si la couche 11 de séparation est suppri mée, son action est remplacée par les condi tions régnant à la surface de contact de la couche 12 avec le support 10. Dans ce cas, la composition chimique et la consistance du support sont d'une importance essentielle. La composition chimique du support doit être telle qu'elle évite une combinaison avec la pâte déposée sur lui, sinon, par suite de la cuisson, la lamelle ferait corps avec le support. En outre, la consistance et le coefficient de dila tation du support doivent. favoriser le déta chement de la lamelle à la fin de la cuisson.
Quant à la pâte de la couche 12, elle doit être composée de manière à coller au support pen dant la première partie de la cuisson, c'est- à-dire remplacer à la surface de contact l'ac tion de la couche de séparation.
Les expériences faites ont montré que, pour réaliser les conditions ci-dessus énoncées il faut tenir compte, essentiellement, dans la composition des pâtes crues : a) de l'effet col lant (cohésion et adhésion) de certains com posants, b) du retrait en volume, c) de la granulation. Pour la même action collante et le même pourcentage d'adhésifs, la cohésion et l'adhésion croissent avec la finesse des grains agglomérés par l'agglomérant; le re trait croît, lui aussi, avec cette finesse, de même qu'avec le pourcentage en composants volatils (eau, acide carbonique, etc.) contenus dans le mélange. Pour obtenir des -diagrammes de forces comme celui de la fig. 2, ces fac teurs doivent être choisis et dosés, par consé quent, de façon opportune.
Les résultats les meilleurs sont obtenus en réduisant au mini mum la tendance au retrait dans la pâte (cou che 12), comme aussi dans la couche sépara trice 11, puisque les efforts a (et par consé quent R) sont proportionnés à cette tendance. La tendance à l'enroulement, déterminée par la grandeur de R, diminuera également avec la diminution de la tendance au retrait. La cohésion et l'adhésion étant les deux facteurs qui déterminent la résistance au glissement, les couches 12 et 11 doivent être composées avec un pourcentage suffisant de colle .
Il est clair que les deux facteurs: cohésion et retrait minima, sont contradictoires, puisque les matières collantes ( colloïdales , grasses ) ont, par leur nature, une contraction considé- rable. Le problème est résolu par le broyage adéquat des composants et par une distribu tion rationnelle des composants colloïdaux. De cette manière, on obtient (les mélanges eonipo- sés avec un pourcentage très élevé de matières maigres , et par conséquent peu cofiteuses, le pourcentage de colle minérale étant mi nime.
Il est à remarquer, à cet égard, que ces colles ne doivent pas avoir le même caractère chimico-phjsique dans la couche de séparation 11. et dans la pâte de la couche 12. Le dia gramme de la fig. 2 montre en effet que quand la pâte commence à. ramollir (à 800 C environ dans l'exemple ci-après) et que les effets de la capillarité interviennent en sur face, la couche 11 doit, avoir une consistance suffisante pour empêcher que non seulement.
la lamelle reste adhérente air. support. pen dant la période d'échâ.uffement, mais que la tension superficielle de la pâte devenue molle à haute température ne soulève la lame à ses bords, également vers la fin de cette période.
L'expérience a prouvé que les meilleurs résultats sont obtenus en réglant la composi tion, le broyage, la granulométrie et le dosage des grains, de manière à obtenir dans la cou che de séparation une action de capillarité considérablement supérieure à celle qui est en jeu dans la pâte, c'est-à-dire en y poussant au maximum les forces de surface, de façon qu'en comparaison avec celles-ci la cohésion passe au second plan.
Dans la zone de la température la. plus élevée, où même le colloïde de la couche de séparation a perdu son pouvoir collant, les composants vitrifiables de la. pâte et de l'émail sont devenus fluides, la capillarité est dimi nuée dans la lamelle, et l'adhérence de la couche 11, même réduite, est suffisante. Cela suppose, évidemment, une étude précise de la fluidité des composants en jeu et de leurs in tervalles de fusion en rapport avec la tempé rature de déshydratation de la couche de sé paration 11.
Voici, à titre d'exemple, quelles peuvent être les caractéristiques chimiques et physi ques, d'une part, de la couche de pâte crue et, d'autre part, de la. couche de séparation pour que le retrait ne se fasse sentir que dans le sens de l'épaisseur de ces couches et non pas selon leurs deux autres dimensions (per pendieul.aires à leur épaisseur), et. pour qu'après cuisson à. une température d'environ 950 C, l'objet.
lamelliforme puisse être facile ment détaché de son support cc) Composition de la partie non aqueuse de la pâte crue inconsistante
EMI0005.0003
Kaolin <SEP> 8,5%
<tb> Talc <SEP> <B>7,50/0</B>
<tb> Débris <SEP> de <SEP> verre <SEP> 35,4%
<tb> Autres <SEP> matières <SEP> maigres <SEP> (sable,
<tb> débris <SEP> de <SEP> porcelaine, <SEP> etc.) <SEP> 48,0%
<tb> Bentonite <SEP> 0,5%
<tb> Phosphate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0,10/0 b) Préparation de la pâte crue:
On introduit dans un tambour bro@-eur à galets, de 180 cm clé diamètre et 180 cm de longueur: 900 kg de la. matière sèche indiquée sous a) ci-dessus (les grains des matières mai gres étant de diamètre inférieur à 1 mm), 1260 kg de galets en silex et 7.350 litres d'eau. On broie pendant 20 heures environ et faisant tourner le broyeur entre 80 et<B>1.00</B> tours/mi- nute.
c) Composition de la partie non aqueuse de la couche de séparation:
EMI0005.0008
Argile <SEP> plastique <SEP> 270/0
<tb> Calcaire <SEP> en <SEP> poudre <SEP> 72,65%
<tb> Bentonite <SEP> peptisée <SEP> 0,211/o
<tb> Pyrophosphate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 0,151/o d) Préparation de la matière de la couche de séparation On remplit un moulin à tambour de 60 cm de diamètre et 60 cm de longueur avec 30 kg de la matière sèche indiquée sous c) ci-dessus, 42 kg de galets en silex et 150 litres d'eau. On broie pendant. 22 heures environ en fai sant tourner le moulin entre 120 et 150 tours/ minute.
Les supports peuvent être en matière céramique (non métallique inorganique) ou en matière métallique, ou en un mélange de par- ticules métalliques et de matière céramique, poreux ou compacts.
L'installation représentée au dessin com prend un transporteur désigné d'une manière générale par 7.6, en plusieurs tronçons dont l'un, 16a, passe en dessous des trémies de dis tribution. Ces divers tronçons peuvent circu ler à des vitesses différentes. Le tronçon 16a est constitué par deux courroies trapézoïdales 17 munies de pointes métalliques 18 (voir fig. 5 et 6). Les supports 10 sont placés bout à bout sur les pointes de ces courroies, de ma nière à constituer une surface pratiquement continue et ils se déplacent dans le sens de la flèche 19 (fig. 3).
Ils passent. ainsi au-dessous de trois trémies 20, 21 et 22, la première dis tribuant la matière de la couche de séparation 11, la. deuxième la matière céramique incon sistante formant la couche 12 et la troisième la matière de la. couche de glaçage 13.
La matière de la couche 11 et celle de la couche 12 peuvent être celles indiquées ci-des sus sous a.), b), c) et d). Dans ce cas, la ma tière céramique inconsistante sera une pâte fluide renfermant plus de 30% d'eau. Dans certains cas,
cette matière pourra renfermer moins de 20 % d'eau ou même être une pou- dre titrant de 5 à 7% d'eau.
Une fois recouverts des différentes cou ches désirées, les supports passent dans le dis positif d'affranchissement représenté aux fig. 4, 5 et 6. Celui-ci consiste en des paires de roulettes 23 à bord tranchant, montées sur des bras pivotants 24 soumis à l'action d'un ressort de traction 25. Ces roulettes prennent. appui contre les côtés des supports et affran chissent ainsi la matière qui a. débordé de la face supérieure 15 de chaque support.
Après l'opération d'affranchissement, les supports quittent le tronçon 16a pour être repris par le tronçon 16b exempt de pointes du transporteur (voir fi-. 7). Le tronçon 16b fonctionne à. une plus grande vitesse que celui 16a., de sorte que les supports 10 sont placés à une certaine distance les uns des autres sur ce tronçon 16b.
Les supports sont amenés alors à un dis positif ébarbeur comportant deux postes d'ébarbage identiques 26 et 27, chaque poste ébarbant à la fois sur deux côtés parallèles du support, les bords des couches 11, 12 et 13 à fleur des bords du support 10. Chaque poste comporte deux courroies 28 en caoutchouc montées sur des poulies 29 entraînées par un moteur non représenté. L'entraînement des courroies est tel que les faces 31 de celles-ci en regard l'une de l'autre (voir fig. 8) se dé placent en descendant.
Les supports 10 pas sent entre les deux courroies de chaque poste; entre chaque poste, les supports sont tournés d'un quart de tour. Ce mouvement de rotation est effectué grâce à un arrêt 32 dit pouce disposé près d'une des courroies 17 du trans porteur et sur lequel le support reste accroché un temps suffisant par un de ses côtés pour que par le déplacement que lui imprime le transporteur, il soit tourné d'environ 90 . Pour faciliter le passage des supports entre les courroies 31, celles-ci ont, en coupe horizon tale, la forme indiquée à grande échelle à la fig. 8. Cette forme leur est donnée par les poulies qui les portent..
Lors du passage des supports entre les courroies 31, l'excès de ma tière débordant du plan des bords des sup ports est enlevé par ébarbage. En outre, grâce au mouvement descendant des courroies, la couche 13 de glaçure est étirée vers le bas, de même que la couche 12. Cette action d'ébar bage agissant de haut en bas, c'est-à-dire de la couche 12 ou 13 vers le support 10, forme tus voile de glaçure sur les côtés des couches et améliore à haute température, quand la glaçure vitrifie, l'adhérence des couches au support près du point 14 (voir fig. 1) qui est, comme on l'a vu, le point de départ de l'enroulement.
Les courroies 31 sont nettoyées à l'aide de roulettes 33 entraînées à grande vitesse par des moteurs 30.
Au lieu du dispositif ébarbeur qui vient d'être décrit, on peut faire usage de l'appareil racleur représenté aux fig. 9 et 10. Celui-ci comporte quatre postes de raclage tels que celui représenté dans ces figures et entre les quels les supports sont tournés<B>-de</B> 90 dans leur plan. Chacun de ces postes comporte une paire de racleurs 34 en acier disposés oblique- ment par rapport au transporteur 16 pour les supports 10. Les racleurs 34 sont montés sur des bras 35 pivotants, soumis à l'action de ressorts de traction 36. Ces bras 35 sont pla cés sous la commande d'un jeu de leviers 37 et 38, dont le levier 38 porte, à son extrémité libre, une roulette 39 placée entre les cour roies du transporteur.
Cette roulette est. abais sée lorsqu'un support 1 0 passe sur elle; cet abaissement provoque, par l'intermédiaire des leviers 38 et 37 et contre l'action des ressorts 36, l'écartement des extrémités des bras 35, portant les racleurs 34. Une fois la roulette 39 libérée, ce qui a lieu lorsque le support 10 est entre les racleurs 34, ces derniers sont plaqués par l'action des ressorts 36 contre les bords du support et raclent l'excès de matière à fleur de ces bords. La position oblique des racleurs 34 donne à l'action de raclage une légère composante descendante, ce qui amé liore, comme indiqué précédemment., l'adhé rence des couches au support près du point 14 (fig. 1).
Chaque poste de raclage travaille sur plus de la. moitié de la longueur de deux côtés parallèles d'un support, de sorte qu'après avoir passé quatre postes, les quatre côtés des supports sont parfaitement raclés.
Après ébarbage ou raclage, les supports et les couches qu'ils portent passent au séchage et à la cuisson. Le séchage peut être effectué dans un tunnel chauffé par des lampes infra rouges.
Directement après le tunnel de séchage, les supports passent dans le four de cuisson qui peut être à chauffage par résistance élec triques disposées au-dessus des supports. Le transporteur qui fait passer les supports avec leurs couches à travers le séchoir et le four peut comporter un tronçon pour chacun de ces appareils.
Les objets cuits, puis refroidis, sont enle vés des supports. Ces derniers sont remis en circulation après avoir éventuellement été nettoyés. Les objets cuits peuvent, si néces saire, subir un finissage. Celui-ci petit consis ter en un brossage de leur face qui était pla cée en regard du support et en une rectifica tion de leurs côtés. Dans ce but, les objets cuits 12a. sont placés, comme représenté aux fig. 11 et 12, sur un tronçon<B>16e</B> du transpor teur constitué par deux courroies trapézoï dales lisses. Ces objets passent sur le tronçon 16d où leur face inférieure est. brossée par une brosse rotative 40. Pendant cette opéra tion, ils sont maintenus sur des rouleaux 41 par un ruban sans fin 42.
Ce brossage enlève de la face des objets qui étaient en regard des supports la matière de la. couche de sépa ration 11. Les objets passent. ensuite dans deux postes de meulage de leurs côtés en étant. portés par le dernier tronçon 16e du transporteur. Chacun de ces postes comprend un guide 43 et une paire de meules 44. Ces dernières peuvent être rapprochées ou éloi gnées l'une de l'autre à volonté à l'aide des vis 45 commandées par les volants 46. Ces vis agissent sur les supports 47 des meules 44; l'entraînement mécanique de ces dernières n'est pas représenté.
Entre les deux postes de meulage est. placé un arrêt 48 dit pouce analogue à celui 32 de la. fig. 7, faisant effec tuer un quart de tour aux objets 12a de ma nière que dans le deuxième poste de meulage, les objets soient rectifiés sur leurs deux côtés non meulés dans le premier poste. Les objets sont terminés en quittant le tronçon 16e.
De nombreuses modifications peuvent être apportées à l'installation qui vient d'être dé crite, notamment selon la nature des matières déposées sur le support. Par exemple, le bros sage peut être supprimé si la couche 11 de séparation n'est pas utilisée. Les trémies peu vent être remplacées par d'autres dispositifs selon la consistance des matières qu'elles doi vent déposer sur les supports: en particulier une ou plusieurs de ces matières peuvent être appliqués par projection à l'aide d'un courant d'air ou par étirage, par extrusion, etc. La matière, une fois déposée sur les supports, peut aussi subir une légère compression, par exemple si elle consiste en une poudre.
Les meules 44 peuvent être remplacées par des rubans à l'émeri, les brosses 40 par des jets de sable, etc.
Les objets obtenus comme il vient d'être décrit sont lisses sur leur face glacée. On a représenté aux fig. 13 et 14 un appareil de façonnage de la pâte avant cuisson, permet tant de fabriquer des carreaux rainurés sur leur face glacée.
Après avoir été ébarbés, les supports 10 et les couches qu'ils portent sont placés sur le tronçon 16f du transporteur. Ils passent successivement dans deux postes de façonnage entre lesquels. ils effectuent un quart de tour sous l'action de l'arrêt 49 analogue au pouce 32 ou 48 décrit. précédemment. Chaque poste de façonnage comprend un dispositif de gui dage 50 et deux disques tranchants 51 portés chacun à l'extrémité libre d'un bras 52 pivoté en 53 sur un support 54 et soumis à l'action d'un ressort de traction 55. L'écartement des disques 51 entre eux est réglable. Leur pro fondeur d'attaque dans les couches de matière déposées sur les supports peut également être réglable. Lorsque les supports passent sous le disques 51, la. matière qu'ils portent est in cisée en y formant des sillons.
Après avoir passé les deux postes, la matière présente quatre sillons rectilignes perpendiculaires deux à deux et divisant sa surface en neuf carrés. Selon le nombre des disques utilisés et leur écartement, on peut modifier la forme et le nombre des subdivisions de l'objet, de manière à obtenir des bandes, des .losanges, etc.
L'incision de sillons peut trouver une application importante lorsque les sillons sont. incisés à quelques millimètres des bords de l'objet et à fine profondeur suffisante pour qu'après cuisson, les marges ainsi formées puissent être détachées en laissant une cas sure franche. De cette façon, les dimensions des objets obtenus ne dépendront plus des dimensions des supports, mais de l'écartement des disques tranchants 51; les pertes par dé chets seront diminuées; si nécessaire, les objets pourront être encore légèrement meulés sur leurs bords.
En outre, la pression exercée par les disques et l'entraînement de la ma tière de la couche de glaçage jusqu'au fond des sillons, améliorera l'adhésion des couches aux supports aux endroits voisins des sillons. Le soulèvement des couches sur leur périphé- rie sera ainsi mieiLx entravé. On pourra aussi couper la matière déposée sur un même sup port, en plusieurs morceaux, selon des fentes dont le plan est perpendiculaire à la face du support et s'étendant jusqu'à celui-ci, de sorte qu'après cuisson on obtiendra plusieurs objets séparés.
Tous ces résultats ne peuvent être obtenus évidemment que si la contraction horizontale des lamelles céramiques est prati quement nulle, comme le procédé décrit per met de le réaliser.
Au lieu d'utiliser l'appareil représenté aux fig. 13 et 14, on peut façonner les sillons à l'aide de minces jets d'un fluide (liquide ou gaz) sous pression, dirigé contre la matière inconsistante, en particulier lorsque celle-ci est pulvérulente. On obtient ainsi des sillons très réguliers, comme le montre l'expérience.
En général, on utilise des supports poreux, mais on peut utiliser des supports compacts en les .chauffant pendant ou avant le façon nage pour déterminer l'évaporation de l'eau de la matière qui y est déposée et rendre ainsi possible la formation d'une couche de matière suffisamment épaisse sur le support.
Process for manufacturing lamelliform ceramic objects. There are known methods of manufacturing lamelliform ceramic objects. such as tiles, plates, etc., which consist in covering a fire-resistant support with one or several layers of inconsistent, raw ceramic material (which can be in the form of a paste, powder or even a thick liquid), then heating the support and the layer or layers ctuu'il carries to transform by firing the inconsistent ceramic material into a solid body.
Said support can first of all receive a separating layer which, after heating, will facilitate the detachment of the fired object from the mold, then a layer of raw ceramic material on which one can also optionally apply a layer of glaze, these two last layers transform during heating into a solid object.
One of the difficulties encountered in such fabrications is due to the shrinkage of the ceramic material during its drying and firing. This withdrawal is exerted in the three dimensions and in proportion to them if it is not hindered; the baked object will have. therefore neither the same shape nor the same dimensions as its raw material blank.
Contrary to popular belief in ceramics, it has been found that instead of trying to avoid slippage, curling and breakage by facilitating shrinkage in the direction of the large dimensions of the object, one can re Solve the problem of withdrawal in a seemingly paradoxical way while completely avoiding this withdrawal. To achieve this, it is necessary to produce, between the layer of ceramic product during manufacture and the support on which it is placed, sufficient adhesion to oppose the tensile forces and to achieve sufficient cohesion in the paste, to avoid breaks or deformations in the object.
Theoretical considerations and the many experiments made in this connection have. proved that this result can be obtained, due to the fact that the shrinkage <B> - </B> by the mentioned adhesion and cohesion and by firing in the state of tension determined by these forces - instead of . exercise in the three dimensions, no longer be exercised in one (in the direction of the height), so that the total decrease in volume of the object remains the same as that obtained if the contraction was free in all the senses.
The subject of the present invention is therefore a process for the manufacture of laminated ceramic objects, such as tiles, plaques, -etc., In which a fire-resistant support is covered with at least one layer of an inconsistent ceramic material. , then the support and the material it carries are heated to transform the latter by firing into a solid body.
This process is characterized in that one chooses the composition of the inconsistent material deposited on the support and the nature of the latter such that, on the one hand, during the cooking period, during which the temperature increases. in said material, the cohesion of the particles thereof with one another and the adhesion of the material to the support.
are large enough so that the treatment to which the ceramic material undergoes during its firing practically does not. a reduction in the thickness of the layer of material deposited on the support, so that there is no slip between this layer and the support and, on the other hand, that at least at at the end of the cooling period, said adhesion is sufficiently weak to allow the solid object obtained to be easily detached from the support.
The fact that no slipping occurs between the ceramic material and the support during firing does. that the fired object covers the same surface of the support as the unconsistent raw ceramic material, before firing. It is therefore possible to obtain baked lamelliform objects, the shape and dimensions of the large faces of which are exactly the same as the shape and. the dimensions of the face of the supports on which the primitive raw material has been deposited. This allows for uniform production and avoids waste.
The drawing ei-anne., Çé illustrates the process and represents, by way of example, an installation for the implementation thereof.
Fig. 1 of the accompanying drawing is a partial view, in vertical section, of a ceramics product during manufacture and of its support.
Fig. 2 is an explanatory diagram.
Figs. 3 to 14 show the installation for carrying out the method of the invention, allowing the. manufacture of ceramic tiles with a very small thickness of 1 to, 6 mm. Fig. 3 is an elevational view of a conveyor for the supports and of the material distribution hoppers on these supports.
Figs. 4, 5 and 6 show, in plan, -in elevator and in cross section along the line VI-VI of FIG. 4, a device for franking the edges of the material deposited on the supports. Fig. 7 is an elevational view of a deburring device.
Fig. 8 is a view on a large scale and in horizontal section of part of this positive deburrer device.
Figs. 9 and 10 are respectively an elevational view and a plan view of a scraper apparatus which can replace the deburring device mentioned above.
Figs. 11 and 12 are respectively. an elevation view and a plan view of a post-fired tile finishing apparatus. Figs. <B> la '</B> and 1-_l are an elevation view and a plan view, respectively, of a dough forming apparatus, before firing, for the manufacture of grooved tiles. With reference to the. fig. 1, a support 10 of a fire resistant material is covered with a separating layer 11.
On this layer is deposited a layer 12, of an inconsistent ceramic material, for example pasty, which, during firing, will change. into a solid body. Finally, on the layer 12 is still deposited a layer 13 of glaze, which will also be transformed (vitrified) during the firing. When this support. and the layers it wears are dried, then reheated, and as the baking begins, there occurs, if no special measures are taken, a shrinkage in layers 12 and 13 and -He slip in layer 11 of separation .
If this sliding is completely free, it simply produces a reduction in the size of the object; if this sliding is not completely free, the withdrawal tends to cause the edge of layers 12 and 13 to rise at point 14.
In the usual production processes, in order to allow the shrinkage to act, therefore,. the layer 11 has a consistency such as to allow easy sliding between the support 10 and the layer 12, but this sliding, due to the considerable friction which is exerted on such a large contact surface, rarely takes place on a regular basis and consistency of manufacture is not assured. In the pastes forming the layer 12, of raw ceramic material of usual compositions (containing clay components, such as clay, kaolin, bentonite), it indeed occurs. during heating (around 500 C) a more or less sudden contraction by the dissociation of the kaolin molecule.
As this contraction is hindered, it gives rise to considerable forces in layer 12. The intensity of these efforts is. proportional to the size of the material in the direction in which they are exerted. Like the withdrawal. is not prevented in the direction perpendicular to the face 1.5 of the support 10, the forces created by the withdrawal are exerted in planes parallel to this face and they increase from the upper surface of the layer 13 to. the lower surface of the layer 12, as shown in FIG. 1. They will be all the more intense in the vicinity of the latter surface as the shrinkage is strong. and the hindrance to the greater traction.
All these forces determine in each infinitesimal element in layers <B> 12 </B> and 13, a bending moment. The sum of these bending moments is equal to the resultant R of all these forces multi folded by the. distance in which is half of the total thickness s of layers 12 and 13. It is these bending moments which determine the uplift at point 14, if the slip in the. layer 11 is not free, because at the edge of the layers cohesion exists only on the side iin. For the same reason, when this uplift has started, it moves from the edge to the inside.
The forces created by the tendency to shrinkage can also determine breaks in the layers 12 and 13 if they exceed the cohesive force of the constituent particles of these layers.
To the. contact surface between the separation layer 11 and the layer 12, the internal forces can be represented by the vector 6. The opposing forces. these forces are those due to the cohesion of the constituent particles of the layer 12 between them and, to the adhesion of the layer 12 to the layer 11; these forces due to cohesion and adhesion are represented by the vector a, _i, in the opposite direction to the vector 6.
If the numerical value of 6 is greater than that of ac +: @ there will be a slip of layer 12 relative. to the. layer 11 .; if the. numerical value of the moment. Rnn is. greater than 1 / .1 of the numerical value of a @ + a, there will be lifting of the layer 12 at its edges; if the numerical value of a is. smaller than that of a @ a, there will be no slip, but there may be breaks in layer 12. If 6 is. smaller than the cohesion between the particles of layer 12, no breaks will occur in this layer.
Fig. 2 represents a diagram in which the path traveled by a support, from its entry into the cooking tunnel oven until its complete cooling, is plotted in meters on the abscissa; the temperature of the support and the layers is plotted in centigrade sandstones on the left ordinate and the value Rm expressed in kg / cm and defined above is plotted on the right ordinate. This diagram shows what must be the relations between the values Rm and <I> in </I> function of the temperature so that the shrinkage is practically compensated by a decrease in the thickness of the layer of ceramic material and so that 'at the end of cooking, the fired object can easily be detached from its support.
We see in this diagram that the value of <B> a, + ,, </B> remains greater than that of 4 Rm until the cooking is finished, while at the end of the key period cooling the force 6, + ,, is. less than Rn2, which allows the object to be detached from its support. Indeed, the curve of the bending moments Rm and that of the cohesion and adhesion forces <B> a, + ,, </B> intersect at P, after the maximum T of the baking temperature curve has been achieved.
If the separating layer 11 is removed, its action is replaced by the conditions prevailing at the contact surface of the layer 12 with the support 10. In this case, the chemical composition and the consistency of the support are of importance. essential. The chemical composition of the support must be such as to avoid a combination with the paste deposited on it, otherwise, as a result of the baking, the strip would form an integral part of the support. In addition, the consistency and coefficient of expansion of the support must. promote the detachment of the strip at the end of cooking.
As for the dough of layer 12, it must be composed so as to stick to the support during the first part of the cooking, that is to say to replace the action of the separating layer at the contact surface. .
The experiments carried out have shown that, in order to achieve the above conditions, account must be taken, essentially, in the composition of the raw doughs: a) of the sticking effect (cohesion and adhesion) of certain components, b) of the shrinkage in volume, c) granulation. For the same sticky action and the same percentage of adhesives, the cohesion and adhesion increase with the fineness of the grains agglomerated by the binder; the draft also grows with this fineness, as well as with the percentage of volatile components (water, carbonic acid, etc.) contained in the mixture. To obtain force diagrams like the one in fig. 2, these factors should be chosen and dosed, therefore, in a timely manner.
The best results are obtained by reducing to a minimum the tendency to shrinkage in the dough (layer 12), as also in the separating layer 11, since the forces a (and consequently R) are proportional to this tendency. The tendency to curl, determined by the magnitude of R, will also decrease with decreasing tendency to shrink. Cohesion and adhesion being the two factors which determine the slip resistance, layers 12 and 11 must be made with a sufficient percentage of glue.
It is clear that the two factors: cohesion and minimum shrinkage, are contradictory, since sticky materials (colloidal, fatty) have, by their nature, a considerable contraction. The problem is solved by the adequate grinding of the components and by a rational distribution of the colloidal components. In this way, mixtures are obtained with a very high percentage of lean matter, and consequently inexpensive, the percentage of mineral adhesive being minimal.
It should be noted, in this regard, that these glues should not have the same chemical-physical character in the separation layer 11 and in the paste of the layer 12. The diameter of FIG. 2 indeed shows that when the dough begins to. soften (at 800 C approximately in the example below) and that the effects of capillarity occur on the face, the layer 11 must have a sufficient consistency to prevent that not only.
the sipe remains air-tight. support. during the heating period, but that the surface tension of the dough which has become soft at high temperature does not lift the blade at its edges, also towards the end of this period.
Experience has shown that the best results are obtained by adjusting the composition, the grinding, the particle size and the proportioning of the grains, so as to obtain in the separation layer a capillary action considerably greater than that involved. in the dough, that is to say by pushing the surface forces to the maximum, so that, in comparison with these, the cohesion takes a back seat.
In the zone of the temperature. higher, where even the colloid of the separating layer has lost its tackiness, the vitrifiable components of the. paste and enamel have become fluid, capillarity is reduced in the lamella, and the adhesion of layer 11, even reduced, is sufficient. This obviously presupposes a precise study of the fluidity of the components involved and their melting intervals in relation to the dehydration temperature of the separation layer 11.
Here is, by way of example, what may be the chemical and physi c characteristics, on the one hand, of the layer of raw dough and, on the other hand, of the. separation layer so that the shrinkage is felt only in the direction of the thickness of these layers and not according to their other two dimensions (per pendieul.aires to their thickness), and. so that after cooking to. a temperature of about 950 C, the object.
lamelliform can be easily detached from its support cc) Composition of the non-aqueous part of the inconsistent raw paste
EMI0005.0003
Kaolin <SEP> 8.5%
<tb> Talc <SEP> <B> 7.50 / 0 </B>
<tb> Debris <SEP> of <SEP> glass <SEP> 35.4%
<tb> Other <SEP> lean <SEP> materials <SEP> (sand,
<tb> debris <SEP> of <SEP> porcelain, <SEP> etc.) <SEP> 48.0%
<tb> Bentonite <SEP> 0.5%
<tb> <SEP> sodium <SEP> <SEP> 0.10 / 0 b) Preparation of the raw dough:
Introduced into a roller bro @ -eur drum, 180 cm key diameter and 180 cm long: 900 kg of the. dry matter indicated under a) above (the grains of the materials may be less than 1 mm in diameter), 1260 kg of flint pebbles and 7,350 liters of water. We grind for about 20 hours and rotate the grinder between 80 and <B> 1.00 </B> revolutions / minute.
c) Composition of the non-aqueous part of the separation layer:
EMI0005.0008
Clay <SEP> plastic <SEP> 270/0
<tb> Limestone <SEP> in <SEP> powder <SEP> 72.65%
<tb> Bentonite <SEP> peptized <SEP> 0.211 / o
<tb> Pyrophosphate <SEP> of <SEP> sodium <SEP> 0.151 / od) Preparation of the material of the separation layer A drum mill of 60 cm in diameter and 60 cm in length is filled with 30 kg of the material dryer indicated under c) above, 42 kg of flint pebbles and 150 liters of water. We grind during. Around 22 hours, turning the mill between 120 and 150 revolutions / minute.
The supports may be ceramic material (inorganic non-metallic) or metallic material, or a mixture of metallic particles and ceramic material, porous or compact.
The installation shown in the drawing com takes a conveyor generally designated by 7.6, in several sections, one of which, 16a, passes below the distribution hoppers. These various sections can circulate at different speeds. The section 16a is formed by two trapezoidal belts 17 provided with metal spikes 18 (see Figs. 5 and 6). The supports 10 are placed end to end on the tips of these belts, so as to constitute a practically continuous surface and they move in the direction of arrow 19 (fig. 3).
They pass. thus below three hoppers 20, 21 and 22, the first distributing the material of the separation layer 11, 1a. second the inconstant ceramic material forming the layer 12 and the third the material of the. icing layer 13.
The material of the layer 11 and that of the layer 12 may be those indicated above under a.), B), c) and d). In this case, the inconsistent ceramic material will be a fluid paste containing more than 30% water. In some cases,
this material may contain less than 20% water or even be a powder containing 5 to 7% water.
Once covered with the various layers desired, the supports pass through the franking device shown in FIGS. 4, 5 and 6. This consists of pairs of wheels 23 with a sharp edge, mounted on pivoting arms 24 subjected to the action of a tension spring 25. These rollers take. support against the sides of the supports and thus frees the material which has. projecting beyond the upper face 15 of each support.
After the franking operation, the supports leave the section 16a to be taken up by the section 16b free from the conveyor spikes (see fig. 7). Section 16b runs at. a greater speed than that 16a., so that the supports 10 are placed at a certain distance from each other on this section 16b.
The supports are then brought to a positive deburring device comprising two identical deburring stations 26 and 27, each station deburring both on two parallel sides of the support, the edges of the layers 11, 12 and 13 flush with the edges of the support 10 Each station has two rubber belts 28 mounted on pulleys 29 driven by a motor, not shown. The driving of the belts is such that the faces 31 thereof facing each other (see FIG. 8) move downward.
The 10-step supports feel between the two belts of each station; between each station, the supports are turned a quarter of a turn. This rotational movement is carried out thanks to a stop 32 called a thumb placed near one of the belts 17 of the carrier conveyor and on which the support remains hooked for a sufficient time by one of its sides so that by the displacement imparted to it by the conveyor, it is rotated about 90. To facilitate the passage of the supports between the belts 31, these have, in horizontal section, the shape shown on a large scale in FIG. 8. This shape is given to them by the pulleys which carry them.
During the passage of the supports between the belts 31, the excess material projecting beyond the plane of the edges of the supports is removed by burring. Furthermore, thanks to the downward movement of the belts, the layer 13 of glaze is stretched downwards, as is the layer 12. This deburring action acting from top to bottom, that is to say of the layer. 12 or 13 towards the support 10, forms a veil of glaze on the sides of the layers and improves at high temperature, when the glaze vitrifies, the adhesion of the layers to the support near point 14 (see fig. 1) which is, as as we have seen, the starting point of the winding.
The belts 31 are cleaned using rollers 33 driven at high speed by motors 30.
Instead of the deburring device which has just been described, use can be made of the scraper apparatus shown in FIGS. 9 and 10. This comprises four scraping stations such as that shown in these figures and between which the supports are turned <B> -de </B> 90 in their plane. Each of these stations comprises a pair of steel scrapers 34 disposed obliquely with respect to the conveyor 16 for the supports 10. The scrapers 34 are mounted on pivoting arms 35, subjected to the action of tension springs 36. These arms 35 are placed under the control of a set of levers 37 and 38, the lever 38 of which carries, at its free end, a roller 39 placed between the belts of the conveyor.
This roulette is. lowered when a support 1 0 passes over it; this lowering causes, by means of the levers 38 and 37 and against the action of the springs 36, the separation of the ends of the arms 35, carrying the scrapers 34. Once the roller 39 has been released, which takes place when the support 10 is between the scrapers 34, the latter are pressed by the action of the springs 36 against the edges of the support and scrape the excess material flush with these edges. The oblique position of the scrapers 34 gives the scraping action a slight downward component, which improves, as previously indicated, the adhesion of the layers to the support near point 14 (Fig. 1).
Each scraping station works on more than the. half the length of two parallel sides of a bracket, so that after passing four posts, all four sides of the brackets are perfectly scraped.
After deburring or scraping, the supports and the layers which they carry pass to drying and cooking. The drying can be carried out in a tunnel heated by infrared lamps.
Directly after the drying tunnel, the supports pass into the baking oven, which can be heated by electric resistance arranged above the supports. The conveyor which passes the supports with their layers through the dryer and the oven may include a section for each of these devices.
The cooked and then cooled objects are removed from the supports. These are put back into circulation after having possibly been cleaned. Baked objects can, if necessary, undergo a finishing. This small consists of brushing their face which was placed facing the support and rectifying their sides. For this purpose, the baked objects 12a. are placed, as shown in fig. 11 and 12, on a <B> 16th </B> section of the conveyor made up of two smooth trapezoidal belts. These objects pass over the section 16d where their lower face is. brushed by a rotating brush 40. During this operation, they are maintained on rollers 41 by an endless ribbon 42.
This brushing removes from the face of the objects which were opposite the supports the material of the. separation layer 11. Objects pass. then in two grinding stations on their sides being. carried by the last 16th section of the transporter. Each of these stations comprises a guide 43 and a pair of grinding wheels 44. The latter can be moved closer to or removed from each other at will using screws 45 controlled by the handwheels 46. These screws act on the wheels. supports 47 of the grinding wheels 44; the mechanical drive of the latter is not shown.
Between the two grinding stations is. placed a stop 48 said inch similar to that 32 of the. fig. 7, effecting a quarter turn of the objects 12a so that in the second grinding station, the objects are ground on their two unground sides in the first station. The objects are completed when leaving the 16th section.
Numerous modifications can be made to the installation which has just been described, in particular depending on the nature of the materials deposited on the support. For example, the bros sage can be removed if the separation layer 11 is not used. The hoppers can be replaced by other devices depending on the consistency of the materials they have to deposit on the supports: in particular one or more of these materials can be applied by spraying using a current of air. or by stretching, extrusion, etc. The material, once deposited on the supports, can also undergo a slight compression, for example if it consists of a powder.
The grinding wheels 44 can be replaced by emery ribbons, the brushes 40 by sand jets, etc.
The objects obtained as just described are smooth on their icy side. There is shown in FIGS. 13 and 14 an apparatus for shaping the dough before baking, allows both to manufacture grooved tiles on their glazed face.
After having been deburred, the supports 10 and the layers which they carry are placed on the section 16f of the conveyor. They pass successively in two shaping stations between which. they perform a quarter turn under the action of the stop 49 similar to the thumb 32 or 48 described. previously. Each shaping station comprises a guiding device 50 and two cutting discs 51 each carried at the free end of an arm 52 pivoted at 53 on a support 54 and subjected to the action of a tension spring 55. L The spacing of the discs 51 between them is adjustable. Their depth of attack in the layers of material deposited on the supports can also be adjustable. When the supports pass under the disc 51, the. material which they carry is incised by forming furrows therein.
After having passed the two stations, the material presents four rectilinear grooves perpendicular two by two and dividing its surface into nine squares. Depending on the number of disks used and their spacing, the shape and number of subdivisions of the object can be modified, so as to obtain bands, .losanges, etc.
The groove incision can find an important application where the grooves are. incised a few millimeters from the edges of the object and at a fine sufficient depth so that after firing, the margins thus formed can be detached, leaving a clear safe case. In this way, the dimensions of the objects obtained will no longer depend on the dimensions of the supports, but on the spacing of the cutting discs 51; losses through waste will be reduced; if necessary, the objects can still be lightly grinded on their edges.
In addition, the pressure exerted by the discs and the entrainment of the material from the icing layer to the bottom of the grooves will improve the adhesion of the layers to the supports in the places adjacent to the grooves. The lifting of the layers on their periphery will thus be hindered. We can also cut the material deposited on the same support, into several pieces, according to slots whose plane is perpendicular to the face of the support and extending to the latter, so that after firing we will obtain several separate objects.
All these results can obviously only be obtained if the horizontal contraction of the ceramic lamellae is practically zero, as the method described makes it possible to achieve it.
Instead of using the apparatus shown in fig. 13 and 14, the grooves can be shaped using thin jets of a fluid (liquid or gas) under pressure, directed against the inconsistent material, in particular when the latter is powdery. Very regular furrows are thus obtained, as experience shows.
In general, porous supports are used, but compact supports can be used by heating them during or before swimming to determine the evaporation of water from the material deposited thereon and thus make possible the formation of. a sufficiently thick layer of material on the support.