RÚcipient en verre et procÚdÚ pour sa fabrication.
Certains types de récipients en verre, des cipient en verre, caractérisé en ce qu'il présente ampoules ou des fioles, par exemple, présen-une aire localisée, revêtue d'une matière futent une extrémité par laquelle ils sont ren-sible solidifiée, cette matière étant unie au plis et qui est fermée par la suite par fusion, verre par fusion et présentant un coefficient à la flamme. Une telle fermeture assure de dilatation supérieur à celui du verre, de l'étanchéité absolue du récipient et la parfaite sorte qu'une foree initiale est engendrée à protection du contenu de ce dernier, qui ne proximité de ladite aire localisée, cette force peut pas s'évaporer ni être contaminé.
Pour étant inférieure à la force nécessaire pour vider le récipient, lorsqu'il s'agit d'une am-effectuer la rupture complète du verre. poule par exemple, on brise généralement le L'invention comprend également un procol de ce dernier, après avoir pratiqué dans cédé pour la fabrication dudit récipient, ca- le col une encoche transversale a l'aide d'uneractérisé en ce qu'on chauffe le verre revêtu lime, pour augmenter la fragilité du verre à température de recuit, cette température le long de cette encoche. On casse alors le col étant supérieure à la température de fusion en tenant le récipient de part et d'autre de de la matière de revêtement, en ce qu'on recette encoche et en exerçant une flexion sur froidit ensuite le verre, le revêtement étant le récipient.
Cette manière de procéder pré-ainsi soudé au verre et la force initiale sussente l'inconvénient de nécessiter un outil, dite engendrée pendant le refroidissement.
Dans certains cas, il est très difficile de pro-Dans le récipient objet de l'invention, céder à cette ouverture qui peut même entrai-la fragilité de l'aire localisée du récipient est ner le bris de l'ampoule. augmentée du fait de l'application d'une ma
On a également proposé d'affaiblir le ré-tiere déterminée sur une relativement petite cipient en créant des tensions internes dans aire du récipient ou selon la ligne tracée sur le verre en un point déterminé de ce dernier, ce dernier, cette matière étant fondue sur généralement au moyen d'un outil froid la paroi du récipient de manière à lier de amené au contact du verre pendant que cefaçon intime la matière de revêtement et le dernier est à une température relativement verre,
et étant choisie de manière à présenter élevée. Le danger que présentent les réci-un coefficient de contraction différent de ce pients de ce genre provient de ce que la rup-lui du verre ou une expansion thermique toture accidentelle, à] a suite d'un changement tale plus grande que celle du verre. brusque de température ou d'un choc, peut se On a observé expérimentalement que le produire facilement, à moins que le degré degré de fragilité du verre peut être cond'affaiblissement puisse être parfaitemellt trôlé en modifiant le type de revêtement, la contrôlé.
résistance à la rupture de la section fragile
La présente invention a pour objet un ré-pouvant en effet être augmentée ou diminuée selon la différence d'expansion ou de contraction du matériel de revêtement et du verre du récipient. Il est de ce fait important de choisir le revêtement de manière qu'une dif férence déterminée entre la contraction du verre et celle du revêtement soit obtenue.
Le revêtement appliqué sur le récipient est choisi, de préférence, de manière à former, en outre, une marque visible sur le verre, par exemple par coloration, ou le contour apparent de l'aire du récipient pour indiquer à quel point du récipient la pression doit être appliquée pour effectuer la rupture.
Le dessin représente, à titre d'exemples, différentes formes d'exécution du récipient objet de l'invention.
La fig. 1 représente une ampoule scellée pourvue d'un revêtement contrastant appliqué sur une petite aire de sa paroi.
La fig. 2 représente une variante dans laquelle le revêtement est appliqué selon une ligne.
La fig. 3 représente une fiole scellée destinée à la conservation de ligatures et sur laquelle le revêtement est également appliqué selon une ligne.
La fig. 4 représente une ampoule à col rétréci.
Dans une forme d'exécution de l'invention, une fritte de composition déterminée dont le coefficient de contraction a été déterminé, est employée. Cette fritte est, par exemple, du groupe comprenant les borosilicates de plomb, de sodium, de potassium ou de lithium. Cette fritte est finement broyée et mélangée avec un support constitué par exemple par un mélange de différentes huiles.
Pour rendre visible la position de l'aire fragile du récipient, le matériel de revêtement comprend de préférence un colorant, un sel de cobalt, de chrome, de titane, d'antimoine par exemple. Le revêtement peut cependant également être de la même couleur que le réeipient, l'aire de plus grande fragilité étant rendue apparente par le contour du revêtement. Une fois le revêtement appliqué sur le récipient, le verre et la ma- tière de revêtement sont chauffés jusqu'à une température qui soit suffisamment élevée pour provoquer la fusion de la fritte, mais qui soit cependant inférieure à la tem- pérature de fusion du verre. Lors de la fu- sion de la fritte sur le verre, il se produit une certaine interpénétration du revêtement et du verre.
Lors du refroidissement, le revêtement se solidifie et adhère de façon parfaitement intime a. vee le récipient. Généralement, le point de ramollissement du revêtement est compris entre 450 et 600 C environ.
Par point de ramollissements, on entend la température correspondant au maximum de la courbe dilatation/température, détermi- née au moyen d'un interferomètre. Les tem- pératures de fusion nécessaires pour lier le revêtement et le verre sont plus élevées et sont comprises entre 500 et 600 C environ.
Etant donné que le revêtement et le verre sont choisis de manière que leur dilatation diffère l'une de l'autre, l'un des matériaux se contracte de façon plus marquée que l'au- tre, lors du refroidissement. Il en résulte, qu'après refroidissement, le matériel ayant le plus grand coefficient de contraction (le revêtement.) est placé sous tension. La différence de contraction du revêtement et du verre peut être déterminée de façon que la charge de rupture du matériel soit dépassée à] a suite d'une légère surpression et qu'il en résulte une rupture.
On a observé que les ruptures accidentelles à la suite de chocs on de différences de température, qui se produisent facilement pour les récipients présen- tant un point faible obtenu par trempe loca lisée du verre, sont beaucoup moins fréquentes, si ce n'est entièrement supprimées, pour les récipients tels que décrits.
Comme indiqué ci-dessus, la composition du revêtement doit être déterminée en fonetion de celle du verre sur lequel il est employé. Les compositions de différents verres et de revêtements suseeptibles d'être employés pour ces verres sont données ci-dessous, à titre d'exemples, ainsi que les résultats d'essais réalisés au moyen de récipients en ces différents verres dont une petite aire était revêtue d'un de ces revêtements.
Verres (A) (B) (C) (D) (E) % % % % %
SiOz 74,7 65,2 67,7 - 68,3 B203 9, 665,01,5-2,2
Al2O3 5,6 2,4 2,8 18,0 2, 0
ZnO 0, 1 5,4 - 10,0 6, 8 MgO-1, 64, 0-0, 1
CaO 0, 9 2, 6 5,6 - 5,7
Na20 6, 4 9,1 15,2 - 14,5
K2O 0,50,8],3-0,4 Sb205 0, 009 0, 6---
Fe'-103-3, 3
MnO - 4,0 - -
BaO 2,2 - 1,9 -
P2O5 - - - 72,0
As2O5 0,
027---
Coefficient de
dilatation 50 X 10 7 69 X 10-792 X 10-759 X 10-7 88 X 10-7
Température de
ramollissement 653 C 612 C 590 C 675 C 600 C
Température de
recuit 575 C 548¯C 520¯C 605¯C 536¯ C
Revêtements :
(a) (b)
% % SiO2 28, 2 27, 0
B203 4, 2 2, 9 AOg1,340,84
TiO2 12,5
ZnO-2, 3
PbO 49,2 50, 5
CaO + MgO 0,16 0, 17
Na2O 2, 9 1, 08
K2O 0, 19 0, 22
Li2O 0,73
S-0, 89
Cr2O3 - 5,6
C0O - 1, 2
CdO - 7, 2
As2O5 0,58 0, 1
Sb2O5 - 0,1
Coefficient de
dilatation 86 X 10 -7 73 X 10 -7
Température de
ramollissement463 C484 C
Un troisième revêtement constitué par du chlorure de plomp (74, 5% de plomb et 25, 5% de chlore) a également été essayé sur les verres indiqués ci-dessus ; ce revêtement porte par la suite la référence (c).
Ce chlo- rure de plomb se ramollit à une température @ de 501 C et a un coefficient de dilatation difficile à déterminer que l'on sait être relativement élevé. Des expériences ont montré que ce matériel avait un coefficient de dilatation thermique linéaire d'environ 298 X 10 -7
par degré C dans un domaine de température
compris entre la température normale et
300 C.
Dans le cas du verre (A) revÛtu du revÛtement (a), le coefficient de dilatation du verre, par C et pour des températures normales, est de 0, 000005, alors que celui du revêtement est de 0, 0000086. La température de ramollissement du verre est de 653 C, celle
du revêtement de 463 C. Le verre muni du
revêtement est chauffé jusqu'à température
de recuit du verre (575 C), température à laquelle-le reveetement¯tond, ¯maiµ¯-pour-la- quelle il ne se produit pas de déformation dans le verre proprement dit qui constitue le récipient.
Le verre pourvu du revêtement est alors laissé refroidir et lorsque la température s'est abaissée jusqu'à environ 460 C, le matériel de revêtement est alorsencoremou ; si le refroidissement est poursuivi, le revêtement devient rigide à environ 430 C. Lorsqu'on atteint cette température, le revêtement est lié de façon intime au verre et doit de ce fait s'adapter aux dimensions de ce dernier. En poursuivant le refroidissement, des tensions commencent à se développer du fait de la différence de contraction du revêtement et du verre. Dans ce domaine de température, le verre constituant le récipient présente un coefficient de contraction qui est sensiblement constant, le revêtement présen- tant, par contre, un coefficient de contraction qui varie avec la température.
Le coefficient de contraction du revêtement dans ce domaine de température est plus grand que le coefficient de contraction du récipient. Le refroidissement se poursuit et l'ensemble atteint une température pour laquelle le revê- tement présente également un coefficient de contraction constant, mais lorsque cette tem- pérature est atteinte, le revêtement a déjà subi une contraction plus marquée que le récipient. Cette différence dans la contraction du récipient et du revêtement provoque la formation de tensions entre le revêtement et le verre, la direction de ces tensions étant telle qu'il se produit une mise sous tension de traction du revêtement.
Les tensions en- t, endrées dans le revêtement contribuent à provoquer la rupture de récipient lorsqu'une contrainte additionnelle de flexion est appliquée sur le récipient, en vue de l'ouverture de ce dernier.
Le verre situé directement sous le revêtement se trouve à l'état comprimé. L'analyse de la répartition des tensions montre cepen- dant que la zone immédiatement à l'extérieur du contour du revêtement se trouve également dans un état de tension de traction. Ces contraintes de traction localisées dans le verre peuvent servir d'amorce pour la rupture du récipient lorsqu'une contrainte additionnelle est appliquée. Cela explique pourquoi la rupture se produit parfois le long du revêtement.
Lorsqu'une contrainte extérieure est appliquée à la paroi de verre et au revêtement, de manière à provoquer une tension de traction supplémentaire dans le revêtement, une rupture se produit au point où la tension de traction totale dépasse en premier lieu la charge de rupture du matériel. Si ce point se trouve dans le revêtement lui-même, la fissure prend naissance sur la surface du revêtement et se propage par l'intermédiaire de ce dernier jusque dans le verre. En général, le point de moins grande résistance se trouve dans le verre dans la zone qui borde l'aire sur la- quelle est appliqué le revêtement. Pour cette raison, la cassure se produit en général à la limite du revêtement.
Le revêtement (a) devient rigide à environ 430 C. Lors du refroidissement de cette température, à la température normale, le matériel en question se contracte d'environ 45 microns par em. Le verre (. l) se contracte par contre d'environ 20 microns par em, lors de son refroidissement de 430 C à la température normale. Il en résulte que si le revêtement (a) est fondu sur la surface du verre
(A) et qu'on laisse le tout refroidir jusqu'à la température normale, la contraction du revêtement est d'environ 1g9. 5 lo plus marquée que celle du verre.
Il a été observé que ce revêtement (a) produit un affaiblissement déterminé lorsqu'il est fondu sur le verre
(A). La force de flexion nécessaire pour provoquer la rupture du verre est d'environ 58 /o plus petite lorsque le revêtement (a) est employé que lorsque le verre est nu.
Le verre (D) a un coefficient de dilatation thermique de 0, 0000059 par C et lors du refroidissement de 4300 C'à la température normale, il. se contracte d'environ 24 microns par em. Il en résulte que lorsqu'm revête- ment du type (a) est fondu sur le verre (D) et que l'ensemble est laissé refroidir jusqu'à la température normale, le revêtement se eon tracte de 88 /o plus que le verre. On a observé qu'avec le verre (D) pourvu d'un revêtement (a) la force de flexion nécessaire pour provoquer la rupture est réduite de 44"/o par rapport à celle qui est nécessaire pour assurer la rupture du verre nu.
Le revêtement (t) devient rigide à environ 450" Ca, le refroidissement de cette tempe- rature à la température normale provoque une contraction d'environ 38 microns par cm.
Le verre (B) se contracte d'environ 30 microns par em, lors de son refroidissement de 450 C à la température normale. De ce fait, lorsque le revêtement (b) est fondu sur le verre (B) et que l'ensemble obtenu est laissé refroidir jusqu'à la température ambiante, le revêtement se contracte de 27 /o plus que le verre. Des essais ont montré que la rupture du verre du type (B) revêtu du revêtement ( !)) nécessitait une charge de 15"/o plus faible que celle nécessaire pour provoquer la rupture du verre nu.
Le verre du type (E) a un coefficient de dilatation de 0, 0000088 par 13 C et subit une contraction d'environ 36 microns par em. Lors de son refroidissement de 450O C à la tempé- rature normale. De ce fait. lorsque le revêtement (a) est coulé sur le verre (E) et que l'en- semble est laissé refroidir jusqu'à la température ambiante, le revêtement se contracte de 25 /o plus que le verre. Des essais ont montré que la ruptureduverre (E) revêtudnunrevête ment (a) était obtenue pour une charge de 11 /o plus petite que celle nécessaire à la rupture du verre (E) nu.
A la suite d'une série d'essais, on a pu observer qu'il était nécessaire d'obtenir un affaiblissement. minimum déterminé pour que la rupture soit obtenue facilement et de faqon certaine lorsqu'un effort est exercé sur le récipient, sans risques cependant de le briser ou de le détériorer de façon excessive.
Ce degré d'affaiblissement minimum semble être atteint lorsqu'une diminution d'au moins 11 O/o de la force nécessaire à la rupture du col de l'ampoule est obtenue du fait de la présence du revêtement.
En combinant un revêtement choisi de facon appropriée avec un verre donné, on peut obtenir différents degrés d'affaiblissement plus marqués que ce degré minimum indispensable.
La rupture manuelle est évidemment faeilitée lorsqu'un affaiblissement plus marqué que le minimum de 11 0 ! o indiqué ei-dessus est obtenu. L'affaiblissement dépend non se-Li- lement du choix du verre et du revêtement, mais aussi de la forme du récipient.
De ce fait, il ne faut pas tenir compte dans ce ehoix des coefficients de dilatation, mais bien des contractions totales du revêtement et du verre lorsque le récipient est refroidi de la température de fusion du revê- tement à la température normale.
Les propriétés susmentionnées sont dues au fait qu'un revêtement fusible ayant une dilatation totale supérieure à celle du verre produit une contrainte de compression dans le verre et une contrainte de traction dans le revêtement.
Des essais ont montré que la foree néces- saire à la rupture d'objets creux en verre pourvus de revêtements de la manière indiquée est considérablement plus petite que celle qui est nécessaire pour provoquer la rupture d'objets nus similaires présentant les mêmes dimensions et les mêmes caractéris- tiques. Dans le cas du verre (J-) et du revê- tement (c) dont les compositions sont données ci-dessus, des essais ont montré que la charge nécessaire à la rupture de l'objet pourvu du revêtement est d'environ 58 O/o plus petite que celle nécessaire pour provoquer la rupture de l'objet nu.
Des échantillons des autres verres men tionnés ont été pourvus de revêtements constitués, comme décrit ci-dessus et les résultats des essais montrent que, lorsqu'une différence notable entre la contraction du verre et celle du revêtement existe, la fragilité de l'aire pourvue du revêtement est augmentée.
Les réductions de la force nécessaire ont été les suivantes, par rapport à la force nécessaire pour la rupture du même objet nu :
Verre (A) avee rev6teiiient (a) 581/o
Verre (D) avec revêtement (a) 44"/o
Verre (C) avec revêtement (c) 33 /o
Verre (B) avee revêtement (b) 15 /o
Verre (E) avee revêtemens (a) l1 /o
Il est à noter que les matériaux employés pour le revêtement se ramollissent ou fondent tous à des températures inférieures à celles de déformation des verres.
De ce fait, une liaison parfaite est obtenue sans provoquer de déformation de l'objet sur lequel le revêtement est appliqué. Il faut également noter que les verres (A), (B), (C) et (E) sont à base de silice, alors que le verre (D) est un verre sans silice. De même les matériaux de revêtement (a) et (b) sont à base de silice alors que le matériel (c) ne eontient pas de silice. On voit que de très bons résultats ont été obtenus avec la combinaison de verre à la silice et de revêtements soit à la silice, soit sans silice, et que, de même pour un verre sans silice, de bons résultats peuvent être obtenus avec nn revêtement à la silice ou sans silice.
Dans chacune des combinaisons eepen- dant, le coefficent de contraction du revête- ment est notablement plus élevé que celui du verre sur lequel il est appliqué. Il est, d'autre part, à signaler que si les coefficients de contraction du revêtement et du verre sont les mêmes, ou sensiblement les mêmes, la résistance de l'aire recouverte par le revêtement n'est pas diminuée et peut même être aug- mentée. Il en résulte que le choix d'un revê- tement ayant un coefficient de contraction plus fort que celui du verre sur lequel il est appliqué est, de ce fait, de toute importance.
Le revêtement peut être appliqué sur le récipient A, comme représenté dans l'une quelconque des figures, c'est-à-dire sur une petite aire, comme représenté en B sur la fig. 1, ou selon une ligne, comme représenté en B'sur les fig. 2, 3 et 4. A la fig. 3, le récipient est de forme cylindrique et l'aire revêtue B'est à proximité d'une des extrémités du récipient. A la fig. 4, le récipient comprend un col de plus petit diamètre que le corps et un renflement intermédiaire, 1'aire localisée B'étant située à la jonction du col et du renflement.
Dans certains cas, il peut être préférable de prolonger la ligne de rupture sur la totalité de la circonférence de l'ampoule ou sur la majeure partie au moins de cette dernière, notamment lorsque l'am- poule risque de présenter une résistance anormalement élevée à la flexion due à des inéga- lités d'épaisseur ou de forme.
Les revêtements ne sont pas forcément constitués par des frittes, mais peuvent éga- lement être constitués par un grand nombre de matériaux fusibles dont les coefficients de dilatation et caractéristiques auront été dé- terminés d'avance.
Le récipient peut être séparé en deux selon la section sur laquelle le revêtement est appliqué, par l'un des quelconques procédés connus employés pour l'ouverture des réeipients fermés hermétiquement de ce genre.
Alors que la manière normale de procéder eonsiste à saisir le récipient de chaque côté de la ligne de moindre résistance pour le bri- ser par flexion, la rupture peut également être obtenue par un choc, notamment en chauffant ou en refroidissant de façon déterminée la section fragile du récipient.
De ce qui précède, il est clair que du fait des différences de contraction du revêtement et du verre dont est fait le récipient, une aire localisée est placée sous une contrainte ini tiale lorsque le revêtement s est solidifié et que le tout s'est refroidi. Il en résulte une fragilité accrue de ladite aire localisée et par un choix approprié des différents matériaux, ces différences de dilatation, puis de contrac- tion peuvent facilement être obtenues dans des limites déterminées de façon telle que la rupture accidentelle du récipient soit empê- ehée. Cette aire est de plus visible du fait du eontraste entre le revêtement et le verre résultant de la différence de couleur de ces matériaux ou du contour du revêtement.
Il en résulte que la ligne de fracture peut être aisément déterminée.
Les deux expressions dilatation et contraction ont été employées dans la deserip- tion, car une première matière vitreuse présentant un coefficient de dilatation plus élevé qu'une seconde matière vitreuse présentera également une contraction totale plus mar- quée que eette dernière lors du refroidissement.
REVENDICATIONS :
I. Récipient en verre, caractérisé en ce qu'il présente une aire localisée, revêtue d'une matière fusible solidifiée, cette matière étant unie au verre par fusion et présentant un coefficient de dilatation supérieur à celui du verre, de sorte qu'une force initiale est engendrée à proximité de ladite aire localisée. cette force étant inférieure à la force néces- saire pour effectuer la rupture complète du verre.