Procédé de fabrication d'objets lamelliformes La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'objets lamelliformes, tels que carreaux, plaques, etc., en matière céramique, par coulée successive sur des supports d'une couche d'une pâte de matière minérale temporairement adhésive, puis d'au moins une couche de pâte dont une pâte aqueuse de matière céra mique, puis séchage, cuisson et refroidissement des sup ports portant lesdites couches, et enfin séparation des supports d'avec lesdites couches au niveau de la couche minérale temporairement adhésive.
Normalement, la cuisson est effectuée dans des fours tunnels chauffés au gaz ou par l'électricité, et les objets reçoivent la chaleur par le haut. Il en résulte qu'au cours du cycle de chauffage et de refroidissement, il existe le plus souvent un gradient de température au travers de l'épaisseur de l'objet. A titre d'exemple, on a représenté dans la figure unique du dessin annexé les courbes de la température de la surface exposée de l'objet (A) et de la température de la base de l'objet (B) en fonction du temps.
On voit que pendant la majeure partie de la période de montée de la température, la surface exposée de l'objet peut avoir une température dépassant d'en viron 2000 C la température de sa base, alors que pen dant le refroidissement, la surface est au contraire plus froide que la base.
Or, la matière céramique dont les objets sont consti tués subit deux retraits successifs au cours du chauffage. Le premier retrait est dû au départ de l'eau associée à certains constituants, notamment au kaolin et à la ben- tonite, et ce retrait a lieu dans un intervalle de tempéra ture compris entre environ<B>100</B> et<B>3500</B> C. Le second retrait, qui a lieu à plus haute température, est dû à la vitrification de certains constituants relativement fu sibles de la matière céramique.
Le verre ainsi formé se ramollit suffisamment pour pénétrer par capillarité dans les pores de la matière en chassant l'air contenu dans les pores, ce qui provoque une contraction. Comme la température monte plus rapidement à la surface de l'objet qu'à la base, les retraits progressent plus rapidement à la surface de l'objet qu'à sa base. Cet écart des retraits au travers de l'épaisseur de l'objet donne naissance à des contraintes qui tendent à relever les bords de l'objet, à les détacher du support et à donner à l'objet une forme incurvée indésirable.
Toutefois, lorsque, comme c'est généralement le cas, la couche temporairement adhésive qui est interposée entre l'objet et le support contient, comme composant adhésif, de la bentonite, cette couche retient efficacement l'objet sur le support au cours du premier retrait - ou retrait à basse tem pérature - car la bentonite conserve ses propriétés d'adhésivité jusqu'un peu en dessous de<B>3500</B> C, tempé rature à laquelle la bentonite est à peu près complète ment déshydratée.
Par contre, la couche temporairement adhésive n'est normalement pas capable de s'opposer aux contraintes causées par le second retrait, dû à la vitrification et, pour éviter une déformation de l'objet, il a été jusqu'ici nécessaire de faire monter la tempéra ture lentement, afin de limiter le plus possible le gradient de température dans l'épaisseur de l'objet, ce qui a en traîné une perte de temps et d'énergie.
On a cependant découvert que l'efficacité de la cou che de matière minérale temporairement adhésive peut être conservée jusqu'à une température notablement su périeure à<B>3500</B> C, et notamment dans l'intervalle de température du second retrait, à condition que celle-ci contienne un ou plusieurs composants dont l'un au moins donne naissance à un liquide visqueux lorsque, par chauffage, il a atteint au moins<B>1500</B> C, ce liquide se transformant ensuite en une substance non adhésive au plus tôt lorsque les objets en cours de cuisson ont termi né leur retrait, et au plus tard à la fin du refroidisse ment desdits objets.
Il est nécessaire que la couche de matière minérale temporairement adhésive ait perdu son adhésivité au plus tard à la fin du refroidissement, afin que les objets cuits puissent être séparés facilement des supports.
La matière minérale temporairement adhésive peut par exemple contenir de la soude caustique et du carbo nate de calcium. La soude caustique fond à environ 3200 C et confère de l'adhésivité à la couche, puis elle disparaît peu à peu par réaction avec le carbonate de calcium en formant du carbonate de sodium fondant vers 8500 C, soit au-dessus de la température maximum habituelle du second retrait, et de l'hydroxyde de cal cium, qui se déshydrate à 5800 C en oxyde de calcium hautement réfractaire.
La soude caustique peut être rem placée par, ou associée à la potasse caustique (p.f. 3600 C), à l'hydroxyde de lithium (p.f. 4301> C), etc. La matière minérale temporairement adhésive peut égale ment contenir du carbonate basique de bismuth (Bi2O3 . CO2. H20), par exemple en proportion de 5 0/0 en poids. Ce composé fond à 1630 C et confère ainsi de l'adhésivité à la couche, puis il disparait par dissociation en oxyde de bismuth Bi203, fondant à 8200 C, C02 et H20.
On a en outre constaté. qu'il est avantageux que l'objet soit formé par coulée de plusieurs couches de pâte aqueuse de matière céramique, de préférence au moins trois couches, la composition de la matière céra mique de chacune desdites couches étant choisie de telle sorte que la température de vitrification- de la matière céramique augmente d'une couche à la suivante en par tant de la couche en contact avec la couche de pâte de matière minérale temporairement adhésive.
On peut ain si faire en sorte que, en dépit de l'écart de température entre la surface exposée de l'objet et sa base au cours de la montée de la température, la vitrification, et par conséquent le second retrait, ait lieu à peu près simul tanément sur toute l'épaisseur de l'objet. Dans ces con ditions, les contraintes internes dont il a été question plus haut, et qui tendent à relever les bords de l'objet, sont en grande partie ou totalement supprimées. L'écart entre les températures de vitrification de la première et de la dernière couche de matière céramique peut être par exemple de l'ordre de 100,1 C.
Ces différentes mesures permettent d'accélérer très notablement la cuisson des objets.
On décrit ci-après, à titre d'exemple, une mise en #uvre particulière du procédé selon l'invention, pour laquelle on peut utiliser une installation de type connu, ou de préférence l'installation décrite dans le brevet No 372236.
On coule successivement sur des supports cinq cou ches de pâtes aqueuses ayant respectivement les compo sitions suivantes, à l'état sec 1) Matière minérale temporairement adhésive
EMI0002.0030
Craie <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 85,0 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Carbonate <SEP> basique <SEP> de <SEP> bismuth <SEP> . <SEP> 5,0% <SEP>
<tb> Orthophosphate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> . <SEP> 4,0% <SEP>
<tb> Fluoborate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,0% <SEP>
<tb> Bentonite <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,0% <SEP> 2) Matière céramique (couche inférieure)
EMI0002.0032
Verre <SEP> blanc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 40,0% <SEP> en <SEP> poids
<tb> Feldspath <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 40,8% <SEP>
<tb> Silice <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 10,0% <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 6,0% <SEP>
<tb> Talc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>3,00/0</B> <SEP>
<tb> Bentonite <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,2% <SEP> 3) Matière céramique (couche moyenne)
EMI0002.0034
Verre <SEP> blanc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 35,0% <SEP> en <SEP> poids
<tb> Feldspath <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 34,8% <SEP>
<tb> Silice <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 16,0% <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 6,0% <SEP> Talc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 8,0% <SEP> Bentonite <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,2% <SEP> 4) Matière céramique (couche supérieure)
EMI0002.0036
Verre <SEP> blanc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 30,0% <SEP> en <SEP> poids
<tb> Feldspath <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> :
<SEP> 40,8% <SEP>
<tb> Silice <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 18,0% <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 8,0% <SEP>
<tb> Talc <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,0% <SEP>
<tb> Bentonite <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,2% <SEP> 5) Email (composition exprimée par la formule de Seger)
EMI0002.0039
0,15 <SEP> K20
<tb> 0,16 <SEP> Na2O <SEP> 1,98 <SEP> SiO2
<tb> 0,60 <SEP> CaO <SEP> 0,33 <SEP> A1203
<tb> 0,04 <SEP> Zn0 <SEP> 0,32 <SEP> B203
<tb> 0,05 <SEP> Pb0
<tb> 1,00 Bien entendu, les différents constituants sont fine ment broyés;
tamisés mélangés intimement et mis sous forme de pâte aqueuse conformément à la technique bien connue des céramistes.
Les bords des couches déposées sur les supports sont ébarbés, puis les supports portant lesdites couches sont amenés dans un four de cuisson dans lequel ils sont successivement soumis à un séchage, à une cuisson et à un refroidissement, après quoi les objets sont séparés des supports au niveau de la couche temporairement adhésive, qui a perdu son adhésivité. Au cours de la cuisson, la température maximum est de 10801, C à la surface de l'objet et de 10000 C à sa base.
Au début de la cuisson, la présence de la bentonite dans toutes les couches assure la cohésion de la matière jusqu'à 250e C environ, température à laquelle la bento- nite a presque entièrement perdu son eau. Comme la couche temporairement adhésive est la dernière à attein dre cette température et qu'elle contient un pourcentage de bentonite supérieur à celui des autres couches, les bords de l'objet sont fortement maintenus sur le support, en dépit des contraintes dues au premier retrait. De plus, le carbonate de bismuth commence à fondre à 1630 C, et son pouvoir adhésif remplace celui que la ben- tonite n'est plus capable d'exercer.
A une température supérieure; le carbonate de bismuth se transforme en oxyde Bi2O3 solide, mais le phosphate de potassium fond vers 2530 C, suivi du fluoborate de potassium à . 5300 C environ. Au-dessus de cette température, on peut admettre que le second retrait est terminé, et les con traintes internes s'annulent. La phosphate de potassium et le fluoborate de potassium perdent finalement leur adhésivité en réagissant .de manière mal déterminée avec le carbonate de calcium.
D'autre part, la température de vitrification des cou ches de matière céramique augmente en raison inverse de leur teneur en verre, Dans l'exemple ci-dessus, la couche supérieure a donc la plus haute température de vitrification, alors que la couche inférieure à la plus basse température de vitrification et que la couche moyenne a une température de vitrification intermé- diaire. Ainsi, la vitrification se produit à peu près simul tanément sur toute l'épaisseur de l'objet au cours de la cuisson, en dépit de l'écart de température entre la sur face et la base de l'objet, et les contraintes internes qui tendent à relever les bords de l'objet sont en grande par tie éliminées.