FR2726350A1 - Plaques pliees en vitroceramique, plaques de cuisson comportant une telle plaque pliee et procede de fabrication d'une plaque pliee en vitroceramique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne notamment une plaque en vitrocéramique caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un pli dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm. Application à la production de plaques de cuisson.

Description

L'invention concerne des plaques pliées en vitrocéramique, des plaques de cuisson comportant une telle plaque pliée, et un procédé de fabrication d'une plaque pliée en vitrocéramique.

Les ventes de plaques de cuisson en vitrocéramique sont en expansion continue depuis plusieurs années. Elles sont essentiellement constituées d'une plaque plane en vitrocéramique fixée sur un boîtier qui contient l'équipement électrique à savoir les éléments chauffants, le système de régulation et divers dispositifs électroniques de contrôle et d'affichage. Les boutons de réglage des éléments chauffants sont souvent groupés sur une zone de commande qui peut être prévue sur la plaque en vitrocéramique elle-même ou sur un bandeau adjacent à la plaque plane en vitrocéramique.

L'étanchéité et le raccordement mécanique entre la plaque de vitrocéramique et le boîtier est de façon courante effectuée à l'aide d'un joint en polymère, de préférence en silicone. Les plaques en vitrocéramique sont en général décorées par des émaux. En plus de l'effet esthétique recherché, les émaux permettent la signalisation des zones de chauffe.

Divers systèmes de chauffage existent et peuvent être associés sur une même plaque de cuisson : foyers radiatifs classiques constitués de résistances chauffantes, foyers radiatifs halogènes constitués de lampes halogènes, foyers radiatifs mixtes composés des deux éléments précédents, foyers à gaz, foyers à induction constitués d'une boucle inductive.

Une vitrocéramique est produite à partir d'un verre, dit verre précurseur dont la composition chimique spécifique permet de provoquer par des traitements thermiques adaptés, dits de céramisation, une cristallisation contrôlée. Leur structure partiellement cristallisée confère à la vitrocéramique des propriétés uniques. Au cours des traitements de céramisation les phases suivantes sont généralement constatées : phase de nucléation au cours de laquelle coalescent les noyaux sur lesquels les cristaux se formeront, et phase de cristallisation au cours de laquelle les cristaux se forment, puis croissent. La viscosité du verre diminue lors du chauffage initial, présente un minimum juste avant cristallisation puis augmente sous l'effet de la cristallisation.La nucléation a lieu vers 700"C. La cristallisation en matériau transparent s'effectue vers 900"C alors que celle en matériau opaque s'effectue vers 1100 C, l'opalisation commençant vers 1000 C.

Les plaques en vitrocéramique pour plaques de cuisson sont usuellement formées d'une vitrocéramique d'aluminosilicate de lithium. Ce genre de vitrocéramique a un très faible coefficient de dilatation thermique, ce qui permet aux plaques de résister à des chocs thermiques de plusieurs centaines de degrés. Parmi les vitrocéramiques d'aluminosilicate de lithium, on distingue deux variétés principales: les vitrocéramiques de bêta-quartz qui peuvent être colorées en noir et donc qui peuvent être faiblement transparentes dans le visible et plus ou moins transparentes dans l'infrarouge, et des vitrocéramiques de bêta-spodumène d'aspect blanc, opaques dans le visible et faiblement transparentes dans l'infra-rouge. De par leurs propriétés optiques, l'utilisation des vitrocéramiques de bêta-spodumène est principalement associée au chauffage à induction.D'autres couleurs ou aspects optiques peuvent être atteints à partir de vitrocéramiques de compositions différentes ou ayant subi divers traitements.

La totalité des plaques de cuisson en vitrocéramique actuellement commercialisées comporte une plaque en vitrocéramique plane.

Pour divers motifs techniques ou esthétiques, il serait souhaitable de pouvoir fabriquer des plaques de cuisson en vitrocéramique comportant une plaque en vitrocéramiques pliée selon un faible rayon de courbure, c'est-à-dire dont le pli présente un rayon de courbure inférieur à 5 cm, et en particulier inférieur à 2 cm. La disponibilité de telles plaques pliées permettrait de remédier à certains inconvénients des plaques de cuisson actuelles, qui sont liés au fait qu'on ne dispose que de plaques vitrocéramiques planes.

Ainsi, en cas de débordement d'un liquide d'un ustensile de cuisson, ce liquide peut se répandre vers la surface de plaque et sur la zone de commande, atteindre les bords de la plaque et finalement couler en dehors, par exemple sur le sol.

A l'heure actuelle, pour éviter que les zones de commande soient salies, certaines sont séparées des zones de cuisson par un élément vertical en matière plastique qui a le double inconvénient de mal résister à la chaleur et en plus de se nettoyer avec difficulté alors que la facilité de nettoyage des plaques de cuisson en vitrocéramique est un de leurs atouts.

Egalement, certaines plaques de cuisson en vitrocéramique ont un bandeau de commande vertical placé soit à l'avant et en-dessous du niveau de la plaque de vitrocéramique soit à l'arrière et au-dessus du niveau de la plaque de vitrocéramique. Ce bandeau est en général en verre fumé ou peint en noir à l'arrière mais n'a pas une apparence similaire à celle de la vitrocéramique noire ce qui nuit à l'esthétique de la plaque de cuisson. De plus des joints en polymère sont déposés pour assurer l'étanchéité entre le bandeau en verre et la plaque de vitrocéramiques. Ces joints sont difficiles à nettoyer et sont des zones d'accumulation de déchets. En plus ils sont sujets à la détérioration par brûlures.

Enfin, le matériau des joints a souvent tendance lors de son application à déborder sur la plaque de vitrocéramique et malgré un nettoyage effectué lors du montage des traces peuvent subsister sur le produit fini, ce qui nuit à l'aspect de la plaque de cuisson.

La disponibilité de plaques vitrocéramiques pliées permettrait donc une plus grande liberté dans la conception des plaques de cuisson en vitrocéramique et permettrait d'éviter les inconvénients des plaques actuellement sur le marché.

Le problème est, cependant, qu'on ne sait pas réaliser un pliage à faible rayon de courbure dans une plaque en vitrocéramique sans dégrader la plaque.

On connaît bien des plaques bombées en vitrocéramique de bêta-quartz transparente et claire mais ces plaques, produites par affaissement naturel de la plaque de verre précurseur lors de son traitement thermique de céramisation, présentent un grand rayon de courbure, supérieur à 10 cm et fréquemment de l'ordre du mètre. Ces plaques bombées sont destinées à être utilisées comme vitrages d'appareils de chauffage tels que des cheminées, inserts, poêles, et ne conviennent pas à une utilisation dans des plaques de cuisson, leur grand rayon de courbure étant une source de perte de place ou d'encombrement excessif. En outre, ces plaques ne présentent pas le haut niveau de qualité requis pour les plaques de cuisson.

La technique d'affaissement utilisée pour produire ces plaques bombées ne convient pas à la production de pli à faible rayon de courbure, la viscosité minimale du verre précurseur atteinte lors du traitement thermique de céramisation, qui se situe juste avant la cristallisation comme on l'a mentionné ci-dessus, étant trop élevée pour permettre la formation d'un tel pli.

Par ailleurs, si on cherche à chauffer localement une plaque de verre précurseur de vitrocéramique ou en vitrocéramique, comme on le fait pour une plaque de verre, pour effectuer son pliage, on dégrade fortement l'aspect visuel de la plaque à l'endroit chauffé du fait du développement de cristallisations anarchiques, dont l'hétérogénéité est aussi une source de tensions et fissurations dans la plaque.

L'invention vise donc à fournir un procédé qui permette la production de plaques en vitrocéramique pliées selon un petit rayon de courbure, de qualité, utiles notamment dans la fabrication de plaques de cuisson.

Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de production d'une plaque en vitrocéramique comprenant au moins un pli, caractérisé en ce que
a) on part d'une plaque plane en verre précurseur de vitrocéramique,
b) on préchauffe cette plaque à une température inférieure d'au moins 10 C, de préférence d'au moins 20"C, à la température de nucléation,
c) on chauffe rapidement la zone à plier de la plaque jusqu'à ce que la viscosité du verre précurseur atteigne dans cette zone une valeur apte au pliage, et on effectue au moins un pli ayant un rayon de courbure inférieur à 5 cm, la durée de ce chauffage étant suffisamment brève pour ne pas causer une nucléation notable du verre précurseur,
d) facultativement, on recuit la plaque de verre précurseur pliée, et on la refroidit, et
e) on céramise la plaque de verre précurseur pliée.

L'invention concerne aussi les plaques en vitrocéramique caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un pli dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm.

L'invention concerne enfin des plaques de cuisson comprenant une plaque en vitrocéramique, caractérisées en ce que ladite plaque en vitrocéramique comporte au moins un pli dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm.

De préférence, ledit pli a un rayon de courbure inférieur à 2 cm, typiquement de 4 à 12 mm.

La plaque plane en verre précurseur de vitrocéramique employée dans l'étape (a) du présent procédé peut être formée de tout verre précurseur d'une vitrocéramique convenant à l'application envisagée pour la plaque en vitrocéramique pliée finale. Lorsque la plaque en vitrocéramique finale est destinée à la fabrication de plaques de cuisson, on utilisera habituellement une plaque en verre précurseur de vitrocéramique d'alumino-silicate de lithium. Ce genre de verres est bien connu et décrit, par exemple, dans FR-B-2 657 079, FR-A-2 612 510 et EP-A0 220 333.

Cette plaque est préchauffée dans un four, dans l'étape (b), à une température inférieure à la température de nucléation du verre précurseur. Dans le cas des verres précurseurs de vitrocéramique d'alumino-silicate de lithium pour lesquels la température de nucléation se situe vers 700"C, des températures de préchauffage préférées appropriées seront dans la gamme de 550 à 680"C environ. Il est usuellement préférable de maintenir pendant un certain temps, par exemple pendant 10 à 30 minutes, le verre précurseur à la température maximale de préchauffage dans le but de bien homogénéiser la température de la plaque.

Le chauffage localisé de l'étape (c) doit être effectué très rapidement afin que la durée de maintien à des températures supérieures à la température de nucléation du verre ne produise pas de nucléation notable, c'est-à-dire une nucléation suffisamment importante pour générer des cristallisations anarchiques productrices de défauts visuels ou autres. Dans le cas des verres précurseurs de vitrocéramiques d'alumino-silicates de lithium pour lesquels le temps de nucléation usuel est de l'ordre de 15 minutes, on a trouvé qu'une durée de chauffage n'excédant pas 1 minute, de préférence 30 secondes, ne produisait pas d'effets néfastes.

Pour réaliser ce chauffage rapide, il faut avoir recours à des dispositifs de chauffage puissants, tels que des brûleurs à gaz-O2 ou à H2-02, des lasers ou des dispositifs à micro-ondes. A ce jour on préfère utiliser deux brûleurs à H2-02 couvrant toute la zone à plier, l'un sur chaque face de la plaque.

Ce chauffage rapide doit porter la zone à plier de la plaque à une température suffisamment élevée pour que la viscosité du verre se prête au pliage de la plaque. On estime que cette température se situe dans la plage de 1000 1500"C. Comme il est toutefois difficile de mesurer la température de la zone chauffée de la plaque lors de ce chauffage rapide, on ne la mesurera habituellement pas, se contentant de mesurer le temps de chauffage après avoir fait des essais de routine préalables visant à déterminer le temps de chauffage nécessaire, dans des conditions opératoires données, pour pouvoir plier aisément la plaque.

Pendant le pliage de la plaque, il faut veiller à ne pas "marquer" la plaque en verre précurseur. De façon connue en soi dans l'industrie du verre, on peut utiliser des plaques en matériau réfractaire recouvertes d'un matériau fibreux pour maintenir et/ou plier des parties de la plaque en verre précurseur sans produire des défauts de surface.

Il est à noter que la plaque à plier peut être émaillée avant le pliage sur tout ou partie de sa surface, y compris sur la zone de pliage.

Après avoir réalisé le ou les plis, on peut céramiser directement la plaque pliée en verre précurseur en la soumettant à un traitement de céramisation comprenant les étapes suivantes
a) élévation de la température de la plaque de verre à raison de 10 à 100"C/minute jusqu'au domaine de nucléation du verre,
b) traversée de l'intervalle de nucléation du verre en un temps compris généralement entre 10 minutes et 1 heure,
c) élévation de la température jusqu'à la température de céramisation en généralement 10 minutes à 1 heure,
d) maintien à la température de céramisation pendant généralement 15 minutes à 1 heure, et
e) refroidissement rapide de la plaque en vitrocéramique jusqu'à la température ambiante.

En variante, on peut recuire, puis refroidir, de façon classique, la plaque de verre précurseur, si on préfère effectuer la céramisation ultérieurement.

Le procédé de pliage de l'invention permet de produire des plaques en vitrocéramique comportant un ou plusieurs plis, disposés selon toute géométrie désirée, dont quelques exemples sont indiqués ci-après.

Les plaques en vitrocéramique pliées de l'invention sont d'une qualité comparable à celle des plaques planes et passent, en particulier, les tests classiques de résistance mécanique (essais de choc par chute de casseroles ou à l'aide d'un dispositif de choc à ressort dit "marteau norvégien" décrits dans les normes EN-60335-1 et EN-60335-26), et de résistance thermique (essais de versement d'eau froide sur la plaque chaude).

A titre illustratif, on donne ci-après un exemple de réalisation d'un pliage de plaque selon l'invention.

Une plaque pré-émaillée de 30 x 25 cm et de 4 mm d'épaisseur en verre précurseur de vitrocéramique d'aluminosilicate de lithium, ayant la composition suivante, en % en poids sur la base des oxydes
SiO2 : 68,25
A1203 : 19,2
Li2O : 3,5
MgO : 1,2
ZnO : 1,6
BaO : 0,8
TiO2 : 2,6
ZrO2 : 1,7
As203 : 0,6
Na2O + K2O : 0,35
V2Os : 0,2% est préchauffée jusqu'à 550"C environ dans un four. La durée du préchauffage est de 45 minutes avec un maintien à 550"C pendant 20 mn pour bien homogénéiser la température de la plaque. La plaque préchauffée est alors sortie du four et amenée à l'équipement de pliage. La température de la plaque chute à 400-500"C durant cette manipulation. La partie de la plaque restant plane est posée sur un support horizontal recouvert d'un tapis métallique à haute conductivité thermique, la partie à plier dépassant du support. Ce support est chauffé par 4 brûleurs radiatifs du type gaz/air. Une fois la plaque posée, la zone à plier de la plaque est chauffée, en deux stades, par deux brûleurs à
H2/O2, disposés au-dessus et au-dessous de la plaque, et dispensant une flamme large et mince s'étendant sur toute la longueur du pli à former.Dans un premier stade, on chauffe la zone à plier pendant 15 secondes environ en positionnant le brûleur supérieur à 75 mm de la plaque et en l'alimentant par des débits normaux de H2 et de O2 de 4,5 m3 et de 2,1 m3/h, respectivement, tandis que le brûleur inférieur est disposé à 150 mm de la plaque et alimenté par des débits normaux de H2 et de O2 de 4,0 m3/h et de 2,4 m3/h respectivement. Dans ces conditions les flammes des deux brûleurs lèchent la plaque pendant le premier stade de chauffage. Dans un second stade, tout en maintenant inchangés les débits d'alimentation des brûleurs, on rapproche le brûleur supérieur à 19 mm de la plaque et le brûleur inférieur à 10 mm de la plaque, et on les maintient à ces distances pendant environ 5 secondes.Le verre étant alors assez ramolli dans la zone de pliage, on éloigne les brûleurs, et on procède au pliage par des moyens mécaniques.

Avant et lors du pliage, la plaque est maintenue ou saisie loin de la zone de pliage pour éviter tout marquage du verre chaud. On maintient la plaque en position pliée pendant quelques secondes jusqu'à ce que le verre se solidifie suffisamment pour conserver la forme impartie. Après cela, on céramise directement la plaque pliée en la soumettant au traitement thermique classique de céramisation du type décrit plus haut.

La plaque vitrocéramique pliée finalement obtenue est exempte de défaut.

La description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés fera bien comprendre l'invention.

Les figures 1 à 4 sont des vues schématiques de plaques en vitrocéramique pliées selon l'invention.

Les figures 5 à 10 sont des vues schématiques en coupe illustrant des plaques de cuisson incorporant divers types de plaques en vitrocéramique pliées selon l'invention.

La figure 1 montre une plaque 1 dont les bords latéraux 2 ont été pliés vers le haut, par exemple sur une hauteur de 1 à 2 cm, afin d'éviter les débordements de liquide sur les côtés de la plaque.

La figure 2 montre une plaque 1 dont les bords postérieur et antérieur 3 ont été pliés vers le haut, par exemple sur une hauteur de 1 à 2 cm, afin d'éviter les débordements de liquide vers l'avant et vers l'arrière de la plaque.

La figure 3 montre une plaque 1 dont seule la partie postérieure 3 a été pliée vers le haut, pour former un bandeau d'une hauteur de, par exemple, 10 cm environ. Ce bandeau, percé de trous 4, est destiné à recevoir les boutons de commande de la plaque de cuisson finale.

La figure 4 montre une plaque 1 dont seule la partie antérieure 5 a été pliée vers le bas, pour former un bandeau d'une hauteur de, par exemple, 10 cm environ, dont la fonction est analogue à celle du bandeau de la figure 3.

La figure 5 montre schématiquement une plaque de cuisson comprenant une plaque en vitrocéramique pliée 11 selon l'invention, un boîtier 12 muni de boutons de commande 13, et des joints 14 assurant l'étanchéité entre la plaque et le boîtier. La plaque 11 comporte des bords latéraux gauche et droit 15a, 15b repliés vers le haut, par exemple d'une hauteur de 1,5 cm. Comme représenté, le bord 15b peut comporter un biseau 16 au voisinage du joint pour assurer un meilleur raccordement entre la plaque et le joint évitant les chocs éventuels d'articles de cuisson avec l'arête de la plaque, ainsi que pour améliorer l'esthétique.

La figure 6 illustre une variante de la plaque de la figure 5.

Selon cette variante, le bord 15b est remplacé par un bourrelet 17 obtenu en réalisant un premier pli 17a à 90" vers le haut, puis un deuxième pli 17b à 1800 vers le bas, avec des rayons de courbure qui peuvent être, par exemple, de l'ordre de 8 mm.

La figure 7 montre une plaque de cuisson dont la plaque en vitrocéramique pliée 11 est semblable à celle de la figure 5, si ce n'est que les parties contiguës aux bords 15a, 15b forment des rigoles, 18a, 18b par rapport à la partie centrale de la plaque. Ces rigoles 18a, 18b peuvent être formées chacune en exécutant deux plis rapprochés 19a, 19b de sens inverses et de même amplitude (par exemple à 45 ) avant d'exécuter le pliage des bords 15a, 15b. Les rigoles 18a, 18b servent à collecter les fluides provenant de débordements.

La figure 8 montre une plaque de cuisson dont la plaque en vitrocéramique pliée 11 est semblable à celle de la figure 6, si ce n'est qu'elle comporte des rigoles 18a, 18b analogues à celles décrites à propos de la figure 7.

La figure 9 montre une plaque de cuisson dont la plaque en vitrocéramique pliée comporte un bord gauche 15a replié vers le haut et un bourrelet 20, analogue au bourrelet 17, divisant la plaque en deux zones, une zone de cuisson 21 et une zone 22 recevant les commandes de la plaque.

La figure 10, enfin, montre une plaque de cuisson dont la plaque en vitrocéramique 11 présente la forme d'un profilé rectangulaire à angles arrondis, avec une discontinuité 23 sur la face inférieure. Une telle plaque 11 peut être obtenue à partir d'une plaque plane en réalisant 4 plis à 90". Le boîtier 12 de la plaque de cuisson peut être inséré dans cette plaque par une extrémité du profilé.

Des perçages dans la plaque sont prévus pour le passage des boutons de commande.

On voit donc au travers des exemples non limitatifs précédents que la réalisation de plis sur les plaques de vitrocéramiques destinées à être montées dans des plaques de cuisson en vitrocéramique permet d'ouvrir le champ de la création à de nouvelles formes avec des avantages esthétiques mais aussi fonctionnels dont l'un des principaux est une nettoyabilité améliorée et donc une meilleure hygiène.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Une plaque en vitrocéramique caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un pli dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm.

2. Une plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon de courbure est inférieur à 2 cm.

3. Une plaque selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est une plaque en vitrocéramique d'aluminosilicate de lithium.

4. Une plaque de cuisson comprenant une plaque en vitrocéramique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un pli dont le rayon de courbure est inférieur à 5 cm.

5. Une plaque de cuisson selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure est inférieur à 2 cm.

6. Une plaque de cuisson selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la plaque en vitrocéramique est une plaque en vitrocéramique d'aluminosilicate de lithium.

7. Un procédé de production d'une plaque en vitrocéramique comprenant au moins un pli, caractérisé en ce que

a) on part d'une plaque plane en verre précurseur de vitrocéramique,

b) on préchauffe cette plaque à une température inférieure à la température de nucléation,

c) on chauffe rapidement la zone à plier de la plaque jusqu'à ce que la viscosité du verre précurseur atteigne dans cette zone une valeur apte au pliage, et on effectue au moins un pli ayant un rayon de courbure inférieur à 5 cm, la durée de ce chauffage étant suffisamment brève pour ne pas causer une nucléation notable du verre précurseur,

d) facultativement, on recuit la plaque de verre précurseur pliée, et on la refroidit, et

e) on céramise la plaque de verre précurseur pliée.

8. Un procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on part d'une plaque plane en verre précurseur de vitrocéramique d'aluminosilicate de lithium.

9. Un procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on préchauffe la plaque à une température de 550 à 680 C.

10. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on réalise l'étape (c) en moins de 1 minute.

11. Un procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on réalise l'étape (c) en moins de 30 secondes.