FR3030489A1 - Substrat vitroceramique constitue d'une vitroceramique las teintee transparente et procede de fabrication de celui-ci - Google Patents
Substrat vitroceramique constitue d'une vitroceramique las teintee transparente et procede de fabrication de celui-ci Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente, ayant la composition suivante (en % en poids) : A12O3 18 - 23 Li2O 3,0 - 4,2 SiO2 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na2O + K2O 0,2 - 1,5 MgO 0-1,5 CaO + SrO + BaO 0 - 4 B2O3 0-2 TiO2 2,3-4 ZrO2 0,5-2 P2O5 0 - 3 SnO2 0 - < 0,6 Sb2O3 0-1,5 AS2O3 0- 1,5 TiO2 +Zr02 + SnO2 3,8-6 V2O5 0,01-0,06 Fe2O3 0,03 - 0,2 comprenant une couche à gradients avec des cristaux mixtes de kéatite et un cœur sous-jacent avec des cristaux mixtes de quartz béta comme phase cristalline prédominante, où le cristal mixte de kéatite, à une profondeur de 10 µm ou plus, dépasse 50 % de la somme des proportions de cristal mixte de quartz béta et de cristal mixte de kéatite. La céramisation comprend à cet effet une étape de transformation de cristal, lors de laquelle le cristal mixte de quartz béta est transformé partiellement en cristal mixte de kéatite, à une température maximale comprise dans la plage allant de 910° à 980° et pendant un laps de temps compris entre 1 et 25 minutes.
Description
Substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente et procédé de fabrication de celui-ci La présente invention concerne un substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente, comprenant une couche à gradients et un coeur sous-jacent. Le coeur présente du cristal mixte de kéatite (KMK) comme phase cristalline prédominante, et la couche à gradients présente du cristal mixte de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante. D'autre part, l'invention concerne un procédé de fabrication du substrat vitrocéramique et l'utilisation de celui-ci. La fabrication des vitrocéramiques LAS du type cité s'effectue en plusieurs étapes. Lors de leur fabrication industrielle, il est connu de préparer d'abord par fusion le verre de départ cristallisable du système Li20-A1203-5i02, à partir d'un mélange de débris et de matières premières de mélange sous forme de poudre, à des températures comprises habituellement entre 1 500 °C et 1 650 °C. Lors de la fusion, on utilise généralement des agents d'affinage tels que l'arsenic, l'antimoine et/ou l'oxyde d'étain. L'utilisation de 5n02 en relation avec un affinage à haute température, au-dessus de 1 700 °C, est décrit à titre d'exemple dans le document DE 199 39 787 C2. Après la mise en fusion et l'affinage, le verre subit habituellement un formage à chaud par laminage ou flottage, en vue de fabriquer des plaques. Pour une fabrication économique, il est d'une part souhaitable d'obtenir une température de fusion faible et une température de mise en oeuvre VA faible, et d'autre part le verre ne doit pas présenter de dévitrification lors du formage. Cela signifie qu'il ne doit pas y avoir formation de cristaux parasites qui peuvent nuire à la résistance et à l'aspect esthétique des verres de départ et des vitrocéramiques fabriquées à partir de ceux-ci. Etant donné que le formage est effectué aux alentours de la température de mise en oeuvre VA (viscosité 104dPas) du verre, il doit être garanti que la température de dévitrification supérieure de la masse en fusion soit proche de la température de mise en oeuvre et avantageusement inférieure à celle-ci, afin d'éviter la formation de cristaux parasites. Ensuite, le verre de départ est transformé de manière connue par cristallisation contrôlée pour obtenir l'article vitrocéramique. Cette céramisation s'effectue généralement dans le cadre d'un processus à deux étapes, lors duquel on produit d'abord des germes, par germination à une température comprise entre 680°C et 800°C, habituellement à partir de cristaux mixtes de Zr02/Ti02. Il est également possible que le Sn02 participe à la germination. Lors de l'élévation subséquente de la température, ce sont d'abord les cristaux mixtes de quartz béta qui croissent sur ces germes. Des vitesses de croissance de cristaux élevées, telles qu'elles sont souhaitées pour une céramisation rapide et économique, sont atteintes pour la plupart des compositions dans la plage de températures allant de 850 °C à 1 200 °C, suivant le type de structure. A cette température de fabrication maximale, la structure de la vitrocéramique est homogénéisée et les propriétés optiques, physiques et chimiques de la vitrocéramique sont réglées. Dans la littérature, le cristal mixte de quartz béta est également désigné par le terme "quartz béta" ou "béta eukryptite". Il est également connu que les cristaux mixtes de quartz béta dans le système Li20-A1203-Si02 peuvent être transformés en un cristal mixte de kéatite à l'aide d'un processus de céramisation supplémentaire. Le cristal mixte de kéatite est également appelé "béta spodumène". Pour la plupart des compositions, la transformation en cristaux mixte de kéatite a lieu à des températures allant jusqu'à 1 200 °C, par transformation de phase reconstructive irréversible. Comme on le sait, avec cette transformation de phase , les cristaux croissent de manière sensible et forment de ce fait des centres de diffusion qui entraînent une translucidité ou une opacité des vitrocéramiques. D'autre part, avec la transition du quartz béta aux cristaux mixtes de kéatite, le coefficient de dilatation thermique augmente.
Au sens de la présente demande, on entend par "transparent" des vitrocéramiques qui, comparées aux vitrocéramiques "translucides" ou "opaques", présentent seulement des proportions de lumière diffusée négligeables dans la gamme de longueurs d'onde visibles. La transparence signifie donc "clarté" de la vitrocéramique, par opposition à son "caractère trouble". Des pertes de transmission survenant dans ce contexte sont dues à la réfraction sur les cristaux, à des limites de phase ou à des inclusions et constituent donc des effets de volume dépendant de la longueur d'onde. Alors qu'une vitrocéramique LAS "translucide" présente une proportion de lumière diffuse ("Haze") de plus de 20 % pour une longueur d'onde de 470 nm, mesurée conformément à la norme internationale ISO 14782 1999(E) et normalisé pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, une vitrocéramique LAS "transparente" présente une proportion de lumière diffuse qui ne dépasse pas 20 °A. Au sens de la présente demande on entend par "teinté" une vitrocéramique LAS qui, en raison d'un ou plusieurs oxydes métalliques ou colloïdes colorants dans sa composition, présente des pertes de transmission dans la gamme des longueurs d'onde visibles, qui sont dues à l'absorption. Là aussi, il s'agit donc d'effets de volume dépendant de la longueur d'onde. La coloration peut notamment être si foncée que des objets non lumineux ne sont pas visibles à l'oeil nu à travers la vitrocéramique LAS, tandis que des objets lumineux sont visibles. Par conséquent, une vitrocéramique teintée peut être opaque et, d'après la définition ci-dessus, en même temps "transparente". Une application typique de la vitrocéramique du type cité sont par exemple des plans de cuisson pour lesquels les exigences concernant le comportement de transmission lors de l'utilisation pratique sont très spécifiques et parfois même opposées. Par exemple, pour empêcher la vue indésirable sur les composants techniques à travers le plan de cuisson en vitrocéramique et pour éviter l'effet d'éblouissement dû à des éléments chauffants radiants, notamment des éléments chauffants halogènes lumineux, les plans de cuisson en vitrocéramique sont limités dans leur transmission intégrale. D'un autre côté, les éléments chauffants radiants doivent être bien visibles pendant le fonctionnement, même à puissance réduite. D'autre part, la capacité d'affichage nécessite également un certain degré de transmission lumineuse, par exemple lorsque des diodes électroluminescentes sont installées sous le plan de cuisson. Afin de satisfaire à ces exigences, les plans de cuisson en vitrocéramique sont généralement réglées à des valeurs de transmission intégrale Tvis allant de 0,5 % à 5 %. Cela est obtenu par l'ajout d'éléments colorants. Indépendamment de l'élément colorant utilisé, les plans de cuisson en vitrocéramique paraissent alors noires, vues de dessus, en raison de la faible transmission lumineuse, mais, en transparence, paraissent la plupart du temps rouges, rouges-violettes ou brun-orange, suivant l'élément colorant utilisé. Un ancien type de plan de cuisson en vitrocéramique, connu sous le nom Ceran Color , fabriqué par SCHOTT AG, possédait une bonne capacité d'affichage des couleurs. Ceran Color® est coloré par l'ajout de NiO, CoO, Fe203 et MnO et affiné par du Sb203. Cette combinaison d'oxydes colorants permet de régler une transmission lumineuse intégrale qui est typiquement de 1,2 % pour des plans de cuisson d'une épaisseur classique de 4 mm. Selon la longueur d'onde, la transmission dans la gamme de 380 nm à 500 nm est de 0,1 à 2,8 %. Pour une longueur d'onde de 630 nm qui est typique des diodes électroluminescentes rouges, la transmission est d'environ 6 %. Cet ancien type de plans de cuisson en vitrocéramique présente l'inconvénient que les oxydes colorants utilisés absorbent également très fortement dans l'infrarouge. La transmission IR à 1 600 nm est inférieure à 20 %. De ce fait, la vitesse de démarrage de cuisson est réduite. La courbe de transmission de Ceran Color® est représentée dans l'ouvrage "Low Thermal Expansion Glass Ceramics", Directeur de collection Hans Bach, Editions Springer Verlag Berlin Heidelberg 1995, page 66 (ISBN 3-540-58598-2). La composition est indiquée dans l'ouvrage "Glass Ceramic Technology", Wolfram Hôland et George Beall, The American Ceramic Society 1001, dans le tableau 2- 7.
Pour les plans de cuisson en vitrocéramique plus récents, perfectionnés, on utilise la plupart du temps V205 pour la coloration, car il possède la propriété particulière d'absorber dans le domaine de la lumière visible et de permettre une transmission élevée dans le domaine du rayonnement infrarouge. La coloration avec du V205 est un processus complexe. Comme il ressort d'études antérieures (DE 199 39 787 C2), le passage de l'oxyde de vanadium à l'état colorant nécessite un processus d'oxydoréduction. Dans le verre de départ cristallisable, le V205 a un effet colorant encore relativement faible et donne une nuance légèrement verte. Lors de la céramisation se produit la réaction d'oxydoréduction, où le vanadium est réduit et le partenaire d'oxydoréduction est oxydé. L'agent d'affinage joue le rôle de partenaire d'oxydoréduction primaire. Cela a été démontré par des études Môssbauer sur des compositions affinées par Sb, ainsi que sur des compositions affinées par Sn. Lors de la céramisation, une partie du Sb3+ ou du Sn2+ dans le verre de départ passe à l'échelon d'oxydation supérieur Sb5+ ou Sn4+. On suppose que le vanadium est intégré à l'échelon d'oxydation réduit, en tant que V4+ ou V3+, dans le germe cristallin et y produit une coloration intense par des réactions de transfert de charge d'électrons. Le Ti02, en tant que partenaire d'oxydoréduction supplémentaire, peut également renforcer la coloration par l'oxyde de vanadium. Outre le type et la quantité des partenaires d'oxydoréaction dans le verre de départ, l'état d'oxydoréduction qui est réglé dans le verre lors de la fusion exerce également une influence. Une pression partielle en oxygène p02 faible - par exemple dans un bain de fusion réglé avec un effet réducteur par des températures de fusion élevées - renforce l'effet colorant de l'oxyde de vanadium. Aussi bien les vitrocéramiques LAS avec du KMK comme phase cristalline prédominante que les vitrocéramiques avec du HQMK comme phase cristalline prédominante sont connues depuis longtemps pour différents domaines d'application. Par exemple, la majeure partie des plans de cuisson du commerce se compose de vitrocéramique LAS avec du HQMK comme phase cristalline prédominante. La proportion de phase cristalline de ces vitrocéramiques se situe en règle générale entre 55 et 80 % en vol. Les tailles de cristallite moyennes des HQMK sont en moyenne inférieures à 50 nm. Pour cette raison, ces vitrocéramiques sont transparentes et peuvent être teintées par des composants colorants, comme décrit plus haut. On utilise plus rarement des plans de cuisson en vitrocéramiques LAS avec du KMK comme phase cristalline principale. Les vitrocéramiques de ce type ne sont pas transparentes notamment dans la gamme de longueurs d'onde entre 380 nm et 500 nm, mais sont translucides à opaques. Justement en présence de températures élevées, où la transformation de phase pour un processus industriel économique se déroule rapidement, il y a formation de cristallites de l'ordre de grandeur de > 135 nm, qui provoquent la forte diffusion de lumière dans le matériau. La teneur de phase de l'espèce cristalline de la vitrocéramique translucide ou opaque avec du KMK comme phase cristalline principale est comprise entre 70 et 95 % en vol. Concrètement, on connaît par exemple par le document US 4,218,512 A une vitrocéramique LAS translucide avec du KMK comme phase cristalline prédominante, ainsi qu'un procédé de fabrication de celle-ci. Partant d'un verre cru non céramisé, le procédé décrit dans ce document comprend les étapes de chauffage du produit en verre, jusqu'à une première température supérieure à 700 °C à laquelle se produit une transformation en une vitrocéramique avec du HQMK comme phase cristalline prédominante. Ensuite, la température est augmentée jusqu'à une deuxième valeur qui est supérieure à 860 °C, à laquelle les cristaux mixtes de quartz béta sont transformés en cristaux mixtes de kéatite, et le temps de chauffe et le temps de maintien dans cette phase durent plusieurs heures. Cette conduite de processus présente des inconvénients économiques, car la durée totale du processus est > 10 heures. Pour l'exemple de réalisation cité, on a même indiqué 10 heures. Par ce document, on sait également qu'il est ainsi possible de conserver à la surface une couche d'une épaisseur d'environ 40 um, dans laquelle le HQMK continue d'être présent comme phase cristalline prédominante. D'autre part, on sait par ce document que les cristaux mixtes de quartz béta présentent un coefficient de dilatation thermique qui est inférieur à celui des cristaux mixtes de kéatite.
Une autre vitrocéramique translucide avec KMK comme phase cristalline prédominante est connue par le document EP 1 170 264 Al. D'après ce document, la céramisation avait d'abord lieu à une température de cristallisation allant de 750 °C à 900 °C pour produire la phase HQMK et, après une nouvelle augmentation de la température, dans une plage allant de 900 °C à 1 200 °C pour transformer celle-ci en une phase KMK. Ce document indique également que des cristaux mixtes de quartz béta se forment à la surface en tant que phase cristalline prédominante. On accorde une attention particulière au fait qu'à la surface il n'y ait pas de transformation en une structure de quartz a, pour éviter des tensions trop importantes dans la surface, qui pourraient également créer une tendance à la fissuration dans la surface et donc un affaiblissement du matériau. Un autre document qui traite du type de vitrocéramique translucide comportant KMK comme phase principale est le DE 10 2004 024 583 Al, selon lequel la céramisation de la vitrocéramique s'effectue également en deux étapes. D'abord, on réalise la cristallisation de cristaux mixtes de quartz béta à une température de 840 °C, et ensuite on réalise une transformation en cristaux mixtes de kéatite à une température maximale comprise entre 1 070 °C et 1 094 °C. La résistance aux chocs du produit vitrocéramique ainsi réalisé est déterminée par un essai d'impact d'une bille sur une plaque vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, à l'aide d'une bille d'acier d'un poids de 200 g, que l'on laisse tomber sur une partie d'un échantillon d'essai. Ainsi, on a déterminé des hauteurs de chute provoquant la rupture qui étaient comprises entre 25 et 29 cm. Des vitrocéramiques translucides ou opaques avec KMK comme phase cristalline prédominante sont également connues par la demande de brevet US 2007/0213192 Al qui propose une céramisation à une température maximale de 900 °C à 1 050 °C et un temps de maintien d'au moins 10 min. Par le document US 4,211,820 il est également connu que des vitrocéramiques LAS avec des cristaux mixtes de kéatite comme phase cristalline prédominante conviennent en tant que vitrocéramique teintée en vue d'une utilisation comme plan de cuisson. Comme il est connu d'une manière générale, ce document souligne également que la formation de KMK comme phase cristalline prédominante au coeur de la vitrocéramique et la présence de HQMK comme phase cristalline prédominante dans la surface de celle-ci conduisent à une consolidation de l'ensemble de la vitrocéramique, en raison de la distribution des tensions. D'autre part, on constate qu'à des températures de céramisation d'au maximum 900 °C à 950 °C, on peut observer un début de diffusion très faible. Selon ce document, il faut éviter d'une manière générale la croissance de cristaux de bêta spodumène dans la région proche de la surface, car dans le cas contraire il en résulte des produits translucides, voire même opaques. Le document évoque certes une vitrocéramique sensiblement transparente, mais les tailles de cristaux déterminées sont indiquées comme étant inférieures à 1 iam et majoritairement inférieures à 500 nm, ce qui correspond effectivement à une vitrocéramique translucide au sens de la définition ci-dessus. Un autre document qui traite d'une vitrocéramique translucide avec KMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur et HQMK comme phase cristalline prédominante dans une couche à gradients est DE 10 2010 006 232 Al. Pendant la céramisation, le produit de verre est chauffé rapidement à une température maximale de 1 080 °C à 1 300 °C, est maintenu pendant au maximum 2 minutes à cette température maximale ou est de préférence refroidi immédiatement jusqu'à la température ambiante. Cela permet de fabriquer des vitrocéramiques avec des résistances élevées aux chocs et aux variations de température et avec un niveau de blanc L* > 95. Enfin, le document US 2014/0238971 Al traite d'une vitrocéramique avec des cristaux mixtes de kéatite comme phase cristalline principale. Dans ce document, on constate que la vitrocéramique peut également contenir une part de cristaux mixtes de quartz béta. La céramisation a lieu à une température maximale de 950 °C à 1 060 °C, pendant un laps de temps de 5 à 15 min. La composition de verre contient du Fe203 conjointement avec du Cr203 comme composants colorants, afin d'obtenir une coloration brun gris après la céramisation. On vise à atteindre un niveau de blanc L* entre 25 et 45, c'est-à-dire une vitrocéramique translucide à opaque. Comme pour les documents cités ci-dessus à titre d'exemple concernant des vitrocéramiques translucides avec KMK comme phase cristalline principale dans le coeur, il existe également un grand nombre de divulgations concernant des vitrocéramiques avec HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur. A titre d'exemple, on indiquera ici simplement le document DE 10 2008 050 263 Al. La vitrocéramique divulguée dans celui-ci est transparente et teintée. La céramisation a lieu à une température maximale de 940 °C, avec un temps de maintien d'au maximum 15 min. Par le document DE 10 2007 025 893 Al, on sait en outre qu'il est également possible de fabriquer des vitrocéramiques LAS avec des cristaux mixtes de kéatite comme phase cristalline prédominante, qui sont transparentes. Plus précisément, ce document a pour objet une vitrocéramique avec des cristaux mixtes de kéatite comme phase cristalline prédominante, en une proportion allant de 60 à 98 % en vol., qui est prévu comme blindage antibalistique et exige par conséquent une résistance particulièrement élevée. En même temps, ce document constate que le choix approprié du verre de départ et du contrôle de température lors de la céramisation permet également de fabriquer une telle vitrocéramique sous une forme transparente au sens du modèle Andrejew Hoppe et au sens du modèle Rayleigh Ganz. On pense que la formation de petits cristaux avec un rayon de cristal moyen < 30 nm est responsable de la transparence D'autre part, notamment le composant ZnO permet de régler la différence de puissance réfringente des cristallites KMK par rapport à la phase vitreuse résiduelle, ce qui est également utile pour optimiser la transparence. La vitrocéramique n'est pas teintée. En résumant les résultats, on peut constater que d'une part les conditions de céramisation ont une influence sur la diffusion de lumière liée à la formation de KMK et que d'autre part des températures de céramisation élevées et des temps de céramisation plus longs conduisent à une coloration plus intense du fait de l'oxyde de vanadium contenu. Ces deux aspects peuvent avoir des effets négatifs sur la capacité d'affichage. D'autre part, le comportement de transmission de vitrocéramiques colorées dépend pour les deux aspects de la longueur d'onde. Pour cette raison, les efforts pour améliorer le confort d'utilisation et les fonctions techniques des appareils par des affichages multicolores de couleurs aussi variées que possible et/ou pour offrir aux fabricants des appareils la possibilité de les différencier grâce aux couleurs se heurtent régulièrement à des difficultés techniques. Pour la capacité d'affichage, par exemple d'affichages dits "à sept segments" ou TFT, il serait important, outre un bon réglage de l'absorption, d'obtenir une faible diffusion de la lumière dans le matériau. Un nombre de centres de diffusion trop important dans le matériau fait que l'affichage est flou et est donc désavantageux pour cette application. Outre la transparence et la coloration, les vitrocéramiques destinées à des plans de cuisson doivent avoir de nombreuses autres propriétés. En particulier, il est important d'obtenir un coefficient de dilatation thermique aussi faible que possible (désigné par CTE ou encore a) car il influence fortement la TUF (résistance aux variations de température). Les vitrocéramiques LAS avec HQMK comme phase cristalline principale se caractérisent par un CTE(20/700 °C) très faible, d'environ 0 à 0,5 ppm/K, et les vitrocéramiques LAS avec KMK comme phase cristalline principale se caractérisent par un CTE(20/700 °C) légèrement plus élevé, d'environ 0,8 à 1,5 ppm/K. D'autre part, la résistance mécanique - avant tout la résistance aux chocs - des plans de cuisson joue un rôle important. Pour répondre aux exigences concernant leur résistance aux chocs, conformément à des normes de sécurité nationales et internationales, telles que EN 60335 ou UL 858 ou CSA 22.2, les plans de cuisson en vitrocéramiques LAS doivent généralement avoir des épaisseurs de matériau de 3,8 mm. Fondamentalement, des verres plats plus minces seraient souhaitables déjà pour des raisons d'économie de matière, mais d'un autre côté, l'épaisseur fait augmenter la résistance aux chocs. Or, le fléchissement du plan de cuisson survenant en cas de choc, et les contraintes de traction associées sur sa face inférieure, augmentent sensiblement à mesure que l'épaisseur du plan de cuisson diminue. Par conséquent, pour que des plans de cuisson plus minces répondent aux exigences des normes concernant la résistance aux chocs, la face inférieure du plan de cuisson doit avoir une résistance accrue qui soit suffisante pour résister aux contraintes de traction plus élevées.
Par conséquent, la présente invention a pour objet de proposer une vitrocéramique et un procédé de fabrication de celle-ci, qui utilisent le moins de matière possible et présentent par ailleurs une transparence optique suffisante et une possibilité de coloration pour un grand nombre d'applications. 25 30 Ce but est atteint par un substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente, ayant la composition suivante (en % en poids) : A1203 18 - 23 Li20 3,0 - 4,2 SiO2 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na2O + K20 0,2 - 1,5 MgO 0-1,5 Ca0 + Sr0 + Ba0 0-4 B203 0-2 TiO2 2,3-4 Zr02 0,5 - 2 P205 0-3 Sn02 0 - < 0,6 Sb203 0 - 1,5 As203 0 - 1,5 Ti02+ Zr02+ SnO2 3,8 - 6 V205 0,01 - 0,06 Fe2O3 0,03 - 0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au maximum 1,0 % en poids, comprenant une couche à gradients et un coeur sous-jacent, dans lequel la vitrocéramique LAS présente dans le coeur du cristal mixte de kéatite (KMK) comme phase cristalline prédominante, et, dans la couche à gradients, du cristal mixte de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, et dans lequel, pour tout point situé à une profondeur supérieure ou égale à 20 i.tm, de préférence pour tout point situé à une profondeur supérieure ou égale à 15 i.tm et de façon particulièrement avantageuse pour tout point situé à une profondeur supérieure ou égale à 10 i.tm, la proportion de phase cristalline KMK dépasse 50 % de la somme des proportions de phase cristalline HQMK et KMK.
Pour simplifier, la description qui suit utilise le terme "vitrocéramique conforme à l'invention" à la place de "substrat vitrocéramique conforme à l'invention", bien qu'il ne soit pas censé désigner le matériau "vitrocéramique", mais justement le substrat fabriqué à partir de celui-ci.
On a eu la surprise de constater qu'il est possible de fabriquer à partir d'une vitrocéramique LAS dont la structure ou le profil de couche cristalline est réglé(e) de la manière décrite plus haut et qui a été réalisée par le procédé décrit ci-après, un substrat vitrocéramique qui présente une combinaison, non décrite jusqu'à présent, d'une résistance élevée et d'une possibilité de coloration appropriée dans le domaine des longueurs d'onde visibles, tout en ayant une faible diffusion (Haze). Pour cette raison, le substrat selon l'invention est particulièrement adapté pour des applications telles que les plans de cuisson, d'épaisseur inférieure à 3,8 mm de préférence d'épaisseur inférieure à 3,2 mm, et avec une transparence optique suffisante pour le fonctionnement d'indicatifs lumineux et de dispositifs d'affichage. Le substrat vitrocéramique conforme à l'invention, constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente avec la composition précitée et avec une couche à gradients proche de la surface et un coeur sous-jacent, où la vitrocéramique LAS présente dans le coeur des cristaux mixtes de kéatite (KMK) comme phase cristalline prédominante, et, dans la couche à gradients, des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, peut donc être défini par une résistance aux chocs exprimée par une valeur "CIL" d'au moins 0,8 N, où la valeur CIL correspond à la charge précitée d'au moins 0,8 N, avec laquelle, sous une humidité ambiante de 10 %, une machine d'essai Vickers est enfoncée dans la surface de la vitrocéramique, où en moyenne 2 fissures, partant des bords d'une empreinte ainsi produite, se forment en au moins 10 essais. Il est bien connu de l'homme du métier que l'humidité ambiante a une influence sur la valeur CIL en raison du phénomène physique de fissuration par corrosion sous contrainte. Par exemple, cela peut avoir pour effet le fait que le même substrat vitrocéramique mesuré sous une humidité ambiante plus faible a une valeur CIL plus importante que dans le cas d'une humidité ambiante plus importante. Ainsi ; le substrat vitrocéramique selon l'invention a de préférence une valeur CIL d'au moins 0,98N en cas d'une humidité ambiante de 1%.
Grâce à la résistance spécifique accrue, il est pour la première fois possible de produire une vitrocéramique teintée d'une épaisseur de 3 mm seulement, ne dépassant en tout cas pas 3,2 mm, avec la même charge totale admissible que les plaques de vitrocéramique traditionnelles d'une épaisseur de 4 mm. Il en résulte une économie de matière potentielle d'au moins 20 % ou, à épaisseur égale, une augmentation correspondante de la résistance. En outre, il est possible de se passer des « bosselures » sur la face inférieure de la plaque de cuisson, qui sont ordinairement utilisées entre autres en vue d'augmenter la résistance. Ainsi, le substrat vitrocéramique selon l'invention est de manière avantageuse réalisé de sorte à être lisse sur les deux faces. Ces avantages et d'autres avantages et propriétés du substrat vitrocéramique conforme à l'invention et du procédé conforme à l'invention seront décrits ci-après à l'aide des dessins, sur lesquels la figure 1 représente un graphique illustrant la détermination de la résistance à la rupture selon l'essai "CIL" ; la figure 2a représente un graphique pour comparer la résistance à la rupture déterminée selon l'essai CIL sous une humidité ambiante de 10% et après un essai d'impact d'une bille sur deux échantillons conformes à l'invention et sur un échantillon de comparaison ; la figure 2b représente un graphique pour comparer la résistance à la rupture déterminée selon l'essai CIL sous une humidité ambiante de 1% et après un essai d'impact d'une bille sur deux échantillons conformes à l'invention et sur un échantillon de comparaison, la figure 3 représente un graphique des proportions de phase cristalline HQMK et KMK en fonction de la profondeur, mesurées sur un premier échantillon conforme à l'invention et mesurées par DRX de couches minces ; la figure 4 représente un graphique des proportions de phase cristalline HQMK et KMK en fonction de la profondeur, mesurées sur un deuxième échantillon conforme à l'invention et mesurées par DRX de couches minces ; la figure 5 représente un graphique des proportions de phase cristalline HQMK et KMK en fonction de la profondeur, mesurées sur un échantillon de comparaison ; la figure 6 représente un graphique de la mesure de lumière diffusée, sur deux échantillons de la vitrocéramique conforme à l'invention et sur deux échantillons de comparaison ; et la figure 7 représente un graphique température-temps illustrant les paramètres de céramisation nécessaires à la fabrication de la vitrocéramique conforme à l'invention.
Pour déterminer la résistance à la rupture, on utilise en premier lieu le procédé d'essai "Charge initiation load" ("CIL" - charge d'amorçage de fissures) connu en soi; voir par exemple le document US 8,765,262,A. Il prévoit qu'un échantillon de la vitrocéramique qui est fixé dans un support balayé à l'azote soit soumis à une charge ponctuelle à l'aide d'un appareil d'essai de matériaux (Mikro Kombi Tester de CSM) avec un pénétrateur Vickers V-I-03. La charge prédéfinie est augmentée en l'espace de 30 secondes de façon linéaire jusqu'à atteindre une valeur maximale sélectionnée, et est réduite sans maintien, dans le même laps de temps. Compte tenu de la sollicitation, il est possible que 0 à 4 fissures se forment dans la vitrocéramique en partant des angles de l'empreinte pyramidale. La valeur maximale sélectionnée de la charge est augmentée par gradins jusqu'à ce que 4 fissures se forment pour chaque empreinte. Pour chaque force, on réalise au moins 10 mesures pour pouvoir détecter le changement de la formation des fissures qui dépend également de la surface existante (détériorations antérieures). Le nombre de fissures pour une même force sert à former une valeur moyenne. Pendant la mesure, l'échantillon reste de préférence dans le support jusqu'au comptage des fissures. L'analyse est de préférence réalisée sous atmosphère d'azote pour éviter autant que possible une croissance sous-critique des fissures suite à l'humidité de l'air ambiant. Ainsi, on détermine lors de plusieurs essais le nombre respectif des fissures se propageant à partir des angles de l'empreinte du pénétrateur Vickers, en fonction de la charge appliquée. Les nombres de fissures déterminées sont mis en relation avec la force d'empreinte et reportés dans un graphique, et on réalise un ajustement d'une fonction de Boltzmann sur la courbe charge/fissures, comme illustré dans la figure 1. Enfin, on lit sur cette courbe la valeur CIL de la charge qui provoque en moyenne deux fissures et on l'émet comme caractéristique pour la résistance aux chocs. La figure 1 représente à titre d'exemple trois points de mesure.
Conformément à l'invention, la charge déterminée sous une humidité ambiante de 10% est au moins de 0,8N, et la charge déterminée sous une humidité ambiante de 1% est d'au moins 0,98N. Toutefois, la résistance de la vitrocéramique conforme à l'invention et notamment la résistance aux chocs qui est importante pour le substrat vitrocéramique d'un plan de cuisson - cf. EN 60335, UL 858 ou CSA 22.2 - peuvent aussi être déterminées d'une autre manière. Un autre procédé d'essai reconnu pour déterminer la résistance aux chocs est l'essai dit "d'impact d'une bille"; cf. par exemple DE 10 2004 024 583 Al. Il est effectué sur des portions carrées de dimensions 100 mm x 100 mm d'une plaque vitrocéramique à tester. La réalisation de la mesure de la résistance aux chocs se fait sur la base de DIN 52306. A cet effet, l'échantillon de mesure est placé dans un cadre d'essai, et on fait tomber une bille d'acier d'un poids de 200 g et d'un diamètre de 36 mm au centre de l'échantillon. La hauteur de chute est augmentée graduellement, jusqu'à ce qu'il y ait rupture. En raison du caractère statistique de la résistance aux chocs, cet essai est réalisé sur une série d'au moins 10 échantillons. Comme caractéristiques de la résistance, on détermine la valeur moyenne, l'écart standard et/ou le quantile 5 % de la distribution des valeurs mesurées Cette dernière valeur indique à quelle hauteur de chute 5 % des échantillons testés se brisaient. Il est connu que la résistance aux chocs d'une plaque de verre ou de vitrocéramique est déterminée entre autres par des détériorations de surface plus ou moins aléatoires. L'action des détériorations de surface sur la résistance, qui est difficile à contrôler du fait de son caractère aléatoire, entraîne généralement un écart standard important de la distribution des valeurs mesurées et peut donc fausser considérablement une évaluation comparative de la résistance aux chocs de lots d'essai différents. Une solution possible consiste à augmenter l'étendue statistique de l'essai, ce qui peut le cas échéant impliquer des dépenses considérables. Une autre possibilité qui est reconnue dans les milieux d'experts consiste à soumettre la surface de la plaque de verre ou de vitrocéramique à un traitement de surface préalable, identique pour l'ensemble des lots d'essai, sous la forme d'une détérioration préalable définie. Dans les exemples cités ci-après, cette détérioration préalable consiste en une rayure unique qui est réalisée au milieu sur la face inférieure de l'échantillon de mesure, face au point de contact de l'impact de bille sur la face supérieure. La rayure est réalisée à l'aide d'une pointe de diamant, dans le cas présent un pénétrateur Knoop, en faisant passer cette pointe de diamant, parallèlement à son axe longitudinal, en ligne droite sur la surface de l'échantillon de mesure, avec une force d'appui constante de 0,12 N et une vitesse constante de 20 mm/min, sur une longueur d'au moins 10 mm. La résistance aux chocs de la vitrocéramique LAS ainsi endommagée par contact peut être déterminée de la manière décrite au début, à l'aide de l'essai d'impact de bille. L'écart standard, qui est typiquement inférieur à 10 % en relation, est alors faible, de sorte que la mesure peut être soumise à une évaluation statistique fiable, tout en maintenant la taille des lots d'essai à un niveau raisonnable. Les résultats de mesure déterminés avec l'essai CIL décrit et l'essai d'impact de bille décrit sont inscrits en rapport l'un avec l'autre dans deux graphiques dans les figures 2a et 2b, en vue d'une comparaison. Dans chaque cas, on a testé deux vitrocéramiques ou deux substrats vitrocéramiques Al et A2 conformes à l'invention et une céramique de comparaison Bi avec HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur. Tandis que les mesures de CIL selon la figure 2a a été menées sous une humidité ambiante de 10%, les mesures de CIL selon la figure 2b ont été menées sous une humidité ambiante de 1%. Les essais par chute de bille ont été effectuées dans des conditions de tous les jours à une humidité ambiante d'environ 50% et n'ont pas subi de modification, compte tenu du fait que l'humidité ambiante n'a pas d'influence significative sur la résistance à l'impact de balle. Les résultats des essais CIL figurent sur l'abscisse et ceux de l'essai d'impact de bille sur l'axe des ordonnées. Sont inscrits aussi bien la moyenne déterminée avec l'essai d'impact de bille, représentée sous forme de points de mesure ronds reliés par une ligne continue, que le quantile 5 %, représenté sous forme de points de mesure triangulaires reliés par une ligne en tirets. On constate une coïncidence significative des caractéristiques déterminées selon les deux méthodes. Conformément aux attentes, le quantile 5 % est légèrement plus faible que la valeur mesurée respective associée de la hauteur de chute. La paire de points de mesure de gauche représente la céramique de comparaison B1 et les deux paires de droite représentent respectivement l'un des exemples de réalisation Al et A2. Avec les deux méthodes de mesure, il s'avère que les deux vitrocéramiques ayant la structure de couches conforme à l'invention résistent nettement mieux à la rupture que la céramique de comparaison. Ainsi, pour un plan de cuisson d'une épaisseur de 4 mm, on a mesuré dans l'exemple de réalisation conforme à l'invention Al, avec l'essai d'impact de bille, une résistance aux chocs de 46 + 6 cm (valeur moyenne + écart standard) et 37 cm (quantile 5 %). En revanche, pour le produit de référence B1 en vitrocéramique teintée transparente, avec HQMK comme phase cristalline prédominante également dans le coeur, on a déterminé en comparaison seulement 19 + 3 cm (valeur moyenne + écart standard) et 14 cm (quantile 5 %). Par rapport à l'exemple de comparaison en A2, la hauteur de chute pouvait même encore être augmentée d'environ 90 % et pour Al d'environ 142 %. Les deux exemples de réalisation dépassent nettement la valeur limite CIL exigée de 0,8 N pour une humidité ambiante de 10% ou de 0,98 N pour une humidité ambiante de 1%.
Non seulement pour la céramique de comparaison Bi, avec HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur, mais aussi pour des vitrocéramiques translucides ou opaques connues, avec KMK comme phase cristalline principale, la résistance aux chocs après une détérioration préalable définie se situe dans une plage nettement plus basse que pour la vitrocéramique conforme à l'invention ou le substrat vitrocéramique. Par exemple, en procédant de la manière décrite dans les exemples B2 et B3 cités plus loin dans le tableau 2, on a déterminé avec l'essai d'impact de bille du type décrit plus haut, une hauteur de chute de seulement 29 + 6 cm.
La valeur limite CIL de 0,8 N pour une humidité ambiante de 10% ou de 0,98 N pour une humidité ambiante de 1% correspond à une hauteur moyenne d'environ 32 cm et à un quantile 5 % d'environ 26 cm lors de l'essai d'impact de bille. Pour cette raison, la hauteur de chute de bille, qui est déterminée lors de l'essai d'impact de bille sur une vitrocéramique conforme à l'invention, préalablement détériorée de façon définie, comme décrit plus haut, est de préférence d'au moins 30 cm (valeur moyenne) et/ou 25 cm (quantile 5%), et de façon particulièrement avantageuse d'au moins 40 cm (valeur moyenne) et/ou 35 cm (quantile 5 %). Tandis que la mesure de la résistance aux chocs en tant qu'exigence de norme pour des plans de cuisson - il est de nouveau fait référence à EN 60335, UL 858 ou CSA 22.2 - a une importance directe, il n'existe pas de définition normative pour la résistance à la flexion en tant que paramètre supplémentaire pour caractériser la résistance mécanique, mais la détermination de la résistance à la flexion est une autre grandeur de mesure appropriée permettant de démontrer une augmentation de la résistance par le processus conforme à l'invention. L'essai de résistance à la flexion, qui a pour cette raison été réalisé en plus, s'effectue sous forme d'essai double bague selon EN 1288 Partie 5 (R45). Lors de l'essai de résistance à la flexion avec évaluation subséquente selon le modèle de Weibull, un plan de cuisson en vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm selon le mode de réalisation conforme à l'invention atteint une résistance à la flexion caractéristique de 236 Mpa pour un module de Weibull de 6,0. Par rapport à la céramique de comparaison de même épaisseur, doté de HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur avec une résistance à la flexion caractéristique de 171 MPa pour un module de Weibull de 7,3, cela représente une augmentation significative et confirme l'effet, favorisant globalement la résistance, de la structure de couche conforme à l'invention et des teneurs en cristaux. L'utilisation du modèle de Weibull pour l'exploitation statistique de mesures de résistance est généralement connue dans les milieux d'experts, par exemple par W. Weibull, "A statistical theory of the strength of materials", IngeniôrsvetenskapsakademiensHandlingar N°. 151, 1-45 (1939). Pour comparer, on a également déterminé de cette manière la résistance à la flexion sur B2. Le résultat confirme : l'évaluation selon Weibull donnait une valeur de 131 Mpa, ce qui est même inférieur à la valeur pour la vitrocéramique HQMK. Par conséquent, tous les procédés d'analyse confirment que la résistance spécifique et notamment la résistance aux chocs spécifique, qui joue un rôle prépondérant pour l'utilisation comme plan de cuisson, est extrêmement élevée pour la vitrocéramique du substrat conforme à l'invention, ce qui permet d'obtenir une résistance globale comparable à celle des plaques en vitrocéramique classiques d'une épaisseur de 4 mm, déjà à partir d'une épaisseur ne dépassant pas 3,0 mm.
Cela est dû à la structure spécifique des couches cristallines ou au profil de la vitrocéramique, dont la détermination sera expliquée ci-après. On mesure la proportion de phase cristalline KMK et la proportion de phase cristalline HQMK en fonction de la profondeur. Les proportions de phase cristalline sont ici toujours indiquées en % en vol. et les tailles de cristallite moyennes en nm. Les proportions de phase cristalline sont déterminées par DRX de couches minces (diffraction de rayons X) sur des échantillons intacts des vitrocéramiques ou par DRX sur poudre, sur des poudres obtenues à partir de celles-ci. On a mesuré les reflets caractéristiques de la phase cristalline respective (HQMK ou KMK) et on a déterminé la proportion de phase cristalline à partir de la surface intégrale des reflets. On a mis ces surfaces intégrales en relation avec celles d'échantillons standards à teneur de phase connue, et on a calculé ainsi les proportions des phases cristallines et des autres phases amorphes aux rayons X. Les tailles de cristallite indiquées ici ont été déterminées par le biais de l'élargissement des reflets selon la formule dite de Scherrer, en relation avec un standard. L'expérience a montré que les erreurs de mesure relatives sont de 10 % pour la teneur de phase et de 5 % pour la taille des cristallites.
Les figures 3 à 5 montrent respectivement un graphique ou un profil de concentration des proportions de phase cristalline HQMK et KMK en fonction de la profondeur, mesurées sur un premier exemple d'un échantillon Al conforme à l'invention (figure 3), un deuxième exemple d'un échantillon A2 conforme à l'invention (figure 4) et un exemple de comparaison d'une céramique B1 avec HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur (figure 5). Les proportions de phase cristalline sont reportées respectivement en % dans la direction y, et la profondeur, en partant de la surface de l'échantillon de vitrocéramique, est reportée en i.tm dans la direction x. Les vitrocéramiques étaient mesurées par diffraction de rayons X avec une incidence rasante sous 0,5°. L'expérience montre que l'information de profondeur d'une telle mesure est de l'ordre d'environ 2 i.tm. Ensuite, les échantillons étaient successivement polis et de nouveau mesurés par DRX, afin de déterminer les teneurs de phase dans des couches plus profondes. Les graphiques montrent que dans les exemples de réalisation Al et A2 la proportion de HQMK commence d'abord par augmenter dans une première partie. Cette augmentation est due à la zone vitreuse connue, d'une épaisseur allant de quelques 100 nm jusqu'à au maximum 1 i.tm, qui se situe à la surface de la vitrocéramique et qui ne contient pas de cristaux. Or, comme la mesure DRX intègre lors de chaque étape de mesure sur une information de profondeur d'environ 2 i.tm, la teneur en HQMK dans les premiers 2 i.tm entre dans la valeur mesurée à la surface qui n'est par conséquent pas définie par 0 % dans le cadre de l'erreur de mesure. En direction du coeur, la proportion de la phase HQMK diminue ensuite successivement, et en même temps la proportion de KMK augmente respectivement en direction du coeur. Dans le cas de Al, la proportion de KMK à environ 76 i.tm correspond à la proportion de la "valeur de volume" (bulk) d'environ 75 % qui est déterminée à une profondeur de 2 000 i.tm. En même temps, HQMK à 76 i.tm est tombé à la valeur de volume à 2 000 i.tm de profondeur, qui est de 0 %. Dans le cas de l'exemple de réalisation A2, la proportion de HQMK diminue seulement jusqu'à 10 %, et la valeur de volume à une profondeur de 2 000 i.tm est atteinte à environ 56 i.tm. De manière correspondante, à cette profondeur la valeur maximale pour KMK est atteinte avec 59 °A. Par ailleurs, les couches contiennent des phases dites "amorphes aux rayons X", c'est-à-dire des phases ne pouvant pas être détectées par diffraction de rayons x, qui englobent entre autres notamment aussi la phase vitreuse. Les deux exemples de réalisation montrent que le point d'intersection des courbes qui représentent les proportions de phase HQMK et KMK se situe entre 0 et 10 i.tm, plus précisément entre 2 et 8 i.tm et ainsi dans tous les cas au dessous de 10 i.tm. En d'autres termes, au plus tard à une profondeur de 10 i.tm et plus, la proportion de phase cristalline KMK a dépassé 50 % de la somme des proportions de phase cristalline HQMK et KMK. En revanche, dans l'exemple de comparaison B1 on voit clairement qu'il n'y a pas de KMK dans le matériau et que HQMK atteint sa valeur de volume maximale de 70 % déjà à 29 i.tm à une profondeur de 2 000 i.tm. En même temps, malgré la formation de KMK dans le coeur, la vitrocéramique conforme à l'invention est transparente et, du fait de l'absence de centres de diffusion gênants, convient donc en principe bien notamment aussi pour des affichages multicolores. La transparence est déterminée par une mesure de lumière diffusée selon le standard international ISO 14782 1999(E), normalisée respectivement pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm.
Dans la figure 6, le résultat de cette mesure de lumière diffusée est représenté dans un graphique, dans une gamme de longueurs d'onde allant de 380 nm à 1 000 nm. La mesure était effectuée sur les deux échantillons Al et A2 conformes à l'invention et sur deux échantillons de comparaison B1 et B3. Tandis que l'échantillon de comparaison Bi, avec HQMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur de la vitrocéramique, présente comme prévu une proportion de lumière diffusée faible, appelée ci-après aussi "Haze", d'environ 4 % pour une longueur d'onde de 470 nm, la valeur pour l'échantillon de comparaison B3 translucide, avec KMK comme phase cristalline prédominante dans le coeur de la vitrocéramique, est d'environ 27 %, ce qui est très élevé. Par contre, la proportion de diffusion maximale des vitrocéramiques Al et A2 conformes à l'invention est d'environ 9 % et d'environ 13 % pour une longueur d'onde de 470 nm, déterminée respectivement sur un ajustement des courbes de mesure représentées dans la figure 6. De plus, la proportion de diffusion maximale ne dépasse pas la valeur de 17 % dans l'ensemble de la gamme de longueurs d'onde allant de 400 nm à 500 nm et se situe donc dans le domaine de la transparence.
Pour obtenir que la vitrocéramique convienne à des affichages multicolores, la proportion de lumière diffusée maximale ("haze"), déterminée selon le standard international ISO 14782 1999(E), normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm et pour une longueur d'onde de 470 nm, est donc de préférence d'au maximum 15 %, de façon particulièrement avantageuse d'au maximum 12 %. D'autre part, la proportion de diffusion maximale ("haze"), déterminée selon le standard international ISO 14782 1999(E), normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, dans une gamme de longueurs d'onde allant de 400 nm à 500 nm, ne dépasse de préférence pas 20 % et ne dépasse de façon particulièrement avantageuse pas 17 %. Outre la transparence, tout en tenant compte d'une bonne aptitude d'affichage, la vitrocéramique doit encore présenter une coloration suffisante, c'est-à-dire provoquer des pertes de transmission par absorption dans la gamme des longueurs d'onde visibles. La coloration doit notamment être si foncée que des objets non lumineux ne puissent pas être distingués à l'oeil nu à travers la vitrocéramique LAS, tandis que les objets lumineux sont visibles. Une grandeur de mesure qui représente cette propriété est la transmission intégrale Tvis dans la région spectrale visuelle Tvis, appelée également Y, "brightness" ou "luminance", et est calculée à partir du spectre de transmission dans la gamme de longueurs d'onde de 380 nm à 780 nm. A cet effet, le spectre mesuré est plié avec le spectre d'émission d'une source lumineuse standard (D65) et avec la partie verte du "tristimulus" du système de couleurs CIE. Pour la transmission intégrale de la vitrocéramique conforme à l'invention dans la région spectrale visible, normalisée pour une vitrocéramique Tvis < 5 °A. Ce réglage de paramètres constitue une occultation suffisante d'une épaisseur de 4 mm, on a de préférence des composants non lumineux situés sous la vitrocéramique. D'autre part, la transmission spectrale T470nm, 4mm de la vitrocéramique conforme à l'invention, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, pour une longueur d'onde de 470 nm, est de préférence supérieure à 0,1 °A. Enfin, la transmission spectrale T550nm, 4mm de la vitrocéramique conforme à l'invention, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, pour une longueur d'onde de 550 nm, est de préférence supérieure à 0,25 °A. Les deux réglages de paramètres cités en dernier garantissent chacun pour soi une capacité d'affichage de couleurs améliorée, et ensemble une capacité d'affichage particulièrement bonne. Ainsi, l'invention combine pour la première fois des propriétés considérées jusqu'à présent comme incompatibles, telles qu'une grande résistance, d'une part, et une bonne capacité d'affichage, suite à une faible diffusion et des propriétés de transmission adaptées, d'autre part. Elle convient donc particulièrement bien pour des applications avec des exigences esthétiques élevées, telles que des plans de cuisson ou des affichages et des zones de commande. A cet égard, la résistance aux chocs accrue du matériau permet de fabriquer des plans de cuisson ayant des épaisseurs de matériau plus faibles, par exemple de 3 mm, qui répondent aux exigences selon EN 60335 et UL 858 ou CSA 22.2.
Ces propriétés, qui semblent en partie s'opposer, sont obtenues par l'action conjointe, coordonnée de façon étroite, entre la composition de la vitrocéramique, d'une part, et le procédé de céramisation, d'autre part.
Le procédé conforme à l'invention pour fabriquer le substrat vitrocéramique conforme à l'invention, à partir d'un verre LAS avec la composition précitée, prévoit les étapes suivantes, en partant du verre en fusion : affinage du verre en fusion, formage du verre cru avec refroidissement de la masse en fusion, application, au verre cru ainsi produit, d'une étape de germination, ensuite d'une étape de croissance de cristaux lors de laquelle des cristaux HQMK croissent sur les germes de cristaux, application, au produit intermédiaire vitrocéramique ainsi précristallisé, comportant des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, à une étape de transformation de cristaux lors de laquelle la phase cristalline HQMK est transformée en partie en une phase cristalline KMK, où l'étape de transformation de cristaux est réalisée avec une température maximale Tmax et pendant un temps de maintien t(Tmax) de cette température maximale dans une plage température-temps qui est délimitée par quatre droites reliant les quatre points d'angle avec les couples de valeurs (Tmax = 910°C; t(Tmax) = 25 minutes), (Tmax = 960°C; t(Tmax) = 1 minute), (Tmax = 980°C; t(Tmax) = 1 minute) et (Tmax = 965°C; t(Tmax) = 25 minutes).
Partant d'un produit intermédiaire vitrocéramique précristallisé, comportant des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, le procédé conforme à l'invention commence de façon correspondante par l'étape de transformation de cristaux. Et partant d'un verre cru, le procédé conforme à l'invention commence de façon correspondante par l'étape de germination qui est suivie de l'étape de croissance de cristaux et de l'étape de transformation de cristaux. La composition de la vitrocéramique, en relation avec le procédé de fabrication, permet de produire la structure de couches précitée et des teneurs en cristaux, ainsi que la caractéristique de transmission conforme à l'invention et donc les propriétés avantageuses du matériau. La phase cristalline principale de la vitrocéramique est alors constituée de KMK qui est présent dans la plage de composition suivante : Li(1-2,2y)Mg'ZnyAlSi206 - Li(1-2x- 2y)Mg(x)Zn(y)AlSi4010 avec (0 < x < 0,5; 0 < y < 0,5 et 0 < x+y < 0,5). Le programme de céramisation conforme à l'invention pour la transformation de cristaux est expliqué à l'aide de la figure 7. Les inventeurs ont constaté que les vitrocéramiques avec la composition citée ne réunissent les propriétés souhaitées que lorsqu'elles ont été céramisées dans des conditions situées dans la plage température-temps trapézoïdale représentée dans la figure 7, qui est délimitée par quatre droites reliant les quatre points d'angle avec les couples de valeur (température de céramisation maximale Tmax; temps de maintien t(Tmax)) indiquées dans le tableau 1 ci-après. Les valeurs préférées sont également indiquées dans le tableau 1. Tableau 1 Tmax [°C] t(Tmax) [min] Point d'angle 1 910, de 25, de préférence 920 préférence 20 Point d'angle 2 960 1, de préférence 2 Point d'angle 3 980 1, de préférence 2 Point d'angle 4 965 25, de préférence20 A titre d'exemple, dans le graphique de la figure 7, dans lequel 25 le temps de maintien t(Tmax) est inscrit par rapport à la température de céramisation maximale Tmax, sont inscrites les céramiques Al à A7 conformes à l'invention et les exemples de comparaison non englobés par l'invention. La plage température-temps des paramètres de céramisation conformes à l'invention est dessinée sous la forme d'une 30 surface trapézoïdale encadrée dont les angles présentent les coordonnées du tableau 1. De préférence, le procédé conforme à l'invention est perfectionné par le fait que le verre cru ou le produit intermédiaire vitrocéramique est chauffé de la température ambiante à la température 20 maximale T.,, pendant un laps de temps d'au maximum 60 minutes, de préférence d'au maximum 45 minutes et de façon particulièrement avantageuse d'au maximum 30 minutes. L'avantage de ce perfectionnement réside dans le fait que les conditions de céramisation du temps de maintien t(Tmax) et de la température de céramisation maximale Tmax, déterminantes pour les propriétés du produit, dans lesquelles les processus de céramisation et avant tout la transformation de phase se déroulent de façon particulièrement contrôlée, sont atteintes rapidement et que la céramisation ne se déroule pas déjà pendant le chauffage et donc d'une façon moins contrôlée. Pour la fabrication d'une vitrocéramique transparente à haute résistance, contenant du KMK, on a mis au point un procédé de céramisation nettement plus économique, car plus rapide, comparé à l'état de la technique. Cela ressort par exemple de la comparaison avec les procédés décrits dans US 20140238971 A. Tandis que le procédé conforme à l'invention, y compris le laps de temps du refroidissement jusqu'à une température de 780 °C, nécessite au total moins de 60 min, de préférence moins de 50 min, les procédés de céramisation, qui ont été décrits par l'état de la technique, durent au moins 80 minutes pour atteindre une température comparable dans la plage de la courbe dite "de refroidissement", c'est-à-dire de la phase succédant à la température maximale. Le court temps de maintien à Tmax garantit alors que les KMK se forment avec une répartition dimensionnelle, une taille globale moyenne et une proportion de phase qui permettent d'obtenir la résistance élevée, conjointement avec une faible diffusion de lumière et donc la transmission conforme à l'invention. Cela est d'autant plus surprenant que ces conditions de céramisation conformes à l'invention pouvaient également être combinées avec un procédé plus économique et plus rapide que celui décrit dans l'état de la technique. Il semble également que 5n02, en tant qu'agent de germination, intervient de manière décisive dans le processus de germination et de croissance. Ainsi, on a observé que la transformation d'une vitrocéramique transparente non teintée, contenant du Sn, en une vitrocéramique opaque est sensiblement ralentie par rapport à une vitrocéramique affinée à l'As. Cela semble également être le cas du matériau et du processus conformes à l'invention, et pour cette raison il est possible de réaliser des vitrocéramiques transparentes également dans la plage de longueurs d'onde allant de 380 nm à 500 nm, qui présentent en même temps une proportion élevée de phase de kéatite. Cela est dû à la croissance ralentie des cristaux et aux petites tailles de cristaux qui en résultent.
La fabrication peut être rendue encore plus sûre du point de vue du processus, et les propriétés de produit exigées peuvent être affinées, si l'on respecte les paramètres préférés, décrits ci-après. La vitrocéramique est de préférence fabriquée à partir d'un verre LAS qui, à l'exception de traces inévitables, est exempt d'arsenic et d'antimoine et contient la plupart du temps au moins 0,1 % en poids de 5n02. Fondamentalement, on connaît par DE 199 39 787 C2 l'utilisation de 5n02 comme agent de réduction écologique (contrairement à 5b203 ou As203) pendant l'affinage et comme partenaire d'oxydoréduction pour un oxyde colorant, tel que V205 et/ou Fe205 pour la coloration de la vitrocéramique. En particulier, o peut obtenir d'excellents effets de couleur et qualités de bulles en combinaison avec un affinage à haute température, au-dessus de 1 700 °C. Concernant la coloration, il est particulièrement avantageux lorsque l'on respecte la condition suivante pour les composants Fe203 et V205 dans la composition : 1 < Fe203/V203 < 8. D'autre part, en ce qui concerne la coloration, les conditions de céramisation T. et t(Tmax) sont choisies de façon optimale telle qu'il n'y ait pas d'assombrissage de la vitrocéramique déjà colorée.
Conjointement avec un temps court d'élimination d'agent de germination et une cristallisation de volume courte, on ne passe pas en dessous d'un Tvis de 0,5 %, bien que l'on parcoure trois zones qui peuvent contribuer à la coloration et à la diffusion. Enfin, on évite une diffusion, car la faible durée de céramisation "gèle" pour ainsi dire l'état de faible diffusion. Les autres oxydes colorants dans la composition englobent au moins une substance du groupe constitué des éléments Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Se, Mo, W, leurs oxydes et des oxydes métalliques des terres rares. En particulier, il s'agit de Cr203, Mn02, MnO, CoO, Co203, NiO, Ni203, CuO, Cu20, Se0, d'autres oxydes métalliques des terres rares et de composés de molybdène. En cas de besoin, ces substances colorantes permettent de régler de manière encore plus précise les lieux des couleurs et/ou les valeurs de transmission. De préférence, la teneur en Cr203 est inférieure à 100 ppm, afin de ne pas trop limiter la transmission, notamment dans la région spectrale de 380 nm à 500 nm, ce qui aurait des effets négatifs sur la capacité d'affichage pour des DEL blanches et bleues ou des affichages en couleur.
De manière avantageuse la teneur en ZnO est au moins de 0,2 % en poids. ZnO est avantageux par rapport à l'adaptation de l'indice de réfraction entre la phase cristalline et la phase vitreuse et est donc positif pour les propriétés de transmission, du fait de la réduction de la diffusion à un minimum. De plus, pour des vitrocéramiques non teintées, la formation de gahnite induite par Zn sert à améliorer le niveau de blanc L*. La teneur en MgO est de préférence d'au moins 0,1 % en poids et de façon particulièrement avantageuse d'au moins 0,25 % en poids. La limite supérieure de la teneur en MgO se situe de préférence à 1 % en poids. De préférence, la teneur en A1203 est de 19 à 23 % en poids. La teneur en A1203 joue un rôle déterminant lors du réglage du rapport Al/Si dans KMK ainsi que dans HQMK. Cela permet par exemple de régler le coefficient de dilatation thermique de la vitrocéramique.
D'autre part, A1203 a un effet positif sur la résistance chimique de la vitrocéramique. Par ailleurs, il s'est avéré avantageux que la teneur en TiO2 soit de 19 à 23 % en poids.
La teneur en Zr02 est de 0,5 à 1,9 % en poids, de préférence de 0,5 à 1,8 % en poids et de façon particulièrement avantageuse de 0,5 à 1,7 % en poids. Dans ces limites pour le TiO2 et le Zr02, le comportement de germination est particulièrement avantageux. D'une part, il faut garantir qu'il y a une quantité suffisante d'agent de germination (titanate de zirconium) pour garantir une céramisation rapide et homogène. D'autre part, des teneurs en TiO2 et notamment en Zr02 trop élevées entraînent une dévitrification ou une germination spontanée, déjà lors du formage du verre cru qui s'oppose également à une céramisation homogène et à une bonne transparence. De préférence, le substrat vitrocéramique présente une zone de surface vitreuse sur la couche à gradients, d'une épaisseur de 50 à 1 000 nm, de préférence de 50 à 800 nm et de façon particulièrement avantageuse de 300 à 800 nm. Cette couche qui est créée par des processus de diffusion, notamment par diffusion de Li dans le volume ou coeur, et provoque ainsi un enrichissement en Li à l'intérieur et un appauvrissement dans la zone de surface du cristal, est considérée comme positive notamment en ce qui concerne des processus d'attaque chimique. Il s'est avéré avantageux que la proportion cristalline de toutes les phases dans le coeur soit au maximum de 90 %, de préférence d'au maximum 85 % et de façon particulièrement avantageuse d'au maximum 80 %. Une limite inférieure avantageuse peut être indiquée avec au moins 69 °A. D'autres phases cristallines secondaires sont HQMK, le rutile, la gahnite et le titanate de zirconium. Il s'est avéré avantageux lorsque la proportion totale de kéatite est inférieure à 80 %. La proportion cristalline est importante pour le réglage des propriétés de la vitrocéramique, notamment la dilatation thermique. Comme KMK présente une dilatation thermique plus élevée que HQMK, il convient de limiter de la manière citée notamment la proportion de KMK.
Afin de garantir une transparence suffisante du substrat vitrocéramique, les cristaux de la phase KMK au coeur de la vitrocéramique sont de préférence < 130 nm, déterminé comme décrit pus haut, par mesure DRX/diffraction des rayons X.
Le coefficient de dilatation thermique cczonoo de la vitrocéramique résultante est de préférence inférieur à 1,3x10-6/K. Ainsi, il se situe dans la plage de vitrocéramiques LAS translucides connues, avec KMK comme phase cristalline principale. La résistance aux variations de température du substrat vitrocéramique conforme à l'invention est de préférence > 800 °C. Par contre, la résistance aux variations de température de vitrocéramiques KMK translucides est typiquement de 700 °C. La résistance aux variations de température (TUF) décrit la capacité de résistance d'un objet en forme de plaque en verre ou vitrocéramique, par rapport à un gradient de température local. En relation avec l'utilisation en tant que plan de cuisson, l'essai de la TUF est définie comme suit : un échantillon, constitué d'une portion carrée de dimensions 250 mm x 250 mm de la plaque en vitrocéramique à tester, est placé horizontalement sur un élément chauffant radiant, typique d'une telle application et présentant un diamètre extérieur de 180 + 3 mm, en étant appliqué à plat et positionné de façon asymétrique telle que les quatre milieux de côté de l'échantillon dépassent de 25 + 2 mm, 35 + 2 mm, 35 + 2mm, 45 + 2 mm par rapport au bord extérieur de l'élément chauffant. Un élément chauffant radiant adapté est par exemple l'élément chauffant de type 200N8, D2830R de la société Ceramaspeed Ltd. avec les caractéristiques 2300 W/220 V. Lorsque l'élément chauffant fonctionne, il se crée un gradient de température entre la zone chauffée et le bord extérieur froid de l'échantillon. L'opération de chauffage de l'élément chauffant est contrôlée de manière telle qu'après 5,0 + 0,5 minutes il y ait rupture en raison du gradient de température. La température maximale atteinte sur la surface de l'échantillon située en face de l'élément chauffant est enregistrée comme caractéristique de la TUF. En raison du caractère statistique de la TUF, cet essai est réalisé sur une série d'au moins 10 échantillons. La TUF du lot d'échantillons est définie par la valeur moyenne de la distribution des valeurs mesurées. Il est connu que la résistance d'une plaque en verre ou vitrocéramique aux contraintes de traction d'origine mécanique ou thermique dépend entre autres de détériorations de surface plus ou moins aléatoire. Dans le cadre de l'application en tant que plan de cuisson, il est probable qu'au cours de son utilisation pratique, la plaque en verre ou vitrocéramique subira des détériorations de surface, notamment par nettoyage abrasif et par des ustensiles de cuisine. Par conséquent, une conclusion concernant TUF, dans la mesure où elle doit être significative pour l'utilisation prévue, suppose impérativement une détérioration préalable de l'échantillon de mesure, qui correspond aux détériorations de surface d'une utilisation pratique normale. L'expérience a montré que cela peut être obtenu par ponçage de la surface de l'échantillon avec du papier abrasif, grain 220, avec une pression d'appui de 1,2 N/cm. L'homme du métier sait que le ponçage n'agit réellement sur le comportement de rupture que s'il est effectué en particulier dans les régions qui présentent des contraintes de traction au cours de l'essai, et cela dans une direction de ponçage qui est perpendiculaire à la direction principale des contraintes. Cela inclut notamment le ponçage du bord froid de l'échantillon, dans la région du milieu de ses côtés, et perpendiculairement à ses bords extérieurs. Le substrat vitrocéramique du type décrit ci-dessus est utilisé de préférence comme élément de recouvrement pour des éléments chauffants, en particulier comme plan de cuisson, comme matériel de cuisine, élément de recouvrement de radiateurs, surface à grillades ou vitre de cheminée, plaque de support ou garnissage de four dans l'industrie céramique, solaire ou pharmaceutique ou la technique médicale, en particulier pour des processus de production dans des conditions à haute pureté, comme garnissage de fours dans lesquels sont mis en oeuvre des procédés de revêtement chimiques ou physiques, ou comme équipement de laboratoire chimiquement résistant, comme objet vitrocéramique pour des applications à haute température ou à température extrêmement basse, comme vitre pour des incinérateurs, comme écran thermique pour des environnements chauds, comme élément de recouvrement pour des réflecteurs, des projecteurs, des vidéo-projecteurs, des photocopieurs, pour des applications à contraintes thermomécaniques, par exemple dans des dispositifs de vision nocturne ou comme substrat de tranche, comme objet translucide à protection UV, comme matériau pour des composants de boîtiers, par exemple d'appareils électroniques et/ou des verres de recouvrement pour les TI, par exemple des téléphones portables, des ordinateurs portables, des vitres de scanneurs etc., ou comme plaque de façade, comme vitrage anti-feu ou comme composant de protection balistique. Selon les études des inventeurs, il peut déjà suffire qu'une seule composante de la composition, la température maximale pendant la céramisation ou la durée de céramisation s'écarte de la plage définie par l'invention, pour que les propriétés exigées pour la vitrocéramique conforme à l'invention ou le substrat vitrocéramique réalisé à partir de celle-ci ne soient pas atteintes. Le tableau 2 ci-après montre l'influence exercée par l'action conjointe des différents paramètres sur le résultat.
Le tableau 2 compare 8 exemples de réalisation AO à A7 avec 4 exemples de comparaison B1 à B4. Pour la composition de la vitrocéramique LAS, on a indiqué les paramètres significatifs de la céramisation, à savoir la température de céramisation maximale Tmax en °C, le temps de passage "DLZ" en minutes, le temps de maintien à la température de céramisation maximale t@Tmax en minutes et la vitesse de chauffage jusqu'à Tmax en Kelvin/minute. Les paramètres temps de passage, temps de maintien et vitesse de chauffage sont d'abord indiqués respectivement comme valeurs "réelles", c'est-à-dire concrètement de la façon dont la céramisation de l'exemple en question a été réalisée. Ensuite, sont indiquées les "plages préférées" de ces trois paramètres, dans lesquelles la céramisation pour la composition concrète et la température de céramisation maximale des exemples conformes à l'invention respectifs est réalisée avec succès. En dessous figurent les paramètres de production mesurés selon les procédés décrits plus haut, dans l'ordre suivant : teneur de la phase HQMK en %, teneur de la phase KMK en %, taille de cristallite moyenne de HQKM en nm, taille de cristallite moyenne de KMK en nm (les teneurs de phase ainsi que les tailles de cristallite se rapportent respectivement au coeur (bulk) de la vitrocéramique, mesurées sur des échantillons sous forme de poudre); propriétés de transmission optique subjectives (teinté, non teinté), transmission mesurée pour une longueur d'onde de 470 nm, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, en %, transmission intégrale Tvis mesurée dans la région spectrale visible, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, en %, proportion de diffusion maximale ("Haze"), normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, pour une longueur d'onde de 470 nm, coefficient de dilatation thermique OEzonowc entre 20 et 700 °C en 1/K; résistance aux variations de température TUF en °C; et résistance aux chocs déterminée par un essai d'impact de bille et indiquée comme valeur moyenne et comme quantile 5 %, respectivement en cm, et déterminée par le procédé CIL et indiqué en N. Tous les exemples de réalisation forment du KMK au sens de l'invention, c'est-à-dire qu'ils comportent une proportion de phase KMK dominante dans le coeur. Il en est de même pour les exemples de réalisation B2 et B3. Les autres exemples de réalisation ne forment pas de KMK ou une quantité trop faible. Par contre, les exemples B2 et B3 montrent que les cristaux deviennent trop grands, ce qui est attribué à la température de céramisation maximale, en relation avec le temps de maintien. Cela a pour résultat que ces vitrocéramiques ne sont pas suffisamment transparentes mais sont translucides. L'exemple B1 montre qu'en raison de la trop faible formation de KMK l'effet d'augmentation de la résistance n'est pas obtenu. L'exemple perd donc en capacité d'affichage.
Taolea Exemple 0 0.0:7 - 10 L-xerrples .-ealsaticri.1 J.50 1 11 .
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Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente, ayant la composition suivante (en % en poids) : A1203 18 - 23 Li20 3,0 - 4,2 Si02 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na20 + K20 0,2 - 1,5 MgO 0-1,5 Ca0 + Sr0 +Ba0 0-4 B203 0-2 TiO2 2,3 - 4 Zr02 0,5-2 P205 0-3 5n02 0 - <0,6 5b203 0-1,5 As203 0-1,5 Ti02 + Zr02 + SnO2 3,8 - 6 V205 0,01 - 0,06 Fe2O3 0,03 - 0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au maximum 1,0 % en poids, comprenant une couche à gradients et un coeur sous-jacent, dans lequel la vitrocéramique LAS présente dans le coeur des cristaux mixtes de kéatite (KMK) comme phase cristalline prédominante, et, dans la couche à gradients, des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, et dans lequel, en tout point situé à une profondeur supérieure ou égale à 20 iam, la proportion de phase cristalline KMK dépasse 50 % de la somme des proportions de phase cristalline HQMK et KMK.
- 2. Substrat vitrocéramique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une résistance à la rupture de la vitrocéramique, exprimée par une valeur CIL d'au moins 0,8 N dans le cas d'une humidité ambiante de 10 % et d'au moins 0,98N dans le cas d'une humidité ambiante de 1%.
- 3. Substrat vitrocéramique constitué d'une vitrocéramique LAS teintée transparente, ayant la composition suivante (en % en poids) : A1203 18-23 Li20 3,0-4,2 Si02 60-69 ZnO 0-2 Na20 + K20 0,2-1,5 MgO 0-1,5 Ca0 + Sr0 +Ba0 0-4 B203 0-2 TiO2 2,5-4 Zr02 0,5-2 P205 0-3 5n02 0 - < 0,6 5b203 0-1,5 As203 0-1,5 Ti02 + Zr02 + SnO2 3,8-6 V205 0,01-0,06 Fe2O3 0,03 -0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au 15 20 25 maximum 1,0 % en poids, comprenant une couche à gradients et un coeur sous-jacent, 30 dans lequel la vitrocéramique LAS présente dans le coeur des cristaux mixtes de kéatite (KMK) comme phase cristalline prédominante, et, dans la couche à gradients, des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, etdans lequel la vitrocéramique présente une résistance, exprimée par une valeur CIL, d'au moins 0,8 N dans le cas d'une humidité ambiante de 10% et d'au moins 0,98N dans le cas d'une humidité ambiante de 1%.
- 4. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de concentration des proportions de phase cristalline HQMK et KMK et/ou la résistance est réalisé(e) par transformation de phase de cristaux HQMK en cristaux KMK lors de la céramisation à une température maximale Tmax et pendant un temps de maintien t(Tmax) de cette température maximale dans une plage température-temps qui est délimitée par quatre droites reliant les quatre points d'angle avec les couples de valeurs (Tmax = 910°C; t(Tmax) = 25 minutes), (T. = 960°C; t(Tmax) = 1 minute), (Tmax = 980°C; t(Tmax) = 1 minute) et (Tmax = 965°C; t(Tmax) = 25 minutes).
- 5. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de diffusion maximale ("haze"), normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, pour une longueur d'onde de 470 nm, est au maximum de 15 %, de préférence au maximum de 12 %.
- 6. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de diffusion maximale, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, dans une gamme de longueurs d'onde allant de 400 nm à 500 nm, ne dépasse pas 20 % et ne dépasse de préférence pas 17 %.
- 7. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitrocéramique est produite à partir d'un verre LAS qui, à l'exception des traces inévitables, est exempt d'arsenic et d'antimoine et contient au moins 0,1 % en poids de 5n02.
- 8. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la condition 1 < Fe203/V203 < 8.
- 9. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les autres oxydes colorantsenglobent au moins une substance du groupe constitué des éléments Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Se, Mo, W, leurs oxydes et des oxydes métalliques des terres rares.
- 10. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission visuelle intégrale dans le domaine visible, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, est Tvis, 4mm inférieure ou égale à 5 %.
- 11. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission spectrale, normalisée pour une vitrocéramique d'une épaisseur de 4 mm, est strictement supérieure à 0,1 %, pour une longueur d'onde de 470 nm, et/ou strictement supérieure à 0,25% pour une longueur d'onde de 550 nm.
- 12. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de surface vitreuse sur la couche à gradients d'une épaisseur allant de 300 à 1 000 nm, de préférence de 300 à 800 nm.
- 13. Substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion cristalline dans le coeur est au maximum de 82 %, de préférence au maximum de 80 % et de façon particulièrement avantageuse au maximum de 76 %.
- 14. Utilisation d'un substrat vitrocéramique selon l'une des revendications précédentes, comme élément de recouvrement pour des éléments chauffants, en particulier comme plan de cuisson, matériel e cuisine, élément de recouvrement de radiateurs, surface à grillades, vitre de cheminée, plaque de support ou garnissage de four dans l'industrie céramique, solaire ou pharmaceutique ou la technique médicale, en particulier pour des processus de production dans des conditions à haute pureté, comme garnissage de fours dans lesquels sont mis en oeuvre des procédés de revêtement chimiques ou physiques, ou comme équipement de laboratoire chimiquement résistant, comme objet vitrocéramique pour des applications à haute température ou à température extrêmement basse, comme vitre pour des incinérateurs, comme écran thermique pour des environnements chauds, commeélément de recouvrement pour des réflecteurs, des projecteurs, des vidéoprojecteurs, des photocopieurs, pour des applications à contraintes thermomécaniques, par exemple dans des dispositifs de vision nocturne, comme substrat de tranche, comme objet translucide à protection UV, comme matériau pour des composants de boîtiers, par exemple d'appareils électroniques et/ou des verres de recouvrement pour les TI, par exemple des téléphones portables, des ordinateurs portables, des vitres de scanneurs etc., comme plaque de façade, comme vitrage anti-feu ou comme composant de protection balistique.
- 15. Procédé de céramisation destiné à la réalisation d'un substrat vitrocéramique selon l'une des revendications 1 à 13, selon lequel un produit intermédiaire vitrocéramique précristallisé, avec des cristaux mixtes de quartz béta (HQMK) comme phase cristalline prédominante, sur la base d'une composition de verre Li20-A1203-Si02 comportant (en % en poids) : 25 30 V205 0,01 - 0,06 Fe203 0,03 - 0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au maximum 1,0 % en poids, est soumis à une étape de transformation de A1203 18 -23 Li20 3,0 - 4,2 Si02 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na20 + K20 0,2 - 1,5 MgO 0 - 1,5 Ca0 + Sr() + Ba0 0 - 4 B203 0 - 2 TiO2 2,3 - 4 Zr02 0,5 - 2 P205 0 - 3 Sn02 0 - < 0,6 Sb203 0 - 1,5 As203 0 - 1,5 TiO2 + Zr02 + Sn02 3,8 - 6cristal lors de laquelle la phase cristalline HQMK est transformée en partie en une phase cristalline KMK, l'étape de transformation étant exécutée à une température maximale T.ax et pendant un temps de maintien t(Tmax) de cette température maximale dans une plage température-temps qui est délimitée par quatre droites reliant les quatre points d'angle avec les couples de valeurs (T.. = 910°C; t(Tmax) = 25 minutes), (Tmax = 960°C; t(Tmax) = 1 minute), (Tmax = 980°C; t(Tmax) = 1 minute) et (Tmax = 965°C; t(Tmax) = 25 minutes).
- 16. Procédé de céramisation destiné à la réalisation d'un substrat vitrocéramique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, selon lequel un verre cru, sur la base d'une composition de verre Li20-A1203-Si02 comportant (en % en poids) A1203 18 -23 Li20 3,0 - 4,2 Si02 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na20 + K20 0,2 - 1,5 MgO 0 - 1,5 Ca0 + Sr() + Ba0 0 - 4 B203 0 - 2 TiO2 2,3 - 4 Zr02 0,5 - 2 P205 0 - 3 Sn02 0 - < 0,6 Sb203 0 - 1,5 As203 0 - 1,5 TiO2 + Zr02 + Sn02 3,8 - 6 V205 0,01 - 0,06 Fe203 0,03 - 0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au maximum 1,0 % en poids, est soumis à une étape de germination, ensuite à une étape de croissance de cristaux, lors de laquelle des HQMK croissent sur les germes de cristaux, etensuite à une étape de transformation de cristal, avec les caractéristiques de procédé selon la revendication 15.
- 17. Procédé de fabrication d'un substrat vitrocéramique selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant les étapes suivantes : mise en fusion d'une composition de verre Li20-A1203-Si02 comportant (en % en poids) : A1203
- 18 -23 Li20 3,0 - 4,2 Si02 60 - 69 ZnO 0 - 2 Na20 + K20 0,2 - 1,5 MgO 0 - 1,5 Ca0 + Sr0 + Ba0 0 - 4 B203 0 - 2 TiO2 2,3 - 4 Zr02 0,5 - 2 P205 0 - 3 Sn02 0 - < 0,6 Sb203 0 - 1,5 As203 0 - 1,5 TiO2 + Zr02 + Sn02 3,8 - 6 V205 0,01 - 0,06 Fe203 0,03 - 0,2 et le cas échéant d'autres oxydes colorants, au total jusqu'à au maximum 1,0 % en poids, affinage du verre en fusion, ensuite formage d'un verre cru avec refroidissement du bain de fusion, ensuite céramisation du verre cru selon les caractéristiques de procédé de la revendication 16. 18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le verre cru ou le produit intermédiaire vitrocéramique est chauffé pendant un laps de temps d'au maximum 60 minutes, de préférence d'au maximum 45 minutes et de façon particulièrementavantageuse d'au maximum 30 minutes, pour passer de la température ambiante à la température maximale Tmax.
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