WO2016151127A1 - Dispositif et procédé pour le formage du verre - Google Patents

Dispositif et procédé pour le formage du verre Download PDF

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WO2016151127A1
WO2016151127A1 PCT/EP2016/056685 EP2016056685W WO2016151127A1 WO 2016151127 A1 WO2016151127 A1 WO 2016151127A1 EP 2016056685 W EP2016056685 W EP 2016056685W WO 2016151127 A1 WO2016151127 A1 WO 2016151127A1
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glass plate
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temperature
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José FEIGENBLUM
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    • C03B2225/02—Means for positioning, aligning or orientating the sheets during their travel, e.g. stops

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for thermoforming glass.
  • the invention is more particularly, but not exclusively, dedicated to the forming of a glass plate for producing a display screen.
  • the terms "forming” or “thermoforming” applied to glass refer to a process of marrying a shape to a glass plate of another shape, initially in a solid state, without long-range movement of sections of said plate.
  • the method which is the subject of the invention does not concern, for example, the forming of a parison into an object, by blowing or centrifugation, processes which involve a long-distance displacement of the sections of the initial object.
  • thermoforming glass The method of thermoforming glass is known from the prior art and consists of carrying a glass plate to be formed at a temperature sufficient to give it formability, that is to say a temperature greater than the transition temperature vitreous but below the melting temperature of the glass, and which makes it possible to attain a viscosity of 10 11 and 10 7 poise (10 10 to 10 6 Pa ⁇ s).
  • a temperature generally between 700 ° C. and 800 ° C.
  • the plate is forced into the form of a tool, generally a matrix, by the effect of gravity, by the effect of a pressure, by the effect of a counter-tooling, for example a punch, or by any combination of these means.
  • the formed plate is cooled according to a controlled cooling process both in terms of cooling rate and in terms of spatial uniformity of this cooling, in order to obtain, depending on the application, the state of internal stress referred to in the article thus formed.
  • US 2010 000259 discloses a forming method of placing a flat glass plate at a temperature below its softening temperature on a preheated tool.
  • the tooling and the plate are then heated in an oven, in particular by infrared radiation.
  • the glass plate is forced to conform to the shape of the tool when its temperature is such that its viscosity is of the order of 10 9 poise (10 8 Pa.s).
  • the assembly is removed from the oven and cooled the plate still in the mold, either by natural cooling, or by forced convection by blowing air or a gas on the mold. According to this method of the prior art, the tool is exposed for a long time at high temperature.
  • This exposure of the tooling at high temperature degrades the tooling, in particular by oxidation or by chemical interaction with the formed glass, and more particularly the forming surface of the tool on which the glass plate comes into contact during the operation. of forming. Degradations, even minor, of this surface are printed in the glass causing unacceptable surface defects.
  • a refractory material resistant to corrosion at high temperature such as a nickel-based superalloy, makes it difficult to heat the matrix by radiation.
  • the solutions of the prior art consist in forming the glass at a lower temperature, so that, on the one hand, the tool is less exposed to thermochemical degradation phenomena and, on the other hand, that the surface of the glass is hard enough not to reproduce the surface defects.
  • this solution requires greater forming efforts and the use of an effector or the application of a gas pressure, which complicates the tool and makes it more expensive.
  • WO 2012 118612 discloses a method of thermoforming a glass plate by placing said glass plate on a tool made of a glass-inert material resistant to high temperature, such as graphite.
  • the glass plate and the tooling are placed under a vacuum bell comprising infrared heating means which radiatively heat the glass plate and the tooling. This heating is performed under an inert atmosphere to prevent the oxidation of graphite.
  • the forming is performed by conjunction of the vacuum, under the glass plate, and the application of a hot gas pressure on the other side.
  • a forming die made of a high temperature resistant metal material and comprising: have. a slinky surface
  • aii means adapted to maintain a glass plate spaced from and away from the molding surface
  • an induction circuit comprising an inductor extending into a cavity in the forming die
  • vs. means for connecting the two induction circuits to a high frequency current generator.
  • the induction heating of the heating block and the tooling makes it possible to bring these rapidly to the temperature necessary to achieve the forming of the glass and thus to avoid a long stay at high temperature of the tooling.
  • Direct heating of the heating block and the matrix makes it possible to control the temperature.
  • the use of a metallic material for the matrix makes it possible, by machining, to obtain a surface state adapted to the molding surface. Heating the entire heating block and matrix provides a uniform temperature distribution over the entire surface of the formed glass plate.
  • the tool is able to function as a stand-alone tool and requires only a connection to a high-frequency current generator.
  • the matrix consists of a martensitic stainless steel.
  • This type of steel is ferromagnetic up to a temperature of about 700 ° C.
  • the high magnetic permeability in the ferromagnetic state makes it possible to quickly heat the cavity edges in which the inductors extend by concentrating the field lines.
  • the transmission by conduction of heat to the molding surface makes it possible to standardize the temperature on the surface thereof.
  • the matrix consists of an alloy based on Nickel (Ni) Iron (Fe) Chromium (Cr) and Niobium (Nb).
  • This type of nickel-based superalloy is able to withstand creep and corrosion during prolonged exposure to a temperature of 700 ° C or higher in case of short-term exposure.
  • This material is electrically conductive and is capable of being heated by induction.
  • the cavity in which the inductor extends comprises a layer made of a ferromagnetic material between the inductor and the walls of said cavity.
  • the nickel-based alloy being of low magnetic permeability, this embodiment makes it possible to concentrate the heating on the edges of the cavity and then to transfer the heat by conduction to the molding surface and thus to obtain a better efficiency of the induction heating.
  • the heating block is made of graphite.
  • Graphite has a high emissivity coefficient in the thermal infrared range, is able to be heated by induction to very high temperatures and is easy to machine. This technical solution allows a fast and uniform heating of the glass plate by radiation.
  • the graphite heating unit comprises a coating resistant to oxidation at 1200 ° C and high emissivity in wavelengths between 3 ⁇ and 50 ⁇ .
  • This embodiment makes it possible to protect the heating block from oxidation and thus allows autonomous operation, outside the enclosure, of the tooling that is the subject of the invention.
  • the tool object of the invention comprises a confinement enclosure surrounding the matrix and the heating block, said enclosure being filled with a neutral gas, in particular an inert gas.
  • a neutral gas is a gas whose composition has no detrimental consequence in a certain context
  • the matrix comprises a thermally insulating support able to move the glass plate away from the contact with the matrix.
  • the glass plate is protected from any thermal shock in contact with the matrix before said glass plate has reached its forming temperature.
  • the tool object of the invention comprises: d. a pyrometric sensor for measuring the temperature of the heating block
  • the tool object of the invention also comprises:
  • thermocouple integrated in the matrix and close to the molding surface for measuring the temperature of said molding surface.
  • the matrix of the tooling that is the subject of the invention comprises:
  • the heating block of the tool object of the invention comprises: biii. a cooling duct for the circulation of a gas.
  • the invention also relates to a method for thermoforming a glass plate employing a tool according to any one of the preceding embodiments, which method comprises the steps of:
  • the method of the invention allows a rigorous control of the thermal forming cycle.
  • step ii) of the method that is the subject of the invention comprises heating the heating block to a so-called softening temperature of the glass constituting the glass plate and heating the matrix to a temperature equal to the temperature upper annealing. So, the behavior of the glass plate is Plastic enough to perform gravity forming.
  • FIG. 1 shows in a sectional view an embodiment of the tool object of the invention, before forming, a glass plate to form being positioned on the tool;
  • FIG. 2 is a detail view, in the same section as FIG. 1, showing an exemplary embodiment of an induction circuit in the matrix of the tool object of the invention
  • FIG. 3 illustrates by a flowchart the method which is the subject of the invention.
  • the softening temperature of the glass corresponds to a temperature at which the viscosity of the glass formed is 10 7 poises (10 6 Pa.s);
  • the upper annealing temperature corresponds to a temperature at which the viscosity of the glass formed is 10 13 poise (10 12 Pa.s);
  • the lower annealing temperature corresponds to a temperature at which the viscosity of the glass formed is 10 14 poises (10 14 Pa.s).
  • the tool object of the invention comprises a heating block (1 10) and a forming die (120) comprising a surface (125) molding.
  • the molding surface (125) is a recessed impression.
  • the molding surface is a raised surface.
  • the tooling that is the subject of the invention is here represented at the beginning of the forming operation, the plate (100) of initially flat glass according to this embodiment, being positioned above the cavity (125) and resting at its ends on thermally insulating shims (130).
  • said shims (130) are made of ceramic, or of a composite material comprising 90% or more of mica (muscovite) in a silicone matrix.
  • the matrix (120) is made of a precipitation hardening nickel base superalloy known under the trade name INCONEL 718 ®, and comprising from 17 to 21% chromium (Cr), 2.8 at 3.3% molybdenum (Mo), 4.75-5.5% niobium (Nb), 17-19% iron (Fe) and 50-55% nickel (Ni).
  • the matrix consists of a ferritic-martensitic stainless steel type AISI 431 and comprising 0.16% carbon (C), 2% nickel (Ni) and 17% chromium (Cr).
  • the matrix comprises a plurality of conduits (140) in which inductors producing an induction circuit are placed.
  • Said inductors are, for example, constituted by a copper tube (141) isolated from the walls of the matrix by a ceramic tube (142), for example a silica sheath.
  • the die (120) is made in two parts (121, 122), thus, the ducts (140) for the passage of the inductors are made by grooving said parts before assembly.
  • the ducts are lined with a layer (243) of high magnetic permeability steel and keeping its ferromagnetic properties up to high temperature, for example 700 ° C.
  • the magnetic field produced by the inductor (241) is concentrated in the liner (243) which rises rapidly in temperature and transmits this temperature by conduction to the matrix. Since the heat is transmitted by conduction to the molding surface, the judicious arrangement of the inductors makes it possible to ensure a uniform temperature on this molding surface.
  • thermocouple (162) is advantageously placed near the molding surface (125) to measure its temperature and to control the heating and cooling conditions.
  • the matrix is placed on a heat-insulating support (180), for example a zirconia-based composite plate or a plate made of a composite material comprising mica (muscovite) with a silicone binder.
  • said support (180) is mounted on means (not shown) for moving the matrix in translation (181) relative to the heating block (1 10) to facilitate the loading and unloading operations of the glass plate in the tooling.
  • the heating block (110) is made of graphite. It is kept at a distance from the matrix by means (not shown) making it possible to adjust the distance between the emitting surface (1 15), opposite the molding surface (125) of the matrix, and the plate ( 100) of glass, typically in a range of 5 mm to 50 mm.
  • said heating block (1 10) comprises, according to this exemplary embodiment, a duct network (145) for the passage of an induction heating circuit and a duct network (151) cooling by circulation of a coolant gas.
  • the heating block comprises on all or part of its faces, a coating (131) capable of protecting the graphite from oxidation at high temperature and high emissivity in the band of thermal infrared radiation, for example , a coating of silicon carbide (SiC).
  • a coating capable of protecting the graphite from oxidation up to a temperature of the order of 1600 ° C.
  • the tooling that is the subject of the invention is able to operate in air without degradation.
  • it is placed in an enclosure, which enclosure is filled with a neutral gas at the operating temperature, such as argon or nitrogen, or an inert gas such as helium.
  • the temperature of the heating block is measured, according to this exemplary embodiment, by an infrared pyrometer (161).
  • the induction circuits of the heating block (1 10) and the matrix (120) of the tooling that is the subject of the invention are connected to a high frequency current generator, typically a frequency of between 10 kHz and 200 kHz.
  • a high frequency current generator typically a frequency of between 10 kHz and 200 kHz.
  • means capable of tuning the resulting resonant circuit, including a capacitance box and an impedance matching coil.
  • Figure 3 according to an exemplary embodiment of the method of the invention, it comprises a first step (310) loading of placing the glass plate to be formed on the tool.
  • this step (310) is performed while the matrix is removed from the heating block.
  • said glass plate is placed at ambient temperature on a matrix at room temperature or on a matrix at a temperature less than or equal to the lower annealing temperature of the glass.
  • the glass plate in a process in line, is placed on the matrix at a temperature less than or equal to the lower annealing temperature of the glass, ie a temperature below 600 ° C. The glass plate rests on the insulating shims just above the molding surface, without touching it.
  • the matrix carrying the glass plate being under the heating block, said heating block and the matrix are heated by induction.
  • the heating block is brought to a temperature at least equal to the softening temperature of the glass, ie 800 ° C. to 850 ° C., depending on the nature of the glass, or at a higher temperature, usually between 1200 ° C. and 1600 ° C. in the case of a graphite block, so as to increase the power of radiation.
  • the matrix is heated to a lower temperature, typically at the upper annealing temperature of the glass, ie between 600 ° C. and 700 ° C. depending on the nature of the glass object of the thermoforming.
  • the glass plate is heated by radiation from the heating block.
  • a forming step (330) by softening under the effect of temperature, the glass plate flows on the molding surface of the matrix whose shape it conforms. It cools in contact with the matrix, but the temperature remains sufficient to ensure stress relaxation in the glass plate.
  • a cooling step (340) heating of the heating block is stopped and said block is cooled by circulation of gas in the cooling ducts.
  • the cooling of the glass plate is regulated by the matrix.
  • the cooling step (340) comprises a slow and controlled cooling down to the lower annealing temperature of the glass constituting the plate, typically between 500 ° C. and 600 ° C. depending on the nature of the glass, and then the cooling is accelerated up to the unloading temperature.
  • the above description and the exemplary embodiments show that the invention achieves the desired objectives, in particular it makes it possible to reduce the residence time at high temperature of the tooling while ensuring precise control of the thermoforming thermal cycle.
  • the tooling that is the subject of the invention is suitable, according to one embodiment particular, to operate autonomously without a specific speaker.

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Abstract

L'invention concerne un outillage pour le formage d'une plaque de verre comprenant : a. une matrice de formage constituée d'un matériau électriquement conducteur comprenant : ai. une surface moulante; aii. des moyens adaptés pour maintenir une plaque de verre distante de la surface moulante et en vis-à-vis de celle-ci; aiii. un circuit d'induction comprenant un inducteur s'étendant dans une cavité dans ladite matrice de formage; b. un bloc de chauffage, distant de la matrice de formage et comprenant : bi. une surface apte à produire un rayonnement thermique en vis-à-vis de la surface moulante; 15 bii. un circuit d'induction comprenant un inducteur s'étendant dans une cavité dudit bloc de chauffage c. des moyens pour connecter les circuits d'induction à un générateur de courant à haute fréquence.

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ POUR LE FORMAGE DU VERRE
L'invention concerne dispositif et un procédé pour le thermoformage du verre. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, dédiée au formage d'une plaque de verre pour la réalisation d'un écran d'affichage.
Dans tout le texte, les termes « formage » ou « thermoformage » appliqués au verre désignent un procédé consistant à faire épouser une forme à une plaque de verre d'une autre forme, initialement à l'état solide, sans déplacement à grande distance des sections de ladite plaque. Ainsi, le procédé objet de l'invention ne concerne pas, par exemple, le formage d'une paraison en un objet, par soufflage ou centrifugation, procédés qui impliquent un déplacement à grande distance des sections de l'objet initial.
Le procédé de thermoformage de verre est connu de l'art antérieur et consiste à porter une plaque de verre devant être formée à une température suffisante pour lui conférer de la formabilité, c'est-à-dire une température supérieure à la température de transition vitreuse mais inférieure à la température de fusion du verre, et qui permet d'atteindre une viscosité comprise en 1011 et 107 poises (1010 à 106 Pa. s). Ainsi chauffée à une température généralement comprise entre 700 °C et 800 °C, la plaque est contrainte à épouser la forme d'un outillage, généralement une matrice, par l'effet de la gravité, par l'effet d'une pression, par l'effet d'un contre-outillage, par exemple un poinçon, ou par toute combinaison de ces moyens. Puis la plaque formée est refroidie selon un processus de refroidissement contrôlé à la fois en termes de vitesse de refroidissement et en termes d'uniformité spatiale de ce refroidissement, afin d'obtenir, selon l'application, l'état de contrainte interne visé dans l'article ainsi formé.
Le document US 2010 000259, décrit un procédé de formage consistant à placer une plaque de verre plane à une température inférieure à sa température de ramollissement sur un outillage préchauffé. L'outillage et la plaque sont alors chauffés dans un four, notamment par rayonnement infrarouge. La plaque de verre est contrainte à épouser la forme de l'outillage lorsque sa température est telle que sa viscosité est de l'ordre de 109 poises (108Pa.s). Puis, l'ensemble est sorti du four et refroidi la plaque se trouvant toujours dans le moule, soit par refroidissement naturel, soit par convection forcée en soufflant de l'air ou un gaz sur le moule. Selon ce procédé de l'art antérieur, l'outillage est exposé pendant un temps important à haute température. Cette exposition de l'outillage à haute température dégrade l'outillage, notamment par oxydation ou par interaction chimique avec le verre formé, et plus particulièrement la surface formante de l'outillage sur laquelle la plaque de verre vient en contact lors de l'opération de formage. Des dégradations, même minimes, de cette surface s'impriment dans le verre provoquant des défauts d'état de surface inacceptables. L'utilisation d'un matériau réfractaire résistant à la corrosion à haute température, tel un superalliage à base nickel, rend difficile le chauffage de la matrice par rayonnement.
Pour éviter ces effets indésirables, les solutions de l'art antérieur consistent à former le verre à une température moins élevée, de sorte que, d'une part, l'outillage soit moins exposé aux phénomènes de dégradation thermochimique et d'autre part, que la surface du verre soit suffisamment dure pour ne pas reproduire les défauts de surface. Toutefois cette solution nécessite des efforts de formage plus importants et le recours à un effecteur ou à l'application d'une pression de gaz, ce qui complexifie l'outillage et le rend plus coûteux.
Le document WO 2012 118612 décrit un procédé de thermoformage d'une plaque de verre consistant à placer ladite plaque de verre sur un outillage constitué d'un matériau inerte vis-à-vis du verre et résistant à haute température, tel que du graphite. La plaque de verre et l'outillage sont placés sous une cloche à vide comprenant des moyens de chauffage par infrarouge qui chauffent par rayonnement la plaque de verre et l'outillage. Ce chauffage est réalisé sous atmosphère inerte pour éviter l'oxydation du graphite. Le formage est réalisé par conjonction du vide, sous la plaque de verre, et l'application d'une pression de gaz chaud sur l'autre face.
Ces dispositifs de l'art antérieur impliquent des temps de cycle long, et une maîtrise délicate des cycles thermiques tant au chauffage qu'au refroidissement. De plus, ces procédés de l'art antérieur mettent en œuvre des enceintes ou des installations spécifiques qui constituent des points de concentration de la production, et des moyens critiques vis-à-vis de la productivité.
L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un outillage pour le formage d'une plaque de verre comprenant :
a. une matrice de formage constituée d'un matériau métallique résistant à haute température et comprenant : ai. une surface moulante
aii. des moyens adaptés pour maintenir une plaque de verre distante de la surface moulante et en vis-à-vis de celle-ci ;
aiii. un circuit d'induction comprenant un inducteur s'étendant dans une cavité dans la matrice de formage
b. un bloc de chauffage, distant de la matrice de formage et comprenant :
bi. une surface apte à produire un rayonnement thermique en vis-à-vis de la surface moulante ;
bii. un circuit d'induction comprenant un inducteur s'étendant dans une cavité dudit bloc de chauffage
c. des moyens pour connecter les deux circuits d'induction à un générateur de courant à haute fréquence.
Ainsi, le chauffage par induction du bloc chauffant et de l'outillage permet de porter rapidement ceux-ci à la température nécessaire pour réaliser le formage du verre et ainsi éviter un long séjour à haute température de l'outillage. Le chauffage direct du bloc chauffant et de la matrice permet d'en contrôler la température. L'utilisation d'un matériau métallique pour la matrice permet d'obtenir, par usinage, un état de surface adapté de la surface moulante. Le chauffage de l'intégralité du bloc chauffant et de la matrice permet d'obtenir une répartition uniforme de la température sur toute la surface de la plaque de verre formée. L'outillage est apte à fonctionner comme un outillage autonome et ne nécessite qu'un raccordement à un générateur de courant à haute fréquence.
L'invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Selon un mode de réalisation, la matrice est constituée d'un acier inoxydable martensitique. Ce type d'acier est ferromagnétique jusqu'à une température de 700 °C environ. La perméabilité magnétique élevée dans l'état ferromagnétique permet de chauffer rapidement les bords de cavités dans lesquelles s'étendent les inducteurs en concentrant les lignes de champs. La transmission par conduction de la chaleur vers la surface moulante permet d'uniformiser la température à la surface de celle-ci.
Selon un autre mode de réalisation, la matrice est constituée d'un alliage à base de Nickel (Ni) de Fer (Fe) de Chrome (Cr) et de Niobium (Nb). Ce type de superalliage à base nickel est apte à résister au fluage et à la corrosion lors d'une exposition prolongée à une température de 700 °C, voire supérieure en cas d'exposition de courte durée. Ce matériau est électriquement conducteur et est apte à être chauffé par induction.
Selon une variante de ce mode de réalisation, la cavité dans laquelle s'étend l'inducteur comprend une couche constituée d'un matériau ferromagnétique entre l'inducteur et les parois de ladite cavité. L'alliage à base nickel étant de faible perméabilité magnétique ce mode de réalisation permet de concentrer le chauffage sur les bords de la cavité puis de transférer la chaleur par conduction vers la surface moulante et ainsi d'obtenir un meilleur rendement du chauffage par induction.
Avantageusement, le bloc de chauffage est constitué de graphite. Le graphite présente un coefficient d'émissivité élevée dans le domaine de l'infrarouge thermique, il est apte à être chauffé par induction jusqu'à des températures très élevées et il est facile à usiner. Cette solution technique permet un chauffage rapide et uniforme de la plaque de verre par rayonnement.
Avantageusement, le bloc de chauffage en graphite comporte un revêtement résistant à l'oxydation à 1200° C et d'émissivité élevée dans les longueurs d'onde comprises entre 3 μιτι et 50 μιτι. Ce mode de réalisation permet de protéger le bloc de chauffage de l'oxydation et ainsi, permet le fonctionnement autonome, hors enceinte, de l'outillage objet de l'invention.
Selon un mode de réalisation particulier, l'outillage objet de l'invention comporte une enceinte de confinement entourant la matrice et le bloc de chauffage, ladite enceinte étant remplie d'un gaz neutre, notamment un gaz inerte. Ainsi, le bloc de chauffage et la matrice sont protégés de l'oxydation et leur longévité est accrue. Dans le contexte de l'invention, un gaz neutre est un gaz dont la composition est sans conséquence préjudiciable dans un certain contexte
Avantageusement, la matrice comporte un support thermiquement isolant apte à écarter la plaque de verre du contact avec la matrice. Ainsi, la plaque de verre est protégée d'un éventuel choc thermique au contact de la matrice avant que ladite plaque de verre n'ait atteint sa température de formage.
Avantageusement, l'outillage objet de l'invention comporte : d. un capteur pyrométrique pour mesurer la température du bloc chauffant Avantageusement, l'outillage objet de l'invention comporte également :
e. un thermocouple intégré dans la matrice et proche de la surface moulante pour mesurer la température de ladite surface moulante.
Ces dispositifs de mesure permettent de contrôler et de réguler finement le cycle thermique du thermoformage de la plaque de verre.
Avantageusement, la matrice de l'outillage objet de l'invention comprend :
aiv. un conduit de refroidissement pour la circulation d'un gaz.
Avantageusement, le bloc chauffant de l'outillage objet de l'invention comprend : biii. un conduit de refroidissement pour la circulation d'un gaz.
Ces moyens participent à la régulation du cycle thermique de thermoformage et permettent de faciliter la manipulation de l'outillage, notamment la matrice, lors du chargement de la plaque de verre et de déchargement de la plaque formée après le cycle de formage.
L'invention concerne également, un procédé pour le thermoformage d'une plaque de verre mettant en œuvre un outillage selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, lequel procédé comprend les étapes consistant à :
i. positionner la plaque de verre sur la matrice ;
ii. chauffer simultanément la matrice et le bloc chauffant, par la circulation d'un courant électrique à haute fréquence dans leur circuit d'induction respectif.
iii. former la plaque de verre à la forme de la surface moulante de la matrice iv. refroidir à vitesse contrôlée la matrice jusqu'à la température inférieure de recuit ;
v. refroidir la matrice
vi. retirer la plaque de verre formée.
Ainsi le procédé objet de l'invention permet un contrôle rigoureux du cycle thermique de formage.
Avantageusement, l'étape ii) du procédé objet de l'invention comporte le chauffage du bloc chauffant jusqu'à une température dite de ramollissement du verre constituant la plaque de verre et le chauffage de la matrice jusqu'à une température égale à la température supérieure de recuit. Ainsi, le comportement de la plaque de verre est suffisamment plastique pour réaliser le formage par gravité.
L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 3 dans lesquelles :
- la figure 1 montre selon une vue en coupe un exemple de réalisation de l'outillage objet de l'invention, avant formage, une plaque de verre à former étant positionnée sur l'outillage ;
- la figure 2 est une vue de détail, selon la même coupe que la figure 1 , montrant un exemple de réalisation d'une circuit d'induction dans la matrice de l'outillage objet de l'invention ;
- et la figure 3 illustre par un organigramme le procédé objet de l'invention.
Dans tout le texte, à défaut de précision complémentaire :
- la température de ramollissement du verre correspond à une température à laquelle la viscosité du verre formé est de 107 poises (106 Pa.s) ;
- la température supérieure de recuit correspond à une température à laquelle la viscosité du verre formé est de 1013 poises (1012 Pa.s) ;
- et la température inférieure de recuit correspond à une température à laquelle la viscosité du verre formé est de 1014 poises (1014 Pa.s).
Figure 1 , selon un exemple de réalisation, l'outillage objet de l'invention comprend un bloc chauffant (1 10) et une matrice (120) de formage comprenant une surface (125) moulante. Selon cet exemple de réalisation, la surface (125) moulante est une empreinte en creux. Alternativement la surface moulante est une surface en relief. L'outillage objet de l'invention est ici représenté au début de l'opération de formage, la plaque (100) de verre initialement plane selon cet exemple de mise en œuvre, étant positionnée au-dessus de l'empreinte (125) et reposant à ses extrémités sur des cales (130) thermiquement isolantes. À titre d'exemple non limitatif lesdites cales (130) sont réalisées en céramique, ou dans un matériau composite comprenant 90 %, ou plus, de mica (muscovite) dans une matrice silicone. Selon un exemple de réalisation, la matrice (120) est constituée d'un superalliage à durcissement structural à base de nickel connu sous le nom commercial d'INCONEL 718 ®, et comprenant 17 à 21 % de chrome (Cr), 2,8 à 3,3 % de molybdène (Mo), 4,75 à 5,5 % de niobium (Nb), 17 à 19 % de fer (Fe) et 50 à 55 % de nickel (Ni). Alternativement, la matrice est constituée d'un acier inoxydable ferrito-martensitique de type AISI 431 et comprenant 0,16 % de carbone (C), 2 % de nickel (Ni) et 17 % de chrome (Cr). Ces matériaux présentent des caractéristiques mécaniques notamment une résistance à l'usure et au fluage ainsi qu'une résistance à la corrosion à haute température, jusqu'à 400 °C pour l'acier inoxydable et jusqu'à 700 °C pour INCONEL 718 ®, et plus pour des expositions de courte durée. La matrice comprend une pluralité de conduits (140) dans lesquels sont placés des inducteurs réalisant un circuit d'induction. Lesdits inducteurs sont, à titre d'exemple, constitués d'un tube (141 ) en cuivre isolé des parois de la matrice par un tube (142) en céramique, par exemple une gaine en silice. Avantageusement, la matrice (120) est réalisée en deux parties (121 , 122), ainsi, les conduits (140) pour le passage des inducteurs sont réalisés par rainurage desdites parties avant leur assemblage.
Figure 2, selon un autre mode de réalisation du circuit d'induction, plus particulièrement adapté au cas où le matériau constituant la matrice n'est pas ferromagnétique, les conduits sont chemisés avec une couche (243) d'acier de perméabilité magnétique élevée et conservant ses propriétés ferromagnétiques jusqu'à haute température, par exemple 700 °C. Ainsi, le champ magnétique produit par l'inducteur (241 ) est concentré dans le chemisage (243) qui monte rapidement en température et transmet cette température par conduction à la matrice. La chaleur étant transmise par conduction jusqu'à la surface moulante, la disposition judicieuse des inducteurs permet d'assurer une température uniforme sur cette surface moulante.
En revenant à la figure 1 , selon cet exemple de réalisation, un réseau de conduits
(152) de refroidissement est ménagé dans la matrice (120), par perçage ou par rainurage et assemblage, comme pour les conduits recevant les inducteurs. Ces conduits permettent de souffler de l'air ou un autre gaz caloporteur pour refroidir la matrice et plus particulièrement la surface moulante. Le soufflage d'air et le chauffage par induction sont utilisables conjointement à des fins de régulation de la température ou de la vitesse de refroidissement. Un thermocouple (162) est avantageusement placé près de la surface (125) moulante afin d'en mesurer sa température et pour asservir les conditions de chauffage et de refroidissement. La matrice est posée sur un support (180) isolant thermiquement par exemple une plaque composite à base de zircone ou une plaque constituée d'un matériau composite comprenant du mica (muscovite) avec un liant silicone. Selon un exemple de réalisation, ledit support (180) est monté sur des moyens (non représentés) permettant de déplacer la matrice en translation (181 ) relativement au bloc chauffant (1 10) afin de faciliter les opérations de chargement et de déchargement de la plaque de verre dans l'outillage.
Le bloc chauffant (110) est constitué de graphite. Il est maintenu à distante de la matrice par des moyens (non représentés) permettant de régler la distance entre la surface émissive (1 15), en vis-à-vis de la surface (125) moulant de la matrice, et la plaque (100) de verre, typiquement dans une gamme comprise en 5 mm et 50 mm. Comme la matrice (120), ledit bloc chauffant (1 10) comporte, selon cet exemple de réalisation, un réseau de conduits (145) pour le passage d'un circuit de chauffage par induction et un réseau de conduits (151 ) de refroidissement par circulation d'un gaz caloporteur. Selon un exemple de réalisation, le bloc chauffant comporte sur toutes ou partie de ses faces, un revêtement (131 ) apte à protéger le graphite de l'oxydation à haute température et d'émissivité élevée dans la bande du rayonnement infrarouge thermique, par exemple, un revêtement de carbure de silicium (SiC). Un tel revêtement permet de protéger le graphite de l'oxydation jusqu'à une température de l'ordre de 1600° C. Ainsi, l'outillage objet de l'invention est apte à fonctionner dans l'air sans dégradation. Alternativement, pour assurer une durée de vie plus élevée de l'outillage objet de l'invention, celui-ci est placé dans une enceinte, laquelle enceinte est remplie d'un gaz neutre à la température de fonctionnement, tel que de l'argon ou de l'azote, ou un gaz inerte tel que l'hélium. La température du bloc chauffant est mesurée, selon cet exemple de réalisation, par un pyromètre (161 ) infrarouge.
Les circuits d'induction du bloc chauffant (1 10) et de la matrice (120) de l'outillage objet de l'invention sont connectés à un générateur de courant à haute fréquence, typiquement une fréquence comprise entre 10 kHz et 200 kHz par des moyens (non représentés) aptes à accorder le circuit résonnant résultant, notamment un coffret de capacités et une bobine d'adaptation d'impédance.
Figure 3, selon un exemple de réalisation du procédé objet de l'invention, celui-ci comprend une première étape (310) de chargement consistant à placer la plaque de verre à former sur l'outillage. Selon un mode de réalisation particulier, cette étape (310) est réalisée alors que la matrice est écartée du bloc chauffant. Selon des variantes de réalisation, ladite plaque de verre est posée à température ambiante sur une matrice à température ambiante ou sur une matrice à une température inférieure ou égale à la température inférieure de recuit du verre. Selon une autre variante, dans un processus en ligne, la plaque de verre est posée sur la matrice à une température inférieure ou égale à la température inférieure de recuit du verre, soit une température inférieure à 600 °C. La plaque de verre repose sur les cales isolantes juste au-dessus de la surface moulante, sans toucher celle-ci. Selon une étape (320) de chauffage, la matrice portant la plaque de verre étant sous le bloc chauffant, ledit bloc chauffant et la matrice sont chauffés par induction. Le bloc chauffant est porté à une température au moins égale à la température de ramollissement du verre, soit 800 °C à 850 °C selon la nature du verre, ou à une température plus élevée, couramment comprise entre 1200° C et 1600° C dans le cas d'un bloc en graphite, de sorte à augmenter la puissance de rayonnement. La matrice est chauffée à une température inférieure, typiquement à la température supérieure de recuit du verre, soit entre 600 °C et 700 °C selon la nature du verre objet du thermoformage. La plaque de verre est chauffée par le rayonnement du bloc chauffant. Au cours d'une étape (330) de formage, en se ramollissant sous l'effet de la température, la plaque de verre flue sur la surface moulante de la matrice dont elle épouse la forme. Elle se refroidit au contact de la matrice, mais la température reste suffisante pour assurer la relaxation des contraintes dans la plaque de verre. Au cours d'une étape (340) de refroidissement, selon un exemple de réalisation, le chauffage du bloc chauffant est arrêté et ledit bloc est refroidi par circulation de gaz dans les conduits de refroidissement. Le refroidissement de la plaque de verre est régulé par la matrice. Ainsi, l'étape de refroidissement (340) comprend un refroidissement lent et contrôlé jusqu'à la température inférieure de recuit du verre constituant la plaque, typiquement entre 500° C et 600° C selon la nature du verre, puis le refroidissement est accéléré jusqu'à la température de déchargement. La température de déchargement étant atteinte, au cours d'une étape de déchargement (350), la matrice est, selon un exemple de réalisation, déplacée en position de déchargement et la plaque de verre formée est retirée de la matrice par des moyens appropriés, par exemple un dispositif à ventouse. L'outillage est alors prêt pour un nouveau cycle.
La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier elle permet de réduire le temps de séjour à haute température de l'outillage tout en assurant un contrôle précis du cycle thermique de thermoformage. L'outillage objet de l'invention est apte, selon un mode de réalisation particulier, à fonctionner de manière autonome sans enceinte spécifique.

Claims

REVENDICATIONS
Outillage pour le formage d'une plaque (100) de verre comprenant : a. une matrice (120) de formage constituée d'un matériau électriquement conducteur comprenant :
ai. une surface (125) moulante ;
aii. des moyens (130) adaptés pour maintenir une plaque de verre distante de la surface moulante et en vis-à-vis de celle-ci ;
aiii. un circuit d'induction comprenant un inducteur (141 , 241 ) s'étendant dans une cavité (140) dans ladite matrice de formage ;
b. un bloc (110) de chauffage, distant de la matrice de formage et comprenant :
bi. une surface (1 15) apte à produire un rayonnement thermique en vis-à-vis de la surface moulante (125) ;
bii. un circuit d'induction comprenant un inducteur s'étendant dans une cavité (145) dudit bloc de chauffage
c. des moyens pour connecter les circuits d'induction à un générateur de courant à haute fréquence.
Outillage selon la revendication 1 , dans lequel la matrice (120) est constituée d'un acier inoxydable martensitique.
Outillage selon la revendication 1 , dans lequel la matrice (120) est constituée d'un alliage à base de Nickel (Ni) de Fer (Fe) de Chrome (Cr) et de Niobium (Nb)
Outillage selon la revendication 3, dans lequel la cavité (140, 145) dans laquelle s'étend l'inducteur comprend une couche (243) constituée d'un matériau ferromagnétique entre l'inducteur et les parois de ladite cavité.
5. Outillage selon la revendication 1 , dans lequel le bloc (1 10) de chauffage est constitué de graphite. Outillage selon la revendication 5, dans lequel le bloc (1 10) de chauffage comporte un revêtement (131 ) résistant à l'oxydation à 1200°C et d'émissivité élevée dans les longueurs d'onde comprises entre 3 μιτι et 50 μιτι
Outillage selon la revendication 5, comprenant une enceinte de confinement entourant la matrice (120) et le bloc (110) de chauffage, ladite enceinte étant remplie d'un gaz neutre, notamment un gaz inerte.
Outillage selon la revendication 1 , dans lequel la matrice (120) comporte un support (130) thermiquement isolant apte à écarter la plaque (100) de verre du contact avec la matrice.
Outillage selon la revendication 1 , comportant :
d. un capteur (161 ) pyrométrique pour mesurer la température du bloc chauffant
Outillage selon la revendication 1 , comportant :
e. un thermocouple (162) intégré dans la matrice et proche de la surface (125) moulante pour mesurer la température de ladite surface moulante.
Outillage selon la revendication 1 , dans lequel la matrice comprend : aiv. un conduit (152) de refroidissement pour la circulation d'un gaz.
Outillage selon la revendication 1 , dans lequel le bloc chauffant comprend :
biii. un conduit (151 ) de refroidissement pour la circulation d'un gaz.
Procédé pour le thermoformage d'une plaque de verre mettant en oeuvre un outillage selon la revendication 1 , comprenant les étapes consistant à : i. positionner (310) la plaque de verre sur la matrice ;
ii. chauffer (320) simultanément la matrice et le bloc chauffant par la circulation d'un courant électrique à haute fréquence dans leur circuit d'induction respectif. iii. former (330) la plaque de verre à la forme de la surface moulante de la matrice
iv. refroidir (340) à vitesse contrôlée la matrice jusqu'à la température inférieure de recuit ;
v. refroidir la matrice
vi. retirer (350) la plaque de verre formée.
Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'étape ii) (320) comporte le chauffage du bloc chauffant jusqu'à une température dite de ramollissement du verre constituant la plaque de verre et le chauffage de la matrice jusqu'à une température égale à la température supérieure de recuit.
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