Brevet FR2013365A1 — publié le 19700403

i 2013365 La présente invention concerne les procédés de traitement superficiel d'objets en verre utilisés dans l'industrie, afin de rendre le verre plus résistant et pour obtenir des surfaces des objets qui diffusent la lumière. 5 On connaît un procédé de traitement superficiel d'objets en verre, permettant d'améliorer leur résistance ou d'obtenir des surfaces diffusant la lumière, suivant lequel l'objet est décapé dans une solution d'acide fluorhydrique. Les objets en verre sont alors trempés dans un bain d'une solution d'acide fluorhydrique 10 brassée mécaniquement ou par barbot âge à l'air comprimé. Ce procédé présente les inconvénients suivants ; le travail est dangereux par suite de la toxicité de l'acide fluorhydrique ; le travail imposé par le processus de fabrication est onéreux. En outre, ce procédé ne permet pas d'exclure complètement le dépôt 15 des produits de la réaction sur les surfaces du verre et d'obtenir un décapage régulier de toute la surface. L'invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et à mettre au point un procédé de traitement superficiel d'objets en verre qui permette' d'obtenir des objets en 20 verre de haute résistance à surface transparente, ainsi qu'à surface diffusant la lumière, à l'aide de moyens simples et peu coûteux, facilement applicables. A cet effet, lors du traitement superficiel d'objets en ver-re_,ces derniers s^nt logés avec un certain jeu dans une chambre 25 dont la surface interne est conçue de façon qu'à chaque section transversale de la chambre, la valeur de ce jeu suivant le périmètre reste invariable et que la superficie du jeu sur toute la longueur de la chambre soit identique, puis on fait passer à travers la chambre an courant d'eau avec une concentration en 30 volume de vapeur de 0 à 0,95, une température de 160 à 370°C, une pression au moins égale à celle de saturation, ce courant baignant l'objet à une vitesse de 0,2 m/s au moins, qui est maintenue pendant 5 minutes au moins. Les paramètres du courant d'eau dépendent de la composition 35 du verre et sont choisis dans chaque cas particulier de façon optimale . La vitesse du courant d'eau peut être aussi grande qu'on le désire, être voisine de la vitesse du son ou même la dépasser, mais pratiquement on choisit la vitesse minimale, car avec une réduction de la vitesse on obtient un accroissement du 40 degré de renforcement du verre, ainsi qu'un abaissement de la 69 19911 2 2013365 consommation d'eau. En général, la vitesse adoptée du courant d'eau est au moins égale à 0,2 m/s, car une vitesse plus faible n'assure pas l'évacuation complète des produits de la réaction avec l'eau adhérant au verre. 5 Toutes autres conditions égales par ailleurs, l'épaisseur de la couche de verre à supprimer est directement proportionnelle au temps de traitement ; c'est pourquoi celui-ci est choisi de façon à assurer l'élimination de la couche superficielle à l'épaisseur prescrite, ce qui dépend encore du degré de propreté de la 10 surface du verre. Pour l'obtention d'un verre renforcé à surface transparente, il est préférable d'utiliser un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur nulle, température de 160 à 350°C et pression supérieure à la pression de saturation . La température du courant 15 d'eau dépend de la composition du verre, la pression dépend elle-même de la température et doit être supérieure à la pression de-saturation. L'excès de pression peut être théoriquement aussi petit qu'on le désire, mais pratiquement il est recommandé de le maintenir supérieur à 3 5 atm afin d'éviter l'entrée en ébul-20 lition de l'eau. Un plus grand excès de pression est possible, toutefois, il n'est pas recommandé car cela compliquerait l'équipés ment. Dans ce même but on peut également utiliser un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur de 0,001 à 0,95 et à pres-25 sion de saturation de 6 à 40 atm ou de 60 à 170 atm. Pour l'obtention d'un verre renforcé à " surface diffusant la lumière, il est préférable d'utiliser un courant d'eau à concentration en volume nulle de la vapeur, température de 230 à 370°C et pression supérieure à la presèion de saturation. L'excès 30 de pression est choisi de la façon qui a été décrite plus haut; Dans le même but, on peut utiliser un courant d'eauaconcen-tration en volume de la vapeur de 0,001 à 0,95 et pression de saturation de 40 à 60 atm. Le procédé proposé pour le traitement superficiel d'objets 35 en verre permet, tout en conservant la transparence de la surface d'obtenir un objet dont la résistance est acerue de 10 fois, et même plus, en comparaison avec la résistance initiale, tandis que dans les procédés connus jusqu'à maintenant le.gain de résistance était seulement augmenté de 3 à 4 fois. L'obtention des objets en 4o verre à surface diffusant la.lumière par les procédés connus 69 19911 3 2013365 entraîne une dégradation sensible de leur résistance, tandis que l'objet obtenu à l'aide de la présente invention est alors simultanément renforcé de 5 à 6 fois. L'utilisation de l'eau comme réactif commun assure une absence complète de toxicité, ainsi qu'un 5 processus de production peu coûteux, tout en améliorant les conditions de travail. De cette façon, l'invention procure des avantages économiques considérables avec une amélioration simultanée de la qualité de production. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa-10 raîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exmples ; la Fig. 1 représente le schéma de principe d'une installation pour le traitement superficiel d'objets en verre ; la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale de la chambre 15 pour le traitement de tiges cylindriques en verre ; la Pig. 3 est une vue en coupe transversale ; la Pig. 4 est une vue de profil avec arrachement de la chambre pour le traitement de plaques de verre ; la Fig. 5 est une vue de coté suivant la flèche A avec ar-20 rachement partiel } la Fig. 6 est une vue en coupe longitudinale de la chambre pour le traitement de tiges de verre coniques^ la Fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la Fig. 6j » 25 la Fig. 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 6. On va examiner un premier exemple d'application du procédé selon l'invention sur des tiges en verre de forme cylindrique de 5 mm de diamètre et de 200 mm de long, à surface transparente et 30 composition suivante du verre (en pour cent en poids); Si02 = 68,4 ; Bg03 = 18,7 ; Na20 = 4,7. K20 = 4,2, A1203 = 2,9 , CaO = 0,4, Fe203 = 0,1 , MgO 0..4 et S0^ = 0,2. Chaque tige est logée dans une chambre séparée 1 (Fig. l) 35 constituée par un tube cylindrique 2 (Fig. 2,3) sur les tranches duquel sont prévues des chevilles 3 pour le maintien de la tige en verre 4 en position de service de telle façon que, dans une section transversale quelconque cë la chambre, la valeur du jeu a^ entre la surface traitée de la tige et la surface interne de la chambre 40 reste contante. Le tube 2 est raccordé à une tubulure d'entrée 5 69 19911 4 2013365 et à-une tubulure de sortie 6 du courant d'eauo Par l'intermédiaire de la tubulure d'entrée 5* on admet un courant d'eau à concentration en volume de vapeur nulle, température de 271eC et pression de 65 atm„ 5 Le courant d'eau provient d'une cuve 7 (Fig0 l)* et en pas sant par le jeu annulaire à (Pig» 3) entre la surface Interne du tube 2 et la surface externe de la tige en verre 4, il baigne celle~ei à une vitesse de 0,4 m/s,, La constance du jeu s_ suivant la longueur de la tige en verre 4 assure une vitesse invariaH. e 10 du liquide,. Par suite de l'inter-action chimique, il s® produit une détérioration de la couche superficielle de la tige0 G-reee eux tensions tangentielles de frottement, engendrées sur la surface de l.a tige en verre, tous les produits des réactions ehisiques sont entraînées par le courante, La eoiseh® super-15 fieielle des objets en verre eoœporte différents défauts (miero-fissures, densité hétérogène, etc0 ), dont le nombre dépend de la technologie de fabrication de ceux~ci, ainsi que de la durée du stockage* En règle générale, le nombre de défauts est considérablement plus élévé dans la couche superficielle„ C'est pourquoi 20 l'élimination de la couche superficielle provoque un renforcement du verre-, et 1® meilleure résistance sera obtenue lorsqu'on élimine une couche dont l'épaisseur est égale à la profondeur, maximale des défauts0 Pendant le traitement, le courant d'eau issu des tubulures 25 de sortie 6 est renvoyé de nouveau à la cuve par des tuyauteries 8 (Fig. l), et à l'aide d'une pompe 9° « Les tiges en verre traitées sont alors maintenues dans le courant d'eau pendant 4 heures* après quoi le débit du courant d'eau est coupée 30 Les tiges en verre sont extraites de la chambre et l'on dé termine 1"épaisseur de la couche superficielle supprimée, puis on procède à l'épreuve de résistance. Lorsque la couche supprimée présente une épaisseur de 85^* , la résistance moyenne de la tige en verre usinée 6 s'est avérée 35 égale à 1,9 fois à la résistance à l'état taitial, et elle atteint p 170 kg/mm , tout en conservant complètement la transparence de la surface. Dans un deuxième exemple d'éxécution du procédé selon l'invention, on utilise les mêmes échantillons, afin d'obtenir du 40 verre renforcé à surface diffusant la lumière. 69 19911 5 2013365 Le traitement est réalisé de la même façon que précédemment et dans les mêmes chambres, avec un courant d'eau dont la concentration en volume de la Tapeur est nulle, mais la température du courant est élevée jusqu'à 277*3°C, la pression étant alors main-5 tenue à 66 atm et la vitesse de passage du liquide à 2,7 m/s. Après le traitement des tiges pendant une heure».l'épaisseur d: la couche superficielle supprimée s'est avérée égale à 105 /V, et la résistance est 6,2 fois supérieure à sa valeur initiale. 10 Dans un troisième exemple d'exécution du procédé selon l'in _ vention, on utilise encore les mêmes tiges et on emploie un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur égale à 0,707 (c'est à dire un courant de vapeur et d'eau), pression de saturation de 53,3 atm et vitesse d'écoulement du liquide de 29 m/s. 15 Toute la technologie de traitement superficiel des tiges en verre est analogue à celle décrite précédemment. Cependant, avant d'être recyclé dans la cuve 7* le courant eau-vapeur est refroidi dans un échangeur de chaleur 10 jusqu'à condensation complète de la vapeur. 20 A la suite du traitement ae prolongeant pendant 30 minutes, les tiges en verre, après la suppression d'une couche de 68 jA , présentent une résistance 6,7 fois supérieure à celle à l'état initial avec conservation totale de la transparence de la surface. En utilisant un courant d'eau à concentration en volume de 25 la vapeur supérieure à 0, c'est à dire un courant eau-vapeur, on peut obtenir un verre renforcé à surface diffusant la lumière. Lors du traitement de ces tiges en verre pendant 1 heure au courant eau-vapeur à concentration en volume de la vapeur/§, 65, pression de saturation de 52,1 atm et vitesse d'écoulement de 26,3 30 m/s, l'épaisseur de la couche superficielle supprimée est de 130 pk , et la résistance a augmenté de 5,8 fois. Par le procédé décrit ci-dessus, il est possible de traiter des objets de pratiquement toutes les formes. En fonction de la forme de l'objet, on choisit une chambre à surface interne de for-35 me correspondante avec un courant d'eau, de telle façon qu'un espacement invariable soit assuré entre les parois internes de la chambre et les surfaces externes de l'objet en verre. Dans le cas du traitement d'un objet de forme rectangulaire, par exemple sous forme de plaque 11 (Fig. 4,5), la chambre 12 a aussi une forme UQ rectangulaire. Comme il est plus rentable de placer simultanément 69 19911 6 2013365 dans la chambre plusieurs plaques 11, dans ce cas l'espacement invariable b est assuré non seulement entre la paroi de la cham- — -entre ^ bre 12 et la plaque 11, mais aussi/les plaques-memes pour qu elles soient complètement baignées par le courant d'eau. Pour le traitement des tiges en verre de forme conique, la chambre à courant d'eau est constituée par un tube 13 (Fig. 6, 7, 8) dont la surface interne est également de forme conique. Sur les tranches du tube 13» il est prévu des chevilles 14 pour le maintien d'une tige en verre 15 en position de service. Le tube 13 est assemblé à'l'aide de brides 16 avec une tubulure d'entrée 17 et une tubulure de sortie 18 du courant d'eau. Pour le traitement, la tige en verre 15 est logée dans la chambre avec un certain espacement par rapport à la surface interne du tube 13, de telle façon que la surface de la section transversale, constituée par ce jeu, soit oonstante quelle que aolt la section transversale prise sur la longueur de la tige 15. Ainsi,- les surfaces des sections transversale», constituées par les jeux ç (Fig. 7) et d (Fig. 8) sont égales. Ceci assure une vitesse constante d'écoulement du liquide sur toute la longueur de la tige en verre. 7 20Î3365 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement superficiel d®objets en verre? caractérisé en ce que ces objets sont loges avec un certain jeu dans une chambre dont la surface interne est ehoisie de telle façon que, dans chaque section transversale de la chaMbre* la valeur de ce jeu suivant le périmètre reste invariable et que la superficie du jeu sur toute la longueur de la chambre soit identique, puis on fait passer à travers la chambre un courant d°esu à concentration en volume de vapeur de 0 à 0,95, température de 160 à 370°C, pression au moins égale à la pression de saturation,, ce courant baignant l'objet à une vitesse de 0,2 m/s au minimum, qui est maintenue pendant 5 minutes au moins» 2 - Procédé suivant la revendication la caractérisé en ce que, pour l'obtention d'un verre résistant à surface transparente, on utilise un courant d'eau à concentration en valusse de la vapeur nulle, température de 160 à 350®C£1 et pression supérieure à la pression de saturation. 3 - Procédé suivant la revendication ls caractérisé en ce que, pour l'obtention d 'un verre résistant à surface transparente, on utilise un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur de 0,0001 à 0,95, pression de saturation de 6 à 40 a trios-phèras ou 60 à 170 atmosphères. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'obtention d'un verre renforcé à surface diffusant la lumière, on utilise un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur nulle, température de 230 à 370°C et pression supérieure.^ la pression de saturation. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'obtention d'un verre renforcé à surface diffusant la lumière, on utilise un courant d'eau à concentration en volume de la vapeur de 0,001. à 0,25 et pression de saturation de 40 à 60 atmosphères. 19911