Brevet FR2132806A1 — publié le 19721124

Quand on durcit les corps en verre pour obtenir une résistance mécanique plus élevée aux chocs, à la flexion ou à la rupture, on crée dans la surface, et en dessous, de façon décroissant graduellement, soit sur la totalité ae la surface du corps, soit localement aux emplacements désirés, d'importantes contraintes permanentes de coupressiòn agissant perpendiculairement aux normales à la surface. Dans ces conditions, le noyau intérieur des corps en verre est soumis à des contraintes de traction. Dans l'état actuel de la technique, les procédés antérieurs connus pour créer des contraintes de compression dans la surface du verre sont les suivants Tout d'abord, le procédé de durcissement par trempe est largement répandu et pratiqué industriellement depuis plus de trente années : on chauffe-tout d'abord le corps en verre à une température suffisamtnent élevée pour que, soit la totalité du corps, soit tout au moins sa surface et les parties de son volume qui sont situées au-dessous, soient suffisamnent réchauffées pour posséder une viscosité pour laquelle les corps ne se défor ent tout juste pas. a deformation purement visqueuse de corps, c'est-à-dire la déforsation sous de faibles pressions extérieures de déformation ou encore sous l'action de leur propre poids, peut déjà avoir lieu dans l'intervalle de viscosité compris entre 1013 et 107s6 poises. Dans ce procédé de durcissement, on amène le verre, en élevant sa température, à une zone de viscosité comprise entre environ 101 et 107 poises. son trempant spontanément, par de l'air comprimé ou des gaz à la température ambiante ou refroidis, les corps en verre ainsi réchauffés, on fige la pellicule superficielle du corps, et de faibles parties situées au-dessous, dans un état de volume de moindre densité, de sorte que, dans le cas d'un retard de refroidissement du noyau du volume, des contraintes élevées de compression prennent naissance et subsistent dans la surface. D'autres procédés de consolidation mécanique sont basés sur le fait que, au moyen d'un échange d'ions, des réactions chimi ques à température élevée dans l'intervalle de viscosité compris entre environ 1015 et 1012 poises modifient les éléments de vo lumes de la surface d'un corps en verre de façon telle qu'un faible coefficient de dilatation thermique du verre est produit dans la pellicule superficielle du corps. Quand un corps en verre ainsi traité se refroidit et subit la contraction obligatoirement liée au refroidissement, le noyau présente alors, à cause de son coefficient de dilatation plus élevé, une contraction plus forte que les éléments superficiels du- volume-, ce qui produit des contraintes élevées de compression dans la surface. Dans ce second procédé de traitement thermique, il existe de très nombreuses possibilités d'échange d'ions pour réduire le coefficient de dilatation thermique d'une surface d'un corps en verre. On connait par exemple des phénomènes d'échange d'ions alcalins. Si en effet on introduit le verre dans une masse de sel fondu, il peut apparaître des phénomènes d'échange d'ions dans lesquels des ions provenant de la solution de sel et des ions provenant de la surface du verre s'échangent entre eux sans que le corps en verre perde en même temps sensiblement sa forme superficielle. Dans ce procédé, il y a donc échange d'ions contenus dans la charpente en verre contre d'autres ions présents dans la masse de sel fondu. On appelle souvent ce procédé la trempe chimique du verre.Il permet même d'incorporer dans le verre, par échange, des ions qui donnent au verre une coloration. Il est é galement possible de faire pénétrer dans le verre, par diffusion, des ions qui donnent au corps en verre des propriétés physiques ou chimiques tout à fait déterminées. Un troisième procédé très ancien pour améliorer les propriétés mécaniques et optiques des corps en verre consiste à utiliser la méthode du placage ou du captage avec un verre d'une autre nature déposé sur le corps de base en verre. Dans ce procédé, on revêt par immersion un poste intermédiaire de verre ou le corps en verre terminé, de manière que, lorsque le corps final est terminé, une couche extérieure présentant les caractéristiques désirées, telles que des caractéristiques de teinte ou des caractéristiques mécaniques, se trouve sur le noyau de verre. La méthode du placage ou du captage est exploitée depuis l'antiquité, par exemple dans les corps en verre de plusieurs couleurs : vases, coupes, objets d'ornement de l'antiquité romaine et d'avant l'ère chrétienne.Nais on exploite également délibérément ce procédé à l'époque moderne depuis environ 1930, par exemple pour fabriquer du verre plaqué coloré. On peut également exécuter la méthode du placage ou du captage de la même manière que dans l'industrie de la porcelaine, en déposant sur un corps en verre ou sur des corps en verre et en céramique des glacages qui donnent au corps certaines propriétés optiques ou mécaniques. La technique de lté- maillage de métaux, de corps en céramique et de corps en verre remonte égalent à l'antiquité d'avant l'ère chrétienne, par exemple les émaux de l'antiquité en provenance dlAssur. te domaine du durcissement par trempe, du durcissement chimique et du durcissement par placage par un glaçage est tout à fait vaste et varié, de sorte qu'on ne peut pas rappeler ici de façon détaillée tous les diférents procédés connus. On s'est proposé de fabriquer par une autre voie du verre consolidé mécaniquement à l'égard des chocs, de la flexion et de la rupture. L'invention repose sur le fait connu que des constituants volatils se vaporisent à partir de la surface du verre quand on chauffe des corps en verre dans le vide ou dans le vide poussé, à des températures telles que la surface du corps ou la totalité de son volume possède une viscosité comprise entre 1014 et 107 poises. Or on a trouvé que ces phénomènes de vaporisation, qui sont liés à la pression et à la température, peuvent modifier la composition des éléments du volume du verre qui participent à la vaporisation et par suite la température à laquelle ils se figent et leur dilatation, suffisamment fortement pour que les corps en verre, après leur refroidissement normal sans trempe, présentent dans leur surface des contraintes de compression qu'on ne pouvait obtenir auparavant que par un durcissement par trempe, échange d'ions ou placage. Suivant l'invention, on procède comme suit : on chauffe tout d'abord les corps en verre dans le vide ou dans le vide poussé à une température suffisamment élevée pour qu'ils possèdent une viscosité dynamique inférieure à environ 1015 poises, après quoi on aspire de la couche extérieure du corps en verre les constituants volatils dans une proportion telle que la température de transformation dans la couche extérieure du verre soit plus élevée de plus de 50C environ que dans le noyau du verre. tes verres ainsi traités présentent, après leur refroidissement normal, des contraintes de compression dans leur surface qui créent une consolidation mécanique et qui ne pouvaient être cries jusqu'alors que par les -çrocdés connus traités au début de la présente description. On a en outre trouvé que les constituants qui sont volatils dans le traitement sous vide sont tous les gaz et composés qui dans la charpente structurelle du verre sont liés moIns solidement et qu'on peut aspirer dans l'intervalle de pression compris entre 10-1 et 10-7 mm Hg, les valeurs caractéristiques pour le processus de vaporisation sous vide étant la pression et la température : du point de vue physico-chimique, la relation donnant la pression de vapeur log p = - WaTt + B s'applique en première ap-roximation. ta pression de vapeur de tous les verres, qui est appréciable à température élevée dans un vide poussé, se compose des différentes pressions partielles, par exemple la pression partielle de l'eau, du fluor, du chlore, du brome, de l'oxygène, de l'anhydride sulfurique et de l'azote. Les oxydes alcalins et l'oxyde de plomb présents dans le verre présentent également une pression partielle mesurable à température élevée dans l'intervalle revendiqué de viscosité compris entre 1014 et 107 poises. L'oxyde de zinc, l'oxyde de cadmium, l'oxyde arsénieux, l'oxyde d'antimoine, l'oxyde de bismuth et l'oxyde d'étain présentent enfin également des pressions partielles mesurables et qu'on peut exploiter teciinologiquement par ce procédé. Les corps énumérés cidessus n'épuisent pas la liste des composés vaporisables. Dans une forme de mise en oeuvre de l'invention, on a traité par le nouveau procédé des verres ayant une teneur élevée en oxydes et substances volatiles, en particulier fluor, oxyde de plomb et oxyde alcalin, donnant habituellement aux verres une basse température de ramollissement (107,6 p) et une basse température de transformation (1013 p). EXEMPLE D' EXEOUTION Dans un récipient où règne n'importe quelle pression comprise entre 10-2 et 10-7 mm Hg, on chauffe des corps en verre, par exemple des blaireaux, des tubes, des carreaux ou des corps de n'importe quelle autre forme, suffisamment pour que leur viscosité soit comprise entre 1014 et 107 poises. Sous un vide de 10-5 mm Hg et à 550 C, la durée du traitement est de 30 minutes. Quand les corps en verre se sont refroidis, puis qu'on a aéré le récipient et qu'on les en a sortis, ils présentent dans leur pellicule extérieure des contraintes de compression très é levées, qui correspondent à celles qu'on peut obtenir par un durcissement par les procédés connus antérieurement. Les verres utilisés pour l'essai ont, suivant la norme DIN 52 314, une constante photo-électrique comprise entre 2, et 3,7 et, sous une épaisseur de mesure de 2 mm, une biréfringence supérieure au premier ordre. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour consolider mécaniquement les corps en verre, caractérisé par le fait qu'on chauffe tout d'abord les corps en verre dans le vide ou dans le vide poussé, su fisannent fortement pour qu'ils possèdent une viscosité dynamique inférieure à environ 1045poises, après quci on aspire de la couche extérieure du corps en verre les constituants volatils dans une proportion telle que la température de transformation dans la couche extérieure du verre soit plus élevée de plus de 5CC environ que dans le noyau du verre. 2.- Verre destiné à être traité par le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a une teneur élevée en oxydes et en substances volatiles, en particulier fluor, oxyde de plomb et oxyde alcalin, donnant, comme on le sait, aux verres une basse température de ramollissement (10726 p) et une basse température de transformation (1013 p).