Brevet FR2279531A1 — publié le 19760220

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication des carreaux de céramique utilisables par exemple pour les murs ou les planchers. On sait que les carreaux de céramique sont constitués en grande partie d'argile, de talc, d'une espèce d'argile brflléeappelée "grog" et de minéraux à base de silice. De nombreuses combinaisons et de nombreux mélanges de ces substances sont normalement utilisés dans les compositions des carreaux de céramique. Les carreaux non émaillés sont finement poreux et possèdent normalement une capacité d'absorption de l'eau de plus de 4 7. en poids habituellement de 6 10 X en poids, bien que certaines formes de carreaux, ainsi appelés vitreux, puissent avoir une capacité d'absorption inférieure à 4 % La majorité des carreaux servant pour les murs ou les planchers sont émaillés sur leur surface frontale, avec un émail imperméable à l'eau qui est fortement collé au corps des carreaux. La surface arrière qui est en contact avec le plancher ou le 'mur est en-gêné- ral non émaillée. La demanderesse a maintenant découvert un carreau de céramique de type nouveau qui possède une grande uniformité dimensionnelle et dont la résistance à l'usure est grandement améliorée en comparaison du moins certains carreaux de céramique que l'on peut se procurer dans le commerce. I1 s'avère que c'est aux substances utilisées dans la fabrication des carreaux que l'on doit les excellentes propriétés obtenues pour ces carreaux. Selon l'invention, on fournit un procédé de préparation pour des carreaux de céramique, particulièrement adéquat pour les carreaux utilisés comme plancher ; ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes (a) la compression d'un mélange de substances solides finement divisées consistant en 40-60 Z en poids de vermiculite, en 25-40 % en poids d'argile, en 0,01-8 % en poids de fondant et en 10-20 % en poids d'eau, à une densité comprise entre 1,12 et 1,36 g/cm3 et dans un moule à carreaux, (b) l'application d'un émail et (c) la cuisson du mélange pressé et émaillé à une température comprise entre 1 0950C et l 2050C. Le produit obtenu avec le procédé selon l'invention possède des résistances à la compression et à l'usure élevées et une contraction linéaire faible. La densité du produit cuit est largement inférieure à la densité des produits cuits comparables que l'on peut trouver dans le commerce. Les propriétés caractéristiques que l'on peut obtenir pour des carreaux selon l'invention sont : une densité du produit cuit comprise entre 1,44 et 1,92 g/cm3, une contraction linéaire à la cuisson de moins de 10 70, et qui ne peut même être que de 4 %, et un indice d'usure Taber de plus de 20 000. Les substances solides entrant dans le mélange à presser se présentent sous une forme finement divisée ; par forme divisée, on entendra normalement une poudre. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 778 281 décrit une poudre que l'on peut utiliser et un procédé pour la préparer. Cette poudre pour moulage contient de la vermiculite, de l'argile et un fondant borax-métaphosphate de sodium. On peut préparer à partir d'une poudre à moulage contenant ces mêmes ingrédients des carreaux pour plancher selon l'invention. La vermiculite utilisée est de préférence une vermiculite expansée ayant une densité comprise entre 0,080 et 0,176 g/cm3 environ. Les vermiculites sont désignées et classées de 1 à 5 ; on préfere selon l'invention utiliser les vermiculites ayant des particules de petites tailles, correspondant aux numéros 4 et 5. Néanmoins on peut utiliser les autres vermiculites. L'argile que l'on préfère utiliser est la bentonite, mais on peut utiliser d'autres argiles. On préfere les argiles tabulaires, afin de communiquer aux produits une forte résistance. Comme argiles typiquement utiles, on peut citer le schiste précambien, l'argile limoneuse, le kaolin de Caroline du Sud, l'argile plastique, en particulier l'argile plastique du Tennessee, l'argile de couches de houille, en particulier celle venant de 1'Alabama,et l'attapulgite. La présence d'autres ingrédients en petites proportions, comme par exemple des fibres de wollastonite jusqu'à un pourcentage de 8, n'est pas exclu du mélange initial. Le fondant est une substance qui provoque la fusion de la vermiculite et de argile à une température inférieure à celle à laquelle ce mélange fondrait si ce fondant n'était pas présent. Un des fondants préférés est le fondant consistant essentiellement en borax et en métaphosphate de sodium. Le borax (Na2B407, 10H20) et le métaphosphate de sodium 0(NaP03) J permettent à la fusion de la vermiculite et de l'argile de se produire à des températures aussi basses que 7050C et permettent d'obtenir un produit ayant une gangue de vermiculite liée en une seule pièce par une phase continue. Ce fondant est présent dans le produit final dans des proportions comprises entre 0,01 et 8 X en poids, de préférence entre 0,01 et 4 % en poids. La poudre de départ est préparée de préférence par mélange à sec des composants puis par mélange du premier mélange obtenu avec de 10 à 20 5o environ en poids d'eau. Le mélange ainsi obtenu est introduit dans un moule adéquat pour former les carreaux. La densité de la composition pour le moulage avant la compression est comprise entre 0,16 et 0,24 g/cm3 environ. Les carreaux sont fabriqués par compression de la poudre à moulage jusqu'à une densité comprise entre 1,12 et 1,36 g/cm3. Les composants compressés sont ensuite recouverts par un émail, en se servant de la technique classique pour l'émaillage. Un des émaux préférés contient comme composants principaux de l'oxyde de bore, de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde de calcium. Des composants moins importants peuvent pitre ajoutés ; on peut citer par exemple les oxydes de sodium, de potassium, de zinc, de fer, de magnésium et de titane. Comme exemple d'émail préféré, on peut citer celui contenant les composants suivants Composants Parties en poids oxyde de bore 20 - 35 dioxyde de silicium 35 - 55 oxyde d'aluminium 5 - 20 oxyde de calcium 5 - 15 oxyde de sodium 1-3 oxyde de potassium 0,5 - 2 oxyde de zinc 1 - 8 oxyde ferrique 0,01 - 0,4 oxyde de lithium 0,01 - 0,3 oxyde de magnésium 0,01 - 0,3 dioxyde de titane 0,01 - 0,2. Quand cet émail est appliqué sur le corps pressé du carreau en vermiculite et quand le corps émaillé et pressé est cuit, les composants formant cet émail fondent et forment le revêtement émaillé. La température de cuisson préférée est de 1 1500C et la durée de cuisson préférée est comprise entre 0,5 et 4 heures, et spécialement entre 2 et 4 heures. Un procédé spécifique particulierement préféré selon l'invention comprend (1) la préparation d'un mélange composé d'environ 50 Z en poids de vermiculite n 4, d'environ 34 X en poids de bentonite, d'environ 2 7 en poids d'un fondant borax-aétaphosphate de sodium et d'environ 14 X an poids d'eau, (2) la compression de la poudre obtenue jusqu'à une densité d'environ 1,12 - 1,36 g/cm3, (3) l'application d'un émail dans lequel les principaux composants sont l'oxyde de bore, l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de calcium, (4) la cuisson à une température d'environ 1 1500C pendant environ de 0,5 à 4 heures, et (5) le refroidissement et la récupération des carreaux obtenus. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. - EXEMPLE 1 - (Comparatif) On prépare une poudre à moulage par mélange de 50,5 7 en poids de vermiculite n 4, de 33,8 % en poids de bentonite, de 1 % en poids de borax et de 0,7 % en poids de métaphosphate de sodium dans 14 % en poids d'eau. Le mélange est placé dans un moule adéquat à carreaux et est compressé jusqu'à une densité de 0,96 g/cm3. On applique un émail ayant la composition suivante Composants Parties en poids (valeurs (valeurs approchées) Acide borique 100 Wollastonite (a) 50 Feldspath (b) 50 Argile plastique de Jackson 75 - - 7 MS (c) 2,5 Oxyde de zinc 5,0 Eau 300 (a) Substance minérale constituée essentiellement de CaO : SiO2 (b) Substance minérale constituée essentiellement de K20 : A1203 6SiO2 (c) Produit du type gomme à base de carboxyméthylcellulose. Trois échantillons sont cuits à des températures de 1 065 C, 1 1200C et 1 1750C respectivement. Le produit est désigné par la référence "carreaux A". - EXEMPLE 2 On prépare une seconde série de carreaux en utilisant les mêmes composants et la méme technique de mélange que dans l'exemple 1 Si ce n'est qu'on compresse la poudre à moulage à une densité de 1,12 g/cm3. Un émail est appliqué comme dans l'exemple 1. Deux échantillons sont cuits à des températures de 1 120 et 1 1750C respectivement. On obtient des carreaux que lton désigne par la référence "carreaux B". - EXEMPLE 3 Une poudre à moulage est préparée de façon à avoir la même composition que dans l'exemple 1 et est compressée en utilisant le mème matériel. La compression s'effectus jusqu'à une densité de 1,36 g/cm3. Un émail est appliqué comme dans l'exemple 1. Deux échantillons sont cuits, à des températures de 1 120 et 1 1750C respectivement. Ces carreaux sont désignés par la référence "carreaux C". - EXEMPLE 4 Les carreaux préparés de la façon décrite dans les exemples 1 à 3 ci-dessus sont comparés à des carreaux que l'on peut se procurer dans le commerce qui ont été cuits à 1 1500C. Les valeurs trouvées sont données dans le tableau ci-apres. - EXEMPLE 5 Cet exemple montre que l'on peut inclure des fibres de wollastonite en petite proportion, bien que les propriétés des carreaux ne soient pas aussi bonnes que celles obtenues pour certains carreaux des exemples 1 à 4. La poudre à moulage est préparée en combinant 60 7 de vermiculite, 27 7 de bentonite, 8 7 de fibres de wollastonite et 5 % d'un fondant solide (décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 778 281) avec de l'eau dans un rapport de 100 parties de substances solides pour 16 parties d'eau. Cette substance, qui possède une densité de 0,19 g/cm3, est ensuite compressée jusqu'à une densité de 0,96 g/cm3, et, après émaillage comme dans l'exemple 1, est cuite pendant 3 heures à 1 1500C. Les propriétés physiques des carreaux cuits obtenus sont les suivantes : résistance à la flexion 141 kg/cm2 résistance à la compression 193 kg/cm2 indice Taber d'usure 10 000 densité 1,76 g/cm3 contraction linéaire 7,2 % absorption d'eau 6,0 %. Ces valeurs montrent que les carreaux selon l'invention possèdent un indice d'usure Taber considérablement amélioré en comparaison aux produits du commerce. Les carreaux selon llinvention ont aussi une densité apres cuisson considérablement plus basse et une contraction linéaire environ deux fois plus petite que la contraction linéaire des produits du commerce. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit à titre nuilement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. - T A B L E A U - Résistance Résistance Densité Référence Température Indice Densité à contraction Absorption à la à la après des de cuisson d'usure l'état vert linéaire d'eau flexion compression cuisson carreaux ( C) Taber (g/cm3) (%) (%) (kg/cm2) (kg/cm2) (g/cm3) A 1065 91 95 3930 0,96 1,19 8,5 48,2 B 1120 146 105 7460 1,12 1,41 5,2 33,6 C 1120 194 214 23780 1,36 1,54 4,2 25,4 B 1175 235 548 23160 1,12 1,77 7,7 9,5 C 1175 309 465 46320 1,36 1,93 7,2 6,0 produit de comparaison 1150 182 477 3810 1,78 2,34 15,1 7,4 du commerce - REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de carreaux de céramique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes (a) compression d'un mélange de substances solides finement divisées comprenant de 40 à 60 Z en poids de vermiculite, de 25 à 40 % en poids d'argile, de 0,01 à 8 % en poids de fondant et de 10 à 20 % en poids d'eau, à une densité de 1,12 à 1,36 g/cm3, et dans un moule à carreaux, (b) application d'un émail et (c) cuisson du mélange émaillé et compressé à une température comprise entre 1 095 et l 2050C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vermiculite est de la vermiculite dilatée ayant une densité comprise entre 0,080 et 0,176 g/cm3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vermiculite est de la vermiculite n0 4 ou n" 5. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'argile à une structure physique tabulaire. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'argile est la bentonite. 6. Procédé selon l'tme quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fondant est composé de borate de sodium et de métaphosphate de sodium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mélange comprend aussi jusqu' 8 Z en poids de fibres de wollastonite. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les composants principaux de l'émail sont l'oxyde de bore, l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de calcium. 9. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la proportion de fondant est comprise entre 0,1 et 8 X en poids ; la vermiculite, l'argile et le fondant sont mélangés ensemble pour former une poudre la poudre obtenue est compressée à une densité comprise entre 1,12 et 1,36 g/cm3 ; un émail dont les principaux composants sont l'oxyde de bore, l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, et l'oxyde de calcium, est appliqué ; et le mélange émaillé et compressé est cuit à une température comprise entre 1 095 et 1 2050C pendant de 2 à 4 heures. 10. Carreaux de céramique caractérisés en ce qu'on les prépare par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.