Brevet FR2320500A1 — publié le 19770304

L'invention concerne un appareil de chauffage ou de cuisson, notamment une cuisinière ou une plaque de cuisson incorporée, comportant essentiellement une surface de cuisson vitrocéramique, sur le dessous de laquelle sont disposés des éléments de chauffage et de réglage. On connaît depuis quelques années des surfaces de cuisson vitrocéramiques pour cuisinières et plaques de cuisson incorporées. En service normal, elles résistent sans se casser à toutes les charges mécaniques et thermiques, pour autant que leur facteur de tension thermique R(R xE soit suffisamment élevé, de préférence compris entre 2000 et 4000, ce qui est le cas, par exemple, d'une vitrocéramique selon la demande de brevet français 75.07155, et que leur charge de rupture à la flexion se monte au moins à 500 kp/cm2. Des plaques vitrocéramiques ayant ces propriétés satisfont toutes les conditions requises pour l'usage précité et résistent aussi normalement à toutes les charges prenant réellement naissance. Elles peuvent néanmoins se casser sous l'effet de charges mécaniques exceptionnellement élevées. De telles cassures ne mettent cependant pas en danger la sécurité électrique de la surface de cuisson si les fragments se formant sont de grandes dimensions et restent à peu près cohérents. La condition préalable déterminante à cet égard réside dans l'élimination des tensions thermiques, de grande importance pratique pour la surface de cuisson, condition qui est remplie suffisamment avec des dilatations ther miques inférieures à 0,5 x 10 6 pour la plage de température de 20 à 7000C dans le matériau de la plaque. On sait que des vitrocéramiques à haute résistance possédant des charges de rupture à la flexion de l1or- dre de 1500 kp/cm , notamment celles qui contiennent une forte proportion de phase cristalline, se brisent en fragments relativement petits. Ce cas se présente en particulier lorsque les vitrocéramiques ont des dilatations thermiques supérieures à 0,5 x 106/0C et que la cassure a lieu en même temps qu'une charge thermique de la plaque, au cours de laquelle des tensions thermiques élevées s'établissent par suite d'un échauffement-partiel de la surface médiane. D'autre part, les matériaux silicatés sont caractérisés entre autres par le fait que leur résistance à la traction dépend dans une grande mesure de l'étendue du dommage superficiel et qu'une cassure part de tels défauts superficiels. Le dessous de la surface de cuisson, sollicité à la traction en cas de charge ultérieure, peut être endommagé lors du transport et- du montage de la surface de cuisson, ainsi que lors du montage suivant des éléments chauffants. Ces détériorations sont relativement peu dangereuses, car elles ont lieu sur la plaque froide. Dans quelques cas, on a observé toutefois que des surfaces de cuisson vitrocéramiques se brisaient pour des charges par choc qui n'auraient pas dû entraîner en soi de cassure, en raison de la résistance du matériau vitrocerami- que mis en oeuvre, même compte tenu de tous les endommage- ments possibles pendant le transport et le montage. Des recherches poussées ont montré que, par suite des mouvements relatifs entre le dessous d'une surface de cuisson vitrocéramique et les éléments de chauffage et de réglage s'appliquant sur elle, même ai ces mouvements sont faibles, la face inférieure de la plaque vitrocéramique est endommagée dans une mesure inattendue en cas de choc exercé sur la surface de cuisson, par exemple par des objets tombant d'assez grande hauteur, du fait que les éléments de chauffage ou de réglage frappent la plaque vitrocéramique. Etant donné que les tensions internes nuisibles prennent toujours naissance sur la face inférieure d'une plaque encastrée horizontalement sous l'effet d'une charge quelconque (par le haut), ces détériorations sont à l'origine des cassures inattendues. La fragilité des vitrocéramiques à chaud, spécialement à des températures se trouvant dans la zone de transformation de la phase vitreuse, est sensiblement plus grande que la fragilité à la température ambiante, de sorte que la réduction de résistance par détérioration peut être très critique à ces températures. La présente invention a pour but de réaliser un appareil de chauffage ou de cuisson, notamment une cuisi nière ou une plaque de cuisson incorporée, comportant une surface chauffante vitrocéramique, dont la résistance en service à des charges extrêmes est notablement améliorée, en particulier à chaud, et dont la résistance en service demeure également maintenue pendant toute la durée de vie de la surface de cuisson. Ce but, à savoir l'accroissement et le maintien de la résistance en service des surfaces de cuisson vitrocéramiques, est atteint grace au fait que les surfaces de cuisson sont protégées, même à chaud, de détériorations mécaniques critiques. L'invention a pour objet un appareil de chauffage ou de cuisson, notamment une cuisinière ou une plaque de cuisson incorporée, qui est constitué par une plaque vitrocéramique possédant une faculté de charge thermique partielle supérieure à 6000C et un facteur de tension thermique égal ou supérieur à 750, ainsi que par des éléments de chauffage et de réglage disposés sur la face inférieure de la plaque vitrocéramique, ledit appareil étant caractérisé en ce que, entre la face inférieure de la plaque vitrocéramique et les éléments de chauffage et de réglage, se trouve une couche destinée à protéger la plaque vitrocéramique des détériorations superficielles par chocs et éraflures, couche qui est formée d'un matériau inorganique réfractaire jusqu'à 8000C au moins, possède une épaisseur maximum de 200 microns et dont la résistance à la conductibilité de chaleur T est inférieure x m2 ou~egale à 25 x 10 6 K W m (A= taux de conductibîlité ther- mique ; K = degré Kelvin ; W = watt), de sorte que le transfert thermique des éléments chauffants à la plaque vitrocéramique n'est pas influencé défavorablement. I1 s'est révélé de façon tout à fait surprenante que des couches protectrices très minces de quelques di vaines de microns seulement, suffisent pour obtenir un accroissement efficace de la résistance en service. Du fait qu'elle peut être maintenue mince, cette couche n'exerce pas d 'in- fluence négative sur les autres propriétés thermiques de la plaque vitrocéramique et ne peut être d'application pratique qu'à cette condition. La résistance a la conductibilité de chaleur , qui ne doit pas dépasser la valeur de 25 x 10 K x m , dépend bien du matériau formant la couche protec trce, mais peut être réglée suffisamment basse par un choix approprié de l'épaisseur de la couche. Appliquée sur la face ultérieurement inférieure de la plaque, immédiatement après la fabrication de la vitrocéramique, avant ou après la cristallisation, une telle couche protège la surface de cuisson, non seulement à chaud, mais aussi de tous les dommages susceptibles de se produire en cours de transport et de montage. Grâce a cette couche protectrice, la résistance atteinte en fabrication peut être ainsi maintenue pendant toute la durée de vie de la surface de cuisson. Une couche protectrice conforme à l'invention peut être réalisée de diverses manières. De façon générale, cette couche ne doit cependant pas contenir de constituants pouvant entrainer des réactions préjudiciables avec la sur face de cuisson ou les éléments de chauffage et de réglage pendant toute la durée de vie. La couche protectrice ellemême doit être suffisamment résistante à la température et a l'abrasion pendant toute la durée de vie. D'après le brevet français nO 2 107 300, il est connu de munir le dessous d'une surface de cuisson vitrocéramique d'une couche d'une poudre de verre cristallisante, pour éviter des détériorations thermiques, par exemple des fissures capillaires dues à une surchauffe et/ou à une réaction chimique. Par suite de la cristallisation ultérieure, cette couche se fond toutefois en un bloc avec la plaque et peut donc subir les mêmes dommages, qui doivent être évités par la présente invention. La couche protectrice selon l'invention peut être appliquée, soit sur la face inférieure de la plaque vitrocéramique, soit sur les surfaces des éléments de chauffage et de réglage venant au contact de la plaque. I1 peut s'agir également d'une couche intermédiaire séparée, placée au montage entre la plaque vitrocéramique et les éléments de chauffage et de réglage. Si la couche protectrice est appliquée sur les éléments de chauffage et de réglage ou en particulier sur la plaque vitrocéramique, sa jonction avec le support est effectuée de préférence par collage ou frittage, mais en aucun cas par fusion. Des matériaux convenant pour l'exécution d'une telle couche sont des poudres de substances inorganiques telles que A1203, SiO2, MgO, ou de mélanges de ces substances. Une masse de revêtement ayant fait ses preuves est une fibre céramique très finement broyée, qui est mise dans le commerce sous le nom "Fiberfrax" par la Firme Carborundum. La fibre contient d'ailleurs principalement les substances inorganiques précitees. L'épaisseur de la couche doit être de 25 microns au moins. Si la couche protectrice selon l'invention est constituée par une couche intermédiaire séparée, elle est formée de préférence d'une feuille mince de mica, d'un papier WFiberfrax", d'un papier d'amiante, ou d'une feuille métallique, par exemple de nickel. Deux exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après et les propriétés obtenues exposées en référence a des résultats d'essais. EXEMPLE 1 Sur la face inférieure d'une plaque vitrocéramique est appliquée uniformément par pulvérisation une couche protectrice de 50 microns d'épaisseur, formée de "Fiberfrax" très finement broyé, contenant environ 1% de liants inorganiques. Après séchage de la couche, la plaque a été montée dans une surface de cuisson incorporée et des éléments de chauffage par contact ont été placés au-dessous d'elle Une partie d'un appareil de cuisson selon l'invention possédant'-la structure décrite est représentée schématiquement dans la figure 1. La surface de cuisson est cons tituée par une plaque vitrocéramique 1, sur la face inférieure de laquelle est appliquée, conformément à l'invention, la couche de "Fiberfrax" 2.Au-dessous de la surface de cuisson est disposé un élément de chauffage 3, poussé contre ladite surface par un ressort 4 pour améliorer le transfert de la chaleur. Pour l'essai de résistance, on a alimenté, après montage, les éléments chauffants pendant 60 minutes à leur tension nominale. Sur la face inférieure de la vitrocéramique il s'est établi ainsi un équilibre de température d'environ 7000C. Pour éprouver la résistance mécanique à chaud de cette surface de cuisson, on y a fait tourber une casserole pesant 1,8 kg conformément aux prescriptions officielles. La hauteur de chute a été augmentée de 5 cm après chaque série de cinq essais, ce qui n'est pas prévu par les prescriptions, jusqu'à ce que la cassure de la surface de cuisson ait lieu. La plaque éprouvée munie de la couche protectrice s'est cassée pour une hauteur de chute d'environ 50 cm, soit à peu près triple de la hauteur prescrite de 15 cm. Lorsque la même plaque vitrocéramique sans couche protectrice est montée et essayée de manière identique, la cassure a lieu pour une hauteur de chute de l'ordre de 20 à 25 cm, car la surface de cuisson est endommagée pendant l'épreuve par l'élément chauffant. EXEMPLE 2 Pour un autre essai, on a monté dans une plaque de cuisson incorporée, comme dans l'exemple 1, une plaque vitrocéramique sans couche protectrice. Au montage des éléments chauffants, on a placé entre ceux-ci et la plaque vitrocéramique, un papier d'amiante d'environ 100 microns d'épaisseur. La même épreuve que dans l'exemple 1 a été ensuite effectuée à chaud. La cassure a eu lieu pareillement pour une hauteur de chute de l'ordre de 50 cm. Cette couche protectrice libre est donc tout aussi efficace que la couche de "Fiberfrax" appliquée par pulvérisation et accroit d'environ trois fois la résistance à la cassure comparativement à une surface de cuisson sans couche protectrice. Une forme de réalisation de l'invention correspondant à l'exemple 2 est représentée schématiquement dans la figure 2. Entre une plaque vitrocéramique 1 et un élément de chauffage 3, repoussé par un ressort 4 contre la surface de cuisson, se trouve, comme couche protectrice selon l'invention, une couche intermédiaire 2 de papier d'amiante. I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage ou de cuisson, notamment sous la forme d'une cuisinière ou d'une plaque de cuisson incorporée, qui est constitué par une plaque vitrocéramique possédant une faculté de charge thermique partielle supérieure 6000C et un facteur de tension thermique égal ou supérieur à 750, ainsi que par des éléments de chauffage et de réglage disposés sur la face inférieure de la plaque vitrocéramique, ledit appareil étant caractérisé en ce que, entre la face inférieure de la plaque vitrocéramique et les éléments de chauffage et de réglage, se trouve une couche destinée à protéger la plaque vitrocéramique des détériorations superficielles par chocs et éraflures, couche qui est formée d'un matériau inorganique réfractaire jusqu'à 8000C au moins, possède une épaisseur maximum de 200 microns et une résistance à la conductibilité de chaleur 1/# inférieure ou égale à 25 x 10- 6 ####, de sorte que le transfert thermique des éléments chauffants à la plaque vitrocéramique n'est pas influencé défavorablement. 2. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche protectrice est appliquée sur la face inférieure de la plaque vitrocéramique. 3. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche protectrice est appliquée sur les surfaces des éléments de chauffage et de réglage venant au contact de la plaque. 4. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce- que la couche protectrice est formée d'une couche de poudre inorganique très finement broyée épaisse d'au moin 25 microns, qui adhère fortement à son support mais n'est pas fusionnée avec celui-ci. 5.Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche protectrice est fixée à son support par collage ou frittage. 6. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche protec trice est formée principalement de A1203, de SiO2, de MgO ou d'un mélange de ces constituants. 7. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche protectrice est formée d'un vernis cuit a base de titane siliconé par exemple. 8. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche protectrice est disposée sans fixation, sous la forme d'une couche inter médiaire mince cohérente, entre la plaque vitrocéramique et les éléments de chauffage et de réglage. 9. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est formée d'une feuille mince de mica. 10. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est formée d'un papier en "Fiberfrax" mince 11. Appareil de chauffage ou de cuisson selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est formée d'une feuille métallique mince, par exemple de nickel.