Brevet FR2404609A1 — publié le 19790427

L'invention concerne généralement un procédé et un dispositif de fabrication d'articles en porcelaine ou matière analogue, tels par exemple que des articles de vaisselle de géométrie quelconque et présentant une épaisseur faible qui sont obtenus par compression isostatique de poudre de porce laine X analogue, et ensuite par cuisson après démoulage0 Depuis un certain temps, on essaie dans la techniquede mettre au point un procédé et un dispositif de fabrication automatique en grande série d'articles en porcelaine, et notamment d'articles de vaisselle, qui pourraient remplacer les procédés et dispositifs connus de fabrication, selon lesquels on coule une pate humide de porcelaine dans des barbotines, ce qui implique une opération de sèchage des articles moulés, avant leur cuisson. On a donc développé une technique de fabrication d'articles en porcelaine,-par compression mécanique de poudre-;.de porcelaine sèche, qui n'a jamais donné de bons résultats, les articles obtenus étant de qualité hétérogène et plus ou moins aléatoire, incomptatible avec une fabrication en série. On a alors tenté de développerun procédé de fabrication de ces articles en porcelaine, par compression isostatique de poudre sèche de porcelaine. Les résultats obtenus ont été toutefois décevants, et n'ont pas correspondu aux résultats théoriques que l'on pouvait espérer de l'utilisation d'une compression isostatique qui aurait dû permettre d'obtenir des produits présentant des caractéristiques non seulement homogènes et uniformes dans toute la masse des produits, mais encore parfaitement reproductibles, la compression n'étant en fait pas isostatique, mais semi-isostatiqueO La présente invention a donc précisément pour objet un procédé et un dispositif de fabrication d'articles en procelaine ou analogue, utilisant une compression isostatique de poudre sèche de porcelaine ou analogue, et permettant d'obtenir des articles présentant des qualités et caractéristiques homogènes, crest-à-dire uniformes dans toute la masse d'un article considéré, et identiques d'un article à l'autre L'invention a encore pour objet un procédé et un dispositif de fabrication d'articles en porcelaine, permettant une fabrication en continu, à cadence rapide, d'articles en procelaine ou analogue, par compression isostatique d'une poudre sèche de porcelaine. L'invention a également pour objet un procédé et un dispositif de fabrication d'articles en porcelaine ou analogue, permettant d'obtenir des articles d'uné très grande qualité, et notamment d'épaisseur très faible, pouvant etre par exemple inférieure à un millimètre. Pour cela, l'invention propose un procédé de fabrication d'articles en porcelaine ou analogue, tels que par exemple des articles de vaisselle, par compression isostatique de poudre de porcelaine ou analogue et cuisson de l'article obtenu par compression, le procédé consistant à remplir de poudre sèche de porcelaine un espace de moulage ayant la forme générale de 1 'article à obtenir et qui est défini entre deux parties de moule dont l'une définit la surface intérieure de l'article et est réalisée en un matériau relativement indéformable et dont l'autre définit la surface extérieure de l'article et est constituée par une membrane d'un matériau élastiquement déformable tel qu'un élastomère, caractérisé en ce qu'on fait agir une pression isostatique de fluide sur ladite membrane pour comprimer la poudre, à l'intérieur de l'espace de moulage précité, entre les deux parties de moule, de telle sorte que la pression interne de la poudre soit sensiblement constante et uniforme dans toute la masse de l'.article. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on utilise une membrane d'épaisseur sensiblement constante. On obtient ainsi des articles constitués de poudre comprimée sèche de porcelaine, présentant une structure et des qualités physiques sensiblement homogènes dans toute la masse de l'article. L'invention propose également un dispositif pour ltexécu- tion de ce procédé, comprenant un moule de compression isostatique de poudre de porcelaine ou analogue, réalisé en au moins deux parties définissant entre elles un espace fermé dont la forme correspond généralement à celle de l'article à obtenir, une première de ces parties étant relativement indéformable et définissant la forme de la surface intérieure de l'article, une seconde de ces parties définissant la forme de la surface extérieure de l'article et étant constituée par une membrane élastiquement déformable, par exemple en .élastomère ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens d'application sur ladite membrane d'une pression isostatique de fluide, pour comprimer la poudre sur la partie de moule relativement indéformable, et en ce que ladite membrane est conçue de façon à transmettre àla poudre une pression sensiblement constante et uniforme dans toute la masse de l'article. L'invention concerne également les articles en porcelaine ne, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus à l'aide du procédé ou au moyen du- dispositif précédemment décrit, et e ce qu'ils ont une épaisseur relativement très faible, pouvant être inférieure à 1 mm, le rapport diamètre ou longueur sur épaisseur pouvant notamment être supérieur à 150o L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparat- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un article en porcelaine par compression isostatique de poudre de porcelaine, avant cuisson - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe représentant deux modes de réalisation de moules de compression selon l'invention ; et. - la figure 4 représente la presse utilisée pour la compression isostatique dè poudre de porcelaine, dans le moule représenté en figure 2. On a donc illustré schématiquement en figure 1, les différentes étapes d'obtention d'un article en poudre comprimée sèche de porcelaine, qui seront suivies par des étapes connues dans la technique, de cuisson, de décoration, etc. Lè-schéma de la figure 1 correspond à un procédé automatique et continu de compression isostatique de poudre sèche de porcelaine ou analogue, comprenant dans l'ordre les étapes suivantes - dosage de la poudre sèche de porcelaine - remplissage du moule - coentrifugation, de façon à répartir uniformément la poudre dans le moule - fermeture du moule - pressage - ouverture du moule - démoulage - nettoyage du moule - remontage du moule, le cycle d'opérations précitées recommençant alors. On utilise de préférence une poudre sèche de porcelaine, c'est-à-dire contenant moins de 3% d'eau en poids, et pouvant atteindre 0,15 à 0,20% d'eau. Cette poudre est une poudre très fine, dite "atomiséen ayant une granulométrie de l'ordre de 300 microns en moyenne. Cette poudre est composée en général, pour ses principaux composants, de kaolin, de feldspath, et de quartz ou silice. Cette poudre est destinée à remplir un moule de compression isostatique, qui comprend généralement une première partie réalisée en un matériau relativement indéformable, tel que de l'acier par exemple, et .une seconde partie élastiquement déformable et compressible, constituée généralement par une membrane d'un matériau blastomère tel qu'un polyuréthane ou du néoprène. Dans l'exemple de=réalisation représenté en figure 2, destiné à 11 obtention d'une assette ou d'une soucoupe, selon ses dimensions, le moule comprend une première partie ou partie inférieure 10, réalisée par exemple en acier, et dont la surface supérieure Il définit la forme de la surface intérieure de l'assiette ou soucoupe à obtenir, qui se trouve ici retrounée à l'envers. Cette première partie de moule 10 comprend encore un bord périphérique plat 12, qui est ici de forme circulaire. La seconde partie du moule est constituée par une membrane 13 en matériau élastomère, par exemple en polyuréthane dont la surface intérieure 14 définit la forme de la surface extérieure de l'assiette, et comprend donc un fond 15, un pied circulaire 16, et une partie annulaire circulaire 17 prolongée sur sa périphérie par un rebord circulaire continu 18 plat, qui est destiné âcetre appliqué à plat sur le bord plat 12 de la première partie 10 du moule, et qui comprend une nervure circulaire 19 en saillie, destinée à etre reçue étroitement dans une gorge 20 correspondante du bord plat 12 due la première partie de moule 10. Le fond 15 de la membrane 13 comporte un orifice central de remplissage, destiné à être fermé par un bouchon 21 réalisé dans le-même matériau que la membrane 13, ou en un matériau légèrement plus compressible, pour une raison qui apparattra dans ce qui suit. On remarquera que la membrane 13 a une épaisseur sensiblement constante sur toute son étendue, et que le bouchon 21 a de préférence sensiblement la même épaisseur que la membrane 13, ou une épaisseur très légèrement supérieure. Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, destiné à la fabrication d'un vase, la première partie 25 du moule, ou partie inférieure, réalisée en acier ou en matériau relativement indéformable, a une forme sensiblement tronconique creuse, et est coiffée d'une seconde partie de moule 26, constituée par une membrane de matériau élastiquement déformable et compressible, tel que du néoprène ou un polyuréthane par exemple, comprenant un fond 27, un pied circulaire 28, et une paroi latérale 29, de forme tronconique correspondant à la forme de la première partie 25, qui se termine à son extrémité inférieure par un rebord périphérique plat 30, appliqué à plat sur la partie inférieure de la paroi extérieure de la première partie 25 du moule, et comprenant une nervure circulaire 31 engagée dans une gorge 32 correspondante de la première partie 25 de moule.Le fond 27 de la membrane 26 comprend un orifice central de remplissage, fermé par un bouchon 33 réalisé en même matériau que la membrane 26, ou en un matériau légèrement plus compressible. La membrane 26 a sensiblement la même épaisseur sur toute son étendue. Dans les deux modes de réalisation des figures 2 et 3, l'espace interne fermé défini entre les première et seconde parties de moule 10 et 13, ou 25 et 26 respectivement, est destiné à être rempli de poudre sèche de porcelaine, qui est répartie de façon homogène à l'intérieur de cet espace, par exemple par centrifugation. Pour cela, le poste de remplissage du moule comprend une table rotative horizontale, tournant autour d'un axe vertical passant par le centre du moule, la rotation de la table permeftantpartir la poudre par centri fugation et de remplir complètement le moule, et notamment l'espacé correspondant au pied annulaire de l'assiette, et toute autre partie située au dessus du trou de remplissage. On peut également répartir la poudre de porcelaine dans le moule par vibration, au lieu d'utiliser une centrifugation. Après remplissage du moule et répartition de la poudre de porcelaine de façon homogène dans le moule, on ferme l'orifice central de la membrane par le bouchon 21, 33, respectivement, et on transfère le moule sur le plateau 40 d'une presse, comme représenté en figure 3. Le plateau horizontal 40 portant le moule, est monté en bout de la tige 41 du piston 42 d'un vérin hydraulique 43, et est mobile verticalement entre deux positions extrêmes, en direction et à l'opposé d'une chambre de compression isostatique 44 comprenant une enceinte cylindrique circulaire 47, par exemple en acier, résistant à des pressions très élevées, qui est ouverte à son extrémité inférieure tournée vers le plateau 40 du vérin 43, et qui est fermée à son extrémité supérieure par une paroi transversale 48 comportant un orifice central 49 d'amenée et d'évacuation d"un fluide hydraulique sous pression élevée. Espace interne de l'enceinte 47 est fermé par une membrane 50 en matériau souple et élastiquement déformable, qui est montée de façon étanche en 51 à l'intérieur de l'enceinte 47, et dont le fond 52 ferme sensiblement l'extrémité inférieure de l'enceinte 47. Le diamètre intérieur de cette enceinte correspond sensiblement au diamètre extérieur de l'assiette à obtenir, tandis que son diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur de la première partie 10 de moule. La chambre de compression isostatique 44 et le vérin 43 sont portés par un b ti commun 53, représenté schématiquement en figure 4. Cette presse est utilisée de la façon suivante : le moule formé par les deux parties 10 et 13 montées l'une sur l'autre comme représenté sur le dessin, et rempli de poudre sèche de porcelaine, est amené sur le plateau 40 d écrin 43, et un fluide hydraulique sous pression est amené à l'intérieur de ce vérin par l'orifice 54, de façon à faire monter le plateau 40 cui vi appliquer étroitement le bord périphérique du moule sur la base de l'enceinte 47, de façon à serrer fortement le rebord périphérique plat 18 de la membrane 13 sur le bord périphérique plat 12 de la première partie 10 de moule. Un fluide hydraulique sous pression élevée, tel que de l'huile par exemple, est ensuite introduit par orifice 49 à l'intérieur de l'enceinte 48, de telle sorte que la membrane 52 fermant cette enceinte vient s'appliquer étroitement sur la membrané-13 du moule, pour ainsi comprimer isostatiquement la poudre de porcelaine contenue dans le moule. La pression du fluide hydraulique utilisée est comprise générale ment entre 300 et 2000 bars, et est de préférence de l'ordre de 1000 bars. La force. du vérin hydraulique 43 maintenant par le plateau 40 le moule en appui sur la base de l'enceinte 47, est réglée à une valeur suffisamment élevée pour assurer l'étanchéité du moule pendant la compression isostatique de la poudre. On notera que ce serrage de la partie périphérique du moule entre le-plateau 40 et la base de l'enceinte 47 permet non seulement -d'assurer ltétanchéité du moule pendant la compression, mais également de maintenir la membrane 13 contre toute déformation radiale qui pourrait être provoquée par la pression isostatique agissant sur cette membrane0 Comme noté plus haut, la membrane 13 a une épaisseur sensiblement constante, sur toute son étendue, de telisorte que la poudre à l'intérieur du moule soit réellement soumise à une compression isostatique, c'est-à-dire que la pression de la poudre à l'intérieur du moule est constante et uniforme en tout point, ce qui a une conséquence très importante sur la structure et la cohésion du produit fini. On-a en effet constaté que, lorsqu'on utilise une membrane présentant des variations d'épaisseur, notamment au niveau du pied 16, du bouchon 21 et de la zone de jonction des parties 17 et 18, la poudre se trouvant dans les zones correspondantes n'est pas soumise à la même pression. On obtient donc ainsi un article, par exemple une assiette, dont le fond, le pied,-et le bord annulaire circulaire extérieur sont formés de poudre comprimée à des valeurs différentes, ce qui provoque des tensions.internes à l'intérieur de l'assiette0 Au moment de. la cuisson, ces tensionsinternes se traduisent par des fissures ou des cassures, et notamment par le décollement du pied. Il est donc extyemement important que la poudre se trouvant à l'intérieur du moule soit comprimée isostatiquement, ctestà-dire soit soumise à une pression constante et uniforme en tout point à l'intérieur du moule, et que pour cela la membrane 13 soit d'épaisseur constante. Le choix de la valeur de l'épaisseur de la membrane 13 résulte d'un compromis entre deux impératifs contradictoires - l'épaisseur doit etre aussi faible que possible pour transmettre de la façon la plues homogène possible une compression isostatique à la poudre de porcelaine remplissant le moule - et l'épaisseur doit etre suffisante pour que la membrane 13 ait une forme propre, définissant la forme de la surface extérieure du produit à obtenir. Pour fixer les idées, on précisera qu'une membrane 13, réalisée en-polyuréthane, ayant un diamètre extérieur de 300 mm pour l'obtention d'une assiette ayant un diamètre extérieur de 256 mm, a une épaisseur de 5 mm (ou de 2 mm environ pour une soucoupe). La dureté de la membrane doit également etre choisie de façon à ce que l'article fini présente un bon état de surface. Dans l'exemple qui vient d'etre décrit, la membrane utilisée a une dureté de l'ordre de 80 unités Shore. La mise au point du procédé a permis de limiter le temps de pressageàexiriron 1 seconde, après quoi la pression est relâchée dans l'enceinte 47, on fait descendre la plateau 40 du vérin 43, et on transfère ensuite le moule au poste suivant du dispositif de fabrication, pour le démoulage. Ce démoulage s'effectue facilement, pour la raison suivante. La poudre de porcelaine utilisée a un coefficient de compressibilité qui est généralement compris entre 1,5 et 2, aux pressions utilisées. Cela signifie que, en partant d'une épaisseur de 2 mm de poudre à l'intérieur du moule avant compression, on obtient après compression un article dont l'épaisseur est de 1 ou de 1,5 mm. Pendant la compression, l'air qui est contenu dans la poudre est chassé vers la surface intérieure du moule, c'est-à-dire vers la membrane 13 et la première partie 10 en acier du moule, et forme un matelas d'air à l'interface entre la poudre et le moule. De cette façon, le démoulage ne pose aucun problème. Par contre, si la pression isostatique à laquelle la poudre est soumise était trop importante, il pourrait se former des poches d'air sous pression très élevée à l'intérieur de l'article, qui éclaterait en morceaux au moment du démoulage L'article obtenu par compression isostatique de poudre de porcelaine est suffisamment résistant pour être manipulé par des moyens de transfert automatique, vers des postes de cuisson comme dans l'art antérieur. L'utilisation d'une poudre de porcelaine sèche permet de se dispenser de l'opération de sèchage, que l'on devait pratiquer dans l'art antérieur. On comprend que le moule selon invention permet d'obtenir des articles ayant une épaisseur extrêmement faible par exemple inférieure à 1 mm. Cela est dû au fait que la membrane utilisée pour former la partie supérieure du moule est d'épaisseur constante et est de qualité homogène, de sorte quelle se déforme et se comprime de la même façon en tout point de son étendue, sous l'effet de la pression de fluide hydraulique qui lui est appliquée, La membrane se déformant de façon identique en tout point, transmet à la poudre de porcelaine une pression constante et uniforme en tout point de l'espace inté rieur-du moule, ce qui permet d'obtenir un article de structure et de qualité physique homogènes. Des essais ont montré que l'on pouvait ainsi obtenir des articles ayant une épaisseur de 0,8 mm, pour un diamètre de 120 à 150 mm. D'autre part, il est également possible de réaliser la compression isostatique de la poudre par immersion complète du moule.dans une chambre haute pression remplie d'un liquide sous pression élevée. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particluier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutés suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dtarticles en porcelaine ou analogue, tels que par exemple des assiettes, soucoupes, tasses et vases, par compression isostatique de poudre de porcelaine ou analogue et cuisson de l'article obtenu par compression, le procédé consistant à remplir de poudre sèche de porcelaine un espace de moulage ayant la forme générale de l'article à obtenir et qui est défini entre deux parties de moules sont l'une définit la surface intérieure de l'article et est~réaliséeen matériau relativement indéformable et dont 1 'autre définit la surface extérieure de l'article et est constituée par une membrane d'un matériau élastiquement déformable tel qu'un élastomère, caractérisé en ce qu'on fait agir une pression isostatique de fluide sur ladite membrane pour comprimer - la poudre, à l'intérieur de 11 espace de moulage précité, entre les deux parties de moule de telle sorte que la pression interne de la poudre est sensiblement constante et uniforme dans toute la masse de l'article. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite membrane est d'épaisseur sensiblement constante. 3. Procédé selon la revendication I .ou 2, caractérisé en ce que, avant compression, on répartit la poudre à l'intérieur de l'espace précité par centrifugation. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise une-poudre de porcelaine ayant une granulométrie de tordre de 300 microns, et comprenant moins de 3% d'eau. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pression isostatique est comprise entre 300 et 2000 bar, et est de préférence de l'ordre de iooe bar. 6. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un moule de compression isostatique de poudre de porcelaine ou analogue, réalisé en au moins deux parties définissant entre elles un espace fermé dont la forme correspond généralement à celle de l'article à obtenir, une première de ces parties étant relativement indéformable et définissant la forme de la surface intérieure de l'article, une seconde de ces parties définissant la forme de la surface extérieure de l'article et étant constituée par une membrane élastiquement déformable, par exemple en élastomère ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens d'application sur ladite membrane d'une pression isostatique de fluide, pour comprimer ladite poudre sur ladite partie de moule relativement indéformable, et en ce que la membrane est conçue de façon à transmettre à la poudre une pression sensiblement constante et uniforme dans toute la masse de l'article. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la membrane est d'épaisseur sensiblement constante. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite membrane comprend un rebord périphérique continu sensiblement plat, qui est destiné à être appliqué sur un bord périphérique plat correspondant de la première partie de moule, et qui comprend une nervure continue en saillie destinée à titre logée dans une rainure ou gorge correspondante dudit bord plat. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qutil comprend des moyens d'application d'une force élevée de serrage du rebord de la membrane sur le bord plat de la première.partie du moule, pour réaliser l'étanchéité et maintenir la membrane contre tpute déformation axiale. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le moule est supporté par le plateau d'un vérin hydraulique et est déplaçable vers et à l'opposé d'une chambre de pression isostatique dans laquelle ladite membrane est destinée à être introduite de façon étanche, cette chambre comprenant une cavité fermée de façon étanche par une membrane souple destinée à être appliquée étroitement sur la surface extérieure de la membrane du moule, et des moyens d'introduction d'un fluide hydraulique sous pression élevée à l'intérieur de ladite chambre. 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la membrane formant la deuxième partie du moule comprend un orifice de remplissage fermé normalement par un bouchon, ayant une épaisseur sensiblement égale ou légérement supérieure à celle de ladite membrane. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bouchon est réalisé en un matériau identique à celui de la membrane ou en un matériau légèrement plus compressible. 13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que la membrane du moule est réalisée en un élastomère ayant une dureté d'environ 80 unités Shore. 14. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que l'épaisseur de la membrane du moule est de l'ordre de 2 à 5 mm-environ. 15. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la pression de fluide hydraulique utilisée pour la compression est comprise entre 300 et 2000 bars environ, et est de préférence de l'ordre de 1000 bars. 16. Articles en porcelaine, tels par exemple que des articles de vaisselle caractérisës en ce qu'ils sont obtenus à l'aide du procédé selon l'une des revendications 1 à 5 ou au moyen du dispositif selon l'une des revendications 6 à 15. 17, Articles en porcelaine selon la revendication 16, caractérisés en ce qu'ils ont une épaisseur relativement très faible, pouvant être inférieure à 1 mms ou bien présentant un rapport diamètre ou longueur/épaisseur qui peut supérieur à 150.