Brevet FR2415526A1 — publié le 19790824

La présente invention concerne la fabrication d'articles en verre, vitrocéramique ao céramique par pressage d'une poudre à faible teneur en eau. Ihie concerne plus particulièrement la fabrication d'articles de vaisselle, notamment de vaisselle en porcelainewvitréous, faïence, etc 13ien que l'invention s'applique à des types de pressage différentsvtels le pressage mécanique, le pressage isostatique ou le pressage semi-isostatique, la description suivante portera surtout sur le pressage semi-isostatique. I1 est connu d'utiliser le pressage semi-isostatique dans la fabrication d'articles en porcelaine à usage électrotechnique par exemple des bougies d'alllJmage. I1 est également connu d'utiliser ce type de pressage dans l'indestrie de la vaisselle, pour la fabrication d'une gamme limitée d'articles notamment des assiettes. Dans cette dernière fabrication, on exerce une pression isobare sur la face extérieure de la partie supérieure d'un moule fonnant avec la partie inférieure dudit moule une cavité qui est remplie d'une poudre céramique à faible teneur en eau.Le profil intérieur de la partie supérieure du moule reproduit la forme du coté de la face de l'assiette alors que le profil intérieur de la partie inférieure du moule reproduit la forme du côtd du dos de l'assiette. La partie supérieure du moule est au contact d'une enceinte isostatique et elle est formée d'une membrane en matière suffisamment molle, par temple en caoutchouc ou en matière plastique d'une dureté shore d'environ 80, alors que la partie inférieure du maule est formée d'une matière rigide, généralement de l'acier, la face intérieure étant lisse ou polie pour l'obtention d'un bon aspect de surface de l'article à sa sortie du moule.La cavité est remplie d'une poudre céramique à faible teneur en eau, par exemple de l'ordre de 5 % d'eau, obtenue après désbydratation partielle, généralement par atcnnisage d'une barbotine. Différentes méthodes de remplissage de la cavité par la poudre ont été proposées. Ainsi, on peut séparer la partie supérieure du moule de la partie inférieure r laquelle on dépose la quantité adéquate de poudre que l'on répartit ensuite sur toute la partie inférieure à l'aide d'une palette. Cette méthode de raplissaga est 1imitée à la fabrication d'articles sensiblement plats à parois peu inclinées telles les assiettes. Cette méthode de remplissage ne peut être utilisée pour des articles à parois plus inclinées tels un bol ou une tasse, car la poudre s'écoulerait des parois vers le centre de l'article. Ea outre, l'article obtenu après pressage possède généralement des parois beau cocp plus minces que le fond et présente une résistance mécanique limitée. On peut également remplir la cavité du moule par écoulement de la poudre, en plaçant l'orifice de remplissage au niveau le plus élevé de la cavité. Par exaple, pour WL bol, on introduit la pondre au niveau du bord supérieur du bol. Dans la plupart des cas le remplissage est peu dense et hétérogène. Pour gagner en homogénéité, il a été proposé de soumettre le moule à des vibrations mais ce procédé nécessite toujours une introduction de la poudre au soumet de la cavité. La Demanderesse propose d'améliorer la fabrication d'articles par pressage de poudre de matières céramiques notamment par pressage semi-isostatique,en permettant de l'appliquer à une gamme étendue d'articles, en particulier à des articles pour la vaisselle, en porcelaine, vitréous etc... et d'obtenir des produits plus résistants mécaniquement et mieux finis. Le nouveau procédé de fabrication d'articles en céramique, verre, vitro céramique ou céramique, notamment en porcelaine, vitréous, grès, faience, comprend la suite d'opérations suivantes - on déshydrate une barbotine contenant de l'ordre de 20 à 30 5 d'eau pour obtenir une poudre à faible teneur en eau, de l'ordre de quelques pourcents - on remplit, avec la poudre obtenue, une cavité ayant la forme de l'article à presser ; - on presse sous haute pression la poudre dans la cavité ; - on démoule l'article pressé ; - on cuit l'article. Confnément à l'invention on remplit la cavité tout en lui imprimant un mouvement de rotation. Le mouvement de rotation de la cavité, donc du moule, crée une force centrifuge qui s'exerce sur les particules de céramique constituant la poudre et les pousse dans tous les interstices présentés par la cavité. On obtient un remplissage haogène de la cavité, avec une densité de poudre particulièrement importante, supérieure à celle obtenue avec un remplissage sous vibrations. Le mouvement de rotation que 1 'on donne au moule est de préférence un mouvement de rotation continu, mais on peut également obtenir un bon remplissage en lui doutant un mouvement de rotation alternatif. On introduit généralement la poudre par un orifice découpé dans la partie supérieure du moule, au-dessus de la cavité, et en utilisant la force de la pesanteur. On peut également introduire les particules par Jet sous pression d'air, ce qui autorise alors un remplissage par le dessous de la cavité. Le pressage ultérieur de la poudre peut étre un pressage mécanique. Cependant, cette méthode traditionnelle de pressage présente plusieurs inconvénients. Par suite de la friction entre la poudre et le moule d'acier, on a des pertes de pression notables. La poudre est d'autant moins compactée qu' elle est plus éloignée du poinçon, alors qu1 elle est légèrement sur-canpactée dans le voisinage immédiat du poinçon. Lors de la cuisson ultérieure, l'arti- cle présente un retrait plus fort dans les zones faiblement compactées que dans celles ayant subi un compactage important. I1 en résulte une mauvaise résistance mécanique des articles. De plus, la méthode de pressage mécanique ne permet pas de réaliser n1 importe quelle forme géométrique. De préférence, on soumet la poudre à un pressage isostatique qui apporte une constance dans les retraits et qui permet d'obtenir des pièces plus homo gènes,pâr exemple en évitant la stratification et plus complexes. Le pressage isostatique permet d'obtenir une diminution du nombre et du volume des pores, un rapprochement des particules avant la cuisson et une augmentation des contacts entre les particules. La pression isostatique s'exerçant sur la poudre à partir d'une membrane suffisamment molle et élastique, l'article pressé conserve sur la face au contact un léger souvenir des particules de céramique et il est avantageux, pour obtenir un bon aspect de surface, de mettre la face de l'article la plus exposée au regard au contact d'une forme métallique lisse ou polie.De plus, l'in traduction de la poudre dans la cavité faisant par un orifice pratiqué dans une partie du moule qu'il faut obstruer par un bouchon après le remplissage et avant le pressage, il subsiste alors sur l'article, après pressage, une couture provenant du joint bouchon-moulej ctest pourquoi il est préférable que 1' orifice de remplissage soit découpé dans la membrane souple au contact du fond de l' ticle. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédermrent décrit. Le nouveau dispositif comprend un moule avec une partie inférieure dont le profil intérieur reproduit la forme d'un côté de l'article, une partie supérieure dont le profil intérieur reproduit la forme de l'autre côté de l'article, une des parties du moule présentant un orifice pour l'introduction de la poudre dans la cavité engendrée par les deux parties du moule, un bouchon permettant l'obturation de l'orifice après remplissage, des éléments de pressage, des moyens assurant la rotation du moule. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description suivante qui est faite en référence à des figures. La figure 1 représente un exemple de réalisation du dispositif de remplissage; La figure 2 représente le moule en position de pressage semi-isostatique. Le moule représenté dans la figure 1 est un moule pour assiette I1 comprend deux parties 1 et 2 formant entre elles une cavité 3 de forme semblable à celle de l'article à fabriquer. La partie inférieure 1 en acier présente une face eonvexe lisse ou polie 4 dont le profil reproduit la forme de l'intérieur de l'assiette pressée. La partie supérieure 2 formée d'une membrane élastique en caoutchouc ou er matière plastique présente un profil 5 qui reproduit ha forme extérieure de l'assiette. La membrane a d'excellentes qualités d'allongement et de résistance à la rupture et elle est suffisamment dure pour procurer un assez bon aspect de surface à la face de l'article à son contact. On utilise par exemple une membrane en polyuréthane de dureté shore d'environ 80, de quelques millimètres d'épaisseur, obtenue généralement pas moulage par injection, la face orientée vers la cavité pouvant être traitée pour présenter un meilleur poli. Cette face présente une rainure annulaire 6 constituant l'emplacement du talon encore appelé pied de l'assiette.La membrane élastique présente aussi une ouverture circulaire centrale 7 servant d'entrée à la poudre pour le remplissage de ladite cavité. L'ensemble du moule est placé sur un plateau 8, tournant à des vitesses variables selon la taille et la forme de l'article à fabriquer. Le plateau est entraîné par un moteur 9 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission 10 à courroie par exemple. Lors du remplissage on tourne d'autant plus vite que le diamètre de l'article est plus important.Ainsi, on tourne à des vitesses de l'ordre de 400 à 1000 tours par minute environ pour le remplissage dans le cas d'une assiette d'un diamèire de l'ordre de 25 centimètres alors que pour le remplissage d'une coupelle de 12 centimètres de diamètre environ, on entra ne le moule avec une vitesse de rotation de l'ordre de 300 tours/minute environ. La vitesse de rotation du moule pour le remplissage d'une tasse est généralement inférieure, de l'ordre de 200 tours/minute environ. Au-dessus du moule, le dispositif de remplissage comprend un réservoir de poudre Il dont l'extrémité rétrécie 12 est munie d'un robinet 13 permettant de régler le débit d'écoulement de la poudre 14 dans le moule. On peut utiliser é > --7'emenv une a7irentation er pousse, pneumstisue. ta poudre remplissant la cavité du moule doit présenter de bonnes propriétés d'écoulement. Dans une fabrication d'assiettes en porcelaine, en vitréous, faience, etc... la poudre est préparée à partir d'une barbotine contenant les constituants connus pour l'obtention de porcelaine, vitréous, faience, etc.... ainsi qu'une quantité d'eau importante de l'ordre de 30 à 40 % en poids de la barbotine. La barbotine est déshydratée pour former une poudre à faible teneur en eau par exemple de 1 à 10 ,? en poids de la barbotine. De préférence, on utilise le prodédé d'atomisage de la barbotine qui est une pulvérisation de la barbotine adeitionnée le cas échéant de liants organiques qui augmentent la solidité des articles, suivie d'un séchage par passage dans un courant d'air chaud, des goi:re?ettes pulvérisées. L'atcmisage de la barbotine produit des particules à peu près sphériques dont la grosseur varie peu d'une particule à l'autre. La granulométrie des particules joue un rôle essentiel dans la fabrication par pressage d'articles en céramique. Les articles fabriqués à partir de particules ayant un diamètre important gardent le souvenir desdites particules.De plus, la résistance des articles après cuisson est d'autant pila grande que les particules sont plus fines. D'un autre côté, les particules ne doivent pas titre trop fines sans quoi l'écoulement et par conséquent, le remplissage, est mauvais. C'est pourquoi il est recommandé d'utiliser une poudre dont les particules présentent un diamètre de l'ordre de O,i à 0,2 millimètre La figare 2 représente le moule en position de pressage semi-isostatique. Le moule est placé sur un support qui peut être le plateau tournant utilisé pour le remplissage, mais de préférence, on utilise un support différent.On peut ainsi effectuer le pressage de la poudre contenue dans un moule alors qu'on remplit au m moment un deuxième moule au poste de remplissaget on augmente de cette façon la cadence de fabrication des articles. La membrane souple for niant la partie supérieure du moule, duquel l'orifice d'entrée de la poudre est obturé à l'aide d'un bouchaon 16 formé de la même matière, est au contact d'une membrane analogue 17 qui délimite la partie inférieure de l'enceinte 18 contenant le fluide, généralement un liquide dans lequel s'exercent des pres- sionsisires. L'enceinte, délimitée latéralement par une paroi cylindrique 19 dans sa partie supérieure est fermée par un piston 20 qui transmet la pression au liquide.La pression du liquide peut atteindre plusieurs milliers de bars. Dans une fabfication d'assiettes en porcelaine, par exemple, le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante Le moule est placé, su poste de remplissage sur le plateau tournant, le bouchon obturateur de la membrane étant retiré. On enclenche le moteur qui entre le plateau dans un mouvement de rotation d'environ 500 tours/minute. On ouvre le robinet du réservoir de poudre. La poudre céramique préalablement préparée par atomisage et contenant envi ron 4 % d'eau s'écoule du réservoir dans la cavité du moule qous l'action de la force centrifuge, les particules formant la poudre sont projetées radiale ment vers l'extérieur et remplissent toute la cavité, notamment la rainure annulaire correspondant au talon de l'assiette. La durée du remplissage est de l'ordre de quelques secondes. Lorsque toute la cavité est remplie, ce qui peut se détecter visuellement ou par pesée lorsqu'on travaille à poids constant, an arrête l'écoulement de la poudre en fermant le robinet. ûnarrate la rotation du plateau. On obture l'ouverture avec le bouchon et on place le moule sur le support sous l'enceinte isostatique.La membrane délimitant l'en ceinte étant au contact de la membrane du moule, on abaisse le piston, ce qui augmente la pression du fluide dans l'enceinte qui s'exerce sur toutes les parois de l'enceinte et notamment sur la membrane élastique. La pression du liqui de, fixée généralement à une pression supérieure à 200 bars, par exemple à 1000 bars, agit uniformément en tous les points de la membrane, qui la transmet à la deuxième membrane formant la partie supérieure du moule, qui elle-même la trans met à la poudre contenue dans le moule. On observe une diminution du volume de la poudre de l'ordre de 30 % alors que cette diminution est de l'ordre de 50 % et plus lorsque le remplissage se fait par écoulement avec ou sans vibrations. La pression sur la membrane est alors relachée, le moule est sorti du dessous de l'enceinte et on démoule l'article. Le démoulage de l'article est pasticu- lièrement aisé. On n'observe aucun collage du talon avec la membrane élastique. La détente de l'air comprimé, beaucoup plus faible que dans le cas d'une réduction de 50 G(p et plus du volume de la poudre, est sans influence sur la tenue de l'article. le procédé décrit permet de fabriquer de l'ordre de dit assiettes à la minute. Cette cadence peut être doublée ou triplée ou plus si l'on effectue le pressage simultané sur plusieurs moules l'un au-dessus de l'autre ou bien l'un à côté de l'autre. Dans le dernier cas, la membrane inférieure de lten- ceinte est au contact de la membrane supérieure de chacun des moules. Le procédé permet de réaliser des articles d'épaisseur très faible et uniforme, particulièrement recherchés dans l'industrie de la porcelaine. On peut par exemple obtenir des articles d'un millimètre et moins d'épaisseur. L'article pressé contenant très peu d'eau est soumis directement à la cuisson sans séchage intermédiaire, opération qui demanderait des installa- tions importantes et encombrantes. L'article obtenu est particulièrement résistant et il présente une porosité de l'ordre de 20 % alors que la porosité par formage en pâte molle est de l'ordre de 30 . L'article peut être émaillé dès la sortie de la presse, sans qu'il subisse une première cuisson dite "cuisson de dégourdi". Bien que la description précédente soit surtout relative à la fabrication d'articles en céramique et notamment à la fabrication d'articles de vaisselle, l'invention concerne également la fabrication d'articles en verre ou en vitrocéramique. Ainsi, on peut fabriquer, par application de l'invention, des culots de lampe en verres rtrocéramique surtout utilisés dans l'industrie électronique. REVEPTDICTIONS 1. Procédé de fabrication par pressage d'articles en verre, vitrooéraJn-aue, céramique, notamment en porcelaine, vitréous, grès faïences comprenant la suite d'opérations suivantes - on prépare une poudre à faible teneur en eau par déshydratation d'une barbotine - on introduit la poudre dans une cavité ayant la forme de l'article à presser; - on exerce des forces de pressage sur la poudre - on décompresse - on démoule l'article pressé caractérisé en ce que l'on introduit la poudre dans la cavité tout en imprimant à ladite cavité un mouvement de rotation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement de rotation imprimé à la cavité est continu. 3. Procédé selon une des revendications i ou 2, caractérisé en ce que le pressage exercé est un pressage isostatique sur au moins une partie de la poudre. 4. Procédé selon la revendication3, caractérisé en ce que le pressage isostatique est exercé du caté de la courbure convexe de la cavité. 5. Procédé selon une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la poudre est introduite du côté de la courbure convexe de la cavité. 6. Procédé selon une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la courbure convexe de la cavité est orientée vers le haut. 7. Procédé selon une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la poudre est introduite DneUEl2tiq,lnnert dans la cavité. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moule formé de deux parties une partie inférieure dont le profil intérieur reproduit la forme du côté du dos de l'article, une partie supérieure dont le profil intérieur reproduit la forme du côté de la face de l'article, une des parties étant percée d'un orifice, des moyens d'alimentation en poudre de la cavité engendrée pas les deux parties du moule, un bouchon permettant l'obturation de l'orifice du moule, des moyens assurant la rotation du moule - des moyens assurant le pressage de la poudre introduite dards la cavité. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens assurant le pressage sont essentiellement une chambre isostatique dont l'action s'exerce sur au moins une partie en matériau élastique du moule. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie supérieure du moule est une membrane élastique et qu'elle est au contact de la chambre isostatique. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie inférieure du moule est en acier et présente une face intérieure lisse oa polie. 12. Dispositif selon une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la courbure essentiellement convexe de la cavité est orifntéevers la membrane élastique. 13. Dispositif selon une des revendications 10 à 12, caractérisé an ce que l'orifice pour l'introduction de la poudre dans la cavité est percé dans la membrane élastique.