Brevet FR2515635A1 — publié le 19830506

Procédé de fabrication d'un diélectrique en verre trempé pour isolateur électrique et isolateur en résultant La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dié- lectrique en verre trempé pour isolateur électrique et un isolateur en résultant. Selon le procédé habituellement utilisé, les diélectriques en verre subissent un traitement de trempe thermique tel qu'ils présentent en surface d'importantes contraintes de compression, et intérieurement d'importantes contraintes d'extension Il en résulte pour le diélec- trique une résistance mécanique très améliorée par rapport à celle du verre recuit et en particulier une excellente résistance à la traction. Toutefois on constate que, dans certaines circonstances, par exemple en cas de choc violent, l'existence des contraintes internes importantes entraîne une fragmentation quasiment totale du diélectrique; ceci n'af- fecte pas notablement ni dangereusement-la résistance mécanique rési- duelle de l'isolateur, mais réduit sa ligne de fuite à la distance dans l'air entre les électrodes. La présente invention a pour but de réaliser un diélectrique d'i- solateur susceptible de mieux résister aux chocs, tout en conservant sa résistance à la traction. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un diélectrique en verre trempé pour isolateur électrique, selon lequel ledit diélectrique subit en premier lieu une trempe thermique, et carac- térisé par le fait qu'au moins une partie de ce diélectrique subit en second lieu une trempe chimique. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, on applique sur le diélectrique trempé thermiquement une solution à base de sels alcalins à température ambiante, on le sèche et on le chauffe pendant quelques heures, la température étant comprise entre 3000 C et 500 QC. D'autres procédés possibles de trempe chimique seront explicités cidessous. La présente invention a également pour objet un isolateur élec- trique dont le diélectrique a été obtenu par le procédé précité Ce 15635 -2- diélectrique est caractérisé par le fait que ses zones ayant subi respec- tivement les deux types de trempe présentent: de très importantes contraintes de compression en surface, supérieures ou égales à celles d'un isolateur n'ayant subi qu'une trempe thermique et encore importantes sur une épaisseur pouvant être supérieure à 1 mm; au-delà de l'épaisseur précédente, des contraintes d'extension sensi- blement inférieures à celles deun isolateur n'ayant subi qu'une trempe thermique. Il en résulte pour les zones de l'isolateur traitées conformément à l'invention à la fois une conservation de la résistance à la traction et une amélioration de la résistance aux chocs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'exemples de mise en oeuvre du procédé appliqué à une lame d'un verre sodocalcique dont l'épaisseur e est en moyenne de 1 C mm. Les figures 1, 2, 3 annexées montrent respectivement les courbes de répartition des contraintes (en Mega Pascal) dans trois échantillons A, B, C l'échantillon A a subi une trempe thermique conformément à l'art anté- rieur, l'échantillon B-a subi une trempe chimique, l'échantillon C a subi une trempe thermique comme l'échantillon A, suivie d'une trempe chimique comme l'échantillon B. L'échantillon A a subi une trempe thermique par soufflage d'air sous pression; la courbe A indique la répartition des contraintes d'ex- tension et de compression dans le diélectrique A. L'échantillon B a subi une trempe chimique dans les conditions suivantes; on a plongé l'échantillon recuit dans une solution à la température ambiante et présentant la composition ci-dessous H 20 77 % Amidon 3 % KNO 8 % K 2 HP 04 12 % Cette solution mouille très bien le verre et le diélectrique est complètement recouvert d'un film liquide dont on peut contrôler la vis- -3- cosité On effectue une opération de séchage puis un traitement ther- mique pendant 8 heures à la température de 4500 C. On voit sur la courbe B de la figure 2 la répartition des contraintes d'extension et de compression dans le diélectrique B. L'échantillon C a subi un traitement thermique analogue au trai- tement subi par A, puis un traitement chimique analogue au traitement subi par B On-obtient, comme l'indique la courbe C, une répartition de contraintes particulièrement intéressante, qui diffère sensiblement de la somme algébrique des contraintes A et B et qui confère à l'échan- tillon C les propriétés mécaniques recherchées: d'une part les contraintes internes d'extension sont assez faibles pour éviter une- fragmentation en cas de choc violent, d'autre part les contraintes externes de compression sont assez fortes et profondes pour que la pièce résiste bien aux efforts de traction. Bien entendu les conditions de trempe thermique et chimique ne sont pas limitées à l'exemple décrit. Les conditions de trempe thermique peuvent varier suivant la composition du verre, la température et l'hygrométrie de l'air de souf- flage. La solution utilisée pour la trempe chimique peut être choisie parmi les compositions suivantes (pourcentages donnés en poids) H 20: 70 % à 90 % Amidon: 2 % à 10 % KNO 3: 4 % à 12 % K 2 HP 4 + K Cl + K 2 SO 4: 4 % à 20 % L'amidon peut être remplacé par tout liant équivalent, du type colle émulsifiable. Le chauffage peut durer quelques heures et la température peut être comprise entre 3001 C et 5001 C. On obtient en modifiant donc les conditions opératoires trois types diélectriques A', B', C' dont les caractéristiques mécaniques sont consignées dans le tableau I ci-dessous: TABLEAU I Contraintes internes maximales d'extension (Mega Pascal 1 Contraintes externes maximales de compression (Mega Pascal) Epaisseur de la zone en Compression Diélectrique trempé thermi 30 à 40 M Pa 200 à 400 M Pa supérieure à 1 mm quement A' àmm Diélectrique inférieures à 200 à 400 M Pa 30 M m trempé chimi M Pa 100 m quement B'- Diélectriquesupérieur trempé thermi 10 à 20 M Pa 200 M Pa à 500 M Pa 1 mm quement puis chimiquement CI Remarquons que le procédé de trempe chimique mis en oeuvre dans le cadre de l'invention est un procédé industriel présentant les avantages suivants: utilisation de faibles quantités de sels alealins et de liant organique puisque le produit de départ est une solution, très bonne adhérence du film après séchage, ce qui permet une manipu- lation aisée des pièces traitées, les profondeurs de diffusion ionique dans le verre sont comparables à celles obtenues par les autres procédés connus-de trempe chimique par exemple 15635 pulvérisation d'un mélange de sels en poudre porté ensuite à une température suffisante pour faire fondre une partie de la poudre, pulvérisation d'une solution chaude et saturée en réactif sur le dié- lectrique froid. Quels que soient les détails de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le diélectrique C' obtenu a des caractéristiques mécaniques du même type que celles du diélectrique C. Selon un perfectionnement du procédé on peut encore renforcer les échanges ioniques de la trempe chimique en appliquant pendant le traite- ment un champ électrique aux zones traitées. Enfin, comme on l'a dit plus haut l'isolateur peut subir dans son entier le traitement selon l'invention; selon une autre variante seules les parties susceptibles de recevoir des chocs violents sont soumis à la double trempe. 15635 -6 - REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'un diélectrique en verre trempé pour isola. teur électrique selon lequel ledit diélectrique subit en premier lieu une trempe thermique, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de ce diélectrique subit en second lieu une trempe chimique. 2/ Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour effectuer ladite trempe chimique, on applique sur ladite partie du diélectrique une solution à base de sels alcalins à température ambiante, on la sèche, puis on la chauffe pendant quelques heures à une température comprise entre 3000 C et 5000 C. 3/ Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, pendant le traitement de trempe chimique, on soumet lesdites zones à un champ électrique. 4/ Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite solution à base de sels alcalins a une composition de type suivant (pourcentages en poids) H 20: 70 % à 90 % Amidon: 2 % à 10 % KNO 3: 4 % à 12 % K 2 HPO 4 + K Ol2 K 04 4 % à 20 %. / Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé par le *fait que ladite solution répond à la composition suivante (pourcentages en poids): H 20: 77 % Amidon: 3 % KNO 3 8 % K 2 HPO 4 12 % 6/ Isolateur électrique dont le diélectrique est obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il présente en surface une zone en compression dont l'épaisseur est supé- rieure à 1 mm, les contraintes de compression maximales étant comprises entre 200 M Pa et 500 M Pa, et qu'il présente intérieurement une zone en extension, les contraintes d'extension maximales étant comprises entre et 20 M Pa.