Brevet FR2557563A1 — publié le 19850705

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une masse dure qui présente des proprié- tés analogues à celles des pierres semi-précieuses et qui, après avoir été travaillée par des procédés de mise en forme, et notamment par polissage, a également l'as- pect d'une pierre semi-précieuse, de sorte que cette masse dure convient tout à fait pour le remplacement de matériaux en pierres semi-précieuses. Les produits manufacturés en pierres semi-pré- cieuses, notamment les objets d'usage courant, sont à la fois recherchés et chers. Les matériaux analogues aux pierres semi-précieuses qui sont d'origine naturelle sont relativement rares et d'approvisionnement difficile. On en est donc venu à imiter ces matériaux, le procédé le plus utilisé étant une décoration par placage. L'ap- plication de couches de peinture reconstituant l'aspect de la surface de pierres semi-précieuses est également l'une des méthodes par lesquelles on peut obtenir un effet décoratif. En dehors des méthodes compliquées et, par conséquent, coûteuses que l'on utilise pour la fabri- cation de véritables pierres semi-précieuses artifielles, pratiquement toutes les imitations laissent à désirer en ce qui concerne une propriété quelconque, que ce soit la dureté, la stabilité, la beauté, l'éclat ou toute autre propriété optique ou mécanique importante. Le but de l'invention est donc la mise au point d'un procédé qui permette de fabriquer un matériau qui soit un demi-produit ou une matière première et qui con- vienne pour la fabrication d'objets analogues à des pierres semiprécieuses, ce matériau devant présenter, par rapport aux pierres semi-précieuses, en plus d'ana- logies optiques, comme la structure et la couleur, des analogies physiques comme la dureté et la résistance. Les objets fabriqués à partir de ce matériau doivent, com- me les pierres semi-précieuses, pouvoir être polis, leurs surfaces polies devant alors avoir l'éclat des pierres semi-précieuses. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait qu'un liant est mélangé à une charge et à un pigment de base de manière à donner une masse ayant une consistance pateuse, cette masse pateuse étant ensuite découpée en morceaux, ces morceaux étant recouverts au moins une fois d'une couche de pigment additionnel et étant ensuite réunis par pression. On dispose d'une grande liberté pour le choix du liant, qui peut être constitué, par exemple, par une ma- tière plastique durcissable et, dans ce cas, être sélec- tionné, parmi toutes les résines synthétiques disponi- bles, en tenant compte des critères suivants: - pas de ressuage de composants chimiques après le dur- cissement, - faible intensité de la couleur propre, - faible adhérence, - faible tendance à la fragilité. L'expérience a montré que les résines époxy à deux constituants du type araldite donnent de bons résul- tats, les résines à durcissement rapide étant moins avan- tageuses que celles dont le durcissement est en harmonie avec le rythme des opérations effectuées. D'autres ré- sines donnent également d'excellents résultats, comme les résines d'aryle dures et les résines polyesters dures. La charge est de préférence un produit minéral; elle donne à la masse durcie sa dureté propre et parfois également sa couleur de fond et de corps. On peut utili- ser surtout des charges minérales comme le quartz en pou- dre, le marbre en poudre, le gel de silice broyé,etc. qui, toutes, sont des substances ayant une dureté Mohs comprise entre 5 et 8, c'est-à-dire la dureté de pierres semi-pré- cieuses comme la turquoise, l'agate, l'onyx, la carnéole, etc..Suivant ce que l'on veut obtenir, la couleur propre de la charge peut être renforcée, couverte ou combinée. D'habitude, elle n'intervient pas, par exemple, dans le cas du quartz en poudre ou du marbre en poudre. Dans le cas du marbre en poudre, les nuances de couleur sont un peu ternes et, dans le cas du quartz en poudre, elles sont plus lumineuses et plus brillantes, ce qui, il faut le dire, n'est pas toujours souhaitable. Le pigment de base sert à obtenir la coloration de base ou la couleur de corps, c'est-à-dire la couleur dominante. On utilise pour cela des pigments organiques ou minéraux, les pigments organiques donnant en général une coloration plus forte. Le ou les pigments addition- nels sert ou servent à obtenir dans le matériau des struc- tures bien visibles dont la forme et le contour résultent du mode opératoire suivant l'invention. Les trois ingrédients fondamentaux, c'est-à- dire la résine, la charge et le piment de base sont, dans un premier temps, intimement mélangés de manière à former une pâte de couleur uniforme. Cette pâte doit avoir une consistance permettant son traitement ultérieur. Ce traitement ultérieur comporte un deuxième stade du procédé consistant en une subdivision de la pate en morceaux, de la manière suivante: - étalement ou calandrage de la masse pateuse pour sa transformation en une couche en forme de plaque, - découpage de cette couche en morceaux en forme de cellules ou - extrusion de la masse pâteuse de manière à former un boudin de masse pâteuse, - découpage de la masse pâteuse en morceaux en forme de disques, - dilacération de la masse pateuse dans un dispositif à raboter ou - introduction par pression de la masse pâteuse à tra- vers les trous d'une plaque perforée, - découpage des "spaghettis" (espèce de granulation). Ces opérations permettent d'obtenir des "mor- ceaux cellulaires" réguliers ou irréguliers qui, réunis de nouveau par pression, forment des couches limites. Les pierres semi-précieuses ne sont pas, en général, des corps à croissance de macrocristaux, mais plutôt des for- mations polycristallines, des liquides solidifiés, etc c'est-à-dire des corps qui comportent des surfaces limites, des veines et autres hétérogénéités de structure. Ces structures peuvent être réalisées par imitation au moyen du procédé suivant l'invention; la subdivision de la pate fondamentale en morceaux, de la manière indiquée ci-dessus, est une première condition préalable de cette imitation. Pour la réalisation exacte de la structure vou- lue, les morceaux cellulaires sont recouverts d'une couche d'un pigment additionnel de couleur convenable. Les pig- ments utilisés dans ce cas sont généralement des matières minérales, de différentes granulométries, par exemple du graphite, des poudres métalliques ou des paillettes de métal. L'application de la couche de pigment peut s'ef- fectuer par étalement ou par l'un des procédés suivants: Application à sec: - poudres - granulés - projection - pulvérisation, etc Application humide: - vaporisation - immersion au bain - mouillage,etc. Les produits utilisés sont des pigments, des métaux, des couleurs, des granulés,etc. qui, tous, sont des substan- ces qui, aux limites entre deux morceaux cellulaires, doivent agir comme produits de structuration. Dans un stade ultérieur du procédé, les morceaux cellulaires sont réunis de nouveau, mais sans mélange. Voici ce qu'il faut entendre par là. Lors du malaxage global de morceaux cellulaires ayant encore la mollesse de la pâte, colorés et plus ou moins gros, ces morceaux sont soumis à des efforts de cisaillement qui déforment progressivement les zones limites et produisent une struc- ture analogue à une structure d'écoulement. Cependant, aux limites des cellules, il y a la couche formée par le pigment qui se déplace avec la structure d'écoulement et ressort en tant que tel. Si, après un malaxage plus ou moins long de ce genre, on laisse la pâte durcir, on ob- tient une masse dure, analogue à la pierre semi-précieuse imitée, à laquelle on peut donner, par sciage, tournage, taillage, découpage, polissage, forage, etc.., la forme souhaitée. La simple réunion par pression de morceaux cel- lulaires plus ou moins gros, sans malaxage, donne d'au- tres formes et d'autres types de zones limites. Elles sont plus tranchantes et correspondent à des structures moins analogues à des structures d'écoulement. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, on incorpore en plus à la masse de base un matériau d'armature, comme des fibres de verre ou de carbone, dans une proportion de 1 à 10 % en poids, la longueur des fi- bres étant de 5 à 15 mm. Ce matériau d'armature n'est pas toujours nécessaire, mais souvent préférable, car le but n'est pas de réaliser une pierre semi-précieuse, mais une masse analogue à une pierre semiprécieuse. Ce que l'on recherche, c'est que cette masse, lorsqu'elle est utilisée par exemple comme enveloppe, présente une téna- cité particulière lui permettant d'éviter l'émiettement ou l'écaillement au niveau des bords, ce qui est précisé- ment parfois le défaut des pierres semi-précieuses. Le feutrage des matériaux d'armature améliore les caracté- ristiques mécaniques. Pour affiner encore davantage la structure, on effectue une nouvelle opération de subdivision, c'est-à- dire que la masse est, par exemple, subdivisée une deuxiè- me fois et de nouveau pétrie, avec addition du même pig- ment additionnel ou d'un autre pigment additionnel ou sans addition de pigment. L'opération peut être répétée une troisième, une quatrième fois ou même plus souvent. Ce mode de subdivision en cellules que l'on réunit ensuite pour obtenir des structures en utilisant les zones limites que l'on colore suivant les besoins constitue l'idée de base de l'invention. Une compression, effectuée ensuite, produit un tassement des zones limites et un affinement de la structure qui, en même temps, sous la pression de la presse, prend un caractère plus saturé. L'affinement de la structure peut s'obtenir également en une seule opéra- tion par subdivision en petits morceaux cellulaires régu- liers ou irréguliers qui, dans ce cas, ne sont comprimés ensemble qu'une seule fois. La masse terminée, encore pateuse, peut être soumise telle quelle à un durcissement ou peut être trans- formée en demi-produit. Elle peut, par exemple, être soumise à un calandrage et appliquée sur des surfaces com- me revêtement, couche de protection, enveloppe etc.. Elle peut être transformée par compression en un demi- produit, par exemple en poignées de couvert, socles de lampes, etc., qui sont soumis ensuite en tant que tels à un finissage. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'exemples de réalisation. EXEMPLE 1: LAPIS - LAZULI Résine synthétique (Epoxy à 2 constituants) 23 à 3Oparties Charge (quartz en poudre) 46 à 60 " Pigment (bleu sombre organique) 21 à 9 Fibres de verre (5 -à 13 mm) 10 à 1 " sont intimement mélangés pendant 5 à 10 minutes par mala- xage et étalés de manière à former une couche de 0,5 à 1,5 cm d'épaisseur. Cette couche est découpée en morceaux de 3 à 7 cm de longueur de bord; ce sont les morceaux cel- lulaires. Les morceaux cellulaires sont recouverts d'une couche d'une poudre de métal, par exemple de laiton ou de bronze, de couleur or, la partie métal ne représentant au maximum qu'une partie du tout. Ensuite, les morceaux cel- lulaires sont, par compression ou malaxage, réunis de nouveau pendant 1 à 2 minutes, puis étalés une deuxième fois, puis subdivisés, puis finalement réunis de nouveau par compression ou par malaxage pendant 1 à 2 minutes. La masse est ensuite comprimée pour recevoir la forme qu'elle doit avoir, puis durcie. On obtient un autre produit en variante en uti- lisant les produits suivants: - résine synthétique (époxy à 2 constituants) 23 parties - charge (quartz en poudre) 46 " - pigment (bleu sombre organique) 21 " - fibres de verre (5 à 13 mm) 10 " et - résine synthétique (époxy à 2 constituants) 30 parties - charge (quartz en poudre) 60 O - pigment (bleu sombre organique) 9 " - fibres de verre (5 à 13 mm) 1 partie On obtient dans ces conditions une masse de base plus clai- re et une masse de base plus sombre qui sont étalées de la manière déjà indiquée et subdivisées en morceaux cellu- laires. Les morceaux cellulaires des deux nuances de cou- leur sont mélangés et recouverts d'une couche de pigment métallique, puis réunis par compression globale ou mala- xage, puis de nouveau subdivisés et de nouveau réunis par compression globale ou malaxage. La compression donne un très beau matériau de départ ayant l'aspect de lapis- lazuli, d'un bleu intense et pourtant clair, prêt pour une utilisation ultérieure. Les deux masses de base peuvent, avant la subdivision, être mélangées pendant peu de temps pour l'obtention d'une nouvelle masse de base qui est en- suite transformée dans les conditions déjà indiquées. EXEMPLE 2: TURQUOISE Résine synthétique (époxy à 2 constituants) 33 à 28 parties Charge (quartz en poudre) 64 à 58 " Pigment (vert organique) 1 à 2 Pigment (bleu organique) 1 à 2 " Fibres de verre (5 à 13 imm) 1 à 10 " On mélange et pendant 5 à 15 minutes on malaxe intimement jusqu'à obtention d'une couleur homogène. On étale en- suite la masse pour obtenir une couche de 5 à 15 mm et on la découpe en morceaux cellulaires de 3 à 7 cm. Ces morceaux cellulaires sont recouverts d'une couche de gra- phite en poudre, la quantité utilisée représentant de 2 à 6 parties du matériau utilisé. Pour l'obtention d'une structure de turquoise assez grossière, les parties re- couvertes d'une couche peuvent être réunies par compres- sion et, le cas échéant, malaxées pendant 1 à 3 minutes. Pour l'obtention de structures plus fines, l'opération, sans le malaxage, est répétée jusqu'à trois fois. Pour la turquoise, une compression supplémentaire donne une structure extraordinairement belle, avec de fines lignes noires doucement ondulées faisant des angles les unes avec les autres. En faisant varier la proportion pigment vert/ pigment bleu, on peut obtenir différentes nuances de cou- leur turquoise. Comme charge, le quartz en poudre donne des produits clairs et lumineux et le marbre en poudre des produits plus atténués et même légèrement ternes. Comme on l'a vu, la masse finie peut être mise à durcir sans être moulée, surtout lorsqu'on ne recherche pas une compression ultérieure; elle peut également être durcie avec compression comme demi-produit en moule. Apres le durcissement, le nouveau matériau peut être travaillé comme une pierre semi-précieuse, étant entendu que la du- reté n'est donnée que par la charge. Lors de la coupe, de l'usinage, du sciage etc., la nouvelle masse se com- porte différemment des pierres. Par contre, pour le meu- lage et le polissage, c'est-à-dire pour les opérations de type micro, la nouvelle masse se comporte presque comme une pierre semi-précieuse. Le polissage, surtout, s'effectue dans d'excellentes conditions. L'utilisation d'autres liants, notamment de liants minéraux, permet d'obtenir, par le procédé décrit, une masse de départ qui peut être cuite ou frittée. L'opération s'effectue de la manière suivante: le liant minéral doit par exemple fondre avec ou sans utilisation d'une pression, à une certaine température qui doit cependant être inférieure à la température de fusion de la charge. Comme liants minéraux, on peut donc utiliser des matériaux vitreux qui sont colorés par exem- ple par des produits minéraux. Ces colorations s'obtien- nent au moyen de métaux ou d'oxydes métalliques dissous à l'état atomique ou colloidal dans le courant de verre, ce qui donne du bleu sombre avec le cobalt, du rouge rubis avec l'or, des nuances allant de l'or au brun avec le man- ganèse et des colorations allant du vert au verdâtre avec le fer etc.. Avec ces liants, la température de fusion et, le cas échéant, la température de frittage peuvent être réglées en faisant varier la proportion de quartz. Les mélanges riches en quartz atteignent, d'une part, un haut degré de dureté (entre 6 à 7 de dureté Mohs, à l'in- verse des liants en résines synthétiques mentionnés ci- dessus) et, d'autre part, des températures de réaction plus élevées pour la fixation ou la liaison des particules de charges. Comme charges, on utilise en principe les mêmes matériaux que pour la fabrication des masses dures déjà décrites fabriquées sur la base de liants en résines syn- thétiques. On peut citer notamment le quartz en poudre, le marbre en poudre, l'oxyde d'aluminium (éventuellement avec de l'hydroxyde d'aluminium comme liant),etc.. La coloration voulue s'obtient, comme on l'a vu, au moyen de pigments de base et de pigments supplémentaires. Le pig- ment de base peut, dans les matériaux pour frittage, par exemple, être déjà contenu dans un liant ou être ajouté à la pâte de base sous la forme de sels métalliques. Aux températures de frittage, les sels pénètrent dans le bain et laissent subsister, après la solidification, la couleur voulue. EXEMPLE 3: LAPIS - LAZULI Liant + pigment (poudre de verre de cobalt) 20 à 30 parties Charge (oxyde d'aluminium fin) 60 à 40 " Gel d'hydroxyde d'aluminium (légèrement alcalin) 20 à 30 " Gel d'hydroxyde d'aluminium: Hydroxyde d'aluminium 40 à 60 parties NaOH 5 & 1 " Eau 55 à 39 Le gel d'hydroxyde d'aluminium est utilisé pour donner la consistance d'une pate aux constituants pulvérulents, c'est-à-dire à la charge et au liant coloré, une pate "sèche" étant d'ailleurs préférée. Après une durée de malaxage de 3 à 6 minutes, la masse pâteuse est prête à être subdivisée en morceaux cellulaires. Les morceaux cellulaires sont recouverts d'une poudre métallique cou- leur or ou, dans le cas de petites quantités, par de la poudre d'or, constituant le pigment supplémentaire et comprimées ensemble. Pour l'obtention de structures plus fines, l'opération de subdivision en morceaux cellulaires et de leur recouvrement par une couche est répétée, le cas échéant,plusieurs fois. La proportion de métal du pigment additionnel ne doit représenter, dans ce cas encore, qu'une faible partie de l'ensemble. Ensuite, la masse est moulée, comprimée, éventuellement pour éliminer des retassures, puis cuite dans les conditions habituelles au four ou frit- tée. Les charges présentant un manque d'eau de cristalli- sation, comme c'est le cas par exemple pour le plâtre, peu- vent être utilisées sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un liant spécial, car le liant est contenu dans la charge. C'est le cas pour toutes les charges préalablement cuites ou activées, par exemple pour le ciment ou les matériaux analogues. Lorsqu'elle est mise sous forme de pate avec de l'eau, la masse durcit toute seule après l'usinage exactement comme une résine synthétique durcissable. Pour la fabrication de masses dures analogues aux pierres semi-précieuses qui sont soumises, avec ou sans moulage, à une cuisson ou à un frittage, qui s'ef- fectue normalement à des températures de l'ordre de 1000 degrés celcius ou davantage, les liants organiques ou les pigments ou colorants organiques ne peuvent plus être utilisés. Les colorants minéraux, comme les oxydes métalliques ou les pigments minéraux déjà mentionnés dans les bains ou en solution colloidale, sont très nom- breux. On peut utiliser comme liants minéraux ceux que l'on utilise d'habitude dans les mastics, comme le mé- tasilicate de sodium, donc le silicate de potassium ou l'hydroxyde d'aluminium, c'est-à-dire l'hydrate d'alu- mine,etc.. REVENDICATIONS i - Procédé de fabrication d'une masse dure analogue aux pierres semiprécieuses et pouvant être coupée, fendue, meulée et polie, caractérisé en ce qu'un liant est mélangé à une charge et à un pigment de base de manière à donner une masse ayant une consistance pa- teuse, cette masse pâteuse étant ensuite découpée en morceaux et ces morceaux étant recouverts au moins une fois par une couche de pigment additionnel et réunis ensuite par pression. 2 - Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'à la première opération de mélange on ajou- te aux constituants de la masse pâteuse des fibres de verre ou de carbone. ' 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de stades additionnels du procédé, la masse pâteuse est subdivisée une deuxième fois en morceaux, ces morceaux étant recouverts de nou- veau par une couche du même pigment ou d'un autre pigment additionnel et réunis de nouveau par compression. 4 - Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les stades additionnels du procédé sont répétés plusieurs fois. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la subdivision de la masse pâ- teuse s'effectue en morceaux irréguliers. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la subdivision de la masse p&- teuse s'effectue en morceaux réguliers. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une première masse pateuse asso- ciée à un premier pigment de base et une deuxième masse pateuse associée à un deuxième pigment de base sont ma- laxées ensemble, la masse résultante étant subdivisée en morceaux qui sont recouverts de pigment additionnel et réunis de nouveau par pression. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une première masse pâteuse, avec un premier pigment de base, et au moins une deuxième masse pâteuse, avec un deuxième pigment de base, sont subdivisées en morceaux, recouvertes d'une couche de pigment additionnel et réunies de nouveau par pression. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la réunion sous pression des morceaux recouverts de couches s'effectue par malaxage. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la réunion sous pression des morceaux recouverts de couches s'effectue par compression. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'au dernier stade du procédé la masse est soumise à une pression. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au dernier stade du procédé la masse est soumise à une cuisson. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au dernier stade du procédé la masse est soumise à un frittage. 14 - Pierre décorative fabriquée à partir de la masse dure analogue à une pierre semi-précieuse obtenue par le procédé selon la revendication 1. 15 - Pierre décorative selon la revendication 14 contenant de la résine synthétique, une charge minérale et au moins un pigment minéral, métallique ou organique coloré par un métal. 16 - Pierre décorative selon la revendication 14 contenant une charge minérale frittée ou cuite et au moins un pigment minéral ou métallique. 17 - Pierre décorative selon l'une des revendi- cations 14 ou 15 contenant en addition des fibres de ver- re ou de charbon. 18 - Pierre décorative selon l'une des revendi- cations 14 à 17, caractérisée par une structure découlant d'un pigment additionnel. 19 - Utilisation de la masse dure analogue à une pierre semi-précieuse obtenue par le procédé selon la re- ventication 1 comme demi-produit pour la fabrication d'ob- jets d'usage courant. - Utilisation selon la revendication 19 pour le remplacement de pierres semi-précieuses.