Brevet FR2551431A1 — publié le 19850308

"PROCEDE DE POLISSAGE DE LA SURFACE D'ARTICLES EN VERRE" La présente invention concerne le polissage de la surface d'articles en verre. Apres fabrication, les articles en verre présentent des défauts de surface qui sont de deux sortes: des défauts inhérents à la fabrication, dits défauts à l'échelle macroscopique, telles que marques de joints de moules, arêtes vives à adoucir, marques accidentelles telles que coups d'outils, etc des défauts, dits à l'échelle microscopique, tels que rugosité, microfissures, etc défauts qui nuisent à l'esthétique de l'article en verre obtenu (éclat, transparence, etc) et à ses caractéristiques mécaniques (tenue en pression,). La technique employee en verrerie pour éliminer ces défauts est le polissage qui permet d'améliorer l'état de surface de l'article en en faisant disparaître les inégalités et les défauts. Parmi les procédés industriels de polissage d'articles en verre utilisés jusqu'à présent, on peut citer le polissage mécanique et le polissage chimique Le polissage mécanique s'effectue par passages successifs de l'article en verre sur des meules abrasives de plus en plus fines Ce procédé permet d'obtenir des articles de 20 qualité mais, par contre, est d'un coût élevé De plus, il ne peut être utilisé pour des articles présentant une géométrie particulière tels que les flacons fabriqués pour la parfumerie de luxe, les articles de cristallerie, etc Le polissage chimique consiste à immerger l'article en verre dans un bain diacide, le plus souvent 25 d'acide fluorhydrique; cette immersion dans un bain d'acide entraîne la destruction superficielle du réseau support siliceux et l'élimination des cations, en particulier des cations alcalins Ce traitement ne revient toutefois qu'à un décapage violent et n'est pas applicable à tous les types de verre En outre, il pose de nombreux 30 problèmes de mise en oeuvre et d'environnement compte tenu des réactifs chimiques employés. Depuis quelque temps, quelques essais pour polir les articles en verre à l'aide d'une flamme oxygène-hydrocarbure, en particulier oxygène-gaz naturel, ont été tentés Selon ces essais, on fait défiler l'article en verre devant la flamme oxygène-hydrocarbure; ceci provoque une refusion superficielle et le colmatage des fissures. Théoriquement, ce polissage à la flamme aurait du permettre d'obtenir une bonne qualité de surface du fait que toutes les liaisons ont le 5 temps de s'harmoniser à haute température Malheureusement, lors de ces essais, on assiste à un effondrement de l'article avant d'atteindre une qualité de surface suffisante, du fait de l'échauffement à coeur trop important Et ce type d'essais n'ont pu en fait réussir qu'avec des articles en verre de très forte épaisseur. L'invention a justement pour objet un procédé de polissage d'articles en verre à l'aide d'une flamme qui permet d'obtenir une qualité de surface parfaite quelque soit l'épaisseur et la configuration de l'article traité tout en évitant tout effondrement prématuré de l'article en question. Le procédé de polissage de la surface d'un article en verre, objet de l'invention, se caractérise en ce que l'on soumet la surface dudit article à une flamme d'oxygène et d'un combustible, ladite flamme étant telle que l'énergie thermique provenant du transfert de chaleur par convection soit supérieure à l'énergie thermique provenant 20 du transfert de chaleur par rayonnement De façon plus précise, selon une caractéristique préférée de l'invention, la flamme est telle que la fraction de l'énergie totale transmise par rayonnement est au plus égale à 25 Z et la valeur de L soit au moins égale à 32 W/m 2 K, h étant le coefficient d'échange par convection et Re le nombre de 25 Reynolds. Selon une caractéristique de l'invention, la flamme utilisée contient des ions OH- De préférence, à la stoëchiométrie, le nombre d'ions OH par thermie d'énergie apportée est supérieur à 1,5 mole. Selon une autre caractéristique de l'invention, la flamme 30 utilisée est oxydante. De préférence, selon l'invention, la flamme utilisée est une flamme d'oxygène et d'hydrogène. Compte tenu du problème posé, le demandeur a recherché les moyens pour que la température Ti à la surface de l'article soit 35 grande et la température à coeur de l'article T, soit faible, c'est-à-dire les moyens pour obtenir une différence de température ALT entre T 2 et T la plus grande possible Les études du demandeur l'ont amen faire es observations suivantes: dans le cas du verre, l'ont amené à faire les observations suivantes:dans le cas du verre, le transfert de la chaleur par rayonnement, du fait que ce dernier est un milieu semi-transparent, pénètre dans l'épaisseur du verre; par contre, le transfert de la chaleur par convection n'intervient qu'en surface C'est pourquoi, le demandeur a mis au point une flamme telle 5 que le transfert de chaleur par convection soit nettement supérieur au transfert de chaleur par rayonnement. D'autre part, le demandeur s'est attaché à étudier d'autres paramètres qu'il a considéré comme intervenant de facon importante dans le processus de polissage, à savoir la tension superficielle et 10 la viscosité du verre. En ce qui concerne la tension superficielle, si l'on définit la couche superficielle de l'article en verre comme ayant une tension superficielle Ocr et une température T 1 et la sous-couche à coeur dudit article comme ayant une tension superficielle O et une 15 température T 2 (qui est inférieure à T 1), il faut pour obtenir un bon polissage que la couche en surface s'étale sur la couche plus profonde, c'est-à-dire qu'il faut augmenter la différence de tension superficielle C entre la couche en surface et la couche profonde. Les recherches du demandeur l'ont amené à observer que pour augmenter 20 'Cr il fallait, d'une part augmenter la différence de température entre les deux couches, soit augmenter / T, d'autre part diminuer g (puisque l'on ne peut pas intervenir sur la valeur de Q); et que pour diminuer la valeur de O 4, il fallait augmenter la température T 1 de la couche en surface, augmenter la concentration en ions OH' de 25 l'atmosphère environnante et avoir une atmosphère environnante oxydante C'est pourquoi, compte tenu de ces observations, le demandeur a mis au point une flamme qui, comme on l'a dit plus haut, privilégie le transfert de chaleur par convection par rapport au transfert de chaleur par rayonnement, et qui, de plus, contient, de 30 préférence, des ions OH et est oxydante. En ce qui concerne la viscosité du verre, pour obtenir un bon polissage, il est nécessaire de diminuer la viscosité 7 de la couche en surface, c'est-à-dire augmenter la température T 1 de ladite couche D'autre part, il faut veiller à ce que la température T 2 à 35 coeur ne dépasse pas la valeur à laquelle la viscosité du verre est telle qu'il se produise un ramollissement du produit Il faut donc, dans cette optique là également, utiliser une flamme telle que la différence de température a T entre la couche externe et la couche à coeur soit la plus grande possible. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on polit l'article en verre à l'aide d'une flamme d'oxygène et d'hydrogène En effet, la flamme oxygène-hydrogène remplit bien les 5 caractéristiques nécessaires découvertes par le demandeur pour obtenir un polissage satisfaisant sans effondrement de l'article traité. A titre d'exemple comparatif, on signale que: à partir d'une même énergie apportée par la flamme, la puissance thermique Pv transmise par transfert convectif à l'aide d'une cv flamme oxygène-hydrogène est, par rapport a celle d'une flamme oxygène-gaz naturel et par rapport à une flamme oxygène-propane,: Pcv(H 2) = 1,65 Pcv(GN) = 2,53 Pcv(C 3 H 8) à partir d'une même énergie apportée par la flamme, la puissance thermique Pr transmise par transfert par rayonnement à l'aide d'une 15 flamme oxygènehydrogène est, par rapport à une flamme oxygène-gaz naturel et par rapport à une flamme oxygène-propane,: Pr(H 2) = 0,3 Pr(GN) = 0,24 Pr(C 3 H 8) Comme on le voit, la flamme oxygène-hydrogène, utilisée de préférence conformément à l'invention, permet d'obtenir un rapport 20 entre transfert par convection et transfert par rayonnement beaucoup plus grand que les flammes oxygène-hydrocarbure. D'autre part, toujours à titre comparatif, on signale que la quantité d'ions OH contenue dans une flamme oxygène-hydrogène est supérieure de 15 à 25 % à celle d'une flamme oxygène-gaz naturel et 25 est supérieure de 40 à 60 % à celle d'une flamme oxygène-propane, celà pour un excès de comburant de 5 à 30 % On voit donc que la flamme oxygène-hydrogène, utilisée de préférence conformément à l'invention, entraîne une diminution plus forte de la tension superficielle c- de la couche en surface que les deux autres flammes oxygène-hydrocarbure. 30 De plus, on peut régler sans difficultés le caractère oxydant d'une flamme oxygène- hydrogène En effet, du fait que l'on amène séparément l'oxygène et l'hydrogène pour ne pas avoir risque d'explosion lors d'un retour de flamme, lorsqu'on ajoute un excès d'oxygène (entre 5 et 50 % et de préférence 20 %), du fait que 35 l'hydrogène est un gaz qui se mélange très vite, et a une vitesse de déflagration nettement plus importante que d'autres combustibles tels que les hydrocarbures, on obtient une flamme dais laquelle le mélange est homogène très rapidement et l'excès d'oxygène reste stable Or, 5 toujours à titre comparatif, cette stabilité ne pourrait être obtenue avec une flamme oxygène-hydrocarbure. Ainsi, on voit que l'utilisation pour le polissage d'articles en verre d'une flamme ayant les caractéristiques définies ci-dessus, et notamment une flamme oxygène-hydrogène, permet de 10 résoudre un problème pour lequel les quelques essais effectués avec des flammes oxygène-hydrocarbure s'étaient révélés infructueux. 6 2551431 REVENDICATIONS 1 Procédé de polissage de la surface d'un article en verre, caractérisé en ce que l'on soumet la surface dudit article à une flamme d'oxygène et d'un combustible, ladite flamme étant telle 5 que l'énergie thermique provenant du transfert de chaleur par convection soit supérieure à l'énergie thermique provenant du transfert de chaleur par rayonnement. 2 Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite flamme est telle que la fraction de l'énergie totale transmise 10 par rayonnement soit au plus égale à 25 % et que la valeur de h r soit au moins égale à 32 W/m 2 K, h étant le coefficient d'échange par convection et Re le nombre de Reynolds. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite flamme contient des ions OH-. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite flamme est telle que, à la sto&chiométrie, le nombre d'ions OH' par thermie d'énergie apportée est supérieur à 1,5 mole. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite flamme est oxydante. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite flamme est constituée par une flamme d'oxygène et d'hydrogène. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite flamme comporte un excès d'oxygène compris entre 5 % et 50 %.