Brevet FR2640960A1 — publié le 19900629

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un matériau vitreux présentant une coloration rouge sang de boeuf pouvant être utilisé notamment en Joaillerie. Le matériau objet de la présente invention comporte une matrice vitreuse transparente et non colorée, composée essentiellement de silicate de plomb, comportant en grande quantité des cristaux de cuprite (CU20) qui rendent le matériau opaque et lui donnent une coloration rouge sang de boeuf caractéristique. Le procédé de fabrication du matériau défini cidessus selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) préparation d'un bain ou fonte de silicate de plomb, réalisée en mélangeant de l'oxyde de plomb PbO et de la silice Si02 dans des proportions telles que le rapport entre ces deux composants soit de 65 % en poids d'oxyde de plomb et 35 % en poids de silice, la température de fusion étant choisie entre 1000 et 1300'C environ. b) introduction dans le bain en fusion obtenu à l'étape ci-dessus d'oxyde de cuivre et d'un agent réducteur, la quantité de cette addition de cuivre étant telle que la concentration en poids de l'oxyde dans le produit final soit de 6 & 8 % environ, la température du bain en fusion étant maintenue entre 1000 et 1300'C. c) maintien du bain en fusion au repos toujours à la mmoe température d'environ 1000 à 1300'C, de manière à éliminer les bulles. d) traitement thermique du matériau ainsi obtenu à une température comprise entre 500 et 800'C environ pendant un temps suffisant pour réaliser la formation et la croissance de micro-cristaux de cuprite (Cu20). e) refroidissement lent Jusqu'à la température ambiante de la masse obtenue afin d'éviter la formation de contraintes résiduelles dans cette masse. Pour obtenir le bain de fusion ou fonte de base lors de la première étape du procédé selon l'invention, on peut utiliser du sable silicieux et du minium ou bien encore une fritte de silicate de plomb. Lors de cette première étape, on peut prévoir des additions faibles d'autres composants tels que notamment des oxydes de lithium, de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium, de baryum, d'aluminium, de phosphore, etc. de façon à modifier les propriétés chimiques, physiques et mécaniques du matériau finalement obtenu. Lors de l'étape finale de traitement thermique à une température comprise entre 500 et 800'C environ, les micro-cristaux de cuprite formés lors de cette étape se séparent du matériau vitreux et se développent et croissent en fonction de la température et du temps de séjour.Généralement on observe la formation de cristallites rouges en forme de rameaux ou de branches entrelacées de dimensions variables, de l'ordre de quelques microns (de préférence deux microns environ) à 2 mm environ.Plus le temps de séjour est élevé, à la température de croissance des cristaux, plus les dimensions des cristaux sont importantes. La couleur rouge vif caractéristique du matériau objet de la présente invention est obtenue en réalisant le traitement thermique de la fonte dans la ga-m de températures mentionnée ci-dessus. En ce o10 qui concerne la durée du traitement, celle-ci est fonction de la masse de la matière fondue traitée ainsi que de sa composition, cette durée de traitement pouvant varier de quelques minutes Jusqu'à quelques heures. La densité du matériau selon l'invention est comprise entre 4,0 et 4,5 environ. On a donné ci-après à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre d'un procédé d'obtention objet de la présente invention. Afin d'obtenir une matière vitreuse à couleur caractéristique rouge sang de boeuf et comportant des micro-inclusions de cristaux de cuprite, cette matière présentant la composition suivante (en pourcentage en poids): PbO. ............ 52 % Si02................ 28% CuO2............ 6 % Sb2O......DTD: ......... 1% K20............... 5 % a................ 2,5 % AO............DTD: . 2 % CaO................. 3 %..DTD: P20.............. 0,5 % on a préparé un mélange en quantités stoechiométriques appropriées de sable silicieux, de minium, de carbonate de potassium, de feldspath de sodium, de phosphate de sodium et de carbonate de calcium et on a fait fondre ce mélange à une température de l'ordre de 1200'C. Après achèvement de la fusion, on a ajouté les quantités appropriées mentionnées ci-dessus de Cu2O et d'antimoine métallique, en remuant énergiquement de façon à obtenir un liquide homogène, le bain étant maintenu durant ces additions, à la température d'environ 1200'C. Toujours en maintenant cette msme température, on a laissé le bain de fusion séjourner au repos afin d'éliminer les bulles, le temps de repos étant de l'ordre de quelques minutes à environ une demi-heure. àA la fin de l'affinage ainsi réalisé, on a effectué le traitement thermique du mélange à une température de l'ordre de 600'C, pendant un temps 3 2640960 nécessaire, fonction de la masse traitée, de manière à réaliser la formation et la croissance des micro-cristaux de cuprite (CutO) dans la masse du matériau. Après le traitement thermique mentionné ci-dessus, on a laissé le matériau se refroidir lentement Jusqu'à la température ambiante afin d'y éviter la formation de contraintes résiduelles dans sa masse. On a ainsi obtenu une masse vitreuse de couleur caractéristique sang de boeuf, présentant une grande quantité de cristaux de cuprite en forme d'étoiles, sous forme de micro-inclusions lui conférant ladite coloration caractéristique et rendant opaque la masse vitreuse. La densité du matériau résultant était de 4,2 environ. Ce matériau peut être façonné à chaud comme les matériaux vitreux ou découpé, mollé et poli comme toute pierre dure. Il peut être utilisé de préférence en Joaillerie. Sa coloration peut être homogène ou présenter des zones de tonalités différentes dans une gamme de couleurs allant du Jaune orangé au rouge foncé, en fonction de la dimension des microcristaux de cuprite, les cristaux plus petits donnant une coloration jaune orangé tandis que les cristaux plus grands donnent au matériau une coloration rouge foncé. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 4 2640960 REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication d'un matériau présentant une coloration caractéristique allant du Jaune orangé au rouge sang de boeuf, à base de silicate de plomb, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) préparation d'un bain ou fonte de silicate de plomb, réalisée en mélangeant de l'oxyde de plomb PbO et de la silice SiO2 dans des proportions telles que le rapport entre ces deux composants soit de 65 % en poids d'oxyde de plomb et 35 % en poids de silice, la température de fusion étant choisie entre 1000 et 1300'C environ. b) introduction dans le bain en fusion obtenu à l'étape ci-dessus d'oxyde de cuivre et d'un agent réducteur, la quantité de cette addition étant telle que la concentration en poids de l'oxyde dans le produit final soit de 6 à 8 % environ la température du bain en fusion étant maintenue entre 1000 et 1300'C. c) maintien du bain en fusion au repos toujours à la même température d'environ 1000 à 1300'C, de manière à éliminer les bulles. d) traitement thermique du matériau ainsi obtenu à une température comprise entre 500 et 800'C environ pendant un temps suffisant pour réaliser la formation et la croissance de micro-cristaux de cuprite (Cu2O). e) refroidissement lent Jusqu'à la température ambiante de la masse obtenue afin d'éviter la formation de contraintes résiduelles dans cette masse. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour préparer le bain de fusion de base, on peut utiliser du sable silicieux et du minium ou bien encore une fritte de silicate de plomb. 3- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de ladite première étape, on peut prévoir des additions faibles d'autres composants tels que notamment des oxydes de lithium, de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium, de baryum, d'aluminium, de phosphore, de façon à modifier les propriétés chimiques, physiques et mécaniques du matériau finalement obtenu. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de maintien au repos avant l'étape de traitement thermique est de l'ordre de quelques minutes à une demi-heure. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on choisit la température et le temps de séjour de la masse en fusion du matériau lors de l'étape de traitement thermique, en fonction de la dimension des micro-cristaux de cuprite que l'on désire obtenir. 6- Xatériau obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice vitreuse transparente et non colorée, composée essentiellement de silicate de plomb, comportant en grande quantité des cristaux de cuprite (CU;O) qui rendent le matériau opaque et lui donnent une coloration caractéristique allant du rouge orangé au rouge sang de boeuf, la densité du matériau étant comprise entre environ 4,0 et 4,5 7- Xatériau selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte la composition suivante en pourcentage en poids: PbO............... 52 % Si02............... 28 % Cu20.............. 6 % Sb20a............... 1% K20............... 5 a..... ......... 2,5 % A2lzO0a............. 2 % CaO................. 3 %..CLMF: P20.............. 0,5 % 8- Natériau selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que la coloration jaune orangée est obtenue lors de la présence de cristaux de cuprite de faible dimension, alors que la couleur rouge sang de boeuf est obtenue par la présence de cristallites de cuprite de dimensions plus importantes, les dimensions variant entre quelques microns, de préférence deux microns, et 2 mm.