Brevet FR2645257A1 — publié le 19901005

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la fabrication d'un support d'en- fournement en matériau réfractaire alvéolaire pour la cuisson de produits céramiques. La fabrication de produits céramiques tels'que des assiettes en porcelaine nécessite des supports d'enfournement ou "gazettes" sur lesquels sont disposés les produits crus, ces supports chargés étant ensuite placés dans un four de cuisson à haute température de façon à cuire l'assiette. Durant la cuisson le support d'enfournement et le produit qu'il supporte sont tous les deux portés de la température ambiante & des températures élevées supérieures à 1 000 C, il est donc nécessaire que la puissance du four puisse permettre de porter à cette température non seulement le produit & cuire mais également son support. Il y a donc une dépense calorique inutile très importante d'autant plus que le cycle se poursuit par un refroidissement à la température ambiante de l'ensemble produit cuit et support sans récupération. Pour-ces fabrications il est donc recherché des supports présentant une inertie thermique plus faible et également un meil- leur coefficient de transmission de la chaleur. En effet, le produit cru disposé sur le support d'enfournement doit être porté en température de facon régulière. et la plus homogène possible sur toutes ses faces. Il est donc nécessaire que le support permette une bonne transmission de la chaleur afin d'obtenir l'homogénéité en température recherchée. Un autre paramètre à prendre en compte est celui du poids du produit céramique à cuire car le support d'enfournement doit avoir une résistance mécanique suffisante pour ne présenter aucune déformation sous charge en température. On connait un type de produit réfractaire alvéola- ire pouvant servir.de support aux produits cérami- ques lors de leur cuisson dans un four qui présente une faible masse volumique, il s'agit des mousses céramiques. Ces mousses sont fabriquées à partir d'une mousse polymère à porosité ouverte générale- ment ayant une structure réticulée à trois dimen- sions, que l'on imprègne d'une suspension cérami- que. L'excès de suspension est ensuite enlevé puis la mousse polymère chargée est alors séchée. Les opérations d'imprégnation et de séchage peuvent être effectuées en plusieurs cycles successifs jusqu'à obtenir le taux d'imprégnation souhaité. L'ensemble est ensuite porté à une température de l'ordre de 1 500 C, c'est-à-dire à la température de cuisson de la suspension céramique utilisée. Durant cette cuisson la matière organique est totalement décomposée et les fines particules de céramique divisées sont alors liées entre elles lors de la cuisson pour former une structure poreu- se. On connaît ainsi le brevet US N 4 568 595 concer- nant une structure céramique constituée d'une partie en céramique réticulée poreuse dont la distribution de pores est comprise entre- 2 et 50 pores par centimètre linéaire. Les matériaux céramiques utilisés sont généralement - 80 la mullite et la zircone car elles ont de plus d'excellentes-propriétés' de. résistance aux chocs thermiques. Les différent-s mousses céramiques obtenues ont des caractéristiques telles que la masse volumique apparente varie entre 0,4 et 2. la résistance & la compression varie de 5 à 10 MPa et la résistance à la flexion est comprise entre 1 et-3,5 MPa. Le taux de pores est compris entre 80 et 90% pour des diamètres de pores compris entre 0,5 à 4 millimètres. Les supports d'enfournement en produit réfractaire alvéolaire qui utilisent ces mousses céramiques ont donc une inertie thermique relativement faible ainsi qu'un bon coefficient de transmission de la chaleur. Néanmoins, un tel support d'enfournement n'est pas optimisé dans le sens o il présente des densité apparente, densité de pores, résistance mécanique et coefficient de transmission de la chaleur uniformes. Or de tels supports d'enfourne- ment sont soumis à des contraintes mécaniques importantes dans certaines zones particulières tels que les pieds, par exemple, puisque lors de leur utilisation ces supports d'enfournement sont super- posés les uns sur les autres, tandis que d'autres, la partie centrale par exemple, ne doivent sup- porter que le poids du produit vert ce qui requiert une certaine résistance à la flexion mais qui n'est pas comparable à la résistance à la compression nécessaire au niveau des pieds. Il en est de même pour le coefficient de transmission de la chaleur car il importe qu'au niveau du produit à cuire le support présente le meilleur coefficient possible de transmission de la chaleur. Par contre, le support est soumis à des contrain- tes thermiques importantes et les variations au sein même du support d'enfournement doivent être parfaitement progressives afin de ne pas induire de zones de concentrations de contraintes mécaniques dépassant la résistance à la rupture du matériau. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de fabrication de sup- ports d'enfournement à porosité variable le long du profil du support de façon à adapter les différents paramètres physiques du support tels que résistan- ce mécanique, coefficient de transmission de la chaleur au produit à cuirez ce qui diminue d'autant l'inertie thermique du support d'o une meilleure homogénéité lors de la cuisson ainsi qu'une plus faible consommation d'énergie. A cet effet, le procédé de fabrication selon l'in- vention d'un support d'enfournement en mousse céramique notamment pour la cuisson d'assiettes en porcelaine, comporte au moins un cycle d'imprégna- tion avec une barbotine d'une préforme en matériau polymère à porosité ouverte ayant sensiblement le profil du support, suivie d'un séchage puis d'un frittage à haute température avec élimination du polymère et se caractérise en ce que la préforme imprégnée subit un essorage de la barbotine par pressage différentiel de façon à faire varier la porosité en continu le long du profil et à diminuer la résistance mécanique dans les zones faiblement sollicitées. Ce procédé se caractérise également en ce que le pressage différentiel est inversement proportionnel à la résistance mécanique recherchée. Selon une autre caractéristique du procédé, la préforme est essorée par pressage entre deux rou- leaux mobiles ayant des sens de rotation opposés de fa9on à entraîner simultanément la préforme.impré- gnée. Selon une caractéristique particulière la préforme est sensiblement un disque dont le bord extérieur est recourbé vers le bas pour constituer un pied, la porosité diminuant du centre vers l'extérieur. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se caractérise. essentiellement en ce qu'il comprend des moyens de pressage de la préforme sur au moins l'une de ses faces. Selon une caractéristique -particulière les moyens de pressage comprennent deux rouleaux contra-rota- tifs à profil sensiblement identique à ceux de la préforme. L'invention va maintenant être décrite en détail selon un mode de réalisation particulier et en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un empilement de supports d'enfournement sur lesquels sont disposées les assiettes, - la figure 2 représente une réalisation schémati- que de moyens de pressage à deux rouleaux contra- rotatifs, et - la figure 3 représente la courbe de la résistance en MPa/cm2 de la mousse céramique obtenue en fonc- tion de la densité en g/cm3. Sur la figure 1 on a représenté des supports d'en- fournement.10 de profil connu sous forme de disque dont la partie centrale 12 est légèrement en creux et dont le bord extérieur est replié vers le bas afin de former un pied 14. Ces supports sont em- pilés les uns sur les autres sur la sole 15 d'un four et portent des assiettes. Dans. ce type de sup- port d'enfournement on peut distinguer grossière- ment trois zones de résistance mécanique, à savoir la zone AB. faiblement sollicitée,la zone BC moyen- nement sollicitée et la zone CD fortement sollici- 264525? tée. En effet, la zone AB est soumise à son propre poids ainsi qu'à une partie de celui de l'assiette qu'elle supporte, la zone BC est soumise à son propre poids, au poids de la zone AB ainsi-qu'à la plus grosse partie du poids de l'assiette, et la zone CD est soumise à de fortes contraintes de compression dues à-il'empilement des supports char- gés les uns sur les autres Ainsi compte tenu des efforts répartis le long du profil AD il est possible de déterminer par le calcul les variations de résistance mécanique nécessaires le long du profil afin d'optimiser celui-ci par variation de la densité apparente. Ainsi la densité pourrait varier de 0,2 au point A à 1 dans le pied au point D, en passant par des valeurs moyennes de 0,4 au point B et 1 au point C, ces variations étant continues dans les zones o il y a variation. Le mode opératoire pour la -fabrication de ces supports d'enfournement consiste à découper une préforme en mousse polymère du type mousse d'uré- thane dont les dimensions sont égales à celles du produit souhaité augmenté du pourcentage de ces dimensions correspondant au retrait de la composi- tion de la barbotine d'imprégnation qui est utili- sée. La dimension moyenne des pores de la mousse utili- sée est de 0,5 à 4 mm et la densité de pores est de l'ordre de 4 par cm. La. mousse d'uréthane-utilisée se consumant entièrement vers 350 . La barbotine utilisée pour les essais est une com-- position silico-alumineuse dont les pourcentages de composants varient de 15 à 20 % pour la SiQ2, de 78 & 84 % pour Al20s, de 0,2 à 0,3 % pour K20. Cette poudre céramique est mise en suspension dans l'eau et afin d'obtenir une bonne défloculation on utilise par exemple un défloculant connu du type de celui vendu dans le commerce sous la dénomination "DARVAN 7". De plus, afin d'augmenter la viscosité de la barbotine, il est possible d'utiliser un liant et dans l'essai mené avec la composition précitée il est ajouté 0,5 à 1 % d'alcool polyvi- nylique. La préforme en mousse d'uréthane est trempée dans la barbotine préparée pendant 30 secondes puis essorée avec une pression d'essorage variable entre 0,08 MPa/cm2 et 0,43 MPa/cmn, séchée à 100G C durant une heure environ, durée qui est fonction des dimensions du support, dégourdie à 1 250 C avec élimination de la mousse d'uréthane vers 300 environ, puis frittée à 1 540 C avec un palier d'une heure environ à cette température. Apres refroidissement les différents échantillons qui ont subi des pressions variables et qui ont donc des densités apparentes variables sont testés à la flexion et les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous. La courbe correspondant ce tableau est représentée à la figure 3. On constate qu'il est donc possible de relier la résistance et la densité apparente, donc la résistance en fonction de la pression. Nméro. Pression nsit Résistance EchantillonMpafcm Apparentepac 1 0,22 0,38 0,70 2 0,37 0,38 0,75 3 0,43 0,31 0,42 4 0,08 0,55 2,16 0,16 0,39 0,46 6 0,32 0,31 0,37 7 0,20 0,37 0,62 8 0,28 0,26 0,22 9 0,28 0,24 0,34 Des programmes de calcul connus permettent pour une charge donnée de déduire la résistance nécessaire en tout point du profil du support, il est alors possible de corréler la résistance recherchée avec la pression & exercer lors de l'essorage. A la figure 2 on a représenté un dispositif de pressage selon l'invention dans lequel une préforme est entrainée entre deux rouleaux supérieur 22 et inférieur 24 dont les axes de rotation sont obliques par rapport au plan de la préforme et dont le profil-est sensiblement un cône, la surface des rouleaux ayant sensiblement le profilde la préfor- me. La barbotine 23 exprimée de la mousse s'écoule par gravité. Par ailleurs, ces rouleaux comprennent des moyens de réglage connus (non figurés) destinés à diminuer l'espace entre les deux rouleaux. De 264525? plus, le profil extérieur des rouleaux est adapté de façon que, la préforme ayant une épaisseur constante, la distance entre les rouleaux varie afin d'exercer un effort de pressage supérieur dans -5 les endroits de résistance mécanique plus faible. De façon à pouvoir entraîner la préforme, dans l'exemple proposé un disque, entre les deux rou- leaux, ceux-ci ont des sens de rotation contraires et les axes de rotation des rouleaux passent sen- siblement par le centre du disque. L'invention n'est pas limitée à la seule applica- tion aux supports d'enfournement ou "gazettes" mais au contraire comprend tous les produits suscep- tibles d'être fabriqués selon le procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication notamment d'un support d'enfournement sur pieds, en mousse cérami- que notamment pour la cuisson d'assiettes en por- celaine, comportant au moins un cycle d'imprégna- tion avec une barbotine d'une préforme en matériau polymère à porosité ouverte ayant sensiblement le profil du support, suivi- d'un séchage puis d'un frittage à haute température avec élimination du polymère caractérisé en ce que la préforme imprég- née subit un essorage de la barbotine par pressage différentiel de façon à faire varier la porosité en continu le long du profil et à diminuer la résis- tance mécanique nécessaire dans les zones faible- ment sollicitées. 2 Procédé selon la revendication 1 carac- térisé en ce que le pressage différentiel est inversement proportionnel à la résistance mécani- que recherchée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la préforme est essorée par pressage entre deux rouleaux mobiles. 4. Procédé selon la revendication 3 carac- térisé en ce que les rouleaux sont contra-rotatifs et entrainent la préforme imprégnée. 5. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 4 caractérisé -en ce que l'espace entre les rouleaux est diminué dans les zones de faible résistance mécanique. 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que' la préforme a sensiblement le profil d'un disque dont le bord extérieur est recourbé vers le bas pour constituer le pied, dont la partie centrale est en 1! creux. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que la préforme a les dimensions du support d'enfournement cuit augmentées du pourcentage de retrait. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la porosité diminue en continu du centre vers l'ex- térieur du support. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pressage de la préforme (20) sur au moins une des deux faces. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend deux rouleaux (22, 24) contra-rotatifs à axe oblique dont le profil extérieur est sensiblement identique à celui de la préforme. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'espace entre les rouleaux est variable. 12. Support d'enfournement caractérisé en ce que sa densité apparente varie de 0,4 à 1 du centre vers l'extérieur. 13. Support d'enfournement selon la reven- dication 12 carac.térisé'en ce que sa composition varie entre 15 et 20 % de Si02, 78 et 84 % d'A120s, 0,1 à 0,3 % de K20.