Brevet FR2718734A1 — publié le 19951020

PROCÈDE ET DISPOSITIF DE COLORATION DE VERRE La présente invention concerne un procede et un dispositif de traitement superficiel de matériau et sera plus particulièrement exposée dans le cadre de la coloration superficielle de gouttes de verre. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif connu pour fabriquer en série des articles en verre par pressage, soufflage, moulage, pressage et soufflage ou tout autre procédé. Pour cela, des petites masses ou gouttes de verre fondu sont déversées séquentiellement dans des moules 1 disposés dans un carrousel tournant. On a représenté dans la figure un moule en train de recevoir une goutte. Il est clair que dès que ce moule a reçu la goutte convenable, sa position est modifiée et un autre moule est mis en place pour recevoir la goutte suivante. A la position ultérieure du carrousel, on procédera à une opération de mise en forme appropriée pour former un objet choisi, par exemple un objet ménager tel qutun cendrier, une assiette, une soucoupe, une tasse, un vase... ou tout autre objet industriel ou utilitaire. Dans une telle installation, le verre est préparé ou stocké dans un four ou cuve chauffée 3 dont s'échappe en continu un filet de verre 5 à l'état fondu ou pâteux, périodiquement sectionné par des couteaux 7 pour fournir les gouttes 9 qui sont dirigées par une goulotte 10 vers les moules 1. Dans la pratique, de telles installations sont très importantes, le four ou cuve 3 pouvant contenir plusieurs tonnes de verre. Ainsi, si 1 'on veut realiser des objets en verre oolo- ré, il faut a priori utiliser dans la cuve 3 un verre fondu coloré. Ceci interdit d'effectuer des changements de couleur tant que tout le contenu de la cuve n'a pas été utilisé. Sinon, selon les techniques actuelles, c'est une fois l'objet formé qu'on le colore, par exemple par émaillage. Ces techniques sont coûteuses si l'on veut obtenir une coloration de bonne qualité. Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé de coloration du verre avant formage et sans utiliser de réserve de verre coloré. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un procédé de coloration d'une masse de verre, comprenant les étapes consistant à faire passer la masse de verre chaude axialement dans la grande direction d'une zone de plasma d'un réacteur à plasma inductif ; et injecter dans le plasma des substances réactives propres à se déposer et/ou à réagir à la surface de la masse de verre pour la oolorer. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la masse de verre est introduite dans le réacteur à l'état de gouttes fondues ou visqueuses qui chutent dans le réacteur sous l'effet de la pesanteur, 1' écoulement des gaz plasmagènes dans le réacteur s'effectuant également verticalement. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif de mise en oeuvre du procédé susmentionné. Pour atteindre oet autre objet, la présente invention prévoit un dispositif de coloration d'une masse de verre comprenant un réacteur à plasma inductif ou torche à plasma d'induc tion orienté verticalement, des moyens pour faire traverser la zone de plasma par la masse à colorer, et des moyens pour injecter des réactifs appropriés. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le réacteur est muni d'owertures axiales supérieure et inférieure et la masse à colorer chute par gravité et traverse la zone de plasma. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les réactifs sont des halogénures métalliques sous forme gazeuse ou de nébulisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les réactifs sont des oxydes métalliques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le plasma est un plasma oxydant. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation, à titre illustratif, avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente une installation classique de fabrication en série d'objets en verre ; et la figure 2 représente une modification de l'instal- lation de la figure 1 incluant un dispositif de coloration du verre selon la présente invention. En figure 2, de mêmes éléments qu 'en figure 1 sont désignés par de mêmes référenoes. Ainsi, on retrouve en figure 2 les moules 1, la goulotte 10 et, à la partie supérieure, la réserve de verre fondu 3, le filet de verre 5 et les couteaux 7. Selon l'invention, les gouttes de verre 9 (qui peuvent par exemple avoir un diamètre de 2 à 10 cm) traversent axialement au cours de leur chute un réacteur inductif à plasma ou torche à plasma d' induction 11 qui comprend une paroi cylindrique 12, un inducteur 13 alimenté en haute fréquence (100 à 3000 kHz), et des injecteurs 14 d'un gaz ou mélange de gaz à partir duquel est formé le plasma (gaz plasmagène). Un tel réacteur inductif à plasma ne sera pas décrit en détail car il est connu dans la technique, parfois sous l'appellation de torche à plasma d'induction. Ce système permet de former un plasma du gaz injecté dans lequel la zone chaude 15 (le coeur à haute température et le dard qui le prolonge) peut avoir une longueur de l'ordre d'une vingtaine de centimètres. Comme cela est connu, la teeperature au niveau du coeur peut atteindre des valeurs superieures à 10000 C. Ainsi, tandis que la goutte traverse la zone chaude au cours de sa chute, sa température superficielle s'échauffe fortement. Selon 1 'inven- tion, le réacteur comprend en outre des injecteurs 16 permettant d 'injecter un gaz, un liquide ou des particules solides (seules ou dans un gaz ou un liquide) d'un matériau susceptible, en lui-même, ou par une réaction de décomposition, de colorer superficiellement les gouttes de verre. Selon un mode de réalisation préféré, on utilisera un halogénure métallique qui réagira par le procède connu de dépôt chimique en phase vapeur à la surface de la goutte de verre pâteuse, cette reaction étant activée par la température très élevée du plasma. On peut également envisager l'utilisation directe d'oxydes métalliques ou de particules métalliques qui s'oxyderont dans le plasma si celui-ci est un plasma oxydant, par exemple un plasma d'air ou d'oxygène. On notera que les produits réactifs introduits par les injecteurs 16 sont entrains par le gaz plasmagène à fort debit introduit par les injecteurs 14. Ainsi, le procédé selon la présente invention permet, sans modifier un équipement classique de moulage de verre, en rajoutant seulement la torche à plasma d'induction selon 1' in- vention, de colorer simplement et de façon fiable une masse de verre. En outre, le système est d'une très grande souplesse puisque, sans modifier la nature du verre contenu dans la réserve 3, on peut modifier les colorations en agissant sur le réactif injecté par les injecteurs 16. Une modification de couleur peut donc être effectuée très rapidement, étant donné le débit rapide des gaz et leur renouvellement dans le réacteur à plasma. On a en outre représenté sur la figure par un pointillé 18 le fait que, de préférence, I'enceinte du réacteur à plasma se poursuit jusqu'à la partie inférieure de la cuve 3 de façon que des gaz étrangers ne soient pas introduits. Ceci n'est pas nécessaire si 1' on prévoit d'utiliser comme gaz plasmagène de l'air mais sera toutefois utile pour éviter l'introduction d'impuretés. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications qui apparaitront à l'home de métier. - L'homme de l'art comprendra que le terme verre utilisé pour désigner la substance à colorer désigne en fait toute substanoe analogue, par exemple diverses céramiques, phosphates, silicates et oxydes à l'état liquide ou pâteux. - Selon un mode de réalisation préféré de l'invention décrit précédemment, la matière à colorer traverse le plasma sous forme de goutte. On pourrait envisager également, dans d'autres applications, une traversée en continu d'un filet de fluide s'coulant de la cuve 3. Il faudra alors toutefois prévoir un écoulement rapide pour qu'une portion de matière donnée réside pendant un temps bref, par exemple de l'ordre du dizième de seconde dans la zone chaude du plasma. - Les produits injectés peuvent être des précurseurs de type halogénures métalliques présents sous forme de gaz ou de nébulisation, la réaction oxydante au contact du plasma produisant le ou les oxydes (pigments) spécifiés de la coloration souhaitée. On peut aussi comme cela a été indiqué utiliser des précurseurs en poudre. - La réalisation du réacteur à plasma et des injecteurs peut être soumise à de nombreuses variantes. - Les injecteurs 16 ont été représentés dans la figure comme situés en amont de la zone de plasma. Ces injecteurs pourraient être disposés dans une position médiane ou terminale pour que les substances injectées soient actives seulement sur la dernière partie du plasma, la partie initiale servant uniquement de chauffage pour chauffer superficiellement le produit à colo- rer qui traverse ce plasma pour favoriser ensuite la réaction. REVEND ICAT IONS 1. Procédé de coloration d'une masse de verre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes faire passer la masse de verre chaude axialement dans la grande direction d'une zone de plasma d'un réacteur à plasma inductif ; et injecter dans le plasma des substances réactives propres à se déposer et/ou à réagir à la surface de la masse de verre pour la colorer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de verre est introduite dans le réacteur à 1 'état de gouttes fondues ou visqueuses (9) qui chutent dans le réacteur sous l'effet de la pesanteur, l'écoulement des gaz plasmagènes dans le réacteur s'effectuant également verticalement. 3. Dispositif de coloration d'une masse de verre, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur à plasma inductif ou torche à plasma d'induction (11) orienté verticalement, des moyens pour faire traverser la zone de plasma par la masse à colorier, et des moyens (16) pour injecter des réactifs appropriés. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réacteur est muni d'ouvertures axiales supérieure et inférieure et en ce que la masse à colorer (9) chute par gravité et traverse la zone de plasma. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les réactifs sont des halogénures métalliques sous forme gazeuse ou de nébulisation. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les réactifs sont des oxydes métalliques. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le plasma est un plasma oxydant.