Brevet FR2789674A1 — publié le 20000818

PIECE MOULEE FRAGILE, OBTENUE PAR ASSEMBLAGE DE PARTIES EN VERRE, EN VERRE DUR, ET/OU DE PARTIES EN VITROCERAMIQUE, ET PROCEDE POUR SA PREPARATION La présente invention concerne une pièce moulée fragile, obtenue par assemblage, au moyen d'une matière d'assemblage, de parties en verre, en verre dur, et/ou de parties en vitrocéramique constituées d'une vitrocéramique ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire faible correspondant, en tant que partenaires d'assemblage. La présente invention concerne également un procédé de préparation d'une telle pièce moulée fragile. Pour certaines utilisations du verre ou de la vitrocéramique, il est nécessaire de lier les unes aux autres des parties en verre dur et/ou des parties en vitrocéramique, qui sont froides. Il est connu d'assembler en une pièce moulée, par collage au moyen de colles minérales et de silicones en tant que matières d'assemblage, des parties en verre jouant le rôle de partenaires d'assemblage, qui sont froides à l'état initial. Toutefois, dans le cas o les partenaires d'assemblage sont des parties en vitrocéramique qui sont froides à l'état initial et qui possèdent comme on le sait un coefficient de dilatation thermique linéaire très faible, la plupart de ces colles minérales ne conviennent pas lors d'un fort chauffage, car elles possèdent un coefficient de dilatation thermique linéaire très différent de celui de la vitrocéramique. Pour assembler des parties en vitrocéramique en une pièce moulée supportant la chaleur, en particulier en une surface de cuisson creuse, il est donc connu d'utiliser comme matière d'assemblage des colles aux silicones qui assurent une liaison par collage entre les partenaires d'assemblage. Les colles aux silicones présentent cependant la propriété de ne supporter qu'une température de 300 C au maximum et elles ne conviennent donc pas pour des zones chauffées. En outre, de telles colles peuvent se dissoudre sous l'effet de la pression, de la chaleur et de l'humidité, de sorte qu'un assemblage ou une étanchéité durable n'est pas garanti, en particulier pour la cuisson sur ou dans des surfaces de cuisson creuses en vitrocéramique. Un autre inconvénient est que les assemblages par collage ne sont pas très résistants aux produits abrasifs tels que ceux se trouvant par exemple dans les produits de nettoyage, ou aux actions mécaniques lors du processus de cuisson (agitation, raclage, etc.). En outre, bien que les colles aux silicones puissent être sans effet sur les aliments au sens de la législation sur les aliments, il se présente toujours un problème psychologique chez l'utilisateur lorsqu'il doit préparer sa nourriture sur un "joint en caoutchouc" pour ainsi dire, parce qu'il craint au moins des effets nuisibles quant au goût. Il est en outre connu d'assembler en une pièce moulée, par soudure, des parties en verre ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire élevé, constituant les partenaires d'assemblage. Pour cela, on introduit entre les surfaces à assembler des parties en verre de la soudure de verre à point de fusion bas en tant que matière d'assemblage et on chauffe le tout dans un four jusqu'à ce que la soudure fonde. La solidification de la soudure en verre donne une liaison d'assemblage solide. Toutefois, cette technique de liaison ne convient pas pour l'assemblage de pièces moulées en verre dur ou en vitrocéramique du fait des coefficients de dilatation thermique extrêmement différents du verre normal et de la vitrocéramique et aussi du fait de la fragilité de la soudure en verre. Le but de la présente invention est de créer une liaison d'assemblage suffisamment stable mécaniquement et thermiquement entre des parties en verre dur et/ou des parties en vitrocéramique qui sont froides à l'état initial, c'est-à-dire entre des matériaux vitrocéramique et vitrocéramique, mais également entre de la vitrocéramique et du verre dur ou entre du verre dur et du verre dur. Conformément à la présente invention, on atteint ce but pour la pièce moulée fragile indiquée au début, obtenue par assemblage, au moyen d'une matière d'assemblage, de parties en verre, en verre dur, et/ou de parties en vitrocéramique constituées d'une vitrocéramique ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire faible correspondant, constituant les partenaires d'assemblage, en utilisant comme matière d'assemblage un produit métallique ductile qui est fondu par chauffage par induction et qui lie les unes aux autres de manière bien solide les parties en verre dur ou en vitrocéramique qui sont froides à l'état initial. En ce qui concerne le procédé indiqué au début pour la préparation d'une pièce moulée fragile, obtenue par assemblage au moyen d'une matière d'assemblage de parties en verre, en verre dur, et/ou de parties en vitrocéramique constituées d'une vitrocéramique ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire faible correspondant, en tant que partenaires d'assemblage, la solution du problème est fournie conformément à la présente invention par les étapes suivantes: l'introduction dans un champ alternatif à haute fréquence des partenaires d'assemblage entre lesquels est placée la matière d'assemblage sous la forme d'un produit métallique ductile, la fusion par chauffage par induction localisé du produit métallique ductile, la compression des partenaires d'assemblage pendant une durée fixée au préalable, à une pression fixée au préalable, pour former une liaison bien solide entre les partenaires d'assemblage, et le refroidissement modéré de la pièce moulée assemblée. Grâce aux mesures selon la présente invention, on obtient une soudure d'assemblage qui résiste aux contraintes mécaniques et qui est thermiquement stable. Comme la matière d'assemblage est un produit ductile, c'est-à-dire un produit qui est bien extensible, étirable et déformable, des dilatations différentes se produisant lors du chauffage par suite de la différence de coefficient de dilatation thermique linéaire entre les partenaires d'assemblage et la matière d'assemblage peuvent être supportées. Au moyen de la technique d'assemblage selon la présente invention, on peut réaliser des formes très complexes de pièces moulées fragiles, qu'il n'est pas possible d'obtenir par les procédés classiques de façonnage du verre dur ou de la vitrocéramique. Le document DE-PS 649 620 décrit un procédé de préparation d'une pièce moulée en verre, obtenue par assemblage de parties en verre. Il est toutefois spécifié dans ce procédé que les parties en verre à lier, c'est-à- dire les partenaires d'assemblage, se trouvent dans un état très chaud, de préférence à une température supérieure à 540 C. Le procédé connu n'est donc réalisable économi- quement qu'avec des partenaires d'assemblage issus directe- ment du façonnage à chaud. Les partenaires d'assemblage doivent donc impérativement être très chauds pour être liés avec l'aluminium matière d'assemblage, qui est placé sous la forme d'une feuille froide entre les parties à lier ou qui se trouve sous la forme d'un bain fondu pour immersion. Cette publication ne laisse donc somme toute aucune place aux considérations relatives à la liaison les unes aux autres de parties froides en verre dur ou en vitro- céramique. Dans le cas de la présente invention, il s'agit seulement de lier des partenaires d'assemblage et une matière d'assemblage, qui sont froids à l'état initial, c'est-à-dire que les partenaires d'assemblage peuvent être dissociés de leur procédé de façonnage avant d'être liés les uns aux autres par le seul chauffage localisé de la matière d'assemblage. Le document DE-AS 2 109 902 décrit la liaison de deux parties en verre froides à l'aide d'une matière d'assemblage (aluminium) d'abord froide, qui est chauffée localement par un chauffage par résistance; une pression de soudage très élevée est appliquée déjà avant le chauf- fage, parce que l'aluminium est déjà façonné à froid avant le chauffage. Conformément à la présente invention, le chauffage est effectué par induction. La chaleur est ainsi apportée seulement localement, de sorte que la soudure est chauffée spécifiquement et que le verre ou la vitrocéramique n'est chauffé que dans une faible mesure par conduction de la chaleur. Dans le cas du document cité précédemment, on utilise un chauffage par résistance. Une bobine entourant la partie à souder est chauffée et cède sa chaleur par rayonnement thermique à la paroi mentionnée et à la plaque avant. La technique de chauffage est totalement différente. La partie en verre est alors chauffée complètement par la paroi et la plaque avant, sans que soit garantie une délimitation locale. Le chauffage par résistance connu est effectué à l'aide d'une spirale de chauffage, c'est-à-dire une sorte de suscepteur. C'est un type de chauffage totalement différent du chauffage par induction selon la présente invention et nettement moins efficace. Dans le cas de la présente invention, la chaleur est produite par le chauffage par induction exactement là o elle sert, c'est-à-dire dans la soudure d'assemblage. Dans le cas d'un chauffage par une spirale chauffante ou un suscepteur, l'énergie thermique est au contraire beaucoup plus fortement dissipée, c'est-à-dire au-delà de la zone particulière souhaitée. Le brevet GB-977 648 donne des indications sur divers partenaires d'assemblage, mais le procédé d'assemblage qui y est décrit suppose impérativement un prétraitement des surfaces d'assemblage avec de l'indium fondu auquel l'alliage constituant la matière d'assemblage doit bien se lier, l'alliage indium-étain-plomb qui est le seul concrètement cité, étant en fin de compte le seul pris en considération. Le procédé connu fait donc appel seulement à des systèmes de produits complètement diffé- rents, à savoir aux métaux indium, plomb et étain qui ont un point de fusion très bas. La présente invention n'utilise pas ces métaux, car elle utilise typiquement l'aluminium, le cuivre ou l'argent, ou leurs alliages. Une autre différence réside dans le fait que, dans le cas du procédé connu, il n'y a pas de chauffage par induction de la matière d'assemblage. En outre, l'alliage cité précédemment ne peut absolument pas être qualifié de "produit ductile", car cet alliage n'est pas normalement bien extensible, étirable et déformable. Le document AT 384 605 concerne l'assemblage de parties en verre en des plaques de vitrage au moyen d'un liant activable par la chaleur, qui est activé par chauffage par induction, mais il ne s'agit pas dans ce cas connu de parties en verre dur ou en vitrocéramique, ni d'un produit ductile comme matière d'assemblage. Ce document parle concrètement d'agents de soudure, de colles activables par la chaleur et d'élastomères durcissables. Les liaisons d'assemblage ainsi formées ne sont toutefois pas suffisamment résistantes thermiquement. Elles conviennent donc seulement pour des plaques de verre destinées au vitrage d'ouvertures, qui sont soumises seulement à de faibles variations de température dues au temps, dans un domaine de températures relativement étroit, mais elles ne conviennent pas pour des pièces moulées constituées de parties en verre dur ou en vitrocéramique, qui sont soumises à des températures relativement élevées, par exemple la température de cuisson, et à de grandes variations de température. Comme produits métalliques ductiles entrent en ligne de compte, conformément à des modes de réalisation de la présente invention, en particulier l'argent, le cuivre, l'aluminium et leurs alliages. Lorsqu'on utilise de l'argent ou un alliage d'argent comme matière d'assemblage, on obtient, en parti- culier dans le cas de surfaces de cuisson en vitrocéramique assemblées sur lesquelles est effectuée une cuisson directe, un joint d'assemblage très hygiénique, parce que l'argent présente une action antibactérienne. Dans ce cas, les partenaires d'assemblage vitrocéramique et argent possèdent des coefficients de dilatation très différents, mais les différences de dilatation qui se produisent lors du chauffage sont supportées grâce à la ductilité et à une faible épaisseur de la couche d'argent, qui se situe dans le domaine allant de 0,1 à 3 mm. Quand on utilise en particulier de l'aluminium comme matière d'assemblage, on conditionne au préalable, au moins partiellement, les bords d'assemblage avec une soudure au verre, une pâte à soudure ou du fondant pour le verre, afin d'assurer une liaison intime. Un conditionnement préalable peut également se révéler approprié dans le cas d'autres produits ductiles. Les parties en verre constituant les partenaires d'assemblage sont constituées de verre dur. Selon la norme DIN 1259, première partie, on entend par-là un verre pour appareils, résistant aux produits chimiques et stable thermiquement, ayant une température de ramollissement élevée et un coefficient de dilatation thermique linéaire a dilatation thermique linéaire faible correspondant. Les pièces moulées fragiles, obtenues conformément à la présente invention par assemblage de parties en verre dur et/ou en vitrocéramique, sont de préférence des surfaces de cuisson creuses dans lesquelles les mets sont préparés directement, qui sont désignées également par surfaces "cook-in". D'autres exemples de pièces moulées fragiles, obtenues par assemblage de parties en verre dur et/ou en vitrocéramique, sont décrits dans la demande de brevet allemand 198 56 538.0-16, à laquelle il est fait référence pour l'étendue de la divulgation de la présente demande de brevet. Pour démontrer les effets et avantages de la présente invention, on a soumis deux associations de matériaux connus sous les marques CERAN-HIGHTRANS et CERAN COLOR constituant les partenaires d'assemblage, et de l'argent (Ag) ou de l'aluminium (Al) constituant la matière d'assemblage, à l'action d'un champ alternatif de haute fréquence, ayant une fréquence de 208 kHz, produit à l'intérieur d'une bobine, en utilisant diverses durées d'assemblage et pressions de compression. Les essais ont été réalisés avec deux bobines différentes A et B: Bobine A: trois enroulements, longueur de la bobine 1 = 110 mm, écartement de l'enroulement d = 9 mm Bobine B: un enroulement, longueur de la bobine 1 = 580 mm, écartement de l'enroulement d = 8 mm. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau suivant. Les exemples de réalisation 1 à 4 avec la bobine A concernent la combinaison de deux parties en vitrocéramique de la marque CERAN- HIGHTRANS et les exemples de réalisation 5 à 7 avec la bobine B concernent la combinai- son de deux parties en vitrocéramique de marque CERAN COLOR. Pression Solidité Agent Durée de (estima- Bobine auxiliaire, Condition- d'assem- compres- tion épaisseur nement blage sion qualita- (mm) (s) (MPa) tive) 1 A Ag non 60 0,4 élevée 0,15__ _ 2 A Ag non 60 0,2 moyenne 0,15 3 A Al non 30 0,4 élevée 0,10 = 4 A Al oui 30 0,4 moyenne 0,10 à élevée B Ag non 600 0,4 élevée 0,15 6 B Ag non 900 0,4 moyenne 0,15 7 B Al non 300 0,4 élevée 0,10 Les résultats montrent que, grâce aux mesures selon la présente invention, on peut obtenir les solidités souhaitées. Cela a été également mis en évidence par l'examen d'un autre échantillon, comportant deux parties en vitrocéramique et de l'aluminium comme matière d'assem- blage. Pour cet échantillon, pour lequel on a obtenu une résistance de 20 MPa en moyenne, cette résistance étant déterminée à l'aide de l'essai de flexion à anneau double, on a utilisé les conditions opératoires suivantes: Bobine: A Partenaire d'assemblage: CERAN-HIGHTRANS Matière d'assemblage: Al Fréquence: 208 kHz Durée d'assemblage: 50 secondes Pression: 0,4 MPa Conditionnement: une couche mince de soudure (pâte à soudure Degussa F-SH 1) a été appliquée sur chaque bord d'as- semblage des parties en vitro- céramique Taille de l'échantillon: deux fois 50 x 25 mm, de façon que la pièce assemblée ait une taille de 50 x 50 mm. La fréquence de 208 kHz n'est donnée qu'à titre d'exemple. La fréquence de travail dépend du type des produits utilisés. Elle se situe habituellement dans le domaine allant de 10 kHz à 5 MHz et elle est comprise de préférence dans le domaine allant de 100 à 500 kHz. REVEND I CATIONS 1. Pièce moulée fragile, obtenue par assemblage de parties en verre dur et/ou de parties en vitrocéramique constituées d'une vitrocéramique ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire faible correspondant, constituant les partenaires d'assemblage, au moyen d'une matière d'assemblage, caractérisée en ce que la matière d'assemblage est un produit métallique ductile qui, fondu par chauffage par induction, lie les unes aux autres d'une manière bien solide les diverses parties en verre dur ou en vitrocéramique qui sont froides à l'état initial. 2. Pièce moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le produit ductile est de l'argent ou un alliage d'argent. 3. Pièce moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le produit ductile est du cuivre ou un alliage de cuivre. 4. Pièce moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le produit ductile est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. 5. Procédé de préparation d'une pièce moulée fragile, obtenue par assemblage de parties en verre dur et/ou de parties en vitrocéramique constituées d'une vitrocéramique ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire faible correspondant, constituant les partenaires d'assemblage, au moyen d'une matière d'assemblage, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - l'introduction dans un champ alternatif de haute fréquence, des partenaires d'assemblage froids entre lesquels est placée la matière d'assemblage sous la forme d'un produit métallique ductile, - la fusion par chauffage par induction localisé du produit métallique ductile, - la compression des partenaires d'assemblage pendant une durée fixée au préalable, à une pression fixée au préalable, pour former une liaison bien solide entre les partenaires d'assemblage, le refroidissement modéré de la pièce moulée assemblée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme produit métallique ductile de l'argent ou un alliage d'argent. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme produit métallique ductile du cuivre ou un alliage de cuivre. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme produit métallique ductile de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 8, caractérisé en ce que les bords d'assemblage sont conditionnés au préalable, au moins partiellement, avec une soudure au verre, une pâte à soudure ou un fondant pour le verre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 9, caractérisé en ce que la fréquence du champ alternatif est située dans le domaine allant de 10 kHz à 5 MHz, de préférence dans le domaine allant de 100 à 500 kHz. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 10, caractérisé en ce que la durée d'assemblage est de 30 à 900 secondes et la pression de compression est de 0,2 à 0,4 MPa suivant le produit métallique utilisé et l'intensité du champ alternatif de haute fréquence.