Brevet FR2805478A1 — publié le 20010831

Procédé de fragmentation de corps en verre par chauffage par micro-ondes et dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. L'invention concerne un procédé de fragmentation de corps en verre ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Pour fabriquer un bain de verre fondu, on chauffe dans un four de fusion des formateurs de verre, des fondants et des stabilisateurs ainsi qu'une certaine quantité de fragments de verre ou bien uniquement des fragments de verre. La fusion terminée, le verre semi- liquide peut être façonné par moulage, par laminage, par étirage entre autres procédés de façonnage. Les fragments de verre utilisés pour la fusion sont des morceaux de corps en verre recyclés ou également des morceaux de verre provenant directement de la chaîne de production de verre. Etant donné qu'il s'agit, en ce qui concerne les corps en verre recyclés ou les corps en verre provenant de la chaîne de production, d'objets avec des dimensions variables et pour certains d'entre eux d'objets de grandes dimensions, les corps en verre doivent être fragmentés avant leur chargement dans le four de fusion. Dans les procédés de fragmentation connus dans l'état de la technique, on utilise des moyens de fragmentation mécaniques. Ainsi par exemple, on connaît des procédés de fragmentation de corps en verre, dans lesquels lesdits corps en verre sont introduits entre deux cylindres animés d'un mouvement de rotation, la largeur de la fente entre les deux cylindres étant inférieure aux dimensions du corps en verre à fragmenter. Moyennant un couple d'entraînement adapté des cylindres, la résistance mécanique des corps en verre peut être vaincue, si bien que ceux-ci éclatent et sont réduits à l'état de fragments de verre. Un inconvénient des procédés selon l'état de la technique réside dans le fait que les corps en verre à fragmenter sont contaminés par les particules d'usure, le plus souvent métalliques, des moyens mécaniques de fragmentation, comme par exemple les cylindres. Ceci entraîne une modification des caractéristiques des verres produits à partir du bain de verre fondu. Dans les verres optiques, le réglage précis des propriétés optiques telles qu'indice de réfraction, transmission ou coloration, est très important. Ces propriétés sont influencées négativement par les impuretés incluses, de sorte que soit on a un verre de qualité inférieure, soit on doit éliminer les impuretés par des opérations d'affinage à posteriori, chères, comme par exemple la séparation magnétique. Un procédé de fragmentation de barreaux de silicium utilisable pour la fabrication de matériaux semi-conducteurs conformément au procédé de Czochralski est connu de par le brevet US 4,565,913. Dans ce procédé connu, on soumet un corps en silicium à un rayonnement micro-ondes, qui produit un chauffage localisé, variable, tel que le matériau éclate sous les tensions thermiques. La présente invention a pour objectif un procédé qui permette de fragmenter de manière rapide et économique des corps en verre, sans pollution des fragments de verre ainsi formés, les fragments de verre devant avoir une dimension de grain aussi petite que possible. Cet objectif est atteint conformément à l'invention par le fait qu'on place le corps en verre dans un champ de micro-ondes et qu'on le chauffe de telle sorte qu'il se fragmente par suite des tensions thermiques induites. Par corps en verre on entend tous les corps réalisés en verre, avec des dimensions variables, par exemple des plaques de verre, des barreaux de verre ou des morceaux de verre qui peuvent fragmentés en des morceaux de verre plus petits. Conformément au procédé selon l'invention, on place le corps de verre dans un champ de micro-ondes. Par des pertes diélectriques à l'intérieur du corps en verre, de l'énergie est prélevée sur le champ de micro-ondes, énergie qui sert au chauffage du corps en verre. L'intérieur du corps en verre est chauffé plus fortement que les zones de bord extérieures, de sorte que des différences de température apparaissent, qui engendrent des tensions thermiques. Lorsque les tensions thermiques dépassent une valeur seuil spécifique au matériau, le verre éclate. Etant donné que la fragmentation a lieu sans contact, les fragments de verre obtenus ne sont pas contaminés par des particules d'usure des moyens de fragmentations en contact avec lesdits fragments de verre. En évitant une telle contamination, on peut obtenir un verre de bonne qualité, voire de meilleure qualité que celui produit avec les fragments de verres habituels. Conformément à un mode de réalisation avantageux de l'invention, on produit localement un plasma à la surface du corps en verre. Le plasma qui peut être produit par tout procédé connu, tel que par exemple un arc électrique ou des températures très élevées, s'étend sur une partie de la surface du corps en verre, de sorte que celui-ci est chauffé localement. Le chauffage localisé par le plasma combiné au chauffage par micro-ondes conduit d'une part à un réchauffage plus rapide du corps en verre, et par suite à un meilleur rendement de chauffage et d'autre part à l'apparition de tensions thermiques à l'intérieur du corps en verre, dues à la différence de température entre la surface chauffée localement et le reste du corps en verre. Ceci permet une fragmentation rapide et économique du corps en verre. Conformément à un mode de réalisation avantageux du procédé selon l'invention, le plasma est produit à l'aide d'au moins une électrode fabriquée en un matériau présentant une constante diélectrique élevée. L'électrode est disposée dans le champ de micro- ondes, dans le voisinage de la surface du corps en verre, de telle sorte que le plasma produit puisse agir thermiquement sur une partie de la surface du corps en verre. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé selon l'invention, le plasma est produit à l'aide d'au moins deux électrodes réalisées en un matériau présentant une constante diélectrique élevée. Les électrodes sont disposées dans le voisinage de la surface du corps en verre, de telle sorte que le plasma produit puisse agir thermiquement sur une partie de la surface du corps en verre. De manière avantageuse, on utilise des électrodes qui présentent au moins une zone avec une arête vive ou une pointe. Notamment dans les zones pourvues d'une arête vive ou d'une pointe des électrodes disposées dans le champ de micro-ondes apparaissent des intensités de champ de micro-ondes très élevées qui aboutissent à un dépassement de la rigidité diélectrique de la phase gazeuse. En outre, la constante diélectrique élevée engendre des intensités de champ élevées au niveau des électrodes, d'o un amorçage plus facile du plasma. Un éclatement très rapide peut être obtenu par exemple en disposant des fibres de carbone, en tant qu'électrodes, sous le corps en verre. Cependant, étant donné que le corps en verre est en contact direct avec les fibres de carbone, des inclusions visibles de carbone peuvent apparaître lors de phases de chauffage prolongées. Les impuretés de ce type peuvent être évitées avec des barreaux de SiC et de la poudre de SiC comme source d'amorçage du plasma, mais les temps pour le traitement thermique jusqu'à la rupture des corps en verre augmentent alors considérablement par rapport à l'utilisation de fibres de carbone. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, les électrodes sont formées d'un grand nombre de pointes formant saillie sur un corps. On peut par exemple utiliser une laine de graphite dans laquelle les fibres saillantes forment les électrodes. Il s'est avéré avantageux d'utiliser le verre localement comme contreélectrode et d'amorcer les arcs électriques entre les pointes d'électrodes et le point chaud du corps en verre. Pour éviter les inclusions de carbone et pour diminuer les temps de traitement, on utilise, de manière avantageuse, deux électrodes, de préférence des électrodes en graphite, qui sont disposées l'une à côté de l'autre, en étant inclinées l'une par rapport à l'autre, à distance de la surface du corps en verre. Un plasma s'amorce entre les électrodes lors de l'application du champ de micro-ondes. Celui-ci chauffe le verre localement, avec pour conséquence que l'absorption de micro-ondes par le verre augmente à cet endroit. Le processus s'amplifie de lui-même, le verre agissant en contre-électrode vis-à-vis des électrodes en graphite. Du fait des tensions thermiques induites entre le verre chaud chauffé par le champ de micro-ondes et le verre froid qui l'entoure, il se produit une fissuration du corps en verre. Plus le nombre d'électrodes utilisées est élevé et plus la fragmentation est efficace, un grand nombre de décharges plasma électrode/verre étant produit, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas de grosses pièces. Dans le principe, la zone chauffée du verre est d'autant plus petite que la distance entre l'électrode et le verre est plus faible. Par conséquent, les distances seront choisies en fonction de la zone de chauffage souhaitée. Il est apparu qu'une distance électrode-verre de 3 mm environ et une distance entre électrodes de 1 mm permettait d'obtenir de bons résultats. L'invention sera décrite dans ce qui suit à l'aide d'exemples de réalisation, en faisant référence aux dessins. Ceux-ci montrent: Figure 1, une représentation schématique du dispositif pour la fragmentation en continu de corps en verre, Figure 2, une représentation schématique du dispositif pour la fragmentation quasiment en continu de corps en verre, Figures 3a, 3b et 3c des diagrammes montrant la répartition granulométrique obtenue par fragmentation par micro-ondes avec un mat de fibres de carbone, et Figures 4a, 4b et 4c des diagrammes montrant la répartition granulométrique obtenue par fragmentation par micro-ondes avec des électrodes de graphite. La Figure 1, montre une représentation schématique du dispositif pour la fragmentation en continu des corps en verre, à l'aide duquel le procédé conforme à l'invention sera décrit. Le dispositif comprend une source de micro-ondes 2 qui produit un champ de micro- ondes 4. Selon la conception du dispositif conforme à l'invention, plusieurs sources de micro-ondes 2 peuvent également être disposées les unes à côté des autres. Comme source de micro-ondes, on peut utiliser par exemple un résonateur monomode, un résonateur multi- modes ou similaire. Un blindage 23 de limitation du champ de micro- ondes 4 est prévu pour protéger l'environnement vis-à-vis des micro- ondes. Un support d'électrodes 6 est disposé dans le champ de micro- ondes 4. Le support d'électrodes 6 supporte deux électrodes en graphite 8' et 8" conformées en barreaux avec chacun une pointe 10' et " à une extrémité. Les électrodes de graphite 8' 8" sont inclinées l'une par rapport à l'autre, les pointes 10', 10" étant tournées l'une vers l'autre. La distance entre les pointes des électrodes est de 1 mm. Le dispositif conforme à l'invention comprend également un dispositif de transport 12 qui, dans le mode de réalisation décrit, se présente sous la forme d'une bande transporteuse 16 guidée sur des galets 14', 14" et entraînée par lesdits galets 14', 14". Des corps en verre 18 isolés sont amenés en continu sur la bande transporteuse 16; il s'agit dans ce cas d'une installation pour la fragmentation continue de corps en verre 18. La bande transporteuse 16 est disposée de telle sorte que les corps en verre 18 isolés puissent être amenés dans la région des pointes 10',10" des électrodes en graphite 8', 8", une distance d'environ 3 mm subsistant entre la surface des objets en verre 18 et les pointes 10', 10" des électrodes en graphite 8', 8". Avec l'application du champ de micro-ondes 4, un arc électrique est amorcé entre les pointes 10', 10" des électrodes en graphite 8', 8", lequel arc électrique entraîne des émissions de CO/CO2 qui engendrent un plasma 20 fortement focalisé en forme de sphère. Les corps en verre 18 sont déplacés en continu dans le champ de microondes 4 sur la bande transporteuse 16. Le champ de micro-ondes 4 agit sur le corps en verre 18 de telle sorte que celui est chauffé plus ou moins fortement dans ses différentes régions, ce qui entraîne l'apparition de tensions thermiques à l'intérieur dudit corps en verre 18. Dans la suite du trajet de transport, le corps en verre 18 franchit les pointes 10', 10" des électrodes de graphite 8', 8". Lors de son passage devant les pointes d'électrodes 10', 10", le corps en verre 18 arrive dans la zone du plasma sphérique 20 qui s'étend entre les pointes 10', 10" et le corps en verre 18. Ainsi une partie de la surface du corps en verre 18 est chauffée à un point tel, que des tensions thermiques supplémentaires apparaissent dans le corps en verre 18. Les tensions thermiques générées dans le verre par le champ de micro- ondes 4 et le plasma 20 mènent, avec le dépassement des caractéristiques mécaniques spécifiques du matériau, à l'explosion du corps en verre 18 qui se brise en fragments de verre 22 qui sont évacués par la bande transporteuse 16. La figure 2 montre une représentation schématique d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour la fragmentation de corps en verre. Contrairement au mode de réalisation de la figure 1, il s'agit dans ce cas d'un dispositif pour la fragmentation semi-continue de corps en verre. Les deux dispositifs comportent en partie les mêmes éléments; les éléments identiques portent par conséquent les mêmes repères. Le corps en verre 18 à fragmenter se présente sous la forme d'une longue barre de verre qui est amenée pas à pas dans la zone du plasma 20 et du champ de micro- ondes 4. Une fois que la partie du corps en verre 18 en forme de barre exposée au champ de micro-ondes et au plasma a éclaté et a été ainsi réduite en fragments 22, on avance de nouveau un tronçon de la barre dans la zone du plasma 20 et du champ de micro-ondes 4. L'opération est répétée jusqu'à ce que le corps en verre 18 en forme de barre soit entièrement réduit en fragments. Le dispositif de transport 24 peut être constitué par exemple d'une paire de cylindres 26 qui, par un mouvement de rotation, entraînent la barre en translation dans la zone du champ de micro-ondes 4 et du plasma 20. Les figures 3a, 3b, 3c montrent la répartition granulométrique obtenue après une fragmentation par micro-ondes en utilisant un mat de fibre de carbone comme électrodes. Les corps en verre fragmentés sont des corps ronds LaSF39, dans le premier cas (figure 3a), des morceaux de verre 8056, dans le deuxième cas (figure 3b) et des barres LF5, dans le troisième cas (figure 3c). Les figures 4a, 4b, 4c montrent la répartition granulométrique obtenue après une fragmentation par micro-ondes en utilisant des électrodes en graphite. Les corps en verre fragmentés sont des corps ronds LaSF39, dans le premier cas (figure 4a), des morceaux de verre 8056, dans le deuxième cas (figure 4b) et des barres LF5, dans le troisième cas (figure 4c). Au cours des essais, les meilleurs résultats en ce qui concerne les cadences nécessaires et les exigences de pureté ont été obtenus avec des électrodes en graphite. En outre le procédé utilisant des électrodes en graphite peut être appliquée sur une grande échelle. REVENDICATIONS 1. Procédé de fragmentation de corps en verre, caractérisé en ce que l'on place le corps en verre (18) dans un champ de micro-ondes (4), de telle sorte que celui-ci se fragmente par suite des tensions thermiques induites. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on produit localement un plasma (20) à la surface du corps en verre (18). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour produire le plasma (20) localisé, au moins une électrode (8', 8") en matériau à constante diélectrique élevée est disposée dans le champ de micro-ondes (4) dans le voisinage de la surface du corps en verre (18). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour produire le plasma (20) localisé, on utilise au moins deux électrodes (8', 8"). 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le corps en verre (18) agit localement comme contre- électrode et que des arcs électriques sont amorcés entre l'électrode/les électrodes (8', 8") et le corps en verre (18). 6. Procédé selon une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'électrode/les électrodes (8', 8") comportent au moins une zone (10', 10") avec une arête vive ou une pointe. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") au nombre d'au moins deux sont disposées l'une à côté de l'autre en étant inclinées l'une par rapport à l'autre, les zones (10', 10") avec une arête vive ou une pointe étant tournées en direction l'une de l'autre. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") au nombre d'au moins deux forment un angle aigu. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les zones (10', 10") avec une arête vive ou une pointe sont disposées à une distance de 1 mm l'une de l'autre et à une distance de 3 mm du corps en verre (18). 10.Procédé selon une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") sont des électrodes en graphite. 11.Procédé selon une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que deux électrodes (8', 8") sont disposées dans le champ de micro-ondes (4). 12.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (2) pour produire un champ de micro-ondes (4), - des moyens de transport (12, 24) pour amener le corps en verre (18), des moyens 6, 8', 8") pour produire un plasma (20) localisé à la surface du corps en verre (18). 13.Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens (6, 8', 8") pour produire le plasma (20) localisé comprennent au moins une électrode (8', 8") en matériau à constante diélectrique élevée, l'électrode (8', 8") étant disposée dans le champ de micro-ondes (4), dans le voisinage de la surface du corps en verre (18). 14.Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens (6, 8', 8") pour produire le plasma (20) localisé comprennent au moins deux électrode (8', 8") en matériau à constante diélectrique élevée, les électrodes (8', 8") étant disposées dans le champ de micro-ondes (4) dans le voisinage de la surface du corps en verre (18). 15.Dispositif selon une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'électrode/les électrodes (8', 8") présente(nt) au moins une zone (10', 10") avec une arête vive ou une pointe. 16.Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") au nombre d'au moins deux sont disposées l'une à côté de l'autre, les zones (10', 10") avec une arête vive ou une pointe étant tournées l'une vers l'autre. 17.Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les zones (10', 10") avec une arête vive ou une pointe sont disposées à une distance de 1 mm l'une de l'autre et à une distance de 3 mm du corps en verre (18). 18.Dispositif selon une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") sont essentiellement en graphite. 19.Dispositif selon une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que deux électrodes (8', 8") sont disposée dans le champ de micro-ondes (4). 20.Dispositif selon une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que les électrodes (8', 8") sont formées de pointes formant saillie sur un corps, en particulier de laine de graphite. 21.Dispositif selon une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que le corps en verre (18) forme localement une contreélectrode, de sorte que des arcs électriques sont amorcés entre les électrodes (8', 8") et le corps en verre (18).