Brevet FR2909372A1 — publié le 20080606

La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits non plans en vitrocéramique. Ledit procédé convient tout particulièrement, notamment d'un point de vue économique, à la fabrication, en série limitée ou en petite quantité, de tels produits. Les vitrocéramiques, en particulier les vitrocéramiques contenant une solution solide de bêta-quartz ou une solution solide de bêta-spodumène comme phase cristalline principale, présentent des propriétés très intéressantes, en particulier, un coefficient de dilatation thermique très proche de zéro. Ces propriétés permettent parfaitement à de telles vitrocéramiques d'être utilisées dans des situations, où elles sont portées à des températures relativement hautes et où elles peuvent être soumises, alternativement à de hautes et basses températures, sur éventuellement une partie de leur surface seulement. La fabrication de telles vitrocéramiques comprend essentiellement trois étapes, constituées par l'obtention d'un verre précurseur fondu, suivi du refroidissement et de la mise en forme dudit verre précurseur fondu puis de la céramisation dudit verre précurseur fondu mis en forme. La mise en forme dudit verre précurseur fondu fait appel à des méthodes conventionnelles, comme le laminage du verre entre des rouleaux pour la production de feuilles de verre d'épaisseur constante, et la compression pour la fabrication de pièces telles que des articles de vaisselle. La plus grande partie de la production de vitrocéramiques correspond aujourd'hui à la fabrication de plaques de cuisson par infrarouge ou par induction, et à la fabrication de fenêtres pouvant supporter de fortes températures, comme par exemple, les fenêtres de poêle à bois. Dans la plupart des cas, des feuilles plates cle vitrocéramiques sont désirées et le laminage du verre se révèle alors être une méthode de choix, pour formater les feuilles de verre précurseur. Cependant, quelques cas 2909372 2 nécessitent la fabrication de pièces d'épaisseur essentiellement constante, mais de forme non plane. L'homme du métier sait comment obtenir des pièces en verre de forme 5 non plane, à partir de feuilles de verre obtenues par exemple par le procédé Float : il déforme lesdites feuilles de verre réchauffées. Un tel procédé est couramment mis en oeuvre et il est notamment employé pour fabriquer des pare-brises automobiles et des fenêtres. Ledit procédé comprend les trois étapes principales ci- après : 10 - le chauffage d'une feuille de verre jusqu'à une température permettant au verre de se déformer, la déformation de la feuille chauffée (par gravité, vide, moulage, compression...), le refroidissement, de manière contrôlée, de ladite feuille de verre 15 déformée. Alors que des procédés de fabrication de verre déformé ou non plan, à partir de feuilles de verre planes, sont donc bien maîtrisés par l'homme du métier, la transposition desdits procédés à des verres précurseurs de 20 vitrocéramiques est problématique. En effet, la plage de températures, pour laquelle la déformation du verre précurseur est possible, recouvre généralement la plage de températures à laquelle la céramisation se déroule, à laquelle au moins ladite céramisation s'amorce. 25 Quelques procédés ont été développés en tenant compte de ces contraintes, notamment le procédé décrit dans la demande de brevet FR 2 735 562. Ledit procédé propose de former directement, à partir d'une masse de verre fondu précurseur de vitrocéramique délivrée (une paraison), un verre précurseur non plan par moulage, qui, après 2909372 3 céramisation, est converti en vitrocéramique. Cette méthode est très efficace pour produire en masse de telles vitrocéramiques non planes, mais nécessite une installation complexe et onéreuse, dont l'utilisation n'est pas économiquement intéressante, dans le cas de production de 5 prototypes ou de production en série limitée. Les procédés décrits dans les demandes de brevet FR 2 726 350 et FR 2 777 559 constituent des alternatives, basés sur un même principe, pour produire des vitrocéramiques non planes par déformation. La demande FR 2 726 350 décrit un procédé pour produire des plaques de 10 cuisson présentant des bords pliés, et la demande FR 2 777 559 un procédé pour produire des plaques de cuisson dont les ouvertures présentent un pourtour déformé. Ces deux procédés incluent le chauffage très rapide d'une zone locale de la feuille de verre précurseur, suivi d'une déformation forcée de ladite zone locale chauffée. Ces procédés 15 présentent l'inconvénient de ne pas convenir aux déformations non localisées, qui requerraient le chauffage de grandes surfaces avec des brûleurs. Les demandes de brevet DE 100 47 576 et EP 1 171 391 décrivent un autre type de procédé permettant de fabriquer des vitrocéramiques non 20 planes, basé sur l'utilisation d'énergie infrarouge (procédé à très haute énergie). L'énergie infrarouge permet de rapidement chauffer une feuille entière de verre précurseur, avant de la déformer par différents moyens. Un tel procédé nécessite l'utilisation d'émetteurs infrarouges avec de fortes densités énergétiques, et des surfaces d'outils (moules) 25 sophistiquées. Le coût de l'équipement est élevé, et l'opération demande des précautions particulières, notamment une parfaite propreté pour éviter d'endommager les surfaces très transparentes ou les surfaces à haute réflexion, utilisées dans la technologie de lampes infrarouges. 2909372 4 Enfin, les demandes de brevet DE 101 02 576 et FR 2 866 642 enseignent d'effectuer la mise en forme des feuilles de verre précurseur pendant le cycle de céramisation. En particulier, la demande FR 2 866 642 décrit que le verre précurseur peut être déformé pendant une période courte 5 correspondant au moment où l'on observe une décroissance de viscosité temporaire, dûe à la chaleur latente de cristallisation. Les procédés, proposés par ces documents DE 101 02 576 et FR 2 866 642, permettent de fabriquer des pièces de forme complexe mais impliquent une mise en oeuvre de la céramisation des feuilles de verre précurseur sur une 10 installation complexe. Dans la mesure où les cycles de céramisation durent une heure, voire plus, et où ils se déroulent dans des fours à fonctionnement continu, l'homme du métier comprend qu'une production efficace requiert un grand nombre d'outils et les investissements conséquents correspondants. Ainsi, comme décrit dans la demande 15 FR 2 866 642, une galerie de céramisation, présentant des caractéristiques spécifiques pour la mise en oeuvre de la déformation forcée, implique un investissement important. Dans un tel contexte, la présente invention propose un procédé de 20 fabrication de produits non plans en vitrocéramique. Ledit procédé est tout particulièrement adapté, notamment d'un point de vue économique, à la production, en série limitée ou en petite quantité, de produits non plans en vitrocéramique. Il présente en effet l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre avec une installation nécessitant un investissement modeste. 25 Selon son premier objet, l'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un produit non plan en vitrocéramique comprenant les étapes suivantes : 2909372 5 le chauffage, dans un four conventionnel, d'une feuille en un verre précurseur de ladite vitrocéramique, de manière à rendre ladite feuille façonnable tout en évitant sa céramisation ; le façonnage de ladite feuille chauffée ; 5 le refroidissement de ladite feuille façonnée ; - la céramisation de ladite feuille façonnée et refroidie. Le procédé de l'invention, de façon caractéristique, utilise, comme matériau de départ, une feuille de verre (et non pas une paraison) et comprend le chauffage de ladite feuille de verre (dans son intégralité) au 10 sein d'un four conventionnel (et non pas d'un four délivrant une très haute énergie, tel un four équipé d'émetteurs infrarouges). Les inventeurs ont montré, de façon tout à fait surprenante, qu'il est possible de maîtriser la mise en oeuvre d'un tel procédé, per se classique, avec des feuilles en un verre précurseur d'une vitrocéramique ; qu'il est possible de maîtriser le 15 chauffage de manière à rendre ladite feuille en un verre précurseur de vitrocéramique façonnable tout en évitant sa céramisation. La notion de feuilles est familière à l'homme du métier. De telles feuilles ont généralement une épaisseur de 3 à 7 mm. Les feuilles les plus courantes fabriquées à ce jour présentent une épaisseur de ou d'environ 20 4 mm. Le chauffage conventionnel est généralement mis en oeuvre dans un four à résistance. Le façonnage permet de conférer à la feuille chauffée la forme souhaitée pour le produit final. On peut prévoir différentes variantes pour déformer 25 la feuille chauffée. Ladite feuille peut ainsi être déformée par surpression, par compression ou par aspiration, ou encore par une combinaison de ces méthodes. L'homme du métier connaît ces techniques de déformation. On met de préférence en oeuvre une déformation par aspiration (sous vide). 2909372 6 Le refroidissement est destiné à abaisser la température au moins jusqu'à la température à laquelle le cycle de céramisation du verre précurseur constitutif de la feuille débute. La feuille façonnée peut être céramisée dès qu'elle est refroidie à une 5 température adéquate (en référence audit cycle de céramisation), généralement de l'ordre de 700 C, ou après avoir été stockée, plus ou moins longtemps, généralement à température ambiante (25 C). La maîtrise du chauffage conventionnel peut être le résultat de différentes 10 approches. Elle repose, en tout état de cause, sur une connaissance du matériau de départ (la feuille de verre en un verre précurseur de vitrocéramique) et une connaissance de l'outil (four conventionnel), utilisé pour la mise en oeuvre du chauffage dudit matériau de départ. Pour une telle maîtrise du chauffage conventionnel, le procédé de 15 l'invention comprend avantageusement les étapes préliminaires suivantes : a. déterminer une plage de viscosités de travail pt d'une feuille de référence en un verre précurseur de ladite vitrocéramique ; viscosités de travail pt auxquelles ladite feuille de référence en 20 ledit verre précurseur est susceptible de se déformer (donc susceptible d'être déformée) sans commencer à céramiser ; b. déterminer une plage de températures de fonctionnement de four, délimitée par une température inférieure et une température supérieure ;: ladite température inférieure 25 permettant d'amener une feuille de référence en ledit verre précurseur à un état déformable dans un délai inférieur à 10 minutes, avantageusement inférieur à 5 minutes, et ladite température supérieure correspondant à la température maximale du four à laquelle ladite feuille de référence en ledit 2909372 7 verre précurseur peut être exposée, pendant 30 à 90 secondes, sans qu'elle ne commence à céramiser. En référence à la plage de viscosités de travail pt, on comprend que le résultat recherché -déformation possible de la feuille de référence sans 5 début de céramisation - doit pouvoir être obtenu en un délai raisonnable (généralement souhaité entre 30 s et 10 min). Ces étapes préliminaires sont mises en oeuvre avec des feuilles de référence qui correspondent à la feuille de verre(aux feuilles de verre) utilisée(s) dans le procédé de l'invention. Les feuilles de référence et les 10 feuilles utilisées dans le procédé de l'invention, sont identiques (même composition du verre et même épaisseur de la feuille) ou similaires, c'est-à-dire présentant des variations mineures (composition de verre voisine et/ou épaisseur de feuille voisine). Ces étapes préliminaires sont mises en oeuvre dans le four conventionnel 15 destiné à être utilisé lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention ou dans au moins un four à fonction thermique similaire. L'homme du métier conçoit évidemment que les résultats desdites étapes préliminaires doivent être transposables au contexte de mise en oeuvre du procédé de l'invention. 20 Afin de contrôler le façonnage de ladite feuille de référence (et ainsi la mise en oeuvre du procédé de l'invention), il est donc préconisé de déterminer, d'une part, une plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence et, d'autre part, une plage de températures de fonctionnement du four conventionnel en cause. On évalue ainsi la 25 réponse du matériau à l'outil de chauffage, c'est-à-dire la sensibilité de déformation de ladite feuille de référence en ledit verre précurseur tout en maîtrisant la non-céramisation dudit matériau. 2909372 8 Avantageusement, la détermination de la plage de viscosités de travail Ut de ladite feuille de référence en ledit verre précurseur de la vitrocéramique comprend les étapes suivantes : aal. déterminer pour ledit verre précurseur des couples de valeurs, 5 température Tv - viscosité pv, pour des valeurs de viscosité comprises entre 102 et 1012 Pa.s (103 et 1013 Po) ; aa2. déduire, à partir de ces valeurs de viscosité et de température, les coefficients A et B de l'équation représentant la courbe de viscosité en fonction de la température : 10 Log(Log(pv))=A-BxLog(Tv), dans laquelle Tv est la température dudit verre précurseur en degré Celsius ( C), hv est la viscosité en poises (Po) et Log est le logarithme décimal ou logarithme de base 10. L'homme du métier connaît les méthodes pour obtenir les valeurs de 15 viscosité dudit verre précurseur correspondant à des valeurs de température dudit verre précurseur. Pour déterminer ces couples de valeurs, des mesures de viscosités sont avantageusement effectuées pour de fortes températures et lorsque les valeurs de viscosité sont trop élevées, la température de transition vitreuse du verre précurseur est 20 alors mesurée par dilatométrie, en fixant la viscosité dudit verre précurseur à 10123 Pa.s (10133 Po). Ces couples de valeurs permettent de caractériser le verre précurseur de la vitrocéramique par la courbe de viscosité en fonction de la température : Log(Log(pv))=A-BxLog(Tv). 25 La détermination de la plage de viscosités de travail Ut de ladite feuille de référence en ledit verre précurseur de ladite vitrocéramique comprend en outre généralement les étapes suivantes : aa3. déterminer au moins approximativement, d'une part, la température Tvmax la plus élevée de ladite feuille de référence en 2909372 9 ledit verre précurseur à laquelle ladite feuille de référence peut être portée, suite à son placement dans un four pendant 30 à 90 s, sans montrer de début de céramisation, et d'autre part, la température Tvmin la plus basse de ladite feuille de référence en ledit verre 5 précurseur à partir de laquelle ladite feuille de référence est susceptible de se déformer en un délai inférieur à 10 min, avantageusement inférieur à 5 min (la détermination en cause n'a en fait pas besoin d'être menée, et n'est généralement pas menée, avec une précision extrême. Ainsi, dans la pratique, se contente-t- 10 on généralement de cerner Tvmax entre une température Tl où aucune céramisation ne se produit et une température T2 où la céramisation commence : Ti REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un produit non plan en vitrocéramique (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : le chauffage, dans un four conventionnel (3), d'une feuille (2a ; 12a) en un verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique, de manière à rendre ladite feuille (2a ; 12a) façonnable tout en évitant sa céramisation ; le façonnage de ladite feuille chauffée ; le refroidissement de ladite feuille façonnée (2b) ; la céramisation de ladite feuille façonnée (2b) et refroidie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite feuille (2a ; 12a) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique a une 15 épaisseur de 3 à 7 mm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes préliminaires suivantes : a. déterminer une plage de viscosités de travail pt d'une feuille de 20 référence (2) en un verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique ; viscosités de travail pt auxquelles ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) est susceptible de se déformer sans commencer à céramiser ; b. déterminer une plage de températures de fonctionnement de 25 four, délimitée par une température inférieure et une température supérieure ladite température inférieure permettant d'amener une feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) à un état déformable dans un délai inférieur à 10 minutes, avantageusement inférieur à 5 minutes, et ladite 2909372 23 température supérieure correspondant à la température maximale du four à laquelle ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) peut être exposée, pendant 30 à 90 secondes, sans qu'elle ne commence à céramiser. 5 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détermination de la plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique comprend les étapes suivantes : l0 aa1. déterminer pour ledit verre précurseur (V) des couples de valeurs, température Tv - viscosité Pv, pour des valeurs de viscosité comprises entre 102 et 1012 Pa.s (103 et 1013 Po) ; ami. déduire, à partir de ces valeurs de viscosité et de température, les coefficients A et B de l'équation représentant la courbe de 15 viscosité en fonction de la température : Log(Log(pv))=A-BxLog(Tv), clans laquelle Tv est la température dudit verre précurseur (V) en degré Celsius ( C), pv est la viscosité en poises (Po) et Log est le logarithme décimal ou logarithme de base 10. 20 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite détermination de la plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique comprend en outre les étapes suivantes : 25 aa3. déterminer au moins approximativement, d'une part, la température Tvmax la plus élevée de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) à laquelle ladite feuille de référence (2) peut être portée, suite à son placement dans un four pendant 30 à 90 s, sans montrer de début de céramisation, et d'autre part, 2909372 24 la température Tvm;n la plus basse de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) à partir de laquelle ladite feuille de référence (2) est susceptible de se déformer en un délai inférieur à 10 min, avantageusement inférieur à 5 min ; 5 aaa. à partir de la courbe de viscosité obtenue à l'étape aa2 et des températures obtenues à l'étape aa3, déduire une plage de viscosités de travail pt dans laquelle ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) est susceptible de se déformer sans commencer à céramiser. 10 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite détermination de la plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) comprend en outre les étapes suivantes : aa.3. par rapport à une feuille d'épaisseur égale ou voisine en un autre verre précurseur (V') dont la plage de viscosités de travail a été déterminée suite à la mise en oeuvre des étapes aa1, aa2r a, r aa4 selon les revendications 4 et 5, ledit autre verre précurseur (V') étant de composition voisine à celle dudit verre précurseur (V), raisonner par analogie et considérer que la plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) est la même que celle de la feuille de référence en ledit autre verre précurseur (V'). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : c. chauffer un four conventionnel (3) contenant un moule (4 ; 14), dont la surface de travail (5 ; 15) est reliée via au moins un passage (6a, 6b ; 16a) au travers de la structure dudit moule 2909372 25 (4 ; 14) à un dispositif de mise sous vide (7a, 7b ; 17a), jusqu'à une température TF comprise dans ladite plage de températures de fonctionnement ; ladite surface de travail (5 ; 15) dudit moule (4 ; 14) présentant une forme adaptée pour conférer à une 5 feuille en ledit verre précurseur (V) la forme souhaitée pour ladite vitrocéramique ; d. placer une feuille (2a ; 12a) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique sur ledit moule (4 ; 14) ; ladite feuille (2a ; 12a) présentant une épaisseur égale ou voisine à celle de ladite 10 feuille de référence (2) ; e. laisser ladite feuille (2a ; 12a), sur ledit moule (4 ; 14), dans ledit four (3), à ladite température TF, jusqu'à ce qu'elle atteigne une viscosité p comprise dans ladite plage de viscosités de travail ut ; f. appliquer un vide, au niveau dudit au moins un passage (6a, 6b ; 15 16a) dudit moule (4 ; 14), sur ladite feuille (2a ; 12a) ayant atteint ladite viscosité p et ainsi permettre à ladite feuille (2a ; 12a) d'épouser la forme du moule (4 ; 14) ; g. retirer du four (3) la feuille non plane (2)) obtenue et la laisser refroidir ; 20 h. procéder à la céramisation de ladite feuille non plane (2b) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique pour obtenir ledit produit non plan en vitrocéramique (1). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 25 caractérisé en ce que la feuille (2a ; 12a) en ledit verre précurseur (V) de ladite vitrocéramique est préchauffée avant son introduction dans le four conventionnel (3). 2909372 26 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement de ladite feuille non plane (2b) est contrôlé. 5 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit verre précurseur (V) est un verre précurseur (V) d'une vitrocéramique contenant une solution solide de bêta-quartz ou de bêta-spodumène comme phase cristalline principale. 10 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plage de viscosités de travail pt de ladite feuille de référence (2) en ledit verre précurseur (V) est entre 106,30 et :107'75 Pa.s (10730 et 10$'75 Po) et/ou, avantageusement et, la viscosité de travail du four (3) est comprise entre 1056 et 1074 Pa.s (106'6 et 10$4 Po). 15 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit four conventionnel (3) comprend une partie inférieure (3a) et une partie supérieure (3b), aptes à se désolidariser au moins partiellement l'une de l'autre ; ladite partie inférieure (3a) pouvant 20 de préférence s'abaisser. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que ladite feuille (2a ; 12a) en ledit verre précurseur (V), placée sur ledit moule (4 ; 14), est, avant l'application du vide via au 25 moins un passage (6a ; 16a) situé avantageusement au centre dudit moule (4 ; 14), stabilisée en périphérie par des moyens mécaniques (18) et/ou par application d'un vide via au moins un passage (6b) situé(s) en périphérie dudit moule (4 ; 14).