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Procédé et dispositif pour la fabrication de plaques minces.
La présente invention concerne un procédé et un appa- reil pour la fabrication de plaques céramiques minces et de feuilles métalliques extra-minces à base de métaux fusibles à moins de 980 C.
Jusqu'ici la fabriqation des plaques céramiques minces, telles que celles constituant les diaphragmes poreux utilisés en électro-chimie ou celles entrant dans la construction des poten- tiomètres de grandes dimensions, des tableaux radio-électriques à faible perte ou dans les appareils radio-électriques, était coûteuse, ces plaques étaient ordinairement obtenues par coulée ou extrusion. Or l'extrusion d'un objet de cette forme est extrê-
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mement difficile à réaliser, le centre de la plaque ayant tendan ce à sortir de la presse plus rapidement que les extrémités; ce phénomène donne naissance, dans une plaque fabriquée par extru- sion, à des efforts qui produisent des fissures au séchage et à la cuisson.
De même les feuilles de métaux à point de fusion peu- élevé, c'est-à-dire de métaux ayant une température de fusion inférieure à 1000 C, étaient produites par divers procédés. Par exemple, les tôles étaient laminées à partir de lingots par des opérations semblables à celles qui sont employées pour la fabri- cation des tôles d'acier. Un autre procédé consistait à verser le métal fondu entre des touleaux, ce métal se solidifiant à son passage entre ces rouleaux. Ces procédés n'ont pas donné entière satisfaction lorsqu'il s'agit de métaux alliés, parce que la pression exercée par les rouleaux sur le métal détermine une séparation des divers constituants de l'alliage.
La présente invention a pour objet un procédé de fa- brication de plaques ou feuilles minces consistant à mettre la matière première à l'état fluide et à l'épandre en lame mince sur un support se déplaçant de façon continue à l'aide d'un ré- cipient fixe dont le fond est constitué par ledit support et dont au moins le côté dans la direction de déplacement du sup- port laisse entre son bord inférieur et ledit support un inter- valle sensiblement égal à l'épaisseur de la lame puis à rendre ladite matière solide avant de la détacher du support.
Pour la réalisation de ce procédé et son application à la fabrication d'une plaque mince en matière céramique, le corps céramique est mis à l'état de barbotine en employant un liant organique constitué par de la résine et des matières plas- tiques telles que par exemple la stabélite, l'abélène, la cellu- lose éthylique, et dissous dans du toluène ou un autre solvant analogue avec des fluides de réglage.
Le produit céramique est ajouté sous une forme finement divisée et le tout est broyé au besoin..Suivant une variante, on peut employer des liants solu- bles dans l'eau tels que l'alcool polyvinylique, la dextrine,
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la gomme, gutte, la liqueur de sulfite ou d'autres liants naturels ou artificiels avec de l'eau ou un autre solvant approprié pour préparer la barbotine en mélangeant et en broyant au besoin avec le produit céramique.
La teneur en liant solide peut varier entre 1 et 25 et la teneur en liquide entre 99 et 75, tandis que le constituent céramique sera de 1 à 10 fois.le poids de la solution de liant.
On désaère la barbotine avant de l'employer, en l'agi- tant dans le vide. Si on le désire, on peut injecter la barbotine sous la forme d'un ou plusieurs jets dans un espace vide en vue de cette désaération. D'autres procédés connus ét applicables peuvent aussi être utilisés pour la désaération de la barbotine en plus de ceux qui viennent d'être indiqués. Dans le cas de vé- hicules du type au toluène, l'ébullition se produit sous une bas- se pression qui doit être contrôlée pendant l'ébullition et lors- que cette pression augmente. Cette ébullition peut servir à ré- gler la viscosité et la'densité de la barbotine par l'élimination d'une certaine quantité de solvant.
Lorsque le procédé est appliqué à la fabrication des plaques métalliques minces, le métal ou l'alliage est simplement fondu par tout procédé connu.
Pour obtenir la solidification de la lame de matériau fluide on procède soit à un séchage par la chaleur ou par absorp- tion de la phase liquide dans le cas d'une matière céramique soit à une solidification par refroidissement à l'air ou à l'eau dans le cas d'un métal.
En vue de faciliter. la séparation de la feuille du support on peut enduire ce dernier, par aspersion ou immersion, avant son garnissage en matériau,fluide, d'une couche d'un produit empêchant l'adhérence par exemple de la cellulose, des laques, de la vaseline, des cires ou des décalcomanies dans le cas des produits céramiques.
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L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé comporte essentiellement un tablier sans fin dont la nature et la longueur sont déterminées techniquement suivant les caractéristiques an- nexes du procédé.
Si l'on réalise par exemple un séchage par absorption d'une barbotine on utilisera un tablier dont la surface sera, par exemple, en plâtre. Si l'on réalise un séchage par évapora- tion ou refroidissement, la surface de ce tablier pourra être en verre ou en un métal choisi suivant les températures qu'il devra supporter. Ce tablier constitue le fond mobile d'un réservoir qui présente dans la direction de déplacement du tablier, entre le bord inférieur de sa paroi latérale et ledit tablier, un espace d'ouverture verticale égale à l'épaisseur de la lame à former. La hauteur et/ou la pression du matériau fluide dans ce réservoir sont maintenues constantes par des moyens de réglage connus en eux-mêmes par exemple par un réservoir de mise en char- ge contrôlé par une vanne.
Des dispositifs annexes sont éventuellement combinés avec le dispositif principal pour réaliser le séchage par exem- ple un séchoir chauffant, une soufflante à air froid ou un as- pergeur à liquide.
Outre une simplification remarquable de la fabrication et des dispositifs utilisés, le procédé de fabrication donne d'au- tres avantages. Les plaques céramiques obtenues par ce procédé présentent en particulier des propriétés piézo-électriques inté- ressantes. En outre le procédé permet de fabriquer des feuilles métalliques extrêmement minces présentant des solutions de conti- nuité dans leur surface ; onobtient ainsi un treillis métallique irrégulier très fin pouvant avoir de nombreuses applications in- dustrielles plus particulièrement pour la catalyse chimique.
On décrira ci-après divers exemples de réalisation du procédé et du dispositif objets de l'invention avec référence aux dessins ci-joints dans lesquels :
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Fig. 1 est une vue d'un dispositif pour la fabrication de plaques céramiques;
Fig. 2 est une adaptation du dispositif pour la fabri- cation de feuilles métalliques minces.
Pour l'application du procédé selon la présente inven- tion à la fabrication d'une plaque céramique, on prépare une bar- botine en utilisant un véhicule tel que de l'eau, de l'essence de térébenthine, de l'huile de pin, du méthanol ou un autre liquide approprié. Le corps céramique mis en oeuvre peut comprendre de la stéatite, de la porcelaine, un produit réfractaire, un titanete, de l'alumine, et tous autres corps réfractaires connus. On peut ajouter un liant pour donner au besoin une certaine résistance à sec au produit céramique. Un tel liant peut être par exemple de la dextrine, de la lignine, le liant connu dans le commerce sous le nom de "Catabond", des cires, des résines solubles, et autres li- ants connus.
La barbotine est mélangée à fond dans un broyeur à boulets ou une pelle mélangeuse pour produire une masse bien homo- gène. On introduit ensuite la barbotine ou cette masse dans une trémie d'alimentation 16 à niveau constant dont les côtés in- férieurs forment une ouverture rectangulaire 20 permettant à la barbotine ou à la masse de passer librement au travers. Au-dessous' de la trémie d'alimentation se trouve une courroie 10 en mouvement ou un transporteur sans fin sur laquelle ou lequel se trouve .une série de plateaux de support 13 placés côte à côte. Ces plateaux 13 peuvent être en plâtre ou en autre matière poreuse analogue, ou en matière ayant une surface imperméable, telle que le verre ou un métal.
Avant que la barbotine préparée ne soit déposée sur ces plaques, celles-ci sont enduites d'une couche de séparation en cel- , lulose .éthylique par aspersion ou par immersion dans une solution de cellulose éthylique dans un solvant tel que par exenple l'al- cool éthylique,'ou l'alcool méthylique. D'autres matières peuvent
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être substituées à la cellulose éthylique, par exemple des la- ques, de la vaseline ou des cires, lorsque la barbotine est du type au toluène et à l'eau. Les couches de séparation peuvent aussi être appliquées sous forme de décalcomanies qui sont sé- parées par dissolution après le séchage.
Les plateaux de support 13 sont amenés par le trans- porteur 10 sous l'ouverture rectangulaire de la trémie d'ali- mentation 15, de façon que la barbotine soit déposée directement sur chaque plateau de support. La hauteur de l'ouverture de la trémie d'alimentation au-dessus des plateaux détermine l'épais- seur de la plaque de céramique à produire et la barbotine est étalée continuellement sur les plateaux par le bord inférieur de fuite de la trémie d'alimentation, bord qui joue le rôle de lame racleuse donnant une épaisseur uniforme à la matière dé- posée sur la largeur des plateaux 13 recouverts par l'ouverture rectangulaire de la trémie d'alimentation.
Lorsqu'ils sont faits en matière poreuse, les plateaux de support absorbent le véhicule de la barbotine et cette absorp- tion du véhicule de la barbotine transforme la barbotine liquide en une matière ayant la dureté du cuir; après séchage les plaques céramiques peuvent être manipulées. Dans certains cas il peut être avantageux de transporter les plaques céramiques ainsi dur- cies des plateaux de support dans des appareils de prise de la matière réfractaire avant de terminer le séchage. Pour empêcher les plaques céramiques de se craqueler, il peut être nécessaire , dans certains cas, d'intercaler un morceau de papier vélin entre l'appareil de prise et la plaque plane. Après le séchage ce mor- ceau de papier de vélin peut être découpé ou retiréet le. pla- que peut être cuite jusqu'à maturité.
Après la cuisson les pla- ques peuvent être découpées aux dimensions voulues au moyen d'une saie à diamants ou par tout autre moyen.
Lorsque les plateaux de support sont faits en. matière imperméable, la barbotine céramique est, après avoir été déposée sur les plaques à surface imperméable, chauffée par un séchoir du type à rayons infra-rouges ou à. air chaud D.
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La mince couche de barbotine.déposée sur les plateaux du sup- /port est séchée uniquement par évaporation et aucune partie du véhicule de la barbotine n'est absorbée par le plateau de support dont la surface est imperméable.
L'opération de séchage agit sur la couche de séparation et la décolle de la matière céramique et de la surface des pla- teaux, de sorte que la matière céramique proprement dite peut être enlevée et découpée ou estampée pour lui donner la forme voulue modifiée par calcul pour tenir compte du retrait. La cuis- son de ces pièces est effectuée dans une atmosphère de correction aux températures voulues pour. obtenir les propriétés désirées.
Pour la cuisson, les pièces, après avoir acquis la dureté du cuir, sont placées sur un agent'de prise de nature telle que ces pièces ne risquent pas de coller. Après le séchage, les échan- tillons peuvent être meulés pour leur donner la grandeur ou la forme définitives désirées..
Dans la fig.l, dans laquelle on a représenté un dispo- sitif utilisé pour la mise en pratique de la présente invention, ce dispositif comporte une courroie de transport sans fin 10 passant sur des rouleaux 11 et 12. La courroie de transporteur sans fin 10 porte une série de plateaux 13 disposés côte à côte.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, ces plateaux 13 sont en plâtre ou en toute autre matière poreuse dure ou matière ayant une surface imperméable telle que le verre ou un métal. Les plateaux 13 peuvent être des dalles rectangulaires plates, ou bien ils peu- vent avoir une forme'rectangulaire avec une cavité rectangulaire centrale destinée à contenir la barbotine. Lorsque les plateaux sont en matière imperméable, pour empêcher la barbotine d'adhérer à la surface imperméable des plateaux 13, un ajutage de pulvérisa-' teur N disposé à l'entrée 'du transporteur applique une couche de matière de séparation sur.la surface des plateaux 13 lorsque ceux-ci sont placés sur le transporteur 10. Comme on l'a dit
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plus haut, la couche de séparation peut être une solution d'al- cool éthylique ou d'alcool méthylique.
La barbotine ou masse mélangée est contenue dans un ré- servoir d'alimentation 15 et l'alimentation est assurée par son propre poids. Le réservoir 15 a un fond ouvert formant une ouver- ture ou fente rectangulaire par laquelle la barbotine ou masse mélangée 16 passe en tombant par son propre poids. La barbotine ou masse mélangée 16 peut être maintenue à un niveau constant dans le réservoir d'alimentation 15 au moyen d'un réservoir d'ali- mentation barométrique 17 ou d'un tuyau d'alimentation 18. Le tuyau 18 peut porter une vanne 19 permettant d'arrêter, lorsqu'on le désire, le courant de barbotine arrivant du réservoir 17. Un agitateur (non représenté) peut être ajouté au réservoir d'ali- mentation 15 pour maintenir l'homogénéité de la. barbotine.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, la barbotine est désaérée avant d'être introduite dans le réservoir 15. On peutobtenir ce résultat en injectant un ou plusieurs jets de barbotine dans un espace où l'on a fait le vide. Après avoir été désaérée, la barbo- tine est transportée dans le réservoir 15 de telle manière qu'elle ne contienne pas de bulles d'air.
La barbotine ou masse mélangée tombant par l'ouverture ou la fente du fond du réservoir 15 tombe dans la cavité 14 du plateau 15. Les bords inférieurs de la paroi antérieure de la tré- mie jouant le rôle de lame de distribution pour lisser et égaliser la barbotine. L'épaisseur de la barbotine déposée est réglée par la viscosité de la. barbotine, la vitesse de la courroie de trans- porteur et la hauteur de l'ouverture d'alimentation du réservoir 15 au-dessus du plateau 13.
Lorsque les plateaux 13 atteignent l'extrémité du trans- porteur, ils sont retirés de celui-ci. Une quantité suffisante du- véhicule de la barbotine a été absorbée par le plateau 'ou évapo- rée, de sorte que la barbotine a la dureté du cuir et qu'elle peut
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être retirée du plateau lorsque l'extrémité du transporteur est atteinte, Si on le désire, la matière céramique peut être laissée sur le plateau pendant le séchage, mais on a trouvé que l'on peut retirer la matière céramique du plateau, puis la soumettre à l'o- pération de séchage. Après le séchage la matière céramique peut être découpée aux dimensions désirées, et cuite, ou bien on.peut la cuire d'abord et la découper ensuite à la forme et aux dimen- sions désirées.
Un, séchoir D du type infra-rouge est monté à une petite' distance de la trémie d'alimentation 15. Si,on le désire, ce sé- choir peut être du type à air chaud ou de tout autre type appro- prié.
Au lieu d'employer des plateaux en verre ou en métal 13, on peut verser la barbotine directement sur le tablier transpor- teur 10, qui peut être en métal tel que l'acier, le laiton, le cuivre.
D'autres modes de réalisation, ainsi que d'autres 'vari- antes, sont possibles et des modifications peuvent être appor- tées sans que l'on sorte du cadre de l'invention telle qu'elle a été décrite.
Lorsque le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour la fabrication de feuilles métalliques, on utilise de même une trémie d'alimentation sous laquelle passe une courroie en mou- vement ou un transporteur 10 sans fin en métal réfractaire, ce transporteur sans fin pouvant porter une série de plateaux ou de plaques 13 disposées côte à côte. Ce transporteur peut être en acier inoxydable ayant un point de fusion élevé'ou en autre métal ou alliage.résistant à la chaleur, et les plateaux peuvent être faits en alliage semblable résistant à la chaleur ou en matière céramique réfractaire.
' Le transporteur se meut au-dessous de l'ouverture rec- tangulaire du réservoir d'alimentation 15 de façon que le métal fondu soit versé directement sur le transporteur ou sur les pla-
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teaux. La hauteur de l'ouverture inférieure du réservoir d'ali- mentation au-dessus. du transporteur détermine l'épaisseur de la tôle à produire, et le métal est continuellement étalé sur les plateaux par le bord inférieur de fuite dudit réservoir, bord qui joue le rôle de lame de distribution, en laissant une épaisseur uniforme de métal en fusion au-dessus de la largeur du transpor- teur ou du plateau recouvert par l'ouverture rectangulaire du rés servoir à alimentation continue.
Le métal fondu est solidifié par tout procédé de refroi- dissement connu, tel qu'un refroidissement par de l'air ou par aspersion d'eau. Si on le désire, le métal peut ensuite être laminé pour obtenir un meilleur fini.
On retrouve donc dans le dispositif représenté à la Fig.
2 un transporteur ou un tablier sans fin en acier inoxydable ayant un point de fusion élevé ou en alliage résistant à la cha- leur, porté par des rouleaux 11 et 12. Le métal fondu, qui est contenu dans un réservoir 17, descend par son propre poids par un tuyau 18 dans un réservoir d'alimentation 16. L'écoulement du métal passant dans le tuyau 18 peut être commandé par une soupa- pe 19. Le réservoir 17, le tuyau 18 et le réservoir d'alimenta- tion 15 peuvent être garnis d'un revêtement calorifuge, ou bien ils peuvent être chemisés par une enveloppe dans laquelle on peut faire circuler un fluide de chauffage, ou bien ils peuvent être chauffés électriquement ou par une flamme. Le réservoir d'alimen- tation 15 a une ouverture inférieure de forme rectangulaire qui se trouve à une distance déterminée au-dessus du tablier trans- porteur 10.
Le bord de la paroi forte du réservoir d'alimenta- tion 15 sert de lame lisseuse ou de lame de distribution. Plu- sieurs plateaux rectangulaires 13 sont placés côte à côte survie côté de l'entrée du tablier transporteur 10. Les plateaux 13 peu-( vent être en métal réfractaire ou en matière céramique réfractai- re.
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,Les plateaux 13 reçoivent le métal fondu qui sort di- rectement par l'ouverture inférieure du réservoir d'alimentation 15 et le métal est étalé continuellement sur les plateaux par le bord inférieur de fuite du réservoir d'alimentation 15,:laissant ainsi une épaisseur uniforme de métal sur toute la largeur du pla- teau recouvert par l'ouverture rectangulaire du réservoir d'a- limentation continue.
Lorsque le métal fondu atteint l'extrémité du trans- porteur, il est solidifié par une projection d'eau fournie par un ajutage de pulvérisation S. La solidification du métal fondu peut être obtenue par d'autres procédés de refroidissement, par exemple par un jet d'air froid. Si l'on désire un meilleur fini, on.peut ensuite laminer le métal en une ou plusieurs passes.
Le métal fondu peut être projeté directement par pul- vérisation sur le transporteur 10 sans que l'on emploie les pla- teaux 13. Lorsqu'on opère.ainsi, le transporteur peut être en acier inoxydable ayant¯un point de fusion élevé ou en autre mé- tal, alliage ou matière résistant à la chaleur. L'application d'une couche de séparation sur le transporteur à l'extrémité d'entrée est facultative et facilite l'arrachement du métal solidifié pour le séparer du transporteur à l'extrémité de sortie de celui-ci.