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PERFECTIONNEMENTS AUX:RECIPIENTS TELS QUE DES AMPOULES.
La présente invention concerne un récipient sur lequel est appliqué localement un revêtement fusible et un procédé pour appliquer le revêtement de façon telle qu'une partie définie de la surface du récipient soit plus fra- gile que le restant du récipiènt, Le revêtement choisi pour un récipient donné est tel que la contraction totale de ;la matière du revêtement lors du refroi- dissement depuis la température de ramollissement jusqu'à la température ordi- naire soit supérieure à la contraction totale du récipient en verre sur lequel la matière de revêtement est appliquée.
La contraction, différentielle est de nature à créer un état de tension dans le revêtement,
Certains types de récipients en verre, tels que les ampoules ou les fioles sont scellés en scellant à la flamme l'extrémité par laquelle ils sont remplis, après que le récipient a reçu, son contenu.
En scellant le réci- pient de cette façon, le contenu est protégé contre la contamination et l'éva- poration. Lorsqu'on désire enlever le contenu, le moyen ordinaire'de briser le goulot, d'une ampoule, par exemple est de limer la surface du goulot de l'ampoule en déplaçant une lime transversalement par rapport au goulot en un point ou suivant une ligne de celui-ci pour augmenter ainsi la fragilité du verre à l'endroit du coup de lime, après quoi, on saisit le goulot entre le pouce et les doigts et on exerce une pression de flexion des deux côtés de la ligne affaiblie, pression suffisant à briser le verre, Ce mode d'ouverture a le désavantage de nécessiter un outillage autre que l'ampoule elle-même '' c'est-à-dire,
une lime Dans certains cas, on éprouve des difficultés consi- dérables à ouvrir l'ampoule et il arrive parfois qu'on écrase le goulot.
Il a aussi été proposé d'affaiblir le récipient en créant une ten- sion dans le verre en soi, en un point déterminé du récipient., généralement en appliquant un outil froid sur le verre pendant que ce dernier se trouve encore une température relativement élevée,. Le danger des récipients pré- affaiblis est qu'à moins que le degré d'affaiblissement ou d'attaque puisse être réglé entre certaines liites, le bris accidentel, par choc thermique ou 'mécanique, devient prcbable.
L'un des buts de la présente invention est d'augmenter localement la fragilité d'un récipient de verre en appliquant une matière choisie sur une surface relativement petite du réciptent ou suivant une ligne de ce dernier,
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cette matière ét.antfondue sur la paroi du réservoir de manière à se souder ef- fectivement au verre et ayant un taux de contraction différent de celui du ver- re ou une dilatation thermique totale supérieure à celle du verre.
On a trouvé par expérience que la fragilité du verre peut être ré- glée par le choix du type de revêtement @ employé, c'est-à-dire que la résis- tance au bris à la section fragile peut être augmentée ou diminuée en réglant la différence entre la dilatation ou la contraction des matières appliquées, et la dilatation ou la contraction du verre du récipient. Il est, par consé- quent, important pour la réalisation de l'invention, de choisir et de contrô- ler les constituants de la matière de revêtement de manière qu'une différence prédéterminée soit obtenue entre les contractions du verre et du revêtement, respectivement.
Un autre but de l'invention est d'appliquer un revêtement qui pro- duise une indication visible sur le verre, soit par la couleur, soit par le contour du point ou de la surface où la pression transversale doit être appli- quée pour provoquer la rupture du verre.
D'autres buts apparaîtront à la lecture 'de la description suivante de l'invention, où il est fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - -
La fig. 1 est ane élévation d'une ampoule scellée pourvue d'un revêtemnt de matière fondue contractante, appliquée sur une relativement petite surface,
La fig. 2 est une élévation d'un autre type d'ampoule à laquelle la matière de revêtement a été appliquée suivant une ligne.
La fig. 3 est une élévation d'une fiole scellée destinée à conte- nir .des ligatures ou l'équivalent, le revêtement étant appliqué le long de la ligne suivant laquelle la fiole doit être brisée, et
La fig. 4 illustre l'application de l'invention à une ampoule scel- lée du type à goulot étranglé.
Dans une forme de l'invention, on utilise une fritte ayant une con position prédéterminée, dont le taux de contraction a été déterminé d'avance.
La fritte peut être du groupe de frittes qui comprennent des borosillicates de plomb, de sodium, de potassium, de lithium ou l'équivalent. Cette fritte est finement broyée et.mélangée - à un véhicule tel qu'une combinaison d'huiles.
Afin de permettre l'identification de la surface fragile, la matière de revê- tement comprend de préférence une'matière colorante telle que des sels de co- balt, de chrome, de titane, etc., mais si on le désire, ce revêtement peut a- voir la même couleur que le récipient et en être distingué en tant que point de rupture grâce à la différence du contour. Après l'application du revêtement sur le récipient, le verre et la matière de revêtement sont chauffés à une tem- pérature suffisante pour faire fondre la fritte, mais inférieure au point de fusion du vrre. En fondant le revêtement sur le verre, il se produit une cer- taine interpénétation entre le revêtement et le verre. Lors du refroidissement, le revêtement se solidifie de manière à produire une forte soudure entre le revêtement et le verre.
Généralement, le point de ramollissement du revêtement se trouve compris entre .50 et 600 C.
Le terme "point de rampollissemt" dans le sens où il est employé ici vise le maximum de la courbe figurant la dilatation en fonction de la tem- pérature, déterminée à l' aide d'un dilatomètre interféromètre. -Les températu- res de fusion effectives employées pour souder la matière de revêtement au ver- re sont plus élevées et généralement comprises entre 500 et 600 C.
Du fait que le revêtement et le verre sont choisis de manière que leurs taux de dilatation ou de contraction diffèrent,l'une des matières se contracte à un degré plus élevé que l' autre. Il s'ensuit qu'après refroidis- sement, la matière ayant le taux de contraction -le plus élevé (à savoir; le revêtement) est sous tension. La différence des taux de dilatation ou de con- traction du revêtement et du verre, peut -être réglée de manière que l' applic a- tion d'une petite pression supplémentaire fasse que la résistance à la traction de la matière se trouve dépassée et qu'une rupture en résulte.
Il a été trou- vé que les risques d'un bris accidentel par suite de choc thermique ou mécani-
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que, tels que ceux qui résultent du pré-entaillage et des tensions produites par des outils froids, sont fortement réduits sinon entièrement écartes.,
En tant qu'exemples de la manière dont des revêtements choisis peuvent être appliqués à des articles en verre, des tubes faits de verres dont les analyses sont données ci-dessous, ont été revêtus localement sur une peti- te surface de revêtements dont les compositions sont également citées ci-dessous.
Les verres en question on t les compositions suivantes
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(A) (B) 1c) (D) (E) SiO2 74,7% 65,2% 67,6% - 68,3% B203 9,6 5 z, 2 A1203 5,6 z, 4 2,8 % , 0 2,0 Zno 0,1 5,4 - 10,0 6,8 1>ig0 1,6 4,0 0,1 G s0 0,9 2,6 5,6 - z 7 H820 6,4 9,1 15,1 - li$ K20 055 058 1,3 0,4 Sb205 0,009 0,6
EMI3.2
<tb> Fe203 <SEP> - <SEP> 3,3 <SEP> - <SEP> '-
<tb>
EMI3.3
µài10 - 4,0 - BsO 2,2 - 1,9 -
EMI3.4
<tb> P205 <SEP> 72,0
<tb>
<tb> AS205 <SEP> 0,027
<tb>
<tb> Coefficient <SEP> de
<tb>
EMI3.5
dilatation 50x10-7 69x10-7 92xlO-7 59x10-7 8x10-7 Température de 1? wao lli s sement 653 0 6220c 5900C 675 0 6oocc Température de recuit 575 C 5480C 520 C 605 C 536 c Deux des revêtements employés ont les compositions suivantes :
EMI3.6
<tb> (a) <SEP> (b)
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 27,9 <SEP> 27,2
<tb> B203 <SEP> 4,2 <SEP> 2,9
<tb> A1203- <SEP> le <SEP> 3 <SEP> 0,84
<tb>
EMI3.7
i02 z 5 - ZnO - 2,3 PbO 48,8 z0 c ao -# ià g0 0,16 z,17 lTa20 2,9 li, 08 K20 oeig 0,22
EMI3.8
<tb> Li20 <SEP> 0,73
<tb>
EMI3.9
s - 0,86 Go203 - 556
EMI3.10
<tb> @ <SEP> - <SEP> le <SEP> 2 <SEP>
<tb> Cdo <SEP> - <SEP> 7,2
<tb> A52O5) <SEP> 0,58 <SEP> 0,1)
<tb> Sb205 <SEP> ) <SEP> - <SEP> )
<tb>
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Coefficient de dilatation 86xio-7 73Î,10-7 Température de ramollissement 4.63 C 484 G
Un troisième revêtement de chlorure de plomba désigné par (c), fut appliqué à certains verres figurant dans le tableau, ci-dessus, cette matière
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de revêtement consistant en 74?5% de plomb et 25,5% de chlore.
Le chlorure de plomb se ramollit à une température de 501 C et a un coefficient de dilata- tion difficile à déterminer, zaais dont on sait qu'il est relativement élevé.
Les expériences que l'on a faites indiquent que cette matière a un coefficient de dilatation linéaire thermique de 298xlO-7 par degré centigrade environ pour les températures situées entre la température ordinaire et 300 C.
Dans le cas du verre désigné par (A) revêtu par la composition (a). le coefficient de dilatation du verre par degré centigrade pour les températu- res usuelles est de 0,000005, tandis que celui du revêtement est de 0,0000086.
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La température de ramollissement du verre est de 653 C et celle du revêtement est de 463 C. Le verre revêtu est chauffé à la température de recuit du verre (575 C), température à laquelle le revêtement fond sans que le verre dont est fait le récipient se déforme. On laisse refroidir le verre revêtu et lorsque la température est descendue à 460 C environ, la matière de revêtement est tou- j ours molle, mais lorsque le refroidissement se poursuit, elle se fige à 430 C environ. Lorsqu'il atteint cette température, le revêtement est rigidement soudé au verre et doit,donc accepter ses dimensions.
Lors du refroidissement en dessous de cette température, des tensions commencent à croître à cause de la différence entre le taux de contraction du revêtement et celui du verre.
Dans ces limites de température, le verre dont est fait le récipient présente un taux de contraction constant par rapport à la température, tandis que la matière de revêtement présente un taux de contraction variable avec la tempé- rature. Le taux de contraction de la matière de revêtement dans ces limites de température est plus élevé que le taux de contraction du récipient. Le refroidissement se poursuivant, une température est atteinte à laquelle le taux de contraction de la matière de revêtement devient constant par rapport à la température, mais lorsque ce point est atteint, -la matière de revêtement a su- bi une contraction plus grande que le récipient.
Cette différence de contrac- tions résulte en J'établissement d'efforts entre le revêtement et le verre,
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la direction des' -ef'd'QrWs étant telle qu' elle. produit un état'''de'ut.ensionde'trac- tion dms..J.a' matière:' d$ .:#vêtemenWilaectte: c teÍl'sio:b.- c'ontribú.e ,à::àln0rcer,B.e bris- lorsqu'une tension:, da.;tracti'On:- supi:àémen'taire psb âppl.2'.qiée.-jpar suite da - 1?- action de flexion exerèée par les doigts ou par un autre moyen.
Le verre immédiatement sous-jacent au. revêtement appliqué se trou- ve en état de compression. Toutefois, l'analyse des images des tensions montre que la zone de verre située immédiatement à l'extérieur de la matière de revê- tement se trouve en état de tension de traction. Ces tensions localisées pro- duites dans le verre peuvent servir de point de départ d'une cassure lorsque la tension supplémentaire s'exerce. Cela explique pourquoi l'on observe qu'une cassure suit parfois les bords de la matière de revêtement appliquée.
Lorsque des efforts extérieurs sont appliqués à la combinaison du verre et de la matière de revêtement appliquée de manière à imposer des tensions supplémentaires à la surface, une cassure se produit au point où les tensions combinées dépassent les premières la résistance à la tension de la matière.
Si ce point se trouve dans le revêtement lui-même, une cassure va s'amorcer dans la surface de la matière de revêtement et se propager 8. travers le revê- tementdans le verre. Plus souvent,le point le plus faible setrouve dans le verre,dans la zone entourant immédiatement la surface du revêtement appli- - qué. Pour cette raison, la cassure se produit ordinairement le long du contour du revêtement appliqué.
Le revêtement du type (a) se fige à 430 C environ. On a constaté que lors du refroidissement depuis cette température jusqu'à la température ordinaire, la matière en question subit une contraction de 45 microns par cen-
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tiTIGtre. Le verre du type (A) se contracte de 20 microns par centimètre pen- dant le refroidissement de 430 G à la température ordinaire. Par conséquent, si la matière de revêtement du type (a) est soudée à la surface du verre (A), et qu' on laisse refroidir la combinaison à la température ordinaire, le revê- tement se contracte de 125% en plus que le verre. On a constaté que ce revê- tement (a) produit un affaiblissement effectif lorsqu'il est soudé à la surfa- ce du verre (A).
La force nécessaire pour briser le verre par flexion est moin- dre de 58% lorsque le revêtement (a) est soudé à la surface que dans le cas d'un échantillon de verre semblable sans revêtement.
Le verre (D) a un coefficient de dilatation therjmique de 0,0000059
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par degré centigrade et lors du refroidissement depuis 4.30oC jusqu'à la tem- pérature ordinaire, il se contracte de 24 microns environ par centimètre. Par conséquent, si le revêtement du type (a) est sondé 1, la surface du verre du
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. type (D) et qu'on laisse refroidir la combinaison a la température ordinaire, le revêtement se contracte de 88% en plus que le verre. Le verre (D) revêtu de la matière ( a) nécessite une charge moindre de 44% pour se briser par flexion du verre que dans le cas du verre non revêtu.
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Le revêtement du type (b) se figeà 450 C environ et lors du re- froidissement depuis cette .température jusqu'à la température ordinaire, il subit une contraction voisine de 38 microns par centimètre. On a constaté que le verre du type (B) se contracte approximativement de 30 microns par cen- timètre lorsdu.refroidissement depuis 450 C jusqu'à la température ordinaire.
Par conséquente lorsque le revêtement du type (b) est soudé à la surface du verre du type (B) et qu'on laisse refroidir la combinaison à la température ordinaire, le revêtement se contracte de 27% en plus que le verre.. Un essai a montré que le verre du type (B) revêtu du revêtement du type (b) nécessite une charge moindre de 15% pour se briser que dans le cas d'un Verre non revê- tu. Le verre du type (E) a un coefficient de dilatation de Ce 0000088 par de- gré centigrade et subit une contraction de 36 microns environ par centimètre lors du'refroidissement depuis 430 jusqu'à la température, ordinaire.
Par con- séquent, lorsque la matière de revêtement ( a) est soudée à la surface du verre (E) et qu'on laisse refroidir la combinaison à la. température ordinaire., la matière de revêtement se contracte de 25% en plus que le verre. Des essais ont montré que le verre du type (E) revêtu de matière de revêtement du type ( a) nécessite une charge moindre de 11% pour se briser par f lexion que dans le cas du verre du type (E) non revêtu.
Une série d'essais ont montré qu'un-degré minimum d'affaiblissement doit être- imparti par le revêtement appliquée pour permettre une cassure sû- re et aisée sous l'action de la force appliquée et aussi pour empêcher la cas- sure irrégulière ou l'écrasement de l'ampoule.
Ce degré minimum d'affaiblissement parait se trouver entre les li- mites où la force nécessaire pour briser le goulot de l'ampoule revêtue est d'au moins 11% inférieure à celle qui est nécessaire pour briser une ampoule. non revêtue.
En combinant un revêtement judicieusement choisi avec un verre don- né, on peut obtenir tout degré voulu d'affaiblissement, partir de ce minimum de 11%.
Les valeurs les plus désirables à des fins pratiques et de sécuri- té lorsqu'il s'agit de briser l'ampoule avec les doigts, sont évidemment celles qui son t supérieurs à 11% et qui dépendent de la combinaison du verre et du revêtement et du type ou de la forme de l' ampoule.
Ainsi,il doit être entendu que les facteurs d'utilité et de faci- lité qui importent dans la présente invention ne sont pas les coefficients de' dilatation tels qu'ils sont ordinairement déterminés, mais les contractions totales du revêtement soudé par fusion et du verre lui-même lorsqu'ils sont refroidis depuis la température de soudure par fusion jusqu'à la température ordinaire.
Ce qui précède est basé sur le fait qu'un revêtement fusible ayant une dilatation thermique totale plus élevée que celle du verre produit une ten- sion de compression dans le' verre et -une tension de tractiondans' le revête'- ment. ' .- -
Il a été déterminé par des essais réels que la force nécessaire pour briser le tube de verre ainsi revêtu est considérablement inférieure à celle qui est nécessaire pour briser un tube semblable,. ayant les mêmes dimen- sions et les mêmes caractéristiques, mais qui n'est pas revêtu. Dans le cas du verre (A) et du revêtement (a), dont l'analyse a été donnée plus haut, une série d'essais ont indiqué que la réduction de la charge nécessaire pour bri- ser le tube est de 58% par rapport à celle qui est nécessaire pour briser le tube non revêtu.
Des échantillons d'autres verres précités ont été revêtus de cer- taines des matières dont les compositions sont indiquées ici et les résultats des essais montrent que lorsqu'il y avait une différence substantielle entre les taux de dilatation ou de contraction du tube de verre et de la matière de revêtement, la fragilité de la superficie revêtue augmente.
Les résultats com- para,'Rifs, exprimés par des réductions d'une charge analogue, furent les suivant,'5-
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<tb> Verre <SEP> (A) <SEP> revêtu <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> (a) <SEP> ---- <SEP> 58%
<tb>
<tb> Verre <SEP> (D) <SEP> revêtu <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> (a) <SEP> --- <SEP> 44%
<tb>
<tb> Verre <SEP> (C) <SEP> revêtu <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> (c) <SEP> -- <SEP> 33%
<tb>
<tb> Verre <SEP> (B) <SEP> revêtu <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> (b) <SEP> --- <SEP> 15%
<tb>
<tb> Verre <SEP> (E) <SEP> revêtu <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> ( <SEP> a) <SEP> --- <SEP> 11%
<tb>
Il est à remarquer que les matières de revêtement se ramollissent ou fondent toutesà des températures inférieures au températures de déformation des verres.
Par conséquent, une soudure se réalise sans déformation du corps de verre sur lequel le revêtement est appliqué. Il est aussi à remarquer que les veres (A), (B), (C) et (E) sont des verres siliceux, tandis que le verre (D) est un verre non siliceux. De même, les matières de revêtement (a) et (b) sont'siliceuses, contrairement à la matière (c) qui n'est pas siliceuse.
Par conséquent, on voit que des résultats très satisfaisants ont été obtenus par la combinaison de verres siliceux et de revêtements siliceux ou non sili- ceux, aussi bien qu'avec des verres non siliceux combinés avec des matières de revêtement siliceuses ou non siliceuses. Dans chaque combinaison, le taux de contraction du revêtement est toutefois sensiblement plus élevé que celui du corps en verre au.quel il est appliquée D'un autre côté., il est significa- tif que, si les taux de contraction du revêtement et du verre sont les mêmes ou presque, la solidité de la région où le verre et le revêtement sont combi- nés, n'est pas diminuée et peut être effectivement augmentée.
Il est par conséquent évident que le choix d'un. revêtement ayant un taux de contraction plus élevé que celui du verre auquel il doit être appliqué est important.
La matière de revêtement peut être appliquée au récipient A, comme l'indique l'une quelconque des figures du dessin, c'est-à-dire sur une petite surface,comme montré en B, fig. l, ou le long d'une ligne, comme montré en B', fig. 2, 3 et 4. Dans certains cas, il peut être désirable de prolonger la marque ou ligne indicatrice sur une grande partie ou la to talité de la cir- conférence de l'ampoule au point ou à la ligne de cassure,
spécialement lors- qu'une épaisseur ou un contour de paroi inégal présente une résistance supérieu- re à la normale à la cassure lorsqu'une pression de flexion est appliquée à l'ampoule. Bien qu' on ait fait mention de frittes ou d'émaux de verre spéci- fiques dans les exemples ci-dessus, les matières de revêtement peuvent être choisies parmi toute une liste de matières de revêtement fusibles variées, dont les taux de dilatation et les caractéristiques ont été déterminés d'avance.
Le récipient peut être rompu à la section où le revêtement est ap- pliqué, par l'un quelconque des moyens bien connus d'ouverture des récipients hermétiquement scellés de ces types. Tandis que le moyen usuel d'ouverture de ces récipients consiste à appliquer la pression des doigts de chaque côté de la section fragile, la rupture peut aussi être provoquée par un choc, par exemple, par l'application d'un degré prédéterminé de chaleur ou de froid à la section fragile. '
De ce qui précède, il ressort à l'évidence que, par suite des dif- férences des contractions'de la matière de revêtement et du verre dont est fait le récipient, une surface localisée est mise sous tension lorsque le revêtement appliqués'est solidifié et refroidi.
Cela assure une plus grande fragilité à la surface localisée et un choix convenable des matières permet de régler ces différences des taux de dilatation et/ou de contraction entre les limites désirées pour empêcher le bris accidentel du récipient. La surface est en outre visible par suite du contraste entre le revêtement et le verre, à la fois quant à la couleur et quant au contour, si bien qu'il est aisé de trouver la ligne de cassure convenable.
Le:, termes "contraction" et "dilatation" ont été employés ici de manière interchangeable car une matière vitreuse ayant un coefficient de dila- tation supérieur à celui d'une autre matière subit toujours une contraction totale supérieure lors du refroidissement,.
Les termes "couleur" et "contour" ont été employés ici de manière interchangeable,, mais tous les deux ont trait à la matière fusible.
@ Les divers exemples de verres et de revêtements donnés dans la pré- sente description doivent être considérés uniquement comme illustrant l'inven-
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tion sans nullement la limiter.