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REVETEMENT VITREUX POUR OBJETS NON METALLIQUES,.
(ayant fait l'objet de demandes de brevets déposées aux E.U.A. tes 12 mars 1953 et 15 janvier 1954, aux noms de J.T. Robson et H.C. Tucker - déclaration de la déposonte -).
La présente invention est relative à un procédé de recouvrement par un émail de porcelaine et concerne plus particulièrement l'application de glaçures ou couvertes frittées sur des blocs de construction en béton pour le bâtiment et objets analogues.
Lors de l'émaillage d'objets non métalliques, la nature de la matière constitutive de ceux-ci donne lieu à des difficultés que l'on ne rencontre pas dans l'émaillage de pièces métalliques. Il est infiniment plus difficile de réaliser une couche d'émail de finissage continue, non poreuse et uniforme, sur des objets non métalliques que sur des objets mé- talliques, vu que les premiers présentent souvent une surface rugueuse rem- plie de pores et d'occlusions gazeuses et sujette aux détériorations sous l'influence des températures élevées nécessaires pour fondre l'émail de por- celaine ou la glaçure frittée;
par contre, lorsqu'il s'agit de recouvrir d'un émail de porcelaine un objet métallique, celui-ci peut être chauffé en toute sécurité jusqu'à la température de fusion de l'émail de porcelai- ne, et même jusqu'à une température plus élevée, sans subir une modifica- tion essentielle quelconque.
Bien que l'on ait déjà souvent essayé d'appliquer un revêtement de glaçure frittée en fusion sur des objets exécutés en ciment hydraulique ou matières analogues, aucun procédé industriel satisfaisant n'a pu être établi à ce jour. Les blocs et éléments de construction analogues, établis en béton, qui étaient recouverts d'un émail de porcelaine ou de glaçures frittées selon les méthodes.antérieures, voyaient leur résistance diminuer et dégénéraient au point qu'ils devenaient entièrement inadéquats en vue du but auquel ils étaient destinés.
Les matériaux tels que blocs de cons- truction en béton, briques en béton, blocs en ciment, blocs en mâchefer,
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ardoises en asbest-béton, et matériaux analogues, ont fourni, après avoir été soumis aux procédés antérieurs, des éléments finis qui présentaient des surfaces médiocres et qui offraient une résistance mécanique fortement di- minuée.
Partant de ces considérations, la présente invention vise à établir un procédé pour former un revêtement d'émail de porcelaine fondu ou de glaçure frittée sur des articles établis en ciment hydraulique, cela de telle manière que la rigidité mécanique de l'objet ne s'en trouve pas diminuée.
Un autre objet de l'invention consiste à établir un procédé pour appliquer un émail de porcelaine sur des objets non métalliques, procédé grâce auquel on peut réaliser une couche de finissage d'émail de p-orcelai- ne fondu qui peut se comparer avantageusement au finissage courant établi sur les pièces métalliques.
D'autres objets de l'invention ressortiront au cours de la description ci-après.
En vue d'atteindre les objectifs indiqués plus haut et d'autres, qui leur sont connexes, la présente invention comporte les particularités qui seront décrites ci-après d'une manière complète et soulignées particulièrement dans les revendications, cette description exposant en détail, et à titre démonstratif, certains modes de réalisation de l'invention, ceuxci n'étant toutefois appelés qu'à indiquer quelques-unes des nombreuses manières dont le principe de la présente invention peut être réalisé.
D'une manière générale, la présente invention comporte un élément de construction pour le bâtiment, constitué par un corps comprenant des matériaux dits "agrégats" et du ciment hydraulique, ainsi qu'un revêtement vi- treux recouvrant la surface de ce corps ; cerevêtement comprenant deux cou- ches continues, non poreuses, fondues séparément; la couche intérieure étant constituée par une masse fondue de glaçure frittée ayant une température de maturation située entre environ 1.000 F (537,77 C) et 1.500 F (815,56 C), tandis que la couche extérieure consiste essentiellement en une glaçure frittée fondue dont la température de maturation se situe entre environ 1000 F et 1.500 F.
L'exposé succint ci-dessus fait ressortir que les objets en bé- ton selon la présente invention sont pourvus de deux revêtements soumis à des cuissons séparées. Les opérations de cuisson s'effectuent de telle ma- nière que l'objet se réchauffe et se refroidit lentement. Cette manière de procéder est contraire à toutes celles qui ont été exposées à propos des techniques antérieures. Premièrement, dans les méthodes pratiquées à ce jour, les objets en béton ne comportaient qu'une seule couche produite par cuisson. En deuxième lieu, dans tous les procédés connus, la pièce était chauffée rapidement, car on s'efforgait de chauffer uniquement la surface extérieure extrême de l'objet, de façon à ne pas élever d'une manière sen- sible la température d'une partie importante de la masse de l'objet.
Dans la description de l'invention qui suit, on décrira d'abord la catégorie d'objets à laquelle la présente invention est applicable, cet exposé étant suivi, dans l'ordre, par une description de la manière dont l'ob- jet envisagé doit être conditionné en vue de la mise en oeuvre de la présen- te invention; par la description du genre de revêtement considéré comme étant approprié à ce procédé; et,.finalement, par l'exposé proprement dit des opérations à exécuter et des conditions à observer dans ce procédé.
LES OBJETS A TRAITER.
Comme indiqué plus haut, l'invention convient pour l'application de couches d'émail de porcelaine ou de glaçures frittées sur des objets non métalliques. On a constaté que cette invention était particulièrement appropriée pour l'application des revêtements mentionnés plus haut sur des
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objets moulés en ciment hydraulique avec matière d'addition. On peut traiter des objets en béton contenant une quelconque des matières d'addition connues, par exemple l'argile délayée ("expanded clay"), l'argile schisteuse (haydite), laitier de haut-fourneau, scories, mâchefer, ou analogues.
La forme des éléments est sans importance, le procédé selon l'invention permettant de glacer des blocs pleins ou les diverses espèces de blocs creux, avec le même résultat satisfaisant.
Bien que la présente invention englobe des blocs en ciment, c'esta-dire, des blocs établis en ciment hydraulique et sable, sans haydite ou autres matières d'addition importantes, et qu'elles est applicable à de tels blocs, le mode de réalisation préféré de la présente invention se rapporte à des blocs en béton contenant des matières d'addition.
LES REVETEMENTS A UTILISER.
Etant donné que les objets en béton appelés à recevoir le revêtement présentent généralement des surfaces extrêmement rugueuses, il est nécessaire de remplir les vides, de façon à obtenir une surface relativement lisse pour la couche de finissage. En ce qui concerne la première couche ou couche de fond, il a été constaté que l'on pouvait utiliser aux fins de la présente invention n'importe quelle glaçure frittée dont la cuisson finale a lieu à une température située entre environ 1.000 F et environ 1.500 F, lorsque la glaçure est additionnée de 5 % à 70 % de matière réfractaire. Les quantités de matière réfractaire employées dépendent de l'état de la surface à recouvrir et de la grosseur des grains de la matière réfractaire employée.
Dans les modes d'exécution préférés de la présente invention, on utilise de 20% environ à 60% environ de matière réfractaire. Quant à la grosseur des particules de la matière réfractaire, elle peut varier dans de larges limites. Il est préférable d'utiliser des matières réfractaires dont la grosseur de grain est de l'ordre de grandeur correspondant aux tamis de 14 à 60 mailles en pouce linéaire (5,6 à 24 mailles au cm. linéaire). Les glaçures frittées peuvent être additionnées d'une quelconque des matières réfractaires bien connues, telles que le sable silicieux, le sable au zirconium, le sable au titane, l'alumine, le mica, l'argile, ou analogues.
Pendant la cuisson de la pièce recouverte de la première couche ou couche intérieure, la matière réfractaire remplit les vides de la surface de la pièce, tandis que la glaçure frittée fond et s'écoule sur la surface, cette glaçure servant à la fois à lier la matière réfractaire à la surface de la pièce et à produire une surface unie, de façon que la seconde couche ou couche de finissage puisse y adhérer. Ainsi, la surface de la pièce se voit appliquer un bouche-pores adhérent, exempt de retraits.
A titre démonstratif, on indiquera ci-après les émails de porcelaine qui conviennent pour constituer la première couche ou couche de fond.
I
Sable silicieux 44,3 %
Borax déshydraté 37,3 %
Carbonate de calcium 18,4 %
Ces ingrédients sont fondus et sont ensuite frittés dans l'eau ou à l'air. La fritte ainsi réalisée est ensuite intimement malaxée, dans un broyeur à boulets par exemple, avec une quelconque des matières réfractaires mentionnées plus haut. La masse malaxée de fritte et de matière réfractaire ainsi obtenue est ensuite appliquée sur la pièce par aspersion, par immersion, au rouleau, ou par un procédé analogue.
II
Sable silicieux 36,1 %
Borax déshydraté 30,4
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Litharge 33,5 %
Ces ingrédients sont fondus et frittés et ensuite malaxés intimement avec une matière réfractaire, comme dans l'exemple 1.
Pour des raisons de clarté, on répétera ici que les matériaux réfractaires en question sont mélangés mécaniquement à la glaçure frittée, et ne font donc pas partie de la charge de matières brutes appelées à être fondues et frittées. S'il est exact que, pratiquement, toutes les glaçures connues contiennent une matière réfractaire telle que la silice, il n'en est pas moins vrai que, une fois la glaçure fondue, la matière réfractaire n'existe plus comme telle, mais a été consommée au cours de la formation de la glaçure et a contribué par son individualité chimique à la constitution de la composition chimique de la glaçure.
Les exemples qui précèdent ont été donnés uniquement à titre démonstratif et ne visent d'aucune matière à limiter l'invention. Les gla- çures peuvent être constituées par des frittes contenant ou non du plomb.
Le seul facteur limitatif concernant la fritte employée consiste en ce que celle-ci doit atteindre sa maturité dans des limites de température de cuis- son qui se situent entre 1.000 F environ et 1.500 F environ. Comme il a été indiqué plus haut, la quantité et la grosseur de particule de la matière réfractaire mélangée à la fritte dépend de la rugosité de la surface à recouvrir.
Les glaçures frittées employées pour la seconde couche ou couche de finissage peuvent être les mêmes que celles utilisées pour la première couche, moins la matière réfractaire. Il est préférable d'utiliser des couches de finissage capables de résister au mieux aux conditions dans lesquelles l'objet fini est susceptible d'être utilisé. Ainsi, par exemple, lorsqu'un élément de construction est appelé à être exposé aux intempéries, il sera préférable de le munir d'un émail de porcelaine particulièrement résistant aux agents atmosphériques. Un émail appelé à résister aux influen- ces atmosphériques doit être pauvre en plomb ou exempt de plomb, pauvre en alcalis et riche en silice ou en alumine.
D'autre part, cette deuxième couche ou. couche de finissage doit également être conforme à la condition concernant les limites de température de cuisson allant de 1.000 F environ à 1.500 F environ. On donnera ci-après un exemple spécifique d'un tel émailde porcelaine.
III. Parties en poids.
Sable silicieux 48
Borax déshydraté 24
Cendres de soude 36
Nitrate de sodium 7,5
Spath fluor 1,5
Mélange titane-silice ') 36 ') Mélange d'une partie de Ti02 et de deux parties de SiO2.
Gomme il a été indiqué plus haut, les glaçures selon les exem- ples I et II moins la matière réfractaire, conviennent pour les couches de finissage. Toutefois, de telles couches de finissage conviennent mieux dans les cas où l'élément de construction est appelé à être utilisé pour l'intérieur de la construction et n'est pas exposé aux agents atmosphériques.
Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, la deuxième couche ou couche de finissage doit être normalement exempte de matières réfractaires, exception faite de faibles quantités de telles matiè- res à l'état finement divisé, généralement utilisées pour la pigmentation ou l'opacification. Ainsi, la couche de finissage consistera essentielle- ment en glaçure frittée et pourra contenir ou non une petite quantité de matière de pigmentation (de l'ordre d'environ 1%-2%).
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Application des revêtements et cuisson des pièces.
Les deux couches peuvent être appliquées sur la pièce d'une ma- nière courante quelconque, par exemple par aspersion, à la brosse, au rou- leau ou par atomisation. Après avoir appliqué la première couche, on fait sécher celle-ci dans un séchoir habituel et on la soumet à une cuisson dans un four céramique de type courant. Après refroidissement, on appli- que la couche de finissage, que l'on fait sécher et que l'on soumet à la cuisson de la même manière que la première couche.
Les pièces sont soumises à la cuisson dans un four céramique de type courant, qui comporte des brûleurs sur le côté, comme dans les fours utilisés normalement pour la cuisson des produits céramiques. Les pièces sont de préférence placées dos à dos, de façon à établir une chute de tem- pérature progressive dans toute la masse des pièces. Par conséquent, cel- les-ci ne subissent pas de contrainte et ne se craquellent pas, comme elles ont tendance à le faire là où la cuisson se produit à la partie supérieure seulement, comme c'est le cas dans tous les procédés antérieurs.
Jusqu'à présent, on a toujours supposé que, pendant la cuisson de blocs en béton, la chute de température du bloc devait être aussi raide que possible, c'est- à-dire que la température sur la face dorsale devait être aussi rapprochée de la température ambiante qu'il était matériellement possible de l'obtenir, la chaleur étant concentrée uniquement sur la surface supérieure, c'est-à- dire la surface enduite de glagure. Les inventeurs ont constaté que, pour réaliser un bloc stable, c'est-à-dire un bloc dans lequel la rigidité méca- nique n'a pas été diminuée, il était nécessaire de maintenir en substance la chute de température dans l'objet en question à une valeur minimum.
Il est préférable de maintenir la température la plus basse de l'objet à en- viron 700 F (371,11 C jusque 800 F (426,67 C) et une température maximum, sur la face extérieure, d'environ 1.500 F. En outre, pour produire des objets dont la résistance mécanique n'a pas été diminuée, il est nécessai- re de chauffer lentement et de refroidir lentement les objets pendant le cycle de cuisson, Les inventeurs ont constaté que la durée préférable du cycle était d'environ 2 heures à environ 8 heures, la cuisson maximum de la glaçure s'effectuant en un laps de temps allant de 20 minutes environ à 60 minutes environ.
Tous les procédés antérieurs comportent des durées de cuisson de l'ordre de 1/2 à 2 minutes, à des températures supérieures à 2.1000F (1,148,89 C), afin de réduire au possible la pénétration de la chaleur dans les objets.
En chauffant lentement et en r efroidissant lentement entre les limites de température de cuisson d'environ 1.000 F à 1.500 F, on est à même de produire des objets en béton ayant une rigidité mécanique essentiel- lement non diminuée, une glaçure cuite d'une manière uniforme, ainsi qu'une texture et une teinte uniformes.
Des essais effectués avec des blocs de béton émaillés conformé- ment au procédé ci-dessus, font apparaître une résistance à la compression bien supérieure à 1. 000 lbs. par inch carré (70,3 kg/cm2) et une rigidité mécanique plus uniforme que dans le cas des blocs non émaillés. L'adhéren- ce entre la glaçure et le béton est extrêmement bonne, étant donné que sur les blocs recouverts selon le présent procédé, le revêtement ne s'écaillait pas après avoir été soumis à une pression hydrostatique intérieure d'une colonne de 15 inches (38,1 cm) pendant deux mois.
L'aspect de l'émail des objets finis peut être brillant ou mat et, comme indiqué plus haut, cet émail peut être teinté à l'aide d'un quelconque des pigments céramiques inorganiques disponibles.
On peut faire appel à d'autres modes d'application du principe de l'invention, les détails décrits ci-dessus étant susceptibles de modi- fications, sans de ce fait sortir du cadre de l'invention.