Lors de la mise au point et de l'utilisation des émaux, outre le respect des effets décoratifs et des performances recherchés, il est impératif de satisfaire aux exigences de processus les plus élémentaires. Nous présentons ici les deux problèmes les plus fréquents rencontrés lors de l'utilisation des émaux.
1. Les performances de la barbotine d'émaillage ne sont pas bonnes.
Comme la production d'une usine de céramique est continue, tout problème de performance de la barbotine d'émail peut entraîner divers défauts lors de l'émaillage, affectant directement le taux de qualité des produits. Prenons l'exemple des exigences de performance de la barbotine d'émail pour la fabrication d'une cloche de verre. Une bonne barbotine doit présenter les caractéristiques suivantes : une bonne fluidité, l'absence de thixotropie, de précipitation et de bulles, une rétention d'humidité adéquate et une résistance suffisante après séchage. Analysons maintenant les facteurs qui influencent les performances de la barbotine d'émail.
1) Qualité de l'eau
La dureté et le pH de l'eau influent sur les performances de la barbotine d'émail. L'influence de la qualité de l'eau varie généralement selon la région. L'eau du robinet est généralement relativement stable après traitement dans certaines zones, contrairement aux eaux souterraines, souvent instables en raison de facteurs tels que la teneur en sels solubles des couches rocheuses et la pollution. C'est pourquoi, pour la fabrication de la barbotine d'émail destinée au broyeur à boulets, il est préférable d'utiliser de l'eau du robinet, qui sera plus stable.
2) Teneur en sels solubles des matières premières
En général, la précipitation des ions de métaux alcalins et alcalino-terreux dans l'eau influence le pH et le potentiel de la barbotine. C'est pourquoi, lors de la sélection des matières premières minérales, nous privilégions celles ayant subi un traitement par flottation, lavage à l'eau et broyage hydraulique. La quantité de sels solubles dans les matières premières est ainsi réduite, car elle est liée à la formation des filons et au degré d'altération. La teneur en sels solubles varie d'une mine à l'autre. Une méthode simple consiste à ajouter de l'eau dans une certaine proportion et à tester la fluidité de la barbotine après broyage à billes. Nous évitons d'utiliser des matières premières présentant une faible fluidité, ou du moins une quantité limitée.
3) Sodiumcarboxyméthylcelluloseet le tripolyphosphate de sodium
L'agent de suspension utilisé dans nos émaux céramiques architecturaux est la carboxyméthylcellulose sodique, généralement appelée CMC. La longueur de la chaîne moléculaire de la CMC influe directement sur sa viscosité dans la barbotine. Si la chaîne moléculaire est trop longue, la viscosité est élevée, mais des bulles peuvent facilement apparaître et être difficiles à éliminer. À l'inverse, si la chaîne moléculaire est trop courte, la viscosité est insuffisante et l'adhérence est mauvaise ; la barbotine risque alors de se détériorer après un certain temps. C'est pourquoi la plupart des celluloses utilisées dans nos usines sont de viscosité moyenne à faible. La qualité du tripolyphosphate de sodium est directement liée au coût. Actuellement, de nombreux produits sur le marché sont fortement frelatés, ce qui réduit considérablement leur efficacité de dégommage. Il est donc essentiel de choisir des fabricants reconnus, sous peine de subir des pertes importantes.
4) Impuretés étrangères
Généralement, l'extraction et le traitement des matières premières entraînent inévitablement une certaine pollution par les hydrocarbures et l'utilisation d'agents de flottation chimiques. De plus, de nombreuses boues artificielles contiennent actuellement des additifs organiques à chaînes moléculaires relativement longues. La pollution par les hydrocarbures provoque directement des défauts de concavité à la surface de l'émail. Les agents de flottation influent sur l'équilibre acido-basique et la fluidité de la barbotine. Les additifs pour boues artificielles, généralement composés de chaînes moléculaires longues, sont sujets à la formation de bulles.
5) Matières organiques dans les matières premières
Les matières premières minérales se retrouvent inévitablement dans la matière organique en raison de leur demi-vie, de leur différenciation et d'autres facteurs. Certaines de ces matières organiques sont relativement difficiles à dissoudre dans l'eau, ce qui peut entraîner la formation de bulles d'air, un tamisage et un colmatage.
2. L'émail de base n'est pas bien assorti :
L'adéquation entre la pâte et l'émail peut être abordée sous trois angles : l'adéquation de la zone d'évacuation des fumées à la cuisson, l'adéquation du retrait au séchage et à la cuisson, et l'adéquation du coefficient de dilatation. Analysons-les un par un :
1) Correspondance de l'intervalle d'échappement à l'allumage
Au cours du processus de chauffage du corps et de l'émail, une série de changements physiques et chimiques se produisent avec l'augmentation de la température, tels que : l'adsorption d'eau, la libération d'eau cristalline, la décomposition oxydative de la matière organique et la décomposition des minéraux inorganiques, etc., les réactions et la décomposition spécifiques à la température ont été expérimentées par des chercheurs expérimentés et sont reproduites ci-dessous à titre de référence ① Température ambiante -100 degrés Celsius, l'eau adsorbée se volatilise ;
② 200-118 degrés Celsius évaporation de l'eau entre les compartiments ③ 350-650 degrés Celsius combustion de la matière organique, décomposition des sulfates et des sulfures ④ 450-650 degrés Celsius recombinaison des cristaux, élimination de l'eau cristalline ⑤ 573 degrés Celsius conversion du quartz, changement de volume ⑥ 800-950 degrés Celsius décomposition de la calcite, de la dolomite, gaz Exclure ⑦ 700 degrés Celsius pour former de nouvelles phases de silicate et de silicate complexe.
La température de décomposition mentionnée ci-dessus ne peut servir que de référence en production, car la qualité de nos matières premières diminue et, afin de réduire les coûts, la durée de cuisson au four se raccourcit. Par conséquent, pour les carreaux de céramique, la température de décomposition sera également retardée en raison d'une cuisson rapide, et même une forte concentration de fumées dans la zone de haute température peut engendrer divers défauts. Pour cuire des raviolis rapidement, il faut travailler la pâte et la farce : affiner la pâte, réduire la quantité de farce ou utiliser une farce facile à cuire, etc. Il en va de même pour les carreaux de céramique : cuisson, amincissement de la pâte, élargissement de la plage de cuisson de l'émail, etc. La relation entre la pâte et l'émail est comparable à celle du maquillage. Ceux qui ont déjà vu du maquillage comprendront aisément la présence de couches d'émail de fond et de surface. Le but premier du maquillage n'est pas de masquer les imperfections, mais d'embellir ! Cependant, une légère transpiration peut tacher le visage et provoquer des allergies. Il en va de même pour les carreaux de céramique. Initialement bien cuits, ils peuvent présenter des micro-perforations accidentelles. C'est pourquoi les cosmétiques accordent une grande importance à la respirabilité et adaptent leurs formules aux différents types de peau. En réalité, nos émaux sont identiques pour chaque type de pâte, mais adaptés à chaque type de pâte. Les carreaux de céramique, par exemple, sont cuits une seule fois. Comme je l'ai mentionné dans un article précédent : il est préférable d'utiliser davantage de matières premières si l'air est incorporé tardivement et d'ajouter des métaux alcalino-terreux divalents avec du carbonate. Si la pâte crue s'évapore prématurément, il convient d'utiliser plus de frittes ou d'incorporer des métaux alcalino-terreux divalents avec des matériaux à faible perte au feu. Le principe de l'évacuation de l'air est le suivant : la température d'évacuation de l'air de la pâte crue est généralement inférieure à celle de l'émail, ce qui permet d'obtenir une surface émaillée esthétique après l'évacuation des gaz. Cependant, ce principe est difficile à appliquer en production, et le point de ramollissement de l'émail doit être ajusté pour faciliter l'évacuation de l'air de la pâte.
2) Correspondance du retrait au séchage et à la cuisson
Tout le monde porte des vêtements, et ceux-ci doivent être relativement confortables. La moindre négligence peut entraîner l'ouverture des coutures. De même, l'émail appliqué sur la brique doit être parfaitement ajusté. Par conséquent, le retrait au séchage de l'émail doit correspondre à celui de la brique crue : il ne doit être ni trop important ni trop faible, sous peine de provoquer des fissures et des défauts sur la brique finie. Heureusement, grâce à l'expérience et au savoir-faire des émailleurs actuels, ce problème est désormais bien maîtrisé. Les artisans, généralement très compétents, maîtrisent parfaitement la matière et ce type de situation est rare, sauf dans certaines usines aux conditions de production extrêmement difficiles.
3) Adaptation du coefficient de dilatation
Généralement, le coefficient de dilatation de la pâte crue est légèrement supérieur à celui de l'émail. Après cuisson, l'émail subit une contrainte de compression sur la pâte crue, ce qui améliore sa stabilité thermique et réduit les risques de fissures. C'est un principe fondamental de l'étude des silicates. Il y a quelques jours, un ami m'a demandé : pourquoi, lorsque le coefficient de dilatation de l'émail est supérieur à celui de la pâte, la brique se déforme, tandis que lorsqu'il est inférieur, elle se courbe ? L'explication est simple : sous l'effet de la chaleur et de la dilatation, l'émail, plus large que la pâte, se courbe, et lorsqu'il est plus étroit, il se déforme.
Je ne suis pas pressé de répondre, voyons plutôt ce qu'est le coefficient de dilatation thermique. Avant tout, il s'agit d'une valeur. De quelle valeur s'agit-il ? C'est la valeur du volume de la substance qui varie avec la température. Puisqu'il varie avec la température, il change lorsque celle-ci augmente ou diminue. Le coefficient de dilatation thermique que l'on associe généralement aux céramiques est en réalité le coefficient de dilatation volumique. Ce dernier est généralement lié au coefficient de dilatation linéaire, dont il est environ trois fois supérieur. La mesure du coefficient de dilatation est généralement conditionnée par une plage de températures donnée. Par exemple, quelle courbe représente la valeur entre 20 et 400 °C ? Si l'on insiste pour comparer la valeur entre 400 et 600 °C, aucune conclusion objective ne peut être tirée de cette comparaison.
Après avoir compris le concept de coefficient de dilatation, revenons à notre sujet initial. Après leur cuisson au four, les carreaux subissent une dilatation puis une contraction. Nous n'avons pas encore abordé les variations dues à la dilatation et à la contraction thermiques dans la zone de haute température. Pourquoi ? Parce qu'à haute température, la pâte crue et l'émail sont encore plastiques. Autrement dit, ils sont mous et la gravité y est plus importante que leur propre tension. Idéalement, la pâte crue est parfaitement droite et le coefficient de dilatation a peu d'influence. Après le passage du carreau dans la zone de haute température, il subit un refroidissement rapide puis un refroidissement lent, ce qui lui permet de se solidifier. À mesure que la température diminue, son volume se contracte. Bien sûr, plus le coefficient de dilatation est élevé, plus la contraction est importante, et inversement. Lorsque le coefficient de dilatation de la pâte est supérieur à celui de l'émail, la pâte se contracte davantage que l'émail lors du refroidissement, et le carreau se déforme. Si le coefficient de dilatation du corps est inférieur à celui de l'émail, le corps se rétracte sans l'émail lors du refroidissement. S'il y a trop de briques, elles risquent de se retourner ; ainsi, les explications précédentes sont faciles à trouver !
Date de publication : 25 avril 2024