Élaboration et caractérisation d'une pâte de réparation pour la céramique sanitaire.

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1

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Remerciemenl

Nous re'i'nercions en pïeMi:ùr tieu, notre qrieu qri a 6ù!n

Vou[u now dormei hfirce, h pa;tience, b cowage e± h vobmé pour éh6orer ce trwa,iL

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trwai[

flwsi, nous tenons à remertier tous hs enseigna;iüs qui on± contri6ué à notre firm:iion et comaissa,mes a,cqwises a,u cours de ses a,mées.

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encomagemen±.

Nos re`meiriemems vom a,ussi à : L'ense'm6b du persorme[ te tii SCS ®'ŒL,MI£m

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Liste des tab]eaux.

Liste dcs rq;ures.

NomeDCLature.

Introduction génémk

sommire

Pariie théorique

Chqpitre 1: généroLlté su les céram}ques

I . Les principales utilisations des céramiques sanitaires

1. l <éramiques natuielles ...

l . 2<éramiques traditionnelles ...

1. 3+éramiques techniques (néoiéramique)

Chœ i)itre 11: la pâti de céramùiw

1. Définition de la pâte céramique 1 .1 .Les matières premières

1.2.Les matières premières plastiques

1.2.a. Les Kaolins ...

12,b. I,es argiles ...,,...,,...,,...,...,...,.,.............

1.3 . Les matières premières non plastiques

1.3.a. Les dégraissants ... „ 1.3.b. I,es fondants ...

2. La classificatïon de [a pâte 2.1. I.a pâte vidifiée ..

2.2. La Pate non vitrifiées ...

3. La température de fiision de la pâte de réparation 4. I.es caractéristiques de la pâte ...

4.b. Température

4.c. la ix)rosi.é ...

• Porosité ouvert ...

• Porosité fermés

4.d. I,a peméabilité ...

4.e. Le retrait ..,..,...,...,...,...,...,...,...,...

4.f. L a granulométrie

«:. Forme desgrains ...

Pa8e

02 03 03 03

5 5 5 5 6 6 7 7 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9

10 10

11

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1

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1 1

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1 1 1

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1 1

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I

•:. Démentions granulométrie

¢. Analyse granulométrique ... „ ...

5. Etude de la chaine technologie de la fàbrication et mise en forme de la pâte Ceramlque

5.a. Concassage et broyage ...

5.b. I.e tamisage ......

5.c. Le dosage

5.d. L.homogénéisation ...

5,e. Le malaxage ...,...,...,...,...,...,..,...,...,...,

5.f. Le façonnage

a. I.e moulage a main ...

b. I+e moulage par pressage ...

5.g. Le séchage

5.h. L'émaillage ...

5.j. Décoration

Chaiiüre 111: h pâie de répœ Tation

1. Généralité sur la pâœ de iéparation ...

2. La réparation de la pâte de réparation

3. Les matières premières destinées à la fiibrication de la pâte de réparation ...,.,...

a Les feldspaths ...,...

a 1 Le feldspath sodique a 2le feldspath potassique

b Le quartz ...

c La dolomie ...

dLe carbonate de calcium (Cac03)

eIje kaolin (2Si02.A103.2H20) ...

fL I.es argiles ......

f.1.Le group kaolinites

l Kaolinite : (triclinique) ...

2Halloysite : (Si02.A1203.2H20+H20) ...

f2 le groupe des illites

f3Groupe de montmorillonites

4, Les giioupes des oxydes dans la pâte de réparation ...,...

• La silice (Si02)

11 rD 12

12 12 13 13 13 13 14 14 14 15 15 16

17 17 18 18 19 19 19 19 19 19

20 20 20 20 20 20 20

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1 1

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1 1

I I I I I I

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1 1 1

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1 1

I

• L'alumine (A1203)

• L'oxyde de sodium et de potassiuin (K20, Na20) ...

• L.oxyde de caLcium (Cao)

• L'oxyde de magnésium (Mgo)

• L'oxyde de titanium Œi02)

• L'oxyde de zirconium (Zr02)

Chqpitre IV: IAs mQyennes de cuœ ctéTisution

1.Les moyennes de caractérisation ...,...,...

a. Humidité b. Plasticité .__

b.l . Limites de liquidité (WL) et de plasticité (WP) ...

c. Le ooefficient de dilatation .hermique ...

d. La tem5ion superficielle de la pâte de réparation

e. I.a fiisibilité ...,...,...,,,...,...,...,..

e. l . Coefficient de fiisibilité ...

e.2. Les cônes de fiisibilité

2.L€s rayons X ... „ ...,...,...,...,...

2,1. Irnroduction ...,...,...,......,.....

2.2 Nature électromagnétique des rayons X

2.3. Diffiaction des rayons X .,...,..

2.4. Principe de la méthode des poudres ...

3. Diffiactomètre Bragg Brentano ...,...

a.h configimtion o0 ...

b. La configuration 020

Pantie p'œ tiqu

Chqpüre V: Élaborœ tion et cuuctérisotion

1 .Moyeme d'investigation

2. Amlyse chiTrique des rnatières premières destinées à la Éàbrication de la pâte de réparation

2.1. Matières premières plastique

22. Matières premières Tion plastique ...,...,...

Partie I : ..' ...... ' ...... ' ... ' ...... '' ........ ' ... ' ... ''..

3. Calcul de la composition chimique de chaque dosage

3.1. Pour le dosage N° i ....,...,...,... „ ...

21 21 21 21 21 22

23 23 23 23 24 25 26 26 26 27 27 27 27

29 29 29 30

31 31 31

32 32 32 32

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I I I I I I I I I I I I I I

1 1

I

1 1 1 1

3.2. Pour le dosage N° 2 .

3.3. Pour le dosage Næ ...

3.4. Pour le dosage N°4 ...

4. Détemination de l'humidité

4.1. P.otœ ole expérimental ...

4.2. Calcul de l.humidité de différentes matières prcmières ...

5. Elaboration de la pâte de réparation

6. Plas(ici'é ... '' ... ' ......... '..' ......... ' ...

6.1. Appareillagc ...

6.2. Protocole expérimentale

6.3. Courbe de la plasticité ...

7. Calcul du coefficien. dc dilatation thermique ...

8. Calcul de la tension superficielle

9. Calcul du coefficient de fiisibilité (K) ...

9.1. Estimtion de la tempémture de fiision ...

10. Diffiiiction des rayons X

1. Calcul de la composition chimique de chaque dosage 1.1. Pour le dosage N° 5

1 .2. Pour le dosage N° 6 ...

1.3. Pour le dosage N° 7 ...

2. Elaboration de la pâte de réparation 3. Plasticité ....

4. Courbe de la plas.icité ...

5. Calcul du coefficient de dilatation thermique

6. Calcul de la tension superficielle ...

7. Calcul du coefficient de fiisibilité (K) ...

8. Diffiaction des rayons X

Conclushn génémle ...

RéféTences bibLiographiques Annexe

35 36 37 38 38 38 39 42 42 42 47 49 52 53 53 58 60 60 60 63 63 64 67 69 70 73 74 79 80

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tableaux

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I I I I I I I I

1 1 1 1

I I I

1 1 1

I

1 1

Liste de tableaux

Partie théorique

Chapitre [1 :

Tableau N° 11.1 : présente quelques matières premières plastiques.

Tableau N° 11.2 : Les propriétés des matières premières argileuses

Tableau N°II.3 : les températures de cuisson de quelques types de céramiques

Chapitre IV :

Tableau IV.1: Domaine de la plasticité en fonction de pourcentage d'eau.

Tableau IV.2: Les facteurs propres de la dilatation thermique des oxydes.

Tableau IV.3: Les facteurs propres de la tension superficielle de chaque oxyde Tableau IV.4: Les coefficients des oxydes de fusibilité.

Partie pratique

Chapitre V : Partie I :

Tableau V.1: L'analyse chimique des matières premières plastiques destinées à la fabrication de la pâte de réparation.

Tableau V.2: L'analyse chimique des matières premières non plastiques destinées à la fabrication de la pâte de réparation.

Tableau V.3.a: Teneur de différents oxydes dans l'argile hycast.

Tableau V.3.b: Teneu de différents oxydes dans le feldspath sodique.

Tableau V.3.c: Teneur de différents oxydes dans I'oxyde de zinc.

Tableau V.3.d: Teneur de différents oxydes dans le zircon.

Tableau V.3.e: Teneur de différents oxydes dans le quartz.

Tableau V.3.f: Teneur de différents oxydes dans la dolomie.

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1 1

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I I I I I I

Tableau V.3.g: Teneur de différents oxydes dans le carbonate de calcium.

Tableau V.3.h: Teneur de différents oxydes dans le kaolin Remblend.

Tableau V.3.i: Teneur de djfférents oxydes dans le kaolin LPC.

Tableau V.3.j: Teneur de différents oxydes dans le kaolin KT2.

Tableau V.3.k: Teneur de différents oxydes dans le feldspath potassique.

Tableau V.4: La composition chimique de dosage 1.

Tableau V.7: h composition chimique de dosage 4

Tableau V.8 : La variation de l'humidité de l'argile hycast avec le temps séchage.

Tab)eau V.9: L'humidité des matières premières.

Tableau V.10 Les mesures desrefus de chaque dosage Tableau V.11: Les mesures de dosage 1.

Tab)eau V.12: Les mesures de dosage 2.

Tableau V.13: Les mesures de dosages 3.

Tableau V.15: Représente les résultats de la plasticité de chaque dosage.

Tableau V.16: Le coefficient de dilatation thermique pour chaque dosage.

Tableau V.17: La tension superficielle des dosages.

Tableau V.18: Ia fusibilité des dosages.

Tableau V.19 : La relation entre K et la température de fiision.

Tableau V.20: Représenté les mesures de la hauteur des cônes de fusibilité de chaque dosa8e

Partie 11 :

Tableau V.21.a: Teneur de différents oxydes dans l'argile hycast.

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I I I I I I I I I I I I I I I I I

1 1

I I

Tableau V.22.b: Teneur de différents oxydes dans le feldspath sodique.

Tableau V.23.c: Teneur de différents oxydes dans l'oxyde de zinc.

Tableau V.24.d: Teneur de différents oxydes dans le zircon.

Tableau V.25.e: Teneur de différents oxydes dans le quartz.

Tableau V.26.f: Teneur de différents oxydes dans la dolomie.

Tableau V.27.g: Teneur de différents oxydes dans le carbonate de ca]cium Tableau V.28.h: Teneur de différents oxydes dans le kaolin LPC.

Tableau V.29.i: Teneur de différents oxydes dans le kaolin KT2.

Tableau V.30.j: Teneur de différents oxydes dans le feldspath potassique.

Tableau V.32: h composition chimique de dosage 6.

Tableau V.33: La composition chimique de dosage 7 Tableau V.34: Les mesures des refus de chaque dosage.

Tableau V.35: Les mesures de dosage 5.

Tableau V.36: Les mesures de dosage 6.

Tableau V.38: Représente les résultats de la plasticité de chaque dosage.

Tableau V.39: Le coefficient de dilatation thermique pour chaque dosage.

Tableau V.40: La tension superficielle des dosages.

Tableau V.41: I.a fusibilité des dosages.

Tableau V.42: Représenté les mesures de la hauteur des cônes de fusibilité.

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[ I I I I

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1

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e des Figures

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I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

Listes des figures

Partie théorique

Chapitre 11 :

Figtire 11.1 : le procédé de traitement des matières premières.

Chapitre 111 :

Figure 111.1 : procédé général de préparation d'une pâte de réparation.

Chapitre IV :

Figure IV.1 : un diffractomètre à compteur.

Figure IV.2 : Théorie de la diffl.action.

Figure [V.3 : Définition des angles dans le montage BraggBrentano Figure IV.4 : Montage «00 (échantillon fixe) et «0 2e » (tube fixe).

Partie pratique

Chapitre V : Partie I :

Figure V.1: Représenté la courbe de la plasticité pour le dosage 1.

Figure V.5 : cône de fiisibilité avant fusion

Figure V.6 : Les cônes de fusibilité après fusion à 1200°C Figure V.7 : Pièce réparée par le dosage 1 :

Figure V.8 : Pièce réparée par le dosage 2 : Figure V.9 : Pièce réparée par le dosage 3 :

(14)

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

Figure V.10 : Pièce réparée par le dosage 4 :

Figure V.11 : Difflactogramme des échantillons 1, 2, 3, et 4.

Partie 11 :

Figure V.14: Représenté la courbe de ]a plasticité pour le dosage 7.

Figure V.15 : Cône de fiisibi]ité avant fiision

Figure V.16 : Les cônes de fusibilité après fiision à i20o°C Figure V.17: Diffractogramme des échantil]ons 5, 6, et 7.

Figure V.18 : Pièce réparée par le dosage 5 : Figure V.19 : Pièce réparée par le dosage 6 : Figure V.20: Pièce réparée par le dosage 7 :

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Liste d.es symboies

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Liste des symboles

ASTM : American Society for Testing and Materials.

S.C.S : Société céramique sanitaire.

C.E.T.I.M : Centre d'études et de services technologiques de l'industrie des matériaux M.P : Matières premières.

D.O : Différents oxydes.

P.F : perte au feu.

Kaolin RMD : kaolin remblend.

Q : Quartz.

Z : Zircon.

L :labradorite

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uction Généraïe

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I I I I I I I I I I I I

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lntroductiongénéral [ntro ductlon généra]e:

Le mot céramlque objet de la cuisson d'une terre argileuse qui peut être émaillée ou vitrifiée en surface extérieur pour donner de la fa.i.ence ou bien la porcelaine...etc.

La technologie céram]que est une des plus anciennes si ce n'est la plus ancienne des industries de transformation inventées par l'homme.

Les matériaux céramiques sont des prodults inorganiques non métalliques, très intéressants dans le domaine de la technologie. La dlversité des céramiques leur ouvre des champs d'appllcation très larges allant des produits « grand public » aux produits professionnels utilisés dans les domaines les plus spécialisés. 11 est évident que les plus importants tannages sont réalisés dans le secteur des céramiques pour le bâtiment et les usages domestique.

Dans les céramiques (techniques) on remarque que certaines utilisations sont encore marginales (céramique thermomécaniques pour moteurs) par rapport aux outils classiques de l'électronique. C'est ainsi que la céramique thermomécanique pour moteurs représentaient moins de O.11%du chlfffes d'affaires du marché des céramiques industrielles, a]ors que les applications électroniques représentent plus

céramiques techniques vendues dans le monde, près du tiers sont trouve les oxydes d'aluminium, de béryllium, les ferrites, les autre les nitrures et les carbures.

Les céramiques contiennent des défàuts sous forme de por peuvent être dues aux plusieurs paramètres. Le plus important de ces

%. Pour les uis l,on

ü,2JiÉu

procédés de fabrication ou au moins à une partie de ce procédé. La plupart des fissures sont dues aux contraintes thermiques lors de séchage ou pendant la cuisson, Le premier qrpe de ces défàuts est fàcilement corrigé par sa mlse sous forme de pâte. Après cuisson, la transformation des produits céramique en pâte est impossible. La correction des défauts aura lieu avec un masticage par une pâte plus fiisible de celle de tesson, appelée pate de réparation. L'élaboration des pâtes de réparation est un sujet de recherche très intensifiées dans l'industrie céramique.

Notre étude vise à élaborer une pâte de réparation pour la céramlque sanitaire à partir des matières premières utilisées pour la fabrication de la pâte de tesson.

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Partie théorique ^ChapitreI .. Généralité sur les céramlques 11 Introductlon :

Une céramlque est un objet issu de la cuisson d'une terre argileuse qui peut être émalllée ou vitrifiée en surface pour donner de la fa.i.ence, de la céramique sanltaire„.etc, les produits céramiques sont des matériaux inorganiques non métalliques et très intéressants dans le domaine de la technologie. [1]

La société américaine ASTM (Américain society for Testing and Materials) définit une céramique comme : « un article ayant un corps vitrifié ou non, de structure cristalline ou partiellement cristalline, ou de verre, dont le corps est formé de substances essentiellement inorganiques et non métallique, et qui est formé par une masse en flision se solldifie en se refi.oidissant, ou qui est formé et porté à maturité, en même temps ou ultérieurement, par l'action de la chaleur. [1]

]2, Les principales utillsations des céramlques sanitalres :

La diversité des céramiques leur ouvre des champs d'application très larges allant des produits « Grand public » aux prodults pour professionnels travaillant dans les domalnes les plus spécialisés.

11 est évident que les plus importants tannages sont réalisés dans le secteur des céramiques pour le bâtiment et les usages domestique (briques, tuiles, carrelages, poteries, faïences, grés, porcelaine ...),

Pour les céramiques techniques vendues dans le monde, près du tiers sont des titanes, puis ]'on trouve les oxydes d'aluminlum, de béryllium, les ferrites, les autres oxydes ( Hzr02n ... etc), les nitrures et les carbures. [2]

Les matériaux céramiques sont obtenus à partir des masses d'argiles soumises au fàçonnage et à la cuisson ultérieure. Souvent une opération technologique a lieu consiste dans le séchage des éléments façonnage, appelés éléments crus.

L'universalité de ses propriétés, un large assortiment la haute résistance et la lûngévlté des éléments des céramiques permettent de les utiliser dans les porcelaines, Ie fà.ience, les potiers , les constructions les plus dlfférentes : pour les murs, dans l'lnstallations thermiques, comme matériaux de revêtement pour les murs et les sols, sous forme de tubes de canalisation, pour les apparei]s de l'industrie chimique et on qualité d'agrégats légers et poreux pour les élément en armé préfabriqué. [3]

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Partie théorique Chapitre 1 ,Générallté sur les céramiques La science des matériaux consldère trios grandes classes des matériaux : les métaux, les polymères, et les céramiques. Alors une céramique est un matériau inorganique, solide, à structure polycristalline (micro structure complexe, grain de joint, drain et pore) à liaison ionique et/ou covalente. A leur tour toutes les céramlques sont classées en trois grandes catégories : [4]

12. 1céramiques naturelles : Ceux sont pierres et les roches.

12. 2céramlques tradltlonnelles : Elles contiennent entre autres :

> Les céramiques amorphes (verres) ;

> Lescimentsetlesbétons;

> Les céramiques vïtrifiées ;

Ces dernlers sont des silicates ou des alumlnosilicates, issus des matières premières naturelles à base d'argile (kaolin), de feldspath et de quartz et généralement mises en œ uvre par coulage de la barbotine. Elles sont constituées par une phase vitreuse enrobant des cristaux des différentes natures.

Elles sont utilisées soit comme isolateurs électriques, soit comme matériaux de construction, ou revêtement réfi.actaire.

]2.3icéramlques technlques (néocéramlque) :

Elles sont essentiellement des composées non silicatées des grandes puretés et pour cela élaborées à partir de matière déjà synthétisée obtenues le plus souvent par compression de poudre suivie de fi.ittage.

Les différentes céramiques techniques sont : à base d'oxydes de nitrures, de borures, de carbures et les vltrocéramiques.

Pour le génie des matériaux le procède d'élaboration est pris en compte : une céramlque est un matériau élaboré par une technologie particulière dite (technologie céramique), qui comporte un enchaînement d'opérations du type :

Poudres + mlse de forme + traitement thermique.

(22)

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

Partle théorlque Chapltre I : Générallté sur les céramlques Les matériaux naturels (roches), les verres et les liants hydrauliques ou non, sont alors exclus. [4]

L'organisation de notre mémolre est représenté comme suit:

La première partie est la partie tiiéorique qui contient quatre chapitres qui nous avons commencé par un aperçu théorique sur la pâte céramique, la pâte de réparation, est les moyennes de caractérisation de la pâte.

En ce qui concerne la deuxième partie est la partie pratique qui contient une élaboration et caractérisation de la pâte de réparation, les moyens d'investigation q'humidité, la dilatation thermique, ]a tension superficielle, Ia fusibilité, la plasticité et la difffaction des rayons X), et une conclusion générale.

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Partle théorique Chapitre 11 : La _PÊË±céramique

1.Définlt[ondelapâtecéramlque:

La pâte céramique est une masse composée d'une phase plastique et d'une phase dite dégraissante.la phase plastique est constituée par un mélange d'argiles et de kaolins. Les argiles, qui confèrent la plasticité la cohésion au tesson, peuvent aussi participer au développement de la phase vitreuse au cours du traitement thermique. Les kaolins améliorent le comportement au coulage et augment la blancheur du tesson.

Quant à la phase dégraissante, elle comprend les feldspaths (Sodiques et mixtes) et la silice sous des granulométrles bien définies qul ; lors du traitement thermlque, vont être l'origine de la formation de la phase vitreuse. La fi.action la plus grossière des silices constitue, après cuisson, l'ossature du matériau et conféré à celuici un comportement dilatométrique en accord avec celui de la couche d'email.[5]

1.1.les matlère première :

La fabrication des produits céramiques sanitaires fait appel à des matières premières plastiques et non plastiques. Essentiellement d'origine naturelle comme les argiles, feldspaths, les kaolins, et les silices.

1.2. Les matlères premlers plastlques :

Les matières premiers plastiques utilisées dans l'industrles céramiques sont: les argiles et kaolins.

Les mélanges d'argiles et d'eaux donne une pâte plastique. Ce mélange subit des déformatlons sous contraintes sans rupture et de garder cette déformation après que ces contraintes cessent. Son aptitude à la déformation avant rupture (malléabilité)est donc très grande, elle est capable de former avec des matériaux non plastiques des pates ayant une certaine mal]éabilité.

La plasticité est donc la propriété de l'origine la plus important pour la pratique (avec la tenue en feu).[6]

1.Z.a. Les kaollns :

Ce mot vient du nom d'une ville chinoise dans les environs de laquelle était exploitée cette fameuse matière qui est la base de la porcelalne choisie est constitué de kaolinite (.2Si02,2H20) ; qui forme la partie cristaL]ine de la kaolinite de certaines ara]es, la kaolinite

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Pa rtie théorlque Chapitre 11 : I.a PÊË±céramlque

est extraite par u traitement physique (séparation granulométrique par sédimentions) relativement peu couteuse.

Les kaolins sont plus purs que la plupart des arüles et dont utilisés aux produits tels que la porcelaine.[3]

1.2.b. les arglles:

Les argiles ont une origine géologique secondaire, elles ont été formées par la dégradation des roches ignées (volcanique) dues à des phénomènes d'érosion et d'altération chimique sous l'action des agents atmosphériques. [7]

Les arglles sont rarement pures, leurs lmpuretés proviennent de plusieurs sources.

> Au cours de sédimentation,

> Par des éléments arrachés aux terrains traversés par les argiles.

> Par contact avec certaines couches du sol.

Une partie des impuretés influe sur la plasticlté des argiles, l'autre est considérée comme fondants (substances qui diminues la température de fiision de la masse ou elles sont incorporées).

Le tableau suivant donne quelque matières plastiques, alnsi que leurs formules chimiques.[8]

Dénomlnation Formule chlmlque

Kaolin Zsi02.A1203.2H20

Halloysite 6Si02. A12.03.2HzO + nH20

Montmoril]onite 3Si02.A1203.(Mg,Ca,Na,K)

Illite 3 0u 4 Si02. AZ203(Fe,Mg ,K,Na).H20 Tableau N° 11,1 : présente quelques matières premières plastiques.

1.3. Les matlères premlères non plastlques :

Les matériaux non plastiques peuvent être divlsés en deux classes : les dégraissants proprement dits et les fondant.[9]

De fàçon plus usuelle on les dénomme dégraissants suivant la morphologie et la taille de leurs particules. Elles modifient les propriétés des argiles, diminuent la plasticité tout en rendant le matériau moins sensible au séchage.

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Partle théorique chapitre 11 .. E.9JPP4Ë±céramlque 1.3.a. I.es dégraissants.

La plasticité « propriété essentielle des mélanges a l'arstle des matières inertes qui par l'absence de retriât diminuent celui de masse à laquelle elles sont incorporées, en même temps que leur dispersion dans cette masse crée une sorte de squelette qui rend poreuse. Ce qui facilité l'évaporation de d'eau on les nomme : matières dégmissantes ou matières antiplastiques, exemple :le chamotte.[10]

1.3.b. les fondants :

On appelle ainsi la catégorie séparée des dégraissants utilisée pour provoquer la vitrification des argiles. Les fondants sont très nombreux, mais en pratique on utillse généralement les alcalis (K20, Na20), et les oxydes de fer pour la réparation de la pâte.

Les fondants ne peuvent jouer leur rôle que lorsque la température à laquelle ils se combinent aux autres éléments est atteint, audessous de cette température, ils n'aassent que comme des dégraissants. [8]

Le tableau suivant donne quelques dégraissante utilisés dans la pâte céramique

Dénomination Formu]e chimîque

Quartz

S[02

6Si02. AJ2 03. N2 0 (albite) Feldspath

6Si02. A1203, K20 (orthose) 4sto2,Ai2o3.ca2o(Cmortirite)

Talc 4Sioz.Mgo .HzO

Dolomie Mgco3,Caco3

Tableau N° 11.2 :Les propriétés des matières premières argileuses :[8]

Ceux sont des aluminosilicates hydratés, représente par les grandes familles des argiles et des kaolins formant les plastifiants qui confèrent à la pâte crue sa plasticité en raison de leur structure caractéristique de la barbotine : lamellaire es des propriétés physicochimlques de leurs particules. L'augmentation de la teneur en matières argileuses augment le coefficient de dilatation et diminue la résistance au choc thermiflue.

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Partle théorique Chapltre 11 : Lapâte^céramique 2. La classlficatlon de la pâte :

En peut classer la pâte à deux types selon les dimensions des gralns et les propriétés des tessons céramlques :

Z.i. La pâte vltriflée :

Dans les pâtes à grés ou la température de cuisson est plus élevée et la tencLir en fondant notablement plus important ceuxci agissent comme les éléments flislbles et provoquent le passage de la sllice à la forme vitreuse d'autant plus facllement qu'elle est plus finement broyée.

Le facteur de surfàce des grains de quartz a un rôle déclsif dans le processus de la vitrification et constime la mesure de la réactivïté de silice présente dans l'arÆle ou dans la pâte. [10]

2.Z. La Pâte non vltr]flées :

La forme lamellaire de grains condult à leur orientation faclle sous l'effet mécanlque du façonnage (flllère, calibre, doîgt du tourneur, force capillaire et de succion dans le procédé par coulage) quî occasionne la formation d'une structure anisotrope, d'où il résulte pour le tesson des différences de retrait, de résistance mécanlque et électrique, de réparation des capillaires entrainent des différentes de perméabilité et d'ascension caplllaire suivant une direction parallèle perpendiculaire à la générale des lamelles. [10]

3. La température de fuslon de ]a pâte de réparatlon :

La température de flision déponde du coefficlent de dllatatlon thermlque, de la tension superficlelle lors de la cuisson et la teneur en fondants. Elle est lnversement proportionnelle à ces trols paramètres.

Pour déterminer la température de fiision exacte de ftision de la pâte de réparation on falt l'analyse par RX

4.les caractéristlques de la pâte :

Parmi les caractérlstiques de la barbotine on trouve : 4.a. Denslté :

Dans la majorité des cas, il est encore défini par un contrôle au viscosimètre a absorbation d'énergie « Gall en Kamp », C'est à partlr du tracé de la courbe donnant, en

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Partle théorique C1.apitrell.'_L±pâtecéram_iE±

fonction de la teneur en dispersant, tant la vlscosité apparente lnitiale que celle après un temps de repos défini (comportement tiiixotrope), que l'on définit la teneur en dé floculant correspondant à une vitesse de prise et de réglage est aussi conditionnée par les condltions de stockage et de transport de la barbotine.

4.b. Température :

Par l'élévation de la température de la barbotine on joue sur deux paramètres favorables à l'accélération de la prlse.

> Diminution de la viscosité de l'eau.

> Augmentation du comportement tiiixotroplque de la barbotine (dans le cas d'une défloculation classique carbonate, silicate de sodium) qui provoque la formation d'un tesson plus perméable.[11]

4.c. la poroslté :

La plupart des matières première des pâtes céramiques contiennent des vldes appelés pores (ce mot vient du grec et veut dire passage), centalne de ces pores communiquent entre eux par des canaux capillaires, d'autres au contralre ne communiquent pas les uns avec les autres, le terme exact pour cette deuxième catégorie serait « la cunes » mais pour simplifier les appellations ou a convenu de nommer les pores communiquant entre « pores ouverts » et par opposition les autres « pores fermés ».

Nous avons donc la notion de porosité ouvert, est de porosité fermée, ces deux porosités donnant la porosité totale.

• Poroslté ouveite :

Dite quelque fois porosité apparente, c'est le rapport des pores ouverts au volume apparente, c'estàdire le volume total de la matière des pores ouverts et des pores fermés.

• Poroslté femée :

C'est le rapport du volume total des pores fermés et des pores ouverts au volume apparenL

4.d. La Peméablllté :

La perméabilité est la propriété d'un produit céramiques de laisser dans l'unité de temps un volume plus ou moins grand de fluide gazeux, le coefficient de perméabilité est une valeur numérlque qui dépond que de la nature de produit céramique,

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Partie théorique Chapltre 11 : La pâte cérami_q±

11 ne faut pas confondre la perméabilité et la porosité, ces deux caractéristlques étant complètement distinctes, alors que cette dernière concerne uniquement le volume et le nombre des pores et non leur distribution et leur forme. La perméabilité dépend entièrement des caractéristiques elle est donc des pores, des caractéristiques du taxateur.

D'après BAR SALI, plus la température est élevée plus la perméabilité est forte jusqu'à un certain point du moins, marqué par le début de la vétrification et à partir duquel la perméabilité diminue. Au minimum de la porosité correspond le minimum de la perméabilité, un autre minimum peut se trouve avec des grains fins puisque les capillaires sont petits et que la perméabillté varie comme la (4éme) pulssance du diamètre des capillaires.

Une forte perméabilité résulte un déchaussement des grains au séchage et à la cuisson ce qui provoque des fissures.

4. e. Le retralt :

Le retralt est la réduction qui subit les matières arglleuses ou les prodults qu'on fabrique sous l'influence de ]a chaleur, il consiste à la diminution en dimension ]inéaires et en volume de ces produits. Le premier retrait dépond de l'eau que contient toujours la masse et qui est indispensable au fàçonnage des pièces, cette eau existe à la fois sois forme d'une pellicule superficlelle entourant les grains solides, soit en remplissant des vides qui les séparent, soit en fin absorbée par les particules collo.i.dales constituant les argiles.

La seconde, par contre, correspond aux différentes variations de volume subites par le métier lors de la cuisson.

Les fàcteurs susceptibles d'entrainer une varlation de volume sont nombreux : les uns dépondent de la matière ellemême tels que la décomposition et l'élimination de certains constituants entralnant ainsi la réduction du volume, ou lors d'une réaction chimique conduisant à un produit différent, de point spécifique différent, donc le volume différent.[11]

4.f. L a granu]ométrie :

En entrant par la granulométrie d'un produit, qu'il soit compact ou réduit en poudre plus ou moins grossière, l'ensemble de tous les facteurs qui caractéristique sa texture granulaire c'estàdire la forme et la grosseur des grains, ainsi que leur réparatlon.

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Partle théorique Chapitre 11 : La P4Ë±céramique La résistance mécanique des produits de chamotte est en fonction de la solidité de cette chamotte et de celle du ciment qui liée, l'adhérence des deux phases, des vides de la matière (porosité, fissures) et des tensions internes. Elle dépond aussi de la forme des grains de la chamotte.

De façon générale, une facture peut prendre naissance et se propager, soit entrés les grains de chamotte si ceuxci sont déjà déchaussées ou ne sont liés que fàiblement entre eux, soit à l'intérieur des grains de la chamotte,

> Fome des grains :

La forme des grains peut être très variable selon la matière étudiée. On trouve des grains arrondis (sphère, avoides, ellipso.i.des), des grains en écailles (micas), en particules libres. La forme esquilleuse est préférable à la forme sphérique car la surface de contact d'argile est plus grande ce qui assure une meilleure cohésion du produit. Les surfaces rugueuses s'accrochent mieux à l'élément plastique que les surfàces lisses.

La possibillté pour les grains d'entrer en contact les unes avec les autres peuvent être plus grande. Elles conduisent ainsi à des masse moins poreuses et plus compactes que les grains arrondis.

> Démentions des gralns :

Les grains fins présentent une plus grande surfàce d'adhérence et ce déchaussent molns à la cuisson, de leur enveloppe argileuse. La porosité et la perméabilité du produit sont donc diminuées et sa résistance mécanique augmente à froid, mais généralement au détrlment des propriétés thermiques.

> Analyse granu]ométique :

L'analyse granulométrique des argiles et des mélanges est une source de grand renseignement.

Pour les argiles, le tamisage humide permet de recueillir les quartz et les micas, la finesse des particules constituant les argïles à une grande importance notamment sur la plasticité, beaucoup de ces particules sont inférieures au demimicro, certaines ont 80%

d'élément en dessous de cette dimension.

Pour les dégraissants, c'estàdire les matières non plastiques qui sont la presque totalité des constituants des produits fabriqué en pate sèche a (ou en sur comparé ), nous

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Part]e théorique ^Chapitreii .. La pâte céramË±

avons vu l'importance du dosage granulométrlque, il fàudra donc établir les courbes granulométriques non seulement des composants mais également contrôler par des courbes devront se superposer pour les coulis , les pièces, les prodults de réparation ce contrôle granulométrique est indispensable pour avoir des résultats corrects.

On utillse différents procédés suivant la finesse des éléments, plus ils seront fins p]us I'apparelllage et le mode opération seront délicats.

Les éléments dits grossiers sont déterminés par tamisage en se servant de toiles métalliques calibrées, on peut faire les séparations jusqu'à 30 moins micros environnent 30et 10micros il faut utillses des méthodes de lévigation et entre 10 et 0,4 microns des méthodes de sédimentions.

Pour les éléments en dessous de 0,4 micron y compris les parties collo.i.dales, l'appareillage est très différent, on se base sur certalns principes particuliers et souvent les résultats sont incertains, surtout dans le cas des argiles.

5. Etude de la chalne techno]ogie de la fabrlcatlon et mlse en fome de ]a pâte céramlque :

L'organigramme de fàbrication des prodults céramiques suites les grandes lignes des opérations de fabrication suivants :

5.a. Concassage et broyage :

Avant de procédés au mélange des dlfférents constituants d'une composition, il est souvent nécessaire de réduire les matières en poudre plus ou moins fins de façon à obtenir un mélange homogène.

Le but de broyage n'est pas seulement d'obtenir des petits fi.agments à partir de gros morceaux, mais aussi celui d'obtenir un ensemble de fi.agments ayan une distribution granulométrique déterminée, il est souvent nécessaire d'employer une granulométrie comprise dans les ]imites très étoiles, ce qui est pratiquement impossible à obtenir par broyage. 11 fàut donc procédées a des tamisages successifs qui permettent des classlfications.[9]

5.b. Le tamlsage :

Le tamisage est une opération destinée à séparer les différentes fi.actions granulométriques et les déterminées.

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PartLe théorique Chapltre 11 : La pâte céramiq±

Les résultats obtenus constituent les donnée d'une analyse granulométrique, cette analyse est pratiquement exécutée au moyen de tamis disposés l'un sur l'autre de façon que l'on passe de haut en bas par des ouvertures de mailles toujours décroissantes.

Les principaux tamis dans l'industrie céramique sont différenciés selon le mode de tamisage et la qualité de la matière tamlser. On peut citer les principaux tamis suivants : tamis vibrant, tamis a excentrique.[12]

5.c. Le dosage :

Le dosage se fàit suivant des formules détermlnées à l'avance en fonction de la qualité de produit à obtenir.

Le dosage se fait en volume ou mieux en poids, le premier mode est plus ancien, son inconvénient est l'entassement des matières premières humides qui sera la cause des erreurs.

Le deuxième mode est le plus utilisé vu sa fiabilité et sa haute sont les outils de dosage préférés pour ce mode. [12]

5.d. L'homogénélsatlon :

C'est une opération, qui consiste à mélanger les matières dosées pour assurer une parfàite homogénéité, répartir l'humidité et chasser l'air piégé dans le mélanges.

5.e, Le malaxage :

C'est une opération qui consiste à mélanger les matlères dosées pour assurer une parfalte homogénéité, répartir l'humidité et chasser l'air qui réside dans la pâte, cet air peut crées des fissures et des fontes, de plus sa présence diminue la plasticité de la pâte.[12]

5.f. Le façonnage :

La barbotine est introduite dans des moules en plâtre, prend en négatif la forme à façonner. En aspirant l'eau de la barbotine grâce à son réseau capillaire, la plâtre provoque la formation(prise) d'une dépôt (tesson).

Le façonnage peut être effectuer à I'aide de différents types.[8]

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Partle théorlque ^Chapitreii:Laiiâtecérap}Ëq±

a. Le moulage à maln :

Utilisé pour des pièces de formes compliquées ; dans ce type de moulage en utilise des plates plastiques.

t). Le mou]age par pressage :

11 permet la mise en forme des pièces des grandes séries, dans cette opération on utilise des pates plastiques, semi plastique ou bien sèche.

Ce mode de fàçonnage est utilisé pour les pièces délicates. La barbotine est coulée dans moules en matière perméable (plâtre) qui absorbe par capillarité la phase liquide de la suspension en provoquant la pris da la pâte.

5.g. Le séchage :

Le séchage consiste essentiellement à éliminer I'eau non combinée aux constituants de la matière, par différents procédés (séchage par ventilatlon et par canalisation).

Le mécanisme de séchage doit être homogène dans toute la masse de la pièce autrement dit ralentir l'évaporation superficielle dépend :

> De la saturation de l'airséchant

> De renouvellement de l'air par ventilation.

> De l'étatdesurface de la pièce etépaisseur.

> De la qualité des matières première rapport plastique/dégraissant.

> Dela texture de la pâte (serrée ou poreuse).

> De l'évaporation de l'eau d'lnterposition (ou dessus des fours).

Le séchage de la dernière phase s'opère dans le tunnel du four. Les pièces sur des wagonnets parcourent le tunnel en sens opposé d'un flux d'air chaud ou fiimées propres, tourbillonnent entre les pièces en les ventilant.[3]

• Effets de séchage :

Le séchage provoque plusieurs phénomènes physlques, parmi lesquels :

Le durcissement :

Au fur à mesure que les pates perdent leur eau, elles prennent leur plasticité et deviennent plus rigides, ce qui permis leur manipulation,

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