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d'aÆmesser mes &dicaces à : flmafi
gIÆes mès cmÈres pa;rmft je && b fiui;± & plriieurs
f liï4ées d'étiLÆès, ma mème rm4uefiemme qrije re`mercie duf inÆ de mo'n cœur,
\\i\ merci ma;my.
Movn pène, rhom:me qri a tou± doi'mé sa;ms riem rîecevoir, rfiom:me b plw cher a,u
\\\\ mondè, merci papy.
\i\\ 9lÆes chèfies sœuxs : q;af i;!fihha, gvîdd;ü, SaGm æ Ma6i6a.
"es cheTs fièTes : f l:m:ma;r, q(g:m[, J46dèmz,e¢e± T<prim.
Mon oncb 16riafti;m.
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', 2016.
914es «mjes: Merime, ®aG&h, LumjLi, Œi;m, If f iam, Soria, Souria, Sa;ra ei lMssem.
q;ow q:iæ j'time et tous ceux:qri m'aimen±, et ceux:qri om± veiflé dè près ou dè bim à [a,chèvemen± & ce tmvœi[
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Généralité sur la pâte céramique
I . 1 . Définition de la pâte céramique 1(.2. Matières premières
] .2.1. Matières premières plastiques I,2.1.a. Arüle
1.2.1.b. Kaolin
1.2.2. Propriété des matières premières arrileuses 1.2. 3. Matière première non plastique
I.2.3.a. Dégraissant I.;2.3.a. Fondant
1.13 . Etape de la fabrication et mise en fome de la pâte céramique 1.!} .1. Concassage et broyage
1.!}.2. Tamisage I.S.3. Dosage
I.S.4. Homogénéisation I.].5. Malaxage
1.3.6. Façonnage a. Moulage à main b. Moulage par coulage 1.3.7. Séchage
1.3.8. Emaillage
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Sommaire
).4.1. Densité ].4.2. Températue ].4.3. Granulométrie a.. Fome des grains Ü. Dimensions des grains d. Analyse granulométrique Ii4.4. Porosité
1:4. 5. Peméàbilité 1.4.6. Retrait
1,5. Classification des produits céramiques 1.5.1. Céramique (silicatée) ou (traditionnelle) I.t5.1.1. Quelque types de céramique
a Poterie bj Sidllée c., Fa.i.ence d. Porcelaine
I. S.1.2. Quelque produits céramiques et intervalles de températures 1.`{.2. Céramique technique
I.{i. Fabrication des pièces céramique sanitaires 1.7. Généralité sur la pâte de réparation
I.S. Préparation de la pâte de réparation
I-î. Classification de la pâte 1.9'.1. Pâtes vitrifiées
1.9.2. Pâte non vitrifiées
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Sommaire
Les moyennes d'iwestigations
1)[.1.Moyenned'investigation
:Ï
2. Contrôle de différents paramètres .2.1. Hmidité
.2.2. Détemination de la plasticité d'une pâte I].2.3.Coefficientdedilatationthemique 1|.2.4. Tension superficielle
1).2. 5. Coefficient de fiisibilité 1].2.6. Difffaction des rayons X n.2.6.a. Introduction
m2, 6.b. Défirition
n 2.6.c. Nature électromagnétique des rayons X n2.6.d. Production des rayons X
n2.6.e. Difffaction des rayons X II`2.6.f. Diflhction des poudres IIT2.6.g, Difflaction Bragg Brentano
II.2.6.h. Spectroscopie X et le contrôle de fabrication
Chapitre 111
21
21 21 21
22 23 24 24 24
Résultats et interprétations
111 . 1 . Analyse chimique des matières premières 111, 1 . 1 . Matière première plastique
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Sommaire
) 11.1,2. Matière première non plastique
]11.2. Ca]cul de la composition chimjque de chaque dosage ]11.2.1. Pou le dosage N°:i
111.2.2. Pou le dosage N°:2 1[1.2.3. Pour le dosage N°:3
|[1.2.4. Pou le dosage N°:4 I.tl.3. Humidité
Iü . 3 . l . Protocole expérimental
IPI. 3. 2. Calcul de l'humidité de difïérentes matières premières Ifl.4. Elaboration de la pâte de réparation
1]1. 5. Plasticité I]I.5.1.Appareillage
1)1. 5.2. Protocole expérimental 111.5.3. Coube de la plasticité
111.6. Calcul du coefficient de dilatation themique 1]1.7. Calcul de la tension superficïelle
11[. 8. Calcul du coefficient de fiisibilité (K) 11[. 8.1. Estimation de la températue de fusion
m[.8.2. Image des cônes de fiisibilité pou chaque dosage 11[.9. Difffaction des rayons X
Cbnclusion général Bjbliographie
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Liste des tableaux Partie théorique
Chapitre 1
Tableau 1.1 : représente quelque matière première plastique Tableau 1.2: Présente quelques matières premières non plastique
Ch,pi're H
Tablleau 11.1 : Domaine de la plasticité en fonction de pourcentage d'eau Tablleau 11.2: Les facteurs propres de la dilatation thermique des oxydes
Tableau 11.3: Les facteurs propres de la tension superficielle de chaque oxyde ... 24 Tab]eau H.4: Les coefficients de ftsibïlïté de chaque oxyde
Partie pratique Chapitre 111
Tab]eau IH.l : L'analyse chimique des matières premières plastiques destinées a la prép!u.ation de la pâte de réparation
Tab]cau m.2: L'analyse chimique des matières premières non plastiques destinées à la préparation de la pâte de réparation
Tablimu lll.3.a: Teneur des oxydes dans l'arale hycast.
Tabll3au m3.b: Teneu des oxydes dans le feldspath sodique Tabli"u lll.3.c: Teneur des oxydes dans l'oxyde de zinc Tablcau m3.d: Teneu des oxydes dans le zircon Tabl.mu m.3.e: Teneu des oxydes dans le quartz Tabu"u lll.3.f: Teneu des oxydes dans la dolomie
Tat)l|au m3.g: Teneur des oxydes dans le carbonate de calcïum Tabt¢au lll.3.h: Teneu des oxydes dans le kaolin remblend Tabl€au lll.3.i: Teneur des oxydes dans le kaolin LPC Tabié`ûu m3.j: Teneu des oxydes dans ie kaoiin KT2
Tab]€.au m3.k: Teneu des oxydes dans le feldspath potassique TabLqau IH.4: La composition chimique de dosage N°: 1
Tab]€au m.5: La composition chïmique de dosage N°:2 Tableau m6: Ia composition chimique de dosage N°:3 Tablaau m7: Ia composition chimique de dosage N°:4
Liste des tableaux
Tablleau ln.8: La variation de la masse de quartz avec le temps Tablleau 111.9: L'humidité des matières premières
Ta"eau 111.10: I,es mesures de dosage N°: l Tablleau 111.11 : Les mesumes de dosage N°:2 Ta"eau 111.12: Les mesures de dosages N°:3 Tal)ieau IH.13: Les mesues de dosages N°:4
Tablœu ml4: Représente les résultats de la plasticité de chaque dosage ... 42 Tableau ml5: Le coefficient de dilatation thermique pou chaque dosage ... 47 Tab]eau ln.16: La tension superficielle des dosages
Tableau 111.17: IÆ fiisibilité des dosages
Tableau lIL18: h relation entre K et la température de fiision
Tableau IH.19: Représenté les mesures de la hauteu des connes de fusibilité ... 52
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Liste des figures
Partie théorique Chap,itre I
Figure 1.1: Etape de la fàbrication d'un produit céramique Figure 1.2: Fabrication des pièces sanitaires
Figure L3: Procédé générale de la préparation d'une pâte de réparation
Chapïtre 11
Figur€: H.1: Les rayons X dans 1'échelle des longueus d'onde
Figure'H.2: domaines de longueu d'onde des rayons X dus et des rayons X mous ... 26 Figure'IL3: Schéma d'un tube à rayon X ITr: haute tension d'accélération
Figure 11.4: Difffaction de rayons X par une famille de plans réticulairespi, P2, P3 Sont les plans de cette famille, 0 est l'angle de Bragg
Figure n.5: Les angles dans le montage de Bragg Brentano
Partie pratique
Chapiitre m
Figure m.l : Représenté la coube de la plasticité pou le dosage N°: 1 Figure :m.2: Représenté la coube de la plasticité pou le dosage N°:2 Figure ]m.3: Représenté la coube de la plasticité pou le dosage N°:3 Figure ]UI.4: Représenté la coube de la plasticité pou le dosage N°:4 Figure ]HI.S: Image des connes de fiisibilité pou chaque dosage Figure lm6: Diffiactogramme des échantillons 1, 2, 3, et 4
Liste des acronymes
£iste des acftomymes
CETIM: Centre d'Etude et de services Technoloüques de l'Industrie des Matériaux de construction.
KT2: Kaolin Traité 2 RM]): Remblend.
P.A.F: Pert Au Feu.
SCS! Société Céramique Sanitaire.
M.P: Matière Première.
D.Oa Différents Oxydes.
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11111- Introd uction générale
Intro']uction
à la <<
et non
générale:
Le teme céramique a pou. oriSne le mot grec Keramos, quj frit référence à la poterie et [erre brulée >>.
Une céramique est un produit solide composé essentiellement de matériau non métamque Drganique et très intéressants dans le domaine de la technologie. Elle obtenue par cuisson d'une tene argileuse qui peut être émaillée ou vitrifiée en surface extérieu pou domée de la faïence ou bien la porcelaine .... etc.
Un matériau céramique présentent une caractéristique essentielle par rapport à autre matéridu ; les atomes ou constituant de leu réseau cristamn sont en général très solidement liés entre eiix par des liaisons ioniques.
)Les céramiques contiennent des défams : des pores et des fissues dues à leu mise en œuvre, des fissues dues aux contraintes thermiques, à la corrosion ou à l'abrasion.
Ponc pou cacher ces défauts (les pores et les fissues), on utilise la pâte de réparation;
est un |nélange de l'émail et de la pâte destiné à la fabrication du tesson céramique à des donc pourcei}tages différents, elle joue un rôle très important pour la protection de l 'enviromement et dans ,,économje.
],'objectif de ce travail est d'élaborer me pâte de répamtion pou les céramiques sanitairq;s. L'orgarisation de notre mémojre est représentée comme suit:
],a première partie est la partie théorique qui contient deux chapitres. Dans le premier nous avons commencé par un aperçu théorique sur la pâte céramique. Le second chapitre est consacri5 les moyennes d'investigation de la pâte.
Eh ce qui conceme la deuxième partie elle est contient un seul chapitre: conceme 1'interpiétation des résultats, et on temine par une conclusion générale.
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Généralité sur La pâte céramique
Ë,pitrel
L1.: Définition de la pâte céramique
La pâte céramique est me masse composée d'une phase plastique et d'une phase djte dédraissante. IÆ phase plastique est constituée par un mélange d'argiles et de kaolins, qui cohfèrent la plasticité à la pâte. Ils participent ainsi au développement de la phase vitreuse au coùrs du traitement themique. Les kaolins améliorent le comportement au coulage et aufflmentent la blancheu du produit céramique.
Quant à la phase dégraissante, elle comprend les feldspaths (sodiques et mixtes) et la silid,e sous des granulométries bien définies qui; lors du traitement themique, vont être à l'otiigine de la fomation de la phase vitreuse. Une fi-action importante de la silice confère un coinportement dïlatométrique de la pâte en accoiid avec la couche d'ema£l. [01]
L2. Matière première
1
Les produits céramiques saritaires fabriqués à partir des matières premières plastiques et npn plastiques d'origine naflirelle (Quartz, Kaolin, Argile et feldspath).
1.2.]1. Matière première plastique
Les matières plastïques utilïsées dans J'jndustrie cémmjque sont: les argï]es et Jes kaolins.
Le mélange d'arSle et d'eau donne une pâte plastique qui provoque des défomations impi)rtantes sans rupture avec conservation de la fome acquise lorsque l 'effort cesse.
Son aptitude à la défomation avant rupture (malléabilité) est donc très grande, elle est capaible de fomer avec des matériaux non plastiques des pâtes ayant une certaine malléabihté.
Pratiquement, la plasticité avec la tenue en feu est la propriété de l'argile la plus imri>rtante. [02]
L2.1.a. Argile
1
L'argile est une matière fondamentale pour l'industrie sanitaire elle est dérivée des rocbes magmatique, métamorphique. L'introduction de l'argile dans une pâte sert à : augmenter la plasticïté, ftriliter le façonnage, améliorer la résistanœ mécanique en cru. Elle contribue à la vitrification de la pâte dumnt la cuisson. Le rôle principal de l'argile est le comrôle du comportement rhéologique de la pâte, son retrait en cru et sa couleu. [03]
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Cliapitre l Généralité sur ]a pâte céramique I.2,1.b. Kaolin
Le nom kaolin provient du chinois Gaoling, le Kaolin perd son eau de cristallisation entire 500 et 700°C . 11 est constitué de kaolinite (A1203. 2Si02. 2H20) ; qü fome la partie cris;talline du kaolin et de certaines argiles, la kaolïnite est extraite par un procédé physique (sé])aration granulométrique par sédimentation) relativement peu couteux.
Les kaolins sont plus purs que la plupart des argiles, ils sont utilisés dans la fabrication de la porcelaine.
Le '[ableau suivant donne quelque matière plastique, ainsi que leurs fomules chimiques. [03]
énomination Formule chimique
kaolinite 2Si02. A1203. 2H20
Halloysite (argile) 2Si02. A1203. 2H20 + nH20 Montmorillonite (argile) 3Si02. A1203. (Mg, Ca, Na, K)
Illite (argile) 3 0u 4 Si02. A1203 (Fe, Mg, K, Na) .H20.nH20
Tableau 1.1 : présente quelques matières premières p]astiques.
I.2.:Z. Propriété des matières premières argileuses
Ceux sont des aluminosilicates hydratés, représentés par les grandes familles des argiles et des kaolins fomant les plastifiants qui confèrent à la pâte crue sa plasticité en raïson de leurs structures lamellaires et des propriétés physico-chimiques de leus particules.
L'augmentation de la teneur en matières argileuses augmente le coefficient de dilatation et diminue la résistance au choc themïque. [04]
1.2.:). Matière première non plastique
De façon plus usuelle, on les dénomme dégraissants. Suivant la morphologie et la taille de leurs particules, elles modifient les propriétés physiques et chimiques des argïles:
elleis diminuent la plasticité tout en rendant le matériau moins sensible au séchage.
Les matières premières non plastiques peuvent être divisées en deux classes: les fon(Lants et les dégraissants. [04]
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Ch',pitre 1 Généralité sur la pâte céramique
I.2.:}.a. Dégraissant
La plasticité peut devenir gênante lorsqu'elle est excessive, il est indispensable de mélinger à l'argile des matières inertes qui par l'absence de retrait diminuent celui de masse aux quelle elles sont incorporées, en même temps que leur dispersion dans cette masse crée une, sorte de squelette qui la rend poreuse. Ce qui facilite l'évaporation de l'eau .On les noiii.es matières dégraissantes ou matières antiplastiques (le sable, chamotte). Le rôle de dégraissants est:
> La diminution de la plasticité de la pâte. --=~.'
._ ' ,...,. "_ ._ _."£ ._ f__________ J_ ,_ _£1_ .^,£r:,;,,-r:Ï*i-l\
)> La réduction de retrait de séchage et la facilité de façonnage de la pâte. [Q5,]
7 -'1 ,\-
.:. Quartz
Est fomée chimiquement par le bioxyde de silicium. C'est le minéral le plus répondu de l'éccirce terrestre, il se trouve dans la nature sous forme de roche séparée (sable et verre quartzeux, cristal de rœhe), ou comme composant de roche polyminirale. La densité du qua"z et de 2650 Kg/ m3, sa dueté et 7 Mohs (d'après l'échelle de mohs), sa résistance à la com])ression est d'environ 650 à 1100 Mpa. I.e quartz est stable aux actions des acides sauf l'aciile fluorhydrique et se distingue par une haute résistance aux intempéries, son rôle est de:
•]> Réduire le retrait de séchage et de facilité le façonnage des produits.
•* Diminuer la plasticité de la pâte.
«:. Rendre les arriles moins collantes, on ajoutant du quartz (sable siliceux) on améliore la textue de la pâte.
•!. Le quartz présenter un caractère vitrifiant.
L2.3.b. Fondûnt
Ce sont essentiellement des alcalino - terreux, la fonction principale d'un fondant est la formation de la phase vitreuse seule ou en réarissant avec les autres composée de la pâte.
De cette façon la cohésion de tesson et la densification sont facilités, ainsi la température de cuisson est réduite.
Les fondants sont très nombreux, mais en pratique on utilise généralement les àlcalins (K20, Na20 et Li20) pou la préparation de la pâte.
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Ch,,pitre 1 GénéraLité sur la pâte céramique
Les fondants ne peuvent jouer leu rôle que lorsque la température à laquelle ils se combinent aux auties éléments est atteinte, au dessous de cette températue, ils n'arissent que coniime des dégraissants.
Le tableau suivant représente quelques dégraissants utilisés dans la pâte céramique. [03]
Dénomination Formule chimique
Quartz Si02
Feldspath
6Si02.A1203.Na20 (albite) 6sio2.Ai2o3.K2o (Omose) 2 Si02. A1203. Ca20 (anorthite)
Talc 4Si02.3Mgo. H20
Dolomie Mgco3.Caco3
Tablcau 1.2: Présente quelquœ matières premières non pLastiques.
L3. Etape de La fabrication et mise en fome d'un produit céramique
L'étape de fabrication des produits céramiques comporte les opérations suivantes:
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Matières premières
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Figure 1.1: Etape de la fabrication d.un produit céramique.
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Chl,pitre 1 Généra]ité sur la pâte céramique
L3.:L. Conœssage et broyage
Avant de procéder au mélange des différents constituants d'une composition, il est sou`Jent nécessaire de réduire la granulométrie de la matière de grosse au fine de façon à obte nir un mélange homogène.
Le but de broyage n'est pas seulement d'obtenir des petits ftgments à partir de gros mor\ceaux, mais aussi celui d'obtenir un ensemble de fragments ayant une distribution granulométrique déteminée, il est souvent nécessaire d'employer une granulométrie comprise dam, les limites très étroites, ce qui est pratiquement impossible à par broyage. 11 faut donc proaéder à des tamisages successifs qui pemettent des classifications.
13.2. Tamisage
Le tamisage est une opération destinée à séparer les différentes fiactions granulométriques et les déteminées.
Les résultats obtenus constituent les données d'une analyse granulométrique; cette analyse est pratiquement exécuté au moyen de tamis disposés l'un su l'autre de façon que l'on passe de haut en bas par des ouvertuLres de mailles toujours décroissantes.
Les principaux tamis dans l'industrie céramique sont différenciés selon le mode de tamii3age et la qualité de la matière tamisée.
Ch peut cites les principaux tamiseus suivants: vibrant, excentrique.
IJJ" DOsage
Le dosage se fait suivant des fomules déterminées à 1' avance en fonction de la qualité de produit à obtenir.
Le dosage se fait en volume ou en poids, le premier mode est plus ancien, son inconvénient est l'entassement de matière première humide qui sera la cause des erreurs. Le deux(ème mode est le plus utilisé w sa fiàbilité et sa haute précision. Les bascules sont les outil§, de dosage préfërés pou ce mode.
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Chpitre 1 Généralité sur ]a pâte céramique
1.3. 4. Ho mogénéisation
C'est une opération qui consiste à mélanger les matières dosées pou assurer une parl'aite homogénéité, répartir l'humidité et chasser l'air piégé dans le mélange.
1.3.:5. Malaxage
C'est une opération qui consiste à mélanger les matières dosées pou assurer une pari.aite homogénéjté, répartir l'humidité et chasser l'air quj réside dans la pâte, cet air peut créer des fissues et des fentes, de plus sa présence diminue la plasticité de la pâte. [06]
L3.{i. Façonnage
La pâte est introduite dans des moules en plâtre, prend en négatif la fome à façonner.
En iüpirant l'eau de la pâte grâce à son réseau capillaire, le plâtre provoque la fomation (prise) d'un dépôt (tesson).
Le façonnage peut être effectué à l'aide de différents types. [03]
a. MouLageà main
Utilise pour des pièces de formes compliquées; dans ce type de moulage on utilise des plates plastiques.
b. Moulage par coulage
11 permet la mise en fome des pièces de grandes séries, dans cette opération on utilise des plâtri;s plastiques, semi plastique ou bien sèche.
Ce mode de ftçonnage est utilisé pour les pièces délicates. La barbotine est coulée dans des nLoules en matière peméable (plâtre) qui absorbe par capillarité la phase liquide de la suspension en provoquant la prise de la pâte.
13.7. Séchage
Le séchage consiste essentiellement à éliminer l'eau non combinée aux constituants de la matière première, par différents procédés (séchage par ventilation et par canalisation).
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Cha,pi,re 1 GénéraLité sur La pâte céramique
Pendant le séchage, l'eau doit disparaitre des pores du tesson. La vitesse de vap)risation de l'eau dépend de l'humidité relative de l'atmosphèTe extérieue, de l'épaisseu de ti3sson de la fome des pores est de leu taille.
Le mécanisme de séchage doit être homogène dans la masse de la pièce autrement dit raleintir l'évaporation superficielle de 1'eau en même temps l'accélération de cheminement d'ea,u à travers la pâte du cœu de la pièce vers la surface, l'évaporation superficielle dépend:
• De la saturation de l'air séchant.
• De renouvellement de l'air par ventilation.
1 De l'état de surface de la pièce et épaisseu.
• De la qualité des matières premières rapport plastique / dégraissant.
• De la textue de la pâte (serrée ou poreuse).
1 De l'évaporation de l'eau d'interposition (ou dessus des fours).
Le séchage de la demière phase s'opère dans le tunnel du fou, les pièces portées su des wagonnets parcouent le tunnel en sens opposé d'un flux d'air chaud ou fimées propres, toul)illonnent entre les pièces en les ventilant. [01]
* Elffets de séchage
Le séchage provoque plusieus phénomènes physiques, pami lesquels:
- Durcissement
Au fiir et à mesure que les pâtes perdmt leu eau, elles prement leu plasticïté et deviimnent plus rigides, ce qui permet leu manipulation.
- Retrait et la pertede poids
L'eau qui s'évapore, provoque une perte de poids et me diminution de volume due au rapp].ochement de particules argileuses. [07]
1.3.8.. Emaillage
Dans cette opération les particules de verre ou de céramique à foTte ffaction de phase vitreiise sont déposées à fi.oid su le substrat, puis densifies par évaporation de la phase liquiile (éventuellement réticulation par recuit).
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Ch,pitre 1
tii-- Généralité sur La pâte céramique Les matériaux conservés sont les substrats métalliques ou céramiques, les résultats recherchés sont la protection contre la comosion, et pou l'esthétique. [08]
L'émaillage de la pièce non poreuse conditionne avec la tension superficielle l'adhérence de la couche d'émail, et consiste à la couverte d'une surface bien polie les rendant impeméable en lui communiquant une brillance parfaite après cuisson.
Les pièces crues vont être cuites et la colorées pou deviennent des produits finis.
L3.!l. Cuisson
La cuisson est l'opération finale des produits céramiques. Pendant cette opération, les tramfomations physiques des matières premières et le produit acqujt son aspect défiritif.
Le but de la cuisson est de provoquer par chaleur certaines réactions chimiques et tra"iformation physique des matières première et de l'email, certains facteus importants influent d'une façon directe su ces différentes transfomations à savoir la température de cuission, le temps et la nature de l'atmosphère gazeux du fou, car les constituants de la pate céra]nique non seulement réagissent entre eux mais également avec le contact du gaz.
L'atmosphère gazeuse du fou doit être oxydante. Pou la cuisson des pièces céramiques, l'unité d'EI Milia utilise des fours tunnel.
En premier lieu on faites le chargement de pièces séchées dans des gazettes réfi-a3taires, ces demières seront mis dans des chariots qui seront ensuite enfoumés puis cuits à la température 1320 °C pendant un temps de 24 heures compris le temps de reffo idissement. [07]
1.3.11}. Décoration
La vrai colorant est obtenue grasse à des oxydes métalliques, chaque oxyde donne une ou plusieus couleurs après cuisson, les oxydes de base sont le cobalt qui produit le bleu, le cuivre qui peut se transfomer en vert ou en turquoise, le fer qui put donne du jaune ou de rouge, le manganèse qui donne le brun ; le rose ; ou le pourpre est obtenu par le chlorure d'or.
Le décore est appliqué par deux méthodes : 1a première est appelé décore de grand feu, la seconde est appelée décore de petit feu.
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Chlpitre 1 Généralité sur la pâte céramique
L4. Caractéristique de la barbotine
Pami les caractéristiques de la barbotine on trouve:
L4.1. Densité
Dans la majorité des cas, il est encore défmi par un contrôle au viscosimètre à abs{irption d'énergie "Gall en Kamp". C'est a partir du tracé de la coube domant, en fonction de lii teneu en dispersant, tant la viscosité apparente initiale que celle après m temps de repos défiiri (comportement thixotrope), que 1'on définit la teneu en défloculant conespondant à ume vïtesse de prise et a um comportement rhéoloaque du tesson fomé compatibles. La plage de réglage est aussi conditionnée par les conditions de stockage et de transport de la barbotine.
1.4.2. Température
Par l'élévation de la température de la barbotine on joue su deux paramètres favo(rables à l'accélération de la prise.
',> Diminution de la viscosité de la barbotine.
)> Augmentation du comportement thixotropique de la pâte (dans le cas d'une défloculation classique carbonate, silicate de sodium) qui provoque la formation d'un tesson plus perméable. [09]
L4.3„ GranuLométrie
En entrent par la granulométrie d'un produit, qu'il soit compact ou réduit en poudre plus ou moins grossière, l 'ensemble de touts les facteus qui caractérisent sa texture granulaire c'est-à-dire la fome et la grosseu des grains, ainsi que leu réparition.
La résistance mécanique des produits de chamotte en fonction de la solidité de cette chamotte et de celle du ciment qui lié, l'adhérence des deux phases, des vides de la matière (porosité, fissues) et des tentions intemes. Elle dépend aussi de la fome des grains de la chamotte.
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Ch,pitre 1 Généra]ité sur la pâte céramique
De façon générale, ume fiacture peut prendre naissance et se propager, soit entres les grains de chamotte si ceux-ci sont déjà déchaussés ou ne sont liés que faiblement entre eux ; soit à l'intérieu des grins de la chamotte.
ii. Forme des grains
La forme des grains peut être très variable selon la matière étudiée. On trouve des i,rains arrondis (sphère, Ovoïde, ellipsoïdes); des grains en écailles (micas); en particules ]ibre. IÆ fome esquilleuse est préférable à la fome sphérique car la surface de contact (l'argile est plus grande ce qui assure une meilleue cohésion du produit. Les surfaces iugueuses s'accrochent mieux à 1'élément plastique que les surfaces lisses.
La possibilité pou les grains d'entrer en contact les une avec les autres peut être plus
€Tande. Elles condujsent ainsi à des masses moins poreuses et plus compactes que les
€Tains anondis.
tii. Dimensions des grains
Les grains fins présentent une plus grande surface d'adhérence et ce déchaussent moins à la cuisson, de leu enveloppe ardleuse. La porosïté et la peméabilité du produjt sont donc diminuées et sa résistance mécarique augmente à fi.oid, mais généralement au détriment des propriétés themiques.
c. Analyse granulométrique
L'analyse granulométrique des arales et des mélanges est une source de grand rcnseignement.
Pou les argiles, le tamisage humide pemet de recueillir le quartz et les micas; la finesse des particules constituant les arriles a une grande importance notamment su la pï,asticité; beaucoup de ces particules sont inférieures au demi-micro; certaines ont 80%
d"élément en dessous de cette dimension.
Pou les dégraissants, c'est-àdire les matières non plastiques qui sont la presque ta.talité des constituants des produits fabriqués en pâte sèche a (ou en su comparé), nous avons vu l'importance du dosage granulométrique, il faudra donc établir les coubes gianulométriques non seulement des composants mais également contrôler par des
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Cha.pitre 1 Généralité sur la pâte céramique
i)oubes dewont se superposer pou les coulis, les pisés, les produits de réparation ce
•;ontrôle granulométrique est indispensable pou avoir des résultats corrects.
On utilise différentes procédés suivant la finesse des éléments, plus ils seront fins plus l 'appareillage et le mode opératoire seront délicats.
Les éléments dire grossières sont déteminés par tarisage en se servant de toils métalliques calibrées; on peut frire les séparations jusqu'à 30 micros environ; entre 30 et ]0 micros il faut utiliser des méthodes de lévigation et entre 10 et 0,4 microns des méthodes de sédimentation.
Pou les éléments en dessous de 0,4 micron y compris les parties collo.i.dales, l 'appareillage est très dîfférent, on se base su certaïns principes particuliers et souvent les résultats sont incertains, surtout dans le cas des argiles. [05]
1.4.4. Porosité
l,a plus part des matières prerières des pates céramiques contiennent des vides appelés pore:s (ce mot vient du Grec et veut dire passage), certains de ces pores communiquent entre et)x par des canaux capillaires, d'autres au contmire ne communique pas les un avec les autr€:s, le teme exacte pou cette deuxjèmes catégorie serajt "lacunes" majs pou sjmphfier les appellations ou a convenu de nommer les pores communiquant entre eux "pores ouverts"
et par opposition les autres "pores femés".
Nous avons donc la notion de porosité ouverte, et de porosité femée, ces deux porosités donnent la porosité totale.
* Poi.osité ouverte
Dite quelque fois porosité apparente, c'est le rapport des pores ouverts au volume appaJrente, c'est-àdire le volume total de la matière des pores ouverts et des pores femés.
* Porosité fermée
C'est le rapport des pores femés au volume apparent.
* Po].osité .otale
C'est le rapport de volume total des pores femés et des pores ouvert au volume appa,.ent.
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Ch,,pitre 1 GénéraLité sur la pâte céramique
L4.!;. Perméa bilité
La peméabïlïté est la propriété d'un produjt céramique de laisser passer dans l'unité de t3mps un volume plus ou moins grand de fluide gazeux, le cœfficient de perméabilité est une valeu numérique qui ne dépend que de la nature de produit céramique.
11 ne faut pas confondre la peméabilité et la porosité, ces deux caractéristiques étant complètement distinctes, alors que cette demière conceme uniquement le volume et le nombre des ]mres et non leu distribution et leu fome.
La perméabilité dépend entièrement des caractéristiques des pores, elle est donc caractéristique de la texture.
D'après BAR SALI, plus la températuœ est élevé plus la perméabilité est forte jusqu'à m çertain point du moins, marqué par le début de la vérification et à partir duquel la pemLéàbilité diminue. Au minimum de la porosité comespondent le minimum de la perméabilité, un autne minimum peur se trouve avec des grains fins puisque les capillaires sont petits et que la peméabilité varie comme la (4éne) puissance du diamètre des capillaires.
Une forte peméabilité résulte un déchaussement des grains au séchage et à la cuisson ce qui pirovoque des fissues.
1.4.6„ Retrait
Le retrait est la réduction qui subit les matières arSleuses ou les produits qu'on fiàbrique sous l'influence de la chaleu, il consiste à la dimïnution en djmensions linéaires et en volume de ces produits. Le premier retrait dépend au départ de l'eau que contient toujous la rnasse et qui est indispensable au façonnage des pièces, cette eau existe à la fois sous fomes d'une pelli{:ule superficjelle entourant les grains solides, soit en remplissant des vides quj les séparent, soit en fin absorbée par les particules colloïdales comtituant les argiles.
La seconde, par contre, correspond aux différentes variations de volume sont nombreux : les uns dépendent de la matière elle-même tels que la décomposition et l'élimination de certains constituants ainsi la réduction du volume, ou lors d'une réaction chimique conduisant à un i)roduit diflërent, de poids spécifique différent, donc le volume différent. [05]
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Cha pitre 1 Généralité sur La pâte céramique
1.5. Classir[cation des produits céramiqucs
Bien qu'ïl soit de classer les différentes familles de céramïques, dans un souci de si")lification, on peut considérer deux grandes catégories de produits, les céramiques dites (silii)atées) ou (traditionnelles) et les céramiques dites (nouvelles) ou (techniques).
L5.]. Céramique (silicætée) ou (traditionnel]e)
Elles sont touts à base d'argile humide, mise en fome par moulage. Mais différent entr¢; elles par la qualité de ces argiles, la nature des autres matéria" incorporés à la pate, le type de traitement de surface éventuellement appliqué, le processus de cuisson.
> Les produits de terre cuite : brique, tuiles ... etc.
» Les carreaux céramiques,
> Les produits céramiques pour sanitaires.
> La vaisselle céramique.
> Les céramiques pou l 'électrotechrique: porcelaines isolantes.
> Les céramiques dentaires. [10]
1.5.1..1. QueJque types de céramique a. Poterie
On désigne généralement sous ce terme les terres cuites simples d'usage courant. Peu onéreuse elle est généTalement fabriquée à proximité du lieu de consommation. Objet utilitaire, son usage définit sa fome.
Parfois une glaçue peut verir le recouvrir afin de favoriser les caractéristiques du vase ({;tanchéité, décoration ... ).
b, Sigillée
Céramique fine produite à grand échelle par quelques ateliers gallo romains. 11 s'agit d''une teme cuite moulée richement décorée puis trempée dans de la barbotine (argile liquide) qui va lui conférer la à cuisson une couleu rouge-oiangée d'aspect vemissé t}pique. Lorsqu'elles sont de bonne qualité, les sigillées sont solides et difficilement
raLyables.
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Ch pitre 1 GénéraLité sur ]a pâte céramique
i:. Faïence
La fàïence nait de la volonté de copier la couteuse porcelaine chinoise. Les procédés
slont
Connus depuis longtemps au Moyenlorient et sont réellement mis en valeu en ltalie et
€m Espagne au 15é" siècle.
En Frmce, il faut attendre la venue d'artistes ltaliens dans le sillage de François lŒ imur découvrir les techniques de cet an. La faïence est une tene cuite qui, après une riremière cuisson, est recouvene d'un émail opaque généralement blanc. Apres Lm temps de séchage, on peut décorer les objets selon une palette limitée dans un premier temps à cinq couleurs (bleu, jaune, rouge, vert et violet) avant de leu £rire subi une nouvelle cuisson qù leu donnera un aspect brillant et parffitement étanche.
d. Porcelaine
La porcelaine fait l'objet de to`ns les attentions en Europe. Légère et translucide, solide et fine, ce type de céramique restera um monopole chinoise jusqu'au 18éme siècle.
Avant qu'um Allemand perce le mystère de cette pâte. Utilisant une argïle blanche sixscifique appelé kaolin, la porcelaine se vitrifie naturellement lors d'une cuisson à haute tcmpérature. Comme pou la fm.ence un décor vient rehausser l'objet.
1.5.1.2. Que]que produits céramiques et interva]les de températures -Briques de maçonnerie: 10oo°C à i25o°C.
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Briques de pavage: 1050°C à i2oooc.
Briques poreuses: 9oo°C à iooooc.
Tuiles : 980°C à i ioooc.
Faïences: 1150°C à i250°C.
Caneaux céramiques: 1150°C à 1250°C.
Porcelaines: 1150°C à i25o°C.
Grains d'argile expansés: 1050°C à 1150°C.
Porcelaines électriques: 1300°C à i4oo°C.
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Ch,pitre I
L5.:!. Céramique technique
Généralité sur la pâte céramique
Les céramiques techniques (composés binaires métalloïdes). Onéreuse, obtenues le plus souvent par compression de poudre suivie de frittage. Le développement de ces demières porte essentiellement sur des oxydes (alumine, zircon).Des carbures(Sic2), et des nitrures (SiN), nitrures mixtes de silicium et d'aluminium.
Elle résulte d'm effort de recherche important, les cérmiques classiques résistent très bien à la compression mais la traction à une firible résistance mal au choc «fi.aalité » et elle n'esi: pas ductile (absence de défomation plastique sous contrainte avant rupture) elle est due et mauvaise conductice à la chaleu et de l'électricité des nombreux efforts ont été utilisé pou améliorer de tel sa caiactéristique en fonction d'une application détermjné .
Notre travail est basé su la céramique sanitaire.
1.6. Fabrication des pièces céramique sanitaires
Le cycle de fabrication de produits céramiques sanitaires comporte les opérations suivantes:
Figure 1.2: Fabrication des pièces sanitaires.
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l±,pîtTç-I""---,,.----,.--..,-,.-,--.-.,-
1.7. GénéraLité sur la pâte de réparation
Généralité sur La pâte céramique
La pâte de réparation est une pâte utilisée pou la réparation des produits céramique qui ont des défauts de cuisson à la sortie des fours par des matières premières identique à cell€!s de la pâte destinée à la fabrication de tesson. Cette réparation auia lieu à chaud dans un fou intermittent. Elle doit avoir une coloration semblable à celle de la pièce originale et une temix5rature de réparation inferieu à celle de la cuisson.
La pâte de réparation est utilisée pou cacher les défauts (les fissues et les fentes) dans les r)ièces céramiques après cuisson. Elle pemet la diminution des rebuts, donc elle joue un rôle économique très important ainsi que la protection de l'environnement. [02]
1.8. ]Préparation de la pâte de réparation
La préparation de la pâte de réparation nécessite les matières premières (ardle, kaoli.n, quartz, feldspath. . . ). Ces matières premières subissent plusieurs procédés industrielle avant d'être misent en œuvre dans son utilisation finale (concassage, broyage, tamisage, dosage,....etc.
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Chapitre 1 Généra]ité sur ]a pâte céramique
Le schéma suivant représenté le procédé de préparation de la pâte de réparation.
Figure 1.3: Procédé généra]e de la préparation d.une pâte de réparation.
Les différents composants sont mélangés dans la cuve de préparation avec les agents défloculation qui sont incorporés à la suspension pou assurer sa stabilité. A la fin de cette étape, la suspension qui sort du broyeu s'appelle "barbotine". Cette dernière est pressée dans des filtres presses pou extraire l'excès d'eau. [11]
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Ch`pitre 1 Généralité sur la pâte céramique
1.9. C]assificatîon de la pâte
La pâte de réparation peut être c]assée en deux catégories:
-:. Pâtes vïtrifiées.
•.:. Pâtes non vitrifiées.
1.9.1. Pâ.e vitrifiée
Dans ce type de pâte la température de cuisson est plus élevée. La teneu en fondant est plus important cela agit comme élément fiisible et provoquent le passage de la silice à la forme vitreuse d'autant p]us facilement. La taille des grains a un rôle décisif dans le processus de la vitrification et constitue la mesure de la réactivité de silice présente dans la pâte.
1.9.2„ Pâte non vitririée
La forme lamellaire des grains conduit à leu orientation facile sous les effets mécaniques du façomage. Cette fome dome lieu à une structure arisotrope, il résulte pou le tesson des différences de iietrait, de résistance mécanique. Cette derrière est susceptible de varie]. selon la forme des grains. Les formes anguleuses ne permettent pas une transmission isotrope de la pression. Celle-ci pouvant être différente d'un point à um autre de la masse de la pâte.
D'une façon générale, les fomes anguleuses conduisent à des pates moins poreuses et plus compactes que les fomes anondies, il est souvent utile dans les pâtes au chamottes de choisÉr un mélange de ces deux types de grains. [02]
1.10. lrempérature de fusion de ]a pâte de réparation
La température de fiision d'une pâte de réparation dépend du coefficient de dilatation thermque, de la tension superficielle lors de cuisson et la teneu en fondants. Elle est inversement proportionnelle à ces trois paramètres.
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cl,apitreH Les moyennes d ' investigations
H.!L. Moyenne d'investigation
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1 Les moyennes d'ïnvestigations ont pou but de détemïner les propriétés physiques et
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chîmique, la composition chimique, 1e coefficient de dilatation themique et l'humidité de mqtières premières ou des matériaux.
11.¢. Contrôle de différents paramètres
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| Sont les moyens et les méthodes par lesquels on peut caractériser notre matériau. Nous
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po+ivons citer:
H.j..1. Humidité
1i L'humidjté est la quantité d'eau ou la teneu en eau retenue physiquement par adhérenceauxparticuesdesmatièrespremières,cefteteneueneaupartiraprogressivement san}5 modifier l'édifice cristamn. On l'appelle aussi « eau d'absorption » ou « eau hyqroscopique ». La mesure de ce paramètre est pratiquée avant le dosage de différents coristituants d'une pate céramique. Le but de cette mesue est de fàire m dosage exact.
1
L'H.umidité est calculée selon la formule suivante:
1 H,%,=,#, x loo.
où:,
Ms: Masse de l'échantillon sec.
Mh: 'Masse de ] 'échamti]lon humide.
1
H: Le taux d'humidité.
(H.1)
H.2i2. Détermination de la plasticité d'une pâte
' Par définition la plasticité est la limite qui caractérise la transition entre un état plastique
1
et uü état solide. IÆ détermination de ce paramètre sera expliquée dans la partie pratique.
1
CeduainètieestdfterrinéencalcdmtlatangenteùlafonctionF(%H20)=Ï
La +aleu de ]a tangente qui repiiésente la limite de plasticité Wp sera ensuite comparée au tablqauciTdessous,quinousdonneledomainedelaplasticitéselonlafonctionprécédente.
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Cliapitre ll l,cs moyennes d'investigations
Domaine de ]a plasticité %HzO
Basse plasticité <22
Basse-moyeme plasticité 22 - 26
Plasticité moyeme 26 - 30
MoyemeLhaute plasticité 30 - 34
Haute plasticité 234
Tab]eau 11.1: Domaine de la p]asticité en fonction de pourcentage d'eau.
11.2,3. Coefficient de di]atation thermique
11 caractérise la capacité d'allongement des dimensions de la matière pou une auginentation de température donnée.
Lorsque les températures de fiision des différents dosages sont inconnues, donc on ffit le ciilcLd de coefficient de dilatation themique pou avoir une idée su la température de fusi()n de dosages.
Les calculs s'effectuent de façon suïvante:
Œ = Œlp| + ar2p2 + œ3p3 + ...-...-... +Œ7|p7L = €Œlpï. (ii.i) Ave¢:
c!i: rc!présente un facteur propre de chaque oxyde.
Pi: L(3 pourcentage molaire des différents oxydes.
Œ: représente le coefficient de dilatation themique.
Les facteus propres de chaque oxyde sont représentés dans le tableau suivant:
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Chapitre H _ Les moyennes d'invesstigatiop.s
Oxyde Coefficient(Œ)io-7oc-1
1 Si02 0,38
A120 -0,30
Fe203 0,55
Ti02 0,30
Cao 1,30
Mgo 0,60
K20 4,65
Na20 3,95
!Zno 0,50
Pbo 1,00
CuO 0,30
!Cdo 1,15
1 zr02 -0,60
Tab]eau 11.2: Les facteurs proprcs de ]a di]atation thermique des oxydes.
H.2.4. Tension superricieLle
La tension superficielle de la pâte au cours de la fiision est la force qui tend à empècher un liquide de s'étaler su une surface plane sous l'effet de la gTavité et la viscosité.
C'est pouquoi les liquides qui ont une tension élevée s'étalent difficilement su cette surface:
ils l€;s mouillent mal. Si la pâte fondue présente une tension élevée et par conséquent une impcirtante viscosité, elle adhère mal au tesson et fond généralement pour fomer des ilots et des s:outtes et non pas pou fomer une surface plane et homogène.
Ce défaLft peut disparaitre en augmentant la température de cuisson, la tension supe]ficielle dimjnuant quant la température augmente. Plus la tension superficielle de la pate est faible, plus sa surface régulière et lisse.
La tension superficielle est Calculée selon la fomule suivante:
G=gipi+92PZ+93P3+ ... +gnpn = € gipl.
gi: Les facteus propres des oxydes.
Pi: I.e pourcentage molaire.
Le tal)leau cidessous représente les facteus propres de chaque oxyde:
Œ.2)
