Technique de fabrication d'objets divers par solidification   haute temp©rature d'une p¢te humide plastique, ou agglutination d'une poudre s¨che pr©alablement

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  • Technique de fabrication d'objets divers par solidification haute temprature d'une pte humide plastique, ou agglutination d'une poudre sche pralablement comprime, sans passer par une phase liquide par extension, les objets eux-mmes ainsi fabriqus Cramique : du grec keramon "argile"
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  • matriaux broys (matriaux gologiques silicats), mlangs leau mis en forme schs et cuits (1res terres cuites: Tchcoslovaquie Palolithique = 26000 ans avant notre re puis cramiques japonaises = 12000 ans) Choix de terres adaptes: les terres argileuses Grande plasticit = modelage Transformation rversible schage = perte en eau et perte de plasticit Rhydratation possible Transformation irrversible = cuisson pas de rhydratation possible 1res Cramiques = Terres cuites
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  • A) Cramiques silicates = Cramiques traditionnelles Plus grand emploi des cramiques B) Cramiques non silicates, dites cramiques oxydes ou nocramiques = fin du 19e Sicle usages spcifiques Cramiques silicates et non silicates
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  • Les cramiques silicates ou traditionnelles diffrent entre elles par : -la qualit des argiles -la nature des autres matriaux incorpors la pte -le type de traitement de surface ventuellement appliqu -le processus de cuisson base d'argile humide - mise en forme par modelage, moulage ou tournage ou par combinaison des trois
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  • Matire premire Argileuse ROCHE: Le KAOLIN = Kaolinite + quartz + feldspath + oxydes de fer
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  • -Argile (Kaolinite Al 2 O 3 - 2 SiO 2 - 2H 2 O) -dgraissants (quartz SiO 2 + oxydes colorants mineurs) -Fondants (Feldspaths K 2 O (Na 2 O) -Al 2 O 3 - 6 SiO 2 ) Argile (55%) Sable (30%) Feldspath (15%) Chaque matire premire = influence spcifique sur la rhologie de la pte, le dveloppement de microstructures, la formation de phases pendant le traitement thermique Les matires premires des cramiques
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  • La composition de la plupart des cramiques silicates entre dans le pseudo - ternaire Argile - (SiO 2 -Al 2 O 3 ) - Feldspath Argile Silice Alumine Feldspath Argile DgraissantsFondants
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  • Argile + eau = pte plastique - mauvaise tenue mcanique Trs forte retraction = difficult de matrise de la pice Ajout de produits dgraissants = formation dun squelette inerte et rigide - performances mcaniques Baisse du retrait schage - frittage Dgraissants = sable ou chamotte (pte fritte broye et incorpore largile) Ajout de fondants = apparition dune phase liquide Alcalins, Li, Na et K - le feldspath potassique (orthose). Prsence des fondants =baisse point de fusion 1590C 985C fermeture des pores = phase vitreuse dans la cramique LE GRESAGE Rle des diffrents constituants
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  • Argiles plastiques grsantes Colores. Trs fines particules de kaolinite, de matire organique, doxydes de fer et de titane. Riche en silice Produit: Ball clay Argiles plastiques rfractaires Riches en montmorillonites, en kaolinite et halloysite (Si 2 Al 2 O 5 (OH) 4 2(H 2 O) Argiles rfractaires Utilises pour les trs hautes tempratures, elles sont riches en alumine et trs peu colores Argiles rouges Ce sont des argiles contenant kaolinite et illite, du sable, du mica et des oxydes de fer, des composs organiques et des composs riches en alcalins I- Les argiles
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  • a)SiO 3 b)Si 4 O 11 c)Si 2 O 5 1) Structure des feuillets ttradriques Structure de la kaolinite Les argiles = minraux de base les plus employes par les cramistes Ex: Kaolinite : Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 Formulation des cramistes: matriaux en oxydes - Kaolinite Al 2 O 3 - 2SiO 2 - 2H 2 O
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  • Structure de la kaolinite Empilement des feuillets ttra et octa
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  • II- Les feldspaths Quatre minraux feldspathiques entrent dans la composition des Ptes cramiques: -Orthose : K 2 O, Al 2 O 3, 6 SiO 2 -Albite : Na 2 O, Al 2 O 3, 6 SiO 2 -Anorthite : CaO, Al 2 O 3, 2 SiO 2 -Ptalite : Li 2 O, Al 2 O 3, 8 SiO 2 Orthose et albite = fondants (garantie contre une forte dformation de la pice) Anorthite = substitut de la craie, source de calcium Ptalite= faible coefficient de dilatation
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  • MEB Structure en plaquettes de la Kaolinite 40 microns max
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  • III- La silice Le sable qui contient 95% de silice est le dgraissant le plus employ. Particules (20 60 microns ) plus grosses que celles de largile. La forme de la silice conditionne les proprits thermique des cramiques silicates. Passage quartz alpha Quartz beta = 0.35% de dilatation
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  • Pendant le traitement thermique, la kaolinite subit de nombreuses transformations. 450C = mtakaolin Al 2 O 3, 2SiO 2, la priodicit selon c disparat 990C = gamma-Al 2 O 3 structure spinelle + silice amorphe 1075C =Consommation ou libration de silice amorphe 1200C = mullite + verre La porosit va se fermer progressivement par formation dune phase vitreuse Les autres matraiux subissent galement des transformations
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  • Mise en vidence des raction par Analyse Thermique Diffrentielle (ATD) Utilisation d'un Standard et contrle De T (C)
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  • Cuisson Etapes de fabrication dune pice cramique
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  • Gnralits sur les cramiques silicates I - Mise en forme -Coulage dans un moule dune suspension aqueuse de matires Minrales (barbotine) -Pressage -Extrusion dune pte plastique
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  • II - Effet du schage et de la cuisson des cramiques Eau dimprgnation Schage rversible Eau de constitution Cuisson irrversible > 500C
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  • Certains produits sont recouverts dune pellicule vitreuse dmail (0.15 0.5 mm) -modification de laspect de la cramique, -impermabilisation -augmentation sa rsistance chimique Selon les cas lopration dmaillage est ralise sur support sec ou sur une pice partiellement cuite (cuisson de dgourdi T max < T cuisson mail) ou sur biscuit (T max >T cuisson mail) III-Emaillage silice ou oxyde de bore +alumine + fondants = un verre / cuisson (1200C)
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  • Possibilit de couche dpose sur l'engobe (enduit de terre liquide) utilis pour lisser la surface ou masquer la couleur du tesson ou faciliter ladhrence de lmail La pice cramique encore poreuse (enduite ou non d'engobe) est plonge dans le bain qui donnera l'mail ou la glaure la cuisson
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  • Lmail basse temprature est appele glaure et permet de protger les cramiques poreuses comme les faences et les poteries La coloration de lmail se fait par ajout doxydes (Ni, Co, Fe, Cu, Mn,..) Lorsque la vitrification est complte lmail est brillant, transparent, Color ou non et lisse Opaque = inclusions cristallises ZrO 2 ou SnO 2
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  • IV - Cuisson ou frittage 1) Aprs schage premire cuisson 980 dans un four lectrique "dgourdie" la pice est dshydrate 2) Devenue poreuse, elle est prte pour une seconde cuisson dite de "grand feu" 1400 dans un four gaz transformation irrversible de la matire (formation de la phase vitreuse qui bouche les pores, perte de 15% du volume = retrait. La terre poreuse, gristre et fragile devient une matire blanche (ou colore), translucide, impermable et sonore. Conditions de temprature, de vitesse de Chauffe et datmosphre appropries
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  • I- Les terres cuites Les Matriaux Quelques exemples matriau relativement poreux, utilis dans la fabrication des saturateurs, des pots de jardinier, des briques, des tuiles, etc.
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  • Terre cuite: faite d'argile ordinaire, jaune, ocre ou rouge, mlange du sable. - ne reoit pas de traitement de surface -subit une seule cuisson 850-900 C Colorations rouges,jaunes ou brunes oxydes de fer, variation du degr doxydation Variation atmosphre four (Fe 2+ ou Fe 3+ ) Poterie vernisse: terre-cuite avec glaure impermable (maill) - On en fait des tuiles vernisses, dcoratives et rsistant des gels successifs, des cache-pots, des plats rustiques
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  • II- Les faences Faite d'argile claire, de marne et de sable Colores, opaques et poreuses (5 20%) Recouvertes, avant cuisson, d'un engobe base d'oxyde d'tain de couleur blanche. Les dcors sont peints sur l'engobe avant cuisson Cuisson appel biscuitage entre 900 et 1230C L'tanchit est assure par l'engobe, aspect de surface brillant -vaisselle - poterie dcorative (majolique) - carreaux de revtements muraux (azulejos)
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  • II- (suite) Les faences fines Argile blanche et silex ou quartz pulvriss Elle reoit un engobe transparent et subit une premire cuisson 1200-1 250 C Incorporation de feldspath rduit ou supprime la porosit dans la masse. Elle est utilise dans la production de vaisselle artistique et d'objets dcoratifs. Peut concurrencer la porcelaine Les faenciers de Delft renforaient le dcor, aprs cuisson, par un second revtement transparent, qui exigeait une seconde cuisson.
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  • Le grs crame Fait d'argiles auxquelles on ajoute du feldspath et du quartz (sable trs pur de Fontainebleau -99,8% de quartz) Il subit une seule cuisson aux environs de 1 300 C Il est dense, dur et ne prsente que trs peu de porosits ( 0 3%) Vaisselles et poteries dcoratives Il peut tre revtu chaud, immdiatement aprs cuisson, d'un mail = produit vitrifi On en fait des appareils sanitaires, des carreaux, des isolateurs lectriques pour lignes ariennes, etc. III- Le Grs
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  • IV-La porcelaine blanche ou dcore, translucide sou

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