CHAPITRE 2 – PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
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intéresser toute la profondeur concernée par les fissures superficielles
c’est-à-dire au moins 100 μm. D’autre part il doit être effectué à une température sensiblement plus basse que T G afin que le relâchement des contraintes ne soit pas trop important. Pratiquement le traitement a lieu à
une température voisine de 450 °C et dure plusieurs dizaines d’heures.
La contrainte superficielle est trois à cinq fois plus forte que celle qu’on
obtient par trempe thermique.
Si l’on veut raccourcir la durée du traitement et accroître l’intensité
des contraintes, il faut faire appel à d’autres compositions que le verre
sodocalcique. En particulier, l’introduction de Al 2 O 3 a, en réduisant le
nombre d’oxygènes non-pontants, deux effets positifs sur la trempe
chimique :
– d’une part les cations sont plus mobiles, ce qui accélère l’échange
ionique ;
– d’autre part la viscosité du réseau vitreux est plus élevée ce qui
ralentit la relaxation des contraintes. La figure 2.38 montre comment
varie le module de rupture d’éprouvettes de verre après échange ionique en fonction du rapport molaire alcalin/aluminium. On note que
c’est lorsque ce rapport vaut 1 que le renforcement est maximal [104].
Rappelons toutefois que la présence d’Al 2 O 3 accroît également la viscosité à haute température ce qui rend l’élaboration des verres d’aluminosilicate plus difficile que celle des sodocalciques.
Par ailleurs on s’est rendu compte d’un phénomène surprenant : il est
apparu intéressant de substituer, dans la composition, une partie du
sodium par du potassium. La raison serait à rechercher dans l’effet
« d’alcalin-mixte » (Chap. 4, Sect. 2.2) dont il sera question plus loin. La
mobilité du potassium, très faible dans un verre sodique, augmente exponentiellement avec la teneur en K 2 O. Ainsi, même si la contrainte maximale est moins élevée, le renforcement obtenu est plus grand car
l’échange ionique est plus rapide et donc la relaxation des contraintes
plus réduite.
La figure 2.37 compare les profils de contrainte obtenus par la trempe
thermique et la trempe chimique. Le principal avantage de la trempe chimique est le niveau élevé du renforcement. De plus elle peut être appliquée à des articles de forme quelconque, notamment à des verres minces.
Enfin, puisque la température du traitement est inférieure à T G , il n’y a
pas de risques de déformation des objets. En général le prix de revient de
la trempe chimique est plus élevé que celui de la trempe thermique. Elle
a toutefois trouvé une application dans la construction aéronautique
pour laquelle la faible cadence de production n’est pas un inconvénient
rédhibitoire. Elle permet de réaliser des pare-brise ayant la résistance
mécanique souhaitée mais avec un allégement substantiel.
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intéresser toute la profondeur concernée par les fissures superficielles
c’est-à-dire au moins 100 μm. D’autre part il doit être effectué à une température sensiblement plus basse que T G afin que le relâchement des contraintes ne soit pas trop important. Pratiquement le traitement a lieu à
une température voisine de 450 °C et dure plusieurs dizaines d’heures.
La contrainte superficielle est trois à cinq fois plus forte que celle qu’on
obtient par trempe thermique.
Si l’on veut raccourcir la durée du traitement et accroître l’intensité
des contraintes, il faut faire appel à d’autres compositions que le verre
sodocalcique. En particulier, l’introduction de Al 2 O 3 a, en réduisant le
nombre d’oxygènes non-pontants, deux effets positifs sur la trempe
chimique :
– d’une part les cations sont plus mobiles, ce qui accélère l’échange
ionique ;
– d’autre part la viscosité du réseau vitreux est plus élevée ce qui
ralentit la relaxation des contraintes. La figure 2.38 montre comment
varie le module de rupture d’éprouvettes de verre après échange ionique en fonction du rapport molaire alcalin/aluminium. On note que
c’est lorsque ce rapport vaut 1 que le renforcement est maximal [104].
Rappelons toutefois que la présence d’Al 2 O 3 accroît également la viscosité à haute température ce qui rend l’élaboration des verres d’aluminosilicate plus difficile que celle des sodocalciques.
Par ailleurs on s’est rendu compte d’un phénomène surprenant : il est
apparu intéressant de substituer, dans la composition, une partie du
sodium par du potassium. La raison serait à rechercher dans l’effet
« d’alcalin-mixte » (Chap. 4, Sect. 2.2) dont il sera question plus loin. La
mobilité du potassium, très faible dans un verre sodique, augmente exponentiellement avec la teneur en K 2 O. Ainsi, même si la contrainte maximale est moins élevée, le renforcement obtenu est plus grand car
l’échange ionique est plus rapide et donc la relaxation des contraintes
plus réduite.
La figure 2.37 compare les profils de contrainte obtenus par la trempe
thermique et la trempe chimique. Le principal avantage de la trempe chimique est le niveau élevé du renforcement. De plus elle peut être appliquée à des articles de forme quelconque, notamment à des verres minces.
Enfin, puisque la température du traitement est inférieure à T G , il n’y a
pas de risques de déformation des objets. En général le prix de revient de
la trempe chimique est plus élevé que celui de la trempe thermique. Elle
a toutefois trouvé une application dans la construction aéronautique
pour laquelle la faible cadence de production n’est pas un inconvénient
rédhibitoire. Elle permet de réaliser des pare-brise ayant la résistance
mécanique souhaitée mais avec un allégement substantiel.