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LE VERRE
appelé le « précurseur » du verre. La seconde étape consiste à refroidir le
liquide afin de le porter à une température telle que la viscosité convienne
aux opérations de formage, en évitant toute cristallisation. Celle-ci est en
effet l’ennemie du verrier : elle affecte la transparence et réduit la résistance mécanique. Elle est d’autant plus facile à éviter que la viscosité à T L
est élevée, que le refroidissement est rapide et que le liquide ne contient
pas de germes de nucléation. Pratiquement, la viscosité du liquide qui alimente les dispositifs industriels de formage doit, selon le procédé, être
comprise entre 100 et 1000 Pa.s. Dans le réservoir et le canal d’alimentation de ces installations les températures doivent dépasser T L , car le
liquide y est en contact avec des parois solides (céramiques ou alliages
réfractaires) susceptibles de fournir des germes de nucléation. Par suite
du manque d’homogénéité de la température, inévitable dans ce milieu
peu conducteur de la chaleur, une marge de sécurité de 100 K environ est
toujours adoptée. Ainsi, lorsque le verrier doit mettre au point un nouveau
verre, une part importante de son problème consiste à trouver une composition telle que la viscosité de début de formage corresponde à une température supérieure à T L .
2.1. La dévitrification
Au-dessous de T L , en présence de germes de nucléation, des cristaux croissent à une vitesse qui augmente d’abord avec le degré de surfusion puis,
comme la viscosité s’accroît sensiblement lorsque la température
s’abaisse, la vitesse de cristallisation passe par un maximum, diminue et
finit par s’annuler (Fig. 1.4). Dans l’annexe A.1, on résume la théorie cinétique qui permet d’interpréter quantitativement ce comportement, à partir
de la valeur de l’enthalpie de fusion du cristal et de la viscosité du liquide.
Lorsqu’on connaît les vitesses de cristallisation en fonction de la température, on peut déterminer une « vitesse critique de refroidissement » permettant d’éviter de dépasser un taux donné de cristaux (A.1).
Les verriers nomment « dévitrification », de manière d’ailleurs assez
impropre, le phénomène de croissance des cristaux bien qu’il n’affecte que
le liquide surfondu, non encore transformé en verre. Quoique son énergie
soit supérieure à celle contenue dans au moins une phase cristalline, ce
liquide est « métastable » car son énergie est minimum par rapport à celles
des autres liquides de même composition et à la même température. Audessous d’une certaine température ou plutôt au-dessus d’une viscosité
généralement comprise entre 10
5 et 10
6 Pa.s, le liquide surfondu ne cristallise plus. Il devient alors possible de déterminer expérimentalement ses
propriétés, tâche qui est beaucoup moins facile dans le domaine de dévitrification.
LE VERRE
appelé le « précurseur » du verre. La seconde étape consiste à refroidir le
liquide afin de le porter à une température telle que la viscosité convienne
aux opérations de formage, en évitant toute cristallisation. Celle-ci est en
effet l’ennemie du verrier : elle affecte la transparence et réduit la résistance mécanique. Elle est d’autant plus facile à éviter que la viscosité à T L
est élevée, que le refroidissement est rapide et que le liquide ne contient
pas de germes de nucléation. Pratiquement, la viscosité du liquide qui alimente les dispositifs industriels de formage doit, selon le procédé, être
comprise entre 100 et 1000 Pa.s. Dans le réservoir et le canal d’alimentation de ces installations les températures doivent dépasser T L , car le
liquide y est en contact avec des parois solides (céramiques ou alliages
réfractaires) susceptibles de fournir des germes de nucléation. Par suite
du manque d’homogénéité de la température, inévitable dans ce milieu
peu conducteur de la chaleur, une marge de sécurité de 100 K environ est
toujours adoptée. Ainsi, lorsque le verrier doit mettre au point un nouveau
verre, une part importante de son problème consiste à trouver une composition telle que la viscosité de début de formage corresponde à une température supérieure à T L .
2.1. La dévitrification
Au-dessous de T L , en présence de germes de nucléation, des cristaux croissent à une vitesse qui augmente d’abord avec le degré de surfusion puis,
comme la viscosité s’accroît sensiblement lorsque la température
s’abaisse, la vitesse de cristallisation passe par un maximum, diminue et
finit par s’annuler (Fig. 1.4). Dans l’annexe A.1, on résume la théorie cinétique qui permet d’interpréter quantitativement ce comportement, à partir
de la valeur de l’enthalpie de fusion du cristal et de la viscosité du liquide.
Lorsqu’on connaît les vitesses de cristallisation en fonction de la température, on peut déterminer une « vitesse critique de refroidissement » permettant d’éviter de dépasser un taux donné de cristaux (A.1).
Les verriers nomment « dévitrification », de manière d’ailleurs assez
impropre, le phénomène de croissance des cristaux bien qu’il n’affecte que
le liquide surfondu, non encore transformé en verre. Quoique son énergie
soit supérieure à celle contenue dans au moins une phase cristalline, ce
liquide est « métastable » car son énergie est minimum par rapport à celles
des autres liquides de même composition et à la même température. Audessous d’une certaine température ou plutôt au-dessus d’une viscosité
généralement comprise entre 10
5 et 10
6 Pa.s, le liquide surfondu ne cristallise plus. Il devient alors possible de déterminer expérimentalement ses
propriétés, tâche qui est beaucoup moins facile dans le domaine de dévitrification.