HISTORIQUE
L'étude de la dilatation des verres présente un grand intérêt. Dans l’usage courant, la résistance aux variations brusques de température est très importante. Cette propriété est en relation directe avec le coefficient de dilatation. H. Le Chatelier [1 |a montré par un calcul très simple comment on pouvait s’en rendre compte.
Considérons une lame de verre mince de longueur / dont nous échauffons brusquement un côté créant une différence de température t entre les deux faces. La face chauffée, si elle avait pu se dilater librement aurait acquis un allongement : A/— lat, x étant le coefficient de dilatation linéaire. Puisque les
: Al 2 deux faces restent accolées, l’unes’allonge de — pendant que l’autre se comprime
de la même quantité. L’effort élastique par unité de section a pour valeur, E désignant le module d’élasticité,
c'est-à-dire quand
Le module d’élasticité varie pour les verres de 5000 à 10000 kg/mm”; il est
LR
généralement voisin de 7000; la résistance à la traction est de l’ordre de 6 kg/mm°; elle atteint exceptionnellement 4 et 10 kg/mm°.
Cette formule ne peut rendre compte entièrement du phénomène de rupture par variation brusque de température puisqu'elle ne fait pas intervenir la conductibilité thermique. Elle indique malgré tout l'influence primordiale du coefficient de dilatation.
Les verres ordinaires ont un coefficient de dilatation voisin de 10 *. Ils se cassent lorsqu'on y verse rapidement de l’eau bouillante. Le verre de silice, dont le coefficient est 0,5.10 * ne se brise pas quand on le plonge dans l’eau froide après l’avoir porté au rouge. Il est vrai que sa conductibilité thermique est bien meilleure. Entre ces extrêmes se place le verre pyrex dont le coefficient de dilatation est environ le tiers de celui des verres ordinaires.
La connaissance du coefficient de dilatation permet de résoudre les problèmes relatifs aux couvertes. Que le support soit en céramique ou en métal, il doit avoir le même coefficient de dilatation que le verre qui le recouvre. Si le produit vitreux a un coefficient plus faible, il tend à occuper une surface supérieure à celle du support après refroidissement et se détache. Au contraire, si son coefficient est plus fort, il se produit durant le refroidissement un réseau de fentes dans la couverte donnant un effet de craquelé appelé tressaillure.
La soudure du verre au métal, ou de deux verres entre eux est réalisée couramment dans la pratique industrielle. Elle n’est possible que si les coefficients de dilatation sont assez voisins pour qu'il ne se produise pas de tensions capables de provoquer la rupture au refroidissement. On admet alors dans la pratique que les coefficients de dilatation ne doivent pas différer de plus d’un dixième. |
L'intérêt de la connaissance du coefficient de dilatation a conduit à rechercher une règle permettant de calculer ce coefficient en fonction de la composition chimique. Winkelmann et Schott [2]en 1894 ont déclaré que le coefficient de dilatation d’un verre entre 20° et 100° est une fonction linéaire de sa composition chimique
A A Pi + dsPat AgPite..s
OÙ Pi, Ps; Psy -.-, Sont les pourcentages des oxydes constituants et 4, 4:, a, ..., les coefficients relatifs à 1 pour 100 de ces oxydes. Ceci constitue la loi d’additivité. Winkelmann et Schott ont calculé les coefficients correspondant à un grand nombre de composants des verres.
2 Mt
English et Turner | 3] ont repris cette étude plus récemment; les valeurs qu'ils indiquent diffèrent un peu de celles de Winkelmann et Schott. Ilsse sont attachés à l’idée que la silice conserve sa propre dilatation dans les verres complexes. Dans le tableau suivant, les coefficients sont relatifs à la dilatation
cubique.
Coefficients Coefficients de Winkelmann de English Oxydes. et Schott. et, Turner.
DO NE pes Fa — 1,98.1077 MSOEE SE SN ee (67 F0) SLA RES ER nu RE An OR » 0,100 LA Os TR 138 0 0,21 D PRO due ue di 3 » 3,18 »
BROSSE CAE 3 D DROLE AO Ames nom Er ere 5) » 00207 CAD ec e comme eue D » 4,89 »
AGE 005 li Nas OEM man en re 10 » 12,96 »
Les divergences entre les résultats précédents suffisent à montrer que la loi d’additivilé n’est qu’une approximation. Le désaccord le plus important a lieu pour l’alumine; les coefficients indiqués par Winkelmann et Schott d’une part, et par Turner et English d’autre part, sont respectivement 5,o0eto,52. Suivant les uns, une addition d’alumine à un verre ordinaire provoquerait une augmentation du coefficient de dilatation; suivant les autres, elle produirait une diminution assez considérable.
Les recherches de Grenet [4] ont conclu à l’inexactitude de la loi d’additivité. Cet auteur s’est intéressé à des systèmes vitreux binaires : silicates de soude, de potasse et de plomb, borates de soude, de lithine et de plomb. Dans les différents cas envisagés, la courbe représentant le coefficient de dilatation en fonction du pourcentage de l’un des constituants est loin de s'approcher d'une droite. En particulier, les verres boraciques présentent toujours un minimum du coefficient de dilatation. Grenet a également étudié l'influence d’un composant supplémentaire ajouté à un verre. Il a observé dans ces conditions, un minimum du coefficient de dilatation quand on introduit des quantités croissantes d’alumine dans un silicate de plomb. Ce résultat, en désaccord avec la loi d’additivité, est à rapprocher de la différence considérable des coefficients d’additivité indiqués ci-dessus pour l’alumine. Sam-
du
soen [5] a repris l'étude dilatométrique de systèmes vitreux binaires. Les résullats obtenus s'accordent avec ceux de Grenet.
Les recherches dilatométriques systématiques sur des systèmes ternaires sont rares. Îl faut citer les travaux de Turner [12] et également ceux de Zschimmer [6]. En général les recherches relatives à des verres ternaires portent sur des échantillons obtenus en ajoutant à un verre binaire des quantités variables du troisième constituant.
L'étude dilatométrique des verres présente un autre intérêt que celui de la mesure du coeflicient de dilatation. Elle permet d'évaluer également la température du début du ramollissement où se produit, comme on l’a vu, une augmentation brusque du coefficient de dilatation. Les recherches à ce sujet sont importantes puisqu'elles permettent de fixer la température supérieure de recuit. De plus, elles renséignent sur les propriétés du verre en temps que produit réfractaire qui sont très importantes particulièrement pour les verres utilisés dans les laboratoires.
Les études systématiques sur ce dernier point sont encore à peu près inexistantes. On rencontre quelques mémoires où a été étudié le « point de recuit » défini par la température à laquelle les tensions disparaissent dans un temps donné. D'autres auteurs [8 | ont considéré Le «point de ramollissement ». C’est la température à laquelle un fil de diamètre uniforme voisin de 1"", chauffé sur une longueur de 10°", s’allonge de 1°" par minute sous son propre poids. D’après les mesures de Lillie [9] ce point de ramollissement correspondrait à une viscosité comprise entre 3,2.10° et 4,5.10° poises. Dans une étude systématique récente sur les verres contenant de l’oxydule de manganèse [ 10] le point de ramollissement est défini par la température à laquelle fléchit une baguette de 1" d'épaisseur chargée en son milieu.
Ces définitions absolument arbitraires étaient acceptables quand on ne pouvait faire mieux. Actuellement, on doit substituer à ces mesures celle du point de transformation (début du ramollissement).
IL existe actuellement en dehors de la thèse de Samsoen, où n’ont été traités que des verres binaires, quelques publications extrêmement récentes de travaux
dirigés dans ce sens | 11 |.
Index bibliographique.
1. LI. Le Caareurer, La silice et les silicates, 1934, p. 316. 2. WixkeLmanx et Scnorr, Annalen der Physik, 51, 1894, p. 735.
ee
3. Excuse et Turner, Journal of the American Ceramic Society, 1927, p- 5x. k. Grener, Bulletin de la Société d'Encouragement, juin 1897.
SAMSOEN, Annales de Physique, 9, 1928, p. 39.
WeniG et Zscnimuer, Sprechsaal, 1929, p. 859.
7. EnGusu, Journal of Society of Glass Technology, 8, 1924, p. 265. 8. Lirrceron, Journal of the American Ceramic Society, 1927, p. 259.
Liu, Journal of the American Ceramic Society, 1929, p. 523; 1931, p. 09. 10. Kiraicoronsky et SmoLoLiN, Sprechsaal, 1934, p. 18 et 29+ 11. Becker, Sprechsaal, 1934, p. 137.
12. Ençuisn et Turner, Journal of Society of Glass Technology, 5, 1921, p. 121 et 7, 1923, P. 199.
