Cristal

On désignait indifféremment autrefois, sous le nom de cristal, le verre incolore quel qu'il fût, c'est-à-dire le verre simple, silicate de potasse, le verre à bases de potasse et de chaux, enfin le silicate de potasse et de plomb. Aujourd'hui, le nom de cristal s'applique exclusivement à ce dernier, qu'on emploie dans la confection des vases d'ornement, des lustres, candélabres, ou de divers objets de table, offrant des moulures ou des facettes; parfois décorés de couleurs vitrifiées, gravures, etc. Le cristal, qu'on emploie à la fabrication des instruments d'optique, est plus spécialement désigné sous le nom de flint-glass, et celui qui imite les pierres fines porte le nom de strass.

Le cristal étatf connu à une époque fort ancienne, ce qui fut démontré en 1787 par l'analyse du miroir dit defirgile. D'après Fougeroux de Bondaroy, ce miroir, du poids de 15 kilogr., poli sur les deux faces, transparent, mais offrant une teinte verte jaunâtre, contenait la moitié de son poids d'oxyde de plomb et offrait tous les caractères du cristal. Il avait été conservé depuis les temps de la fondation du trésor de Saint-Denis , qui remontaient à une époque bien antérieure à la découverte du cristal moderne. Le nom de ce miroir est inexact et n'indique ni qu'il ait appartenu à Virgile, ni qu'il soit d'une antiquité aussi reculée. L'existence de cette pièce prouve seulement qu'on a su faire le cristal à une époque éloignée de la nôtre, et assez bien même, puisqu'on a pu former un miroir d'une dimension remarquable; le secret s'en était perdu pendant très-longtemps.

Fabrication du cristal. — La plupart des oxydes métalliques peuvent se combiner avec la silice, et s'unir ainsi aux silicates alcalins; mais presque tous sont colorés. Le protoxyde de plomb et l'oxyde de bismuth peuvent donner des silicates peu colorés, et, par suite, des verres incolores par leur mélange avec le silicate de potasse en doses convenables. L'oxyde de bismuth

étant beaucoup plus cher que l'oxyde de plomb, on emploie exclusivement ce dernier pour la fabrication du cristal ordinaire (*).

Le cristal, bien préparé, est incolore : plus transparent, plus brillant et plus lourd que le verre commun, il doit ces caractères au silicate de plomb; mais celui-ci étant lui-même coloré en jaune, il donne, lorsque sa proportion est trop grande, une teinte jaunâtre au cristal.

On doit éviter, par un autre motif, d'employer trop d'oxyde de plomb. Le silicate de plomb est bien plus tendre, plus facile à rayer que les silicates alcalins, d'où il résulte qu'un excès de ce sel rend le cristal facile à rayer au moindre frottement. Cette addition d'ailleurs augmenterait son prix et son poids.

Dans la fabrication du cristal, on n'a pu unir au silicate de plomb que du silicate de potasse, pour obtenir du cristal trèsblanc. Le silicate de soude, en proportions un peu fortes, donne un verre bleuâtre ou verdâtre dont la couleur devient sensible dans les objets d'une forte épaisseur. Les vases en cristal étant d'ailleurs destinés, en général, à recevoir des ornements taillés ou en saillie, on n'est pas libre de les faire minces.

La silice doit être blanche et exempte d'oxydes de fer et de manganèse. Le sable d'Étampes, le sable d'Âumont, ceux de Long] um eau, de Fontainebleau, et d'autres encore, peuvent servir, surtout si l'on a eu le soin de les laver avec de l'acide chlorhydrique étendu, pour enlever les traces d'oxyde de fer qu'ils peuvent contenir. Il faut ensuite laver à l'eau et sécher complètement.

En tout cas les sables épurés par l'acide chlorhydrique exigent l'acide le plus pur : celui que l'on recueille dans les appareils condensateurs des fours après avoir éliminé les premiers produits condensés dans les deux premières bombonnes (yojr. p. 339).

Le carbonate de potasse doit subir une purification préalable en le dissolvant dans très-peu d'eau, décantant et faisant évaporer la solution claire {yoy. p. 421). Des oxydes colorants se déposent avec la plus grande partie du sulfate de potasse, et par ^— — . -m —

(*) MM. Maes et Clemandot (de Clîchy) ont préparé un très-beau verre on cristal en ajoutant l'acide borique et l'oxyde de zinc à une composition de silice et de soude (boro-silicate de soude et de zinc) ; ces boro-silicates doivent leur beauté, leur transparence et leur dureté à la proportion affaiblie de la soude ou de la potasse dont l'excès rend les verres ordinaires tendres, nébuleux et hygroscopiques.

l'évaporation on obtient du carbonate de potasse mêlé à des traces de sels, mais exempt d'oxydes de fer et de manganèse.

Le protoxyde de plomb du commerce n'est presque jamais pur : il contient des oxydes de cuivre, de fer ou de manganèse en trop forte proportion dans la plupart des cas, pour donner du cristal sans couleur. Aussi, fabrique-t-on exprès l'oxyde de plomb destiné à produire le cristal. En général, on choisit, à cet effet, un plomb très-pur que l'on oxyde, pour éviter de fondre le produit, dans un four à réverbère à une température modérée. On porte ensuite l'oxydation du plomb dans un four à réverbère jusqu'à l'état de minium : 1 équivalent d'acide plombique uni à 2 équivalents de protoxyde (2PbO,PbO*), afin d'éviter la présence des parcelles de plomb métallique qui tacheraient les pièces.

Pour réaliser une purification complète en préparant le minium, on devra séparer les premières portions oxydées qui contiennent les métaux plus oxydables que le plomb (notamment le fer et le cuivre), et les dernières renfermant les métaux moins oxydables, l'argent surtout: les produits intermédiaires fourniront l'oxyde de plomb le plus pur et seront réservés pour la fabrication du minium qui entre dans les compositions du cristal ou des couvertes incolores de certaines poteries fines. Le massicot épuré, par ce fractionnement des produits de l'oxydation, est broyé à l'eau, desséché sur des plaques chauffées par les fumées des fours, puis étendu en poudre dans de petites caisses portées à la température de 300° jusqu'à ce que la teinte rouge soit arrivée au degré convenable.

L'oxygène que le minium dégage en se combinant à la silice a pour résultat utile de brûler une matière organique analogue à Yulmine, qui se trouve en quantité notable dans le salin, et en quantité sensible encore dans les potasses du commerce. Cette matière, en contact avec le protoxyde, le réduirait à l'état métallique, et produirait dans le cristal des taches plombeuses, tandis que, brûlée par l'oxygène du minium, elle disparaît à l'état de vapeur d'eau et de gaz acide carbonique, sans laisser de traces.

On arriverait au même but en se servant d'azotate de potasse au lieu de carbonate, et alors on pourrait remplacer le minium par du protoxyde de plomb pur.

Les compositions du cristal varient suivant l'état des fours et la nature du combustible, et suivant qu'on veut augmenter, avec la densité, le pouvoir réfringent et dispersif par une plus forte

dose d'oxyde de plomb ; l'oxygène des bases réunies est à l'oxygène de l'acide silicique, depuis 1 à 6 jusqu'à 1 à 9; le rapport de l'oxyde de plomb à l'oxygène de la potasse varie entre les limites de 1 à 1 et de 2,5 à 1 . Pour des fours à la houille et à pots couverts on emploie les dosages suivants en poids :

Sable pur 300 ... 300 300 300

Minium 200 ... 200 216 180

Carbonate de potasse

puri&ée «00... 00 à 96 , 440 420

Croiail 300 ... 400 à 200 Azotate de potasse. 40 Groisil 300

Borax 40

On ajoute quelquefois à ces compositions :

Oxyde de manganèse 0,45 et Acide arsénienx 0,60

On peut diminuer jusqu'au 2* dosage la quantité de potasse quand le fourneau tire bien, en hiver, par exemple; mais en été on est généralement obligé d'en revenir au premier dosage, et même d'avoir recours au troisième ou au quatrième.

Lorsque les compositions doivent être vitrifiées à creuset ouvert, dans un fourneau alimenté avec le bois, la haute température permet de réduire la dose du minium. C'est souvent par économie que l'on fait cette diminution ; on ne doit toutefois pas la pousser au delà du quatrième dosage, pour obtenir de beaux produits.

Après avoir mélangé les matières qui entrent dans la composition du cristal, on les enfourne dans les pots : le mélange entre en fusion au bout de quelque temps. Il faut 14 heures de feu pour obtenir une fonte complète, et 14 heures pour le travail du produit, en supposant qu'il s'agisse d'un pot qui puisse contenir 300 kilogr. de cristal fondu.

Les figures 1, 2 et 3 (pi. XVI) indiquent le four au bois :

Fig. 1. Élévation.

Fig. 2. Coupe verticale moitié dans Taxe du foyer, moitié dans le milieu d'une des galeries latérales à recuire.

Fig. 3. Coupe horizontale moitié à la hauteur du foyer, moitié au milieu des galeries à recuire.

Les mêmes lettres se rapportent aux mêmes objets dans les trois figures.

A, A, foyer un peu évasé; B, B, creusets ou pots ouverts, à section elliptique; c, c, c, ouvreaux de diverses grandeurs, pour puiser çt réchaufferies pièces; rf, d, regards dans la devanture

qui se peut aisément démolir par parties pour ôter et replacer les creusets ; i, i, portes des deux galeries à recuire ; H, galerie à recuire; /w, /w, barres sur lesquelles glissent les supports des pièces à recuire qu'on éloigne par degrés de la chambre H, où la température est le plus élevée; g, g, carneaux amenant la flamme excédante des fours dans les chambres H, et les galeries à la suite.

Les figures 4, 5, 6 indiquent la construction d'un four à cristal à la houille.

A, foyer muni d'une grille; A', A', portes pour charger; A*, porte pour débraiser, ôter les grilles, etc.; O, cendrier; B, creusets ou pots couverts. (Les figures 7 et 8 montrent, par une élévation et une coupe, la forme et les épaisseurs des pots.) C, C, ouvreaux devant les creusets pour cueillir le cristal et réchauffer les pièces; D, espace sous la voûte où se répand la flamme; g, g, g , conduits de la flamme et de la fumée; galerie à réchauffer; E, porte de cette galerie.

Le cristal se façonne comme le verre ordinaire, mais il se prête à diverses manipulations que celui-ci supporte difficilement : cela tient à sa fusibilité, qui est plus grande, et surtout à la résistance qu'il peut opposer à la dévitrification, ce qui permet de le ramollir au feu un plus grand nombre de fois que le verre commun. On obtient, en soufflant le cristal dans des moules en bronze, des reliefs ou des incrustations fort nettes, mais néanmoins faciles à distinguer, par leurs arêtes mousses, des saillies à vives arêtes que Ton produit, par la taille, sur des vases semblables.

On en peut aisément étirer des tubes propres aux appareils de chimie, aux indicateurs de niveaux des liquides, et à la construction des thermomètres, baromètres, manomètres et autres ustensiles des laboratoires et des usines.

Les pièces arrondies ou moulées se recuisent dans les galeries ci-dessus indiquées ; les pièces planes ou en tables sont recuites dans les fours à étendre, comme les verres à vitres.

La faible dureté du cristal le rend plus facile à tailler que tout autre verre. Cette opération se divise en quatre manipulations distinctes : 1° on ébauche la pièce avec une meule de fer et du sable; 2° on l'adoucit avec une meule de grès qui fait disparaître le grain grossier de l'opération précédente ; 3° on polit la surface, d'abord avec une meule de bois et de la pierre ponce; et 4°, pour finir, avec une meule de liège et de la potée d'étain.

1 «. Flint-glass.

Cette variété de cristal, consacrée à la fabricatLa des instruments d'optique, doit avoir une densité de 3,600 au moins, l'eau pesant 1,000. Il doit être un peu ou pas coloré, très-homogène, sans bulles ni stries. Cette dernière condition est fort difficile à remplir quand on veut se procurer du flint en grandes masses pour les lunettes astronomiques d'une ouverture un peu large.

Guinand père a découvert, Je premier, un procédé pour fabriquer 'du flint-glass et du crown-glass exempts des défauts qui, très-souvent, s'opposaient à l'emploi de ces substances vitreuses dans la confection des instruments d'optique. M. Bontemps acquit de M. Guinand fils ces procédés, et perfectionna surtout la préparation du crown-glass, en évitant les stries, bulles, fils, ainsi qu'une hygroscopicité nuisible. Nous allons décrire la fabrication d'après cet habile manufacturier.

Le flint-glass de densité ordinaire, 3,100 à 3,200, comme le cristal destiné aux objets de service des tables, se prépare avec la composition suivante : sable, 300; minium, 200; carbonate de potasse, 100.

Mais pour obtenir du flint plus dense, tel qu'il convient aux opticiens, on emploie : sable, 300 kilogr.; minium, 300; carbonate de potasse, 90 : ces quantités représentent trois charges d'un creuset. M. Guinand ajoute à une composition semblable 5,5 de borax, 4 de nitre, 1 d'arsenic et 1 de manganèse.

Le four est cylindrique, terminé par une coupole sphérique. Les figures 151 et 152, page suivante, indiquent les formes du four et du creuset par la coupe verticale AB, et la coupe horizontale CD. Dans ces deux coupes, les mêmes lettres indiquent les mêmes objets: A, siège portant le creuset couvert B; a, a, conduits par lesquels on jette la houille sur chaque grille, qui est à 30 centimètres plus bas (*); une embrasure de porte que Ton démaçonne à volonté sert pour faire entrer et sortir le creuset; trois ouvreaux de chaque côté conduisent la flamme dans deux cheminées latérales; un ouvreau à l'arrière de l'ouvreau de travail facilite le placement du creuset; c, barre recourbée en fer, qui sert à agiter le mélange à l'aide du manchon ou cylindre en

(*) Des conduits opposés au niveau de la grille servent à enlever les scories de l'incinération.

terre à creuset d; f, support avec rouleau transversal pour servir d'appui à la barre introduite par l'ouvreau de travail dans la gueule du creuset, au-dessus du niveau du flînt fondu.

Détails de l'opération. — On chauffe le creuset à part, au rouge blanc ; on l'introduit alors dans le four de fusion préalablement chauffé; on réchauffe l'ensemble au point le plus élevé, ternie qu'on atteint après trois heures environ. On ote successivement les deux portes de la gueule du creuset que l'on charge de 10 kilogr. de composition', une heure après, on ajoute 20 kilogr., puis 40 au bout de 2 heures. Au bout de 8 ou 10 heures, toute la Fig. îii. composition est enfournée*, on

laisse alors chauffer 4 heures sans ouvrir la devanture du creuset, puis on ûte les deux portes, afin d'introduire le cy- -— — g liodre en terre, chauffé au

rouge blanc, à part, dans le même four; on pose la barre coudée o dans le cylindre , et o l'on opère un premier bras-

sage en faisant tourner horizontalement le cylindre. Cette agitation, invention principale de M. Guinand, rend le mélange plus intime, prévient les liquations spontanées entre les parties les plus pesantes, et fait dégager les bulles.

Au bout de 3 minutes, la barre étant à la température voisine du rouge blanc, on la retire, on referme le creuset et l'on attise le feu; 5 heures après, on procède à un deuxième brassage, et d'heure en heure on recommence cette opération ; alors on couvre le feu avec une masse de houille de 25 centimètres d'épaisseur, qui se réduit en coke, et laisse pendant 2 heures. la tranquillité nécessaire au dégagement des bulles. On active alors

le feu, et Ton élève la température au maximum. Au bout de 5 heures, la fluidité du cristal étant devenue très-grande, on ferme au-dessous des grilles l'accès de l'air, et l'on brasse continuellement, en changeant chaque barre dès qu'elle s'échauffe trop. La matière étant' épaissie au point que le brassage est devenu difficile, on ôte la dernière barre et le cylindre; on ferme la devanture, la bouche du creuset ainsi que les ouvreaux et les cheminées, à l'exception d'un trou de 2 centimètres qui donne issue au peu de gaz émané du combustible; peu de temps après, on ferme cette ouverture elle-même, puis on laisse le refroidissement s'effectuer lentement, durant 8 jours environ, temps après lequel on fait sortir le creuset du four. La masse vitreuse adhérente et quelques fragments sont préparés en y pratiquant des faces latérales polies et opposées, afin de voir à l'intérieur les parties homogènes bien diaphanes, et de pouvoir scier le cristal en tranches parallèles, de manière à éliminer les parties qui pourraient être striées ou défectueuses.

On tire parti des fragments irréguliers, quand ils sont assez gros, en les faisant ramollir dans un four, puis dans une moufle, au point de pouvoir les arrondir grossièrement, puis les mouler en disques dans un moule de bronze, à l'aide d'une presse à levier; enfin on porte au four à recuire ces disques plus ou moins épais (ou cylindres courts) qui constituent le flint-glass brut prêt à être travaillé sous les formes lenticulaires usuelles.

Préparation du crown-glass. — M. Bon temps adopta la composition suivante : sable blanc, 120 kilogr.; carbonate de potasse, 35 kilogr.; carbonate de soude, 20 kilogr.; craie, 15 kilogr.; arsenic (acide arsénieux en poudre), 1 kilogr. (*). Le creuset étant disposé comme pour le flint-glass, on ajoute successivement la composition ; la charge est complète au bout de 8 heures; 4 ou 5 heures après, on introduit le cylindre agitateur, et l'on brasse; on réitère le brassage d'une seule barre de 2 en 2 heures, on laisse en repos, à feu couvert, pendant 2 heures, et l'on chauffe plus fort pendant 7 heures ; on procède alors au grand brassage qui dure environ une heure et quart; on laisse refroidir enfin, après avoir bouché toutes les ouvertures.

La masse et les fragments obtenus sont examinés et traités comme nous venons de le dire en parlant des produits du flint-

(*) M. Guinand emploie : sable, 400; carbonate de potasse, 160; borax, 20; minium, 20; manganèse, 1.

glass : ils peuvent servir à la confection des lentilles achromatiques (*).

Grâce à ces procédés ingénieux et simples qui ont mérité les récompenses de l'Institut et de la Société d'encouragement, Toptique obtient aujourd'hui des objectifs, même de grandes dimensions, à des prix moins élevés, et de meilleure qualité qu'autrefois.