| Émaillage
et Tension Superficielle
par Smart.Conseil
Théorème de Gibbs:
Selon les principes de la thermodynamique, les éléments
qui composent la couche superficielle d'une solution et celles de
sa masse sont différents.
Tension superficielle:
c'est une force résultant de la cohésion, qui abaisse
au minimum le nombre de molécules à la surface d'un
liquide. Cela créé une sorte d'enveloppe invisible
qui occupe la plus petite surface possible. La tension superficielle
représente la force de la pellicule de surface du liquide.
Lorsqu'on applique ce principe à une suspension de minéraux
(barbotine d'émail ou de coulage), on peut observer que la
tension superficielle de l'eau créée en surface une
couche qui contient les plus fines particules de la suspension.
Cette couche est très mince et se crée spontanément.
Application à une goutte de suspension isolée:
Une goutte est un volume de liquide isolé dont la cohésion
est assurée par les forces de tension superficielle. En l'absence
de sollicitation extérieure, les gouttes ont une forme sphérique.
Ainsi si on applique ce raisonnement à une goutte de cette
suspension, les particules les plus fines viennent tapisser la surface
de celle-ci et laissent au cœur une masse de suspension plus
riche en grosses particules.
Influence de la taille des gouttes:
Surface d'une sphère: 4 p R2
Volume d'une sphère: 4/3 p R3
Rapport surface / volume: 4 p R2 / 4/3 p R3 = 3 / R
Le rapport de la surface par rapport au volume est 3 fois l'inverse
du rayon de la sphère, ce qui signifie que le volume d'une
goutte (sphère) se réduit plus vite que sa surface
lorsque son rayon diminue.
Ex: des gouttes de 1 mm de rayon auront un rapport de surface/volume
de 3 cm² par ml de suspension tandis que des gouttes de 0.5
mm de rayon auront un rapport surface/volume de 6 cm² par ml
de suspension.
Donc pour des goutte de plus en plus petites formées à
partir d'une suspension de minéraux, celles-ci présenteront
un différentiel de composition de plus en plus important
entre les minéraux de surface et ceux de leur masse (cœur
des gouttes). La force de tension superficielle s'exerçant
sur la surface appauvrira de plus en plus la masse en minéraux
les plus fins, puisque le volume des gouttes décroît
plus rapidement que leur surface.
Émaillage:
Émaillage par pulvérisation:
Le principe consiste à disperser une suspension d'émail
en gouttes dans l'air afin de diriger celles-ci vers la surface
de l'objet à émailler. La forte dispersion de la suspension
aidant à mieux maîtriser le contrôle de l'application.
Les gouttes s'empilent sur la surface et forment une couche.
- Si le tesson est très poreux, les gouttes vont se solidifier
au fur et à mesure qu'elles se déposent et former
un amas poudreux.
- Si le tesson est moins poreux ou si le débit de pulvérisation
est trop important les gouttes vont avoir le temps de former une
couche " mouillée " laissant le temps nécessaire
à la réorganisation partielle des particules sous
l'effet des forces de tension superficielle.
Émaillage au trempé:
On immerge le tesson poreux à émailler dans un bain
d'émail en suspension dans de l'eau. Les forces de capillarité
du tesson permettent à l'eau de pénétrer dans
celui-ci, attirant et plaquant ainsi les minéraux de la solution
sur la surface poreuse.
Le cas du trempage diffère beaucoup de la pulvérisation.
La couche déposée par capillarité sur le tesson
est en partie constituée des particules les plus fines attirées
en surface du bain par les force de tension superficielle de la
suspension. Ces particules les plus fines et très mobiles
enveloppent l'objet trempé au fur et à mesure de sa
pénétration dans le bain d'émail. Elles forment,
tout comme une barbotine sur le plâtre d'un moule, une "
peau de coulage super fine ". Mais dans le cas du trempé
cette " peau de coulage super fine" s'intercale entre
le tesson et la couche supérieure de l'émail constituée
des particules de la masse, plus grosses en taille et plus denses.
Influence de la méthode d'émaillage sur le comportement
de la glaçure:
Les deux méthodes citées dans cette page conduisent
à des résultats différents lors de la cuisson
de la glaçure.
Les forces de tension superficielle jouent un rôle prépondérant
dans les résultats en permettant une disposition et une sélection
différente des particules déposées sur le tesson.
L'aspect de la couche cuite et la dynamique de sa fusion pendant
la cuisson seront différents selon la méthode employée.
Ainsi pour une même composition de glaçure (minéraux
identiques en mêmes proportions) subissant un cycle de cuisson
identique on pourra observer:
1) Cas de la pulvérisation:
a) couche poudrée:
La couche poudrée est constituée de " granulés
" d'émail de tailles différentes, chacun revêtu
d'une pellicule de particules fines. Les particules fines fondent
en premier et attaquent rapidement la masse des gouttes les moins
volumineuses. Ainsi les petites gouttes fondent avant les plus grosses
et amorcent la fusion hétérogène de la couche
émaillée, formant des points fusibles répartis
dans toute la masse du produit. Ces point fusibles accélèrent
la fusion des gouttes légèrement plus grosses immédiatement
situées dans leur zone et ainsi de suite… Il s'en suit
un phénomène de réticulation de la couche conduisant
à des amas en grosses gouttes fondues visqueuses. Cette couche
discontinue est perméable et peu laisser s'échapper
facilement les gaz contenus dans le tesson. Puis la température
continuant de monter, les forces de tension superficielle de la
glaçure fondue se relâchent petit à petit, permettant
aux amas de se joindre et de former une couche continue. Cette dernière
phase permet en général d'obtenir le nappage de la
glaçure en effectuant un palier de cuisson à la température
la plus élevée pendant un certain temps.
b) Couche pulvérisée mouillée:
La couche mouillée est un enchevêtrement de gouttes
dont la continuité produite dans la partie supérieure
lors du mouillage a permis aux particules les plus fines de former
un film sous l'action des forces de tension superficielle. Ainsi
une partie des particules fines ont eu le temps de s'organiser en
surface de la couche et former une " peau " lisse et compacte.
Lors de la cuisson, cette couche superficielle compacte va entrer
en fusion avant l'ensemble de la couche et subir de fortes contractions
sous l'effet du retrait et de la tension superficielle élevée
de la glaçure en formation. Les sous-couches étant
à un stade de ramollissement moins avancé, la cohésion
de l'ensemble peu homogène permettra des ruptures de la couche
en fusion conduisant à des fissures et à des rétractions.
Ces discontinuités de la couche de glaçure permettront
au gaz de s'échapper. Puis la température continuant
de monter, l'ensemble finira par former une couche continue et se
napper.
2) Cas du trempage:
La couche de particules les plus fines en contact direct avec le
tesson va fondre en premier. La forte cohésion du tesson
va empêcher la rétraction de la couche ramollie et
celle-ci va former une enveloppe relativement continue et étanche.
Les gaz qui voudront s'échapper du tesson auront du mal à
trouver un passage au travers de la couche de glaçure et
vont s'accumuler. Si la couche de glaçure est mince, des
discontinuités (petits trous) laisseront s'échapper
plus facilement les gaz. Si elle est épaisse, les discontinuités
seront rares et la pression des gaz pourra monter jusqu'à
atteindre et dépasser la limite supportable par la couche
de glaçure fortement ramollie par la température.
De grosses bulles exploseront en surface, produisant des cratères
de quelques millimètres…
Pour cette raison, les pièces produites par trempage devront
faire l'objet d'un contrôle rigoureux de l'épaisseur
de glaçure déposée, surtout si le tesson produit
des gaz pendant la cuisson. Une attention toute particulière
devra être portée à la granulométrie
et au broyage de la glaçure.
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