Analyse et simulation des paramètres de rayabilité du verre Silico-Sodo-Calcique traité

Abstract

Le contact entre une particule solide et une surface d'un matériau fragile est fondamentalement intéressant pour comprendre la formation et la propagation des fissures ainsi que la dégradation générale des céramiques et des surfaces vitrées exposées aux différentes agressions extérieurs ou provoquées lors d’un usinage soit par érosion, corrosion par abrasion ou par rayage . Il constitue également une méthode de base pour estimer la dureté et la résistance à la rupture par indentation ou par rayage des matériaux fragiles. Le présent travail consiste à renforcer la résistance mécanique du verre SLS par génération de contraintes internes instaurant un état de compression au voisinage de sa surface par un traitement chimique et celui d’un traitement thermique. Pour essayer de comprendre en premier lieu le système et le processus de fissuration notre approche consister à effectuer des tests de rayage d’échantillons de verres ordinaire (à l’état brut) par le scléromètre linéaire de l’université de Rennes I sous des charges normale variables allant de 0,1N à 2N en fixant la vitesse de rayage à 10µm/s , les différents paramètres du test tel que la longueur de la rayure, la charge appliquée et la vitesse de rayage sont contrôlés instantanément. Les principales valeurs mesurées sont la fissure médiane, le coefficient de frottement et leurs conséquences sur la résistance mécanique à la flexion ainsi que la ténacité du verre silico-sodo-calcique. Nous avons également associé à ces résultats des graphes qui ont permis de préciser le type de dommage induit dans les conditions de l'essai. Nous avons déterminé le seuil de charge à l'origine de la fissure médiane, ce qui nous a permis de corriger la formule originale de Swain, de proposer un autre modèle ainsi que la détermination de la charge optimale pour assurer une bonne coupe du verre. Cette approche nous a également permis de mettre en évidence l’influence de la charge appliquée lors du test de rayage et examiner par la suite d’un graphe de microfissuration la réponse à cette expérience, le coefficient de frottement apparent et la résistance mécanique (test post-rayure) sont étudiés et discuté pour ce type de verre (silicosodo-calcique) ou verre à vitre de composition standard. Nous avons constaté que lorsque la charge normale augmente, la profondeur de la fissure médiane semble se stabiliser à environ 100 μm de longueur. Corrélativement, on à observé que la résistance mécanique du verre rayé reste à environ 40 MPa quelle que soit la charge exercée au-dessus de 0,5 N. ces résultats ont contribué à la compréhension des facteurs existants contrôlant les rayures dans les verres. En second lieu et afin d'évaluer ce renforcement mécanique, des tests de rayage d’échantillons de6 verre brut sont traités par la trempe thermique, la trempe chimique (nitrate de potassium) et le recuit ont été effectués avec des chargements et des vitesses de rayage cette fois-ci variables, nous avons pu vérifier, à partir des résultats présentés, que les paramètres que nous contrôlons au moment de l'essai de rayage ont un effet déterminant sur la résistance mécanique du verre silico-sodo-calcique. L’influence de la vitesse de rayage a été bien évidente sur les échantillons bruts et traités mise en évidence par des graphes montrant une corrélation négative avec la charge ou leurs variations vont en sens opposées. Nous avons également mis en évidence que l’état contraint du matériau par un traitement de surface induit une propagation de défauts de surface considérablement retardée par des taille de fissures sensiblement plus faible, et une résistance mécanique beaucoup plus accrue, les résultats des échantillons trempé chimiquement ont montrés une résistance au rayage beaucoup plus élevée que ceux de la trempe thermique par rapport aux échantillons rayés à l’état brut, l’échange ionique Na+/ k+ ou la géométrie atomique à permis l’instauration d’un état compressif réagissant sur la résistance de façon positive.