Optimisation de la production de céramiques de type porcelaine

Production optimization of porcelain-type ceramic

¹ STMS IFoS MMP, École Centrale de Lyon, UMR 5621, B.P.163, 69131 Ecully, France.
² GEMPPM, INSA de Lyon, UMR 5510, 69621 Villeurbanne, France.
³ CERAMA (Ceralep, Jars Céramique, Revol, Novoceram), Bassin de Saint-Vallier (Drôme), France.

Résumé

Cette étude est menée en collaboration avec des fabricants de céramiques industrielles de type isolateurs électriques ou produits de porcelaine. Des dommages non contrôlés, qui surviennent durant le procédé de fabrication, peuvent avoir pour conséquence l’augmentation significative des taux de rebuts. Notre objectif sera d’optimiser la production de porcelaine en contrôlant les procédés de fabrication et la formulation.

L’analyse des avaries laisse entrevoir le rôle de l’énergie de polarisation. En effet, les propriétés électriques, ainsi que les propriétés mécaniques, sont liées à la capacité du matériau à piéger des charges électriques induites par le procédé de fabrication. Ainsi, la relaxation brutale de cette énergie accumulée peut entraîner la rupture mécanique. Dans ce sens, un protocole de caractérisation mécanique / diélectrique et physico-chimique a été mis au point : D’une part, le modèle de Weibull est utilisé pour mesurer la fiabilité du produit, en complément des propriétés mécaniques classiques (résistance à la flexion), et des analyses physico-chimiques (DRX, Densimétrie, fractographies). D’autre part, la capacité à piéger des charges électriques est déterminée par mesure du courant de masse pendant l’injection simulée d’électrons (SEMM).

Enfin, l’analyse statistique (Analyse discriminante, tri hiérarchique) des taux de rebut, des mesures diélectriques et mécaniques a permis de classer le produit de porcelaine industriel. Le suivi des taux de rebuts pendant deux années de production, pour différentes compositions, semble valider l’hypothèse de phénomènes de piégeage / dépiégeage de charges au cours du procédé de fabrication de la porcelaine industrielle.

Abstract

This study is conducted in collaboration with industrial ceramic producers of electrical insulators, or whiteware bodies. Some non-controlled damages, which occur during the industrial production, result in a significant increase of reject rates. Our objective will be to optimise the porcelain production by controlling processes and formulation.

The evaluation criteria follow the polarisation energy stock rule. As a matter of fact, electrical properties as well as mechanical properties are related to the material capacity to trap electrical charges induced by process. Indeed, a brutal relaxation of accumulated energy can land a mechanical rupture. So, a protocol of mechanical / dielectrical and physico-chemical characterisations has been adjusted : On the one hand, the Weibull model is used to measure the reliability of the product, in complement to the classical mechanical properties (flexure strength), and the physico-chemical analysis (DRX, density, fractography). On the other hand, recording the absorbed current during electron injection determinate the trapping electrical charge capacity (SEMM).

Finally, a statistical analysis (discriminant analysis, cluster analysis) has allowed a classification of porcelain product in function of reject rates, mechanic and dielectric criteria (charge trapping ability). The study of reject rates evolution during a whole year of production, for different compositions, leads to ratify the hypothesis of charge trapping / detrapping during the process of industrial porcelain.