porcelaine

Produit céramique, blanc et translucide, imperméable et dur, obtenu à partir d’une pâte cuite jusqu’à vitrification partielle.

La qualité de la porcelaine est liée à la pureté des matières premières. Sa valeur commerciale résulte de la complexité de sa fabrication : cuissons multiples et hautes températures, et de l’importance des rebuts.

Variétés de porcelaine

Porcelaine dure

Elle est typiquement fabriquée en France. La pâte est préparée à partir de kaolin ou d’argile très blanche, de quartz et de feldspath, d’où le nom de porcelaine feldspathique qui désigne aussi les porcelaines dures. Le mélange contiendra par exemple 35 p. 100 de kaolin, 40 p. 100 de feldspath et 25 p. 100 de silice. Le feldspath et, éventuellement, un peu de chaux sous forme de craie sont les éléments fondants qui constitueront la phase vitreuse de la pâte cuite. La phase cristalline liée par ce verre est formée essentiellement de mullite (2SiO₂, 3Al₂O₃) et de l’excès de quartz non dissous. La proportion de la phase vitreuse peut aller de 60 à 80 p. 100. La composition, exprimée en oxydes, d’une porcelaine varie de :
SiO₂ 73 à 80 p. 100 ;
Al₂O₃ 20 à 14 p. 100 ;
K₂O 7 à 6 p. 100.

La célèbre porcelaine de Chine est une porcelaine feldspathique provenant de roches, le pétunsé, qui n’existent pas en Europe et qui sont feldspathiques et micacées.

Façonnage et cuisson

On retrouve ici, pour la préparation de la pâte, les méthodes céramiques habituelles, mais l’homogénéité de la pâte est faite avec un soin extrême. Le façonnage se fait en pâte molle par moulage, tournage, ou par « coulage » en barbotine dans des moules de plâtre. La pièce façonnée subit une première cuisson vers 950-980 °C (dégourdi) ; dans cet état, elle est très fragile et très poreuse. On applique alors, par trempage ou pulvérisation, une couverte d’émail broyé, en suspension dans l’eau, et la pièce est cuite une seconde fois à 1 400 °C en deux phases : la première en atmosphère oxydante, jusque vers 1 000 °C ; la seconde, qui se poursuivra jusqu’à la fin de la cuisson, en atmosphère réductrice (couvrage). La décoration peut s’appliquer sur le dégourdi, mais la fragilité de la pièce ne s’accommode que d’un délicat travail à la main, et la température de cuisson de la couverte limite le choix des matériaux de décoration. Cette décoration est dite sous couverte ; la décoration sur couverte peut se faire soit à la main, soit par report de décalcomanies qu’on fixe à 400 °C au « crématoire » et qu’on cuit à la température réclamée par l’émail. Si la décoration comporte plusieurs couleurs n’ayant pas le même point de fusion, il faut commencer par la fusion de l’émail le plus réfractaire, pour éviter la coulure des parties qui seraient les plus fusibles.

Une porcelaine cuite sans émail est appelée biscuit (biscuit de Sèvres).

Porcelaine tendre

Elle était fabriquée en France à partir d’une pâte contenant une proportion élevée de fritte, verre silico-sodique spécialement fabriqué par le porcelainier. Elle n’a plus qu’un intérêt historique. En revanche, la porcelaine tendre anglaise est caractéristique ; sa couleur légèrement laiteuse ou crème est fort appréciée. Elle est obtenue à partir de kaolin, mais le fondant est le phosphate de calcium en provenance d’os, d’où le nom de « bone china ». La porcelaine phosphatique ne se cuit qu’à 1 280 °C, d’où l’ancien nom de porcelaine tendre, par opposition à porcelaine dure, laquelle se cuit à une température plus élevée, car ces termes ne se réfèrent nullement à une qualité mécanique. L’émail destiné à la recouvrir est également plus fusible et est traité à 850 °C. La température de cuisson des couleurs, se trouvant pareillement abaissée, permet une large palette de nuances, d’où la richesse de la décoration des porcelaines phosphatiques.

Propriétés des porcelaines et usages

La prédominance d’une phase vitreuse confère aux porcelaines une translucidité caractéristique. (Les anciennes dénominations telles que demi-porcelaine sont légalement exclues.) Suivant les proportions des trois constituants fondamentaux : quartz, feldspath, kaolin, les propriétés dominantes peuvent concerner la résistance aux chocs thermiques (porcelaines à feu), les propriétés mécaniques ou les propriétés électriques. Le diagramme triangulaire de Gilchrest et Kilinefelter indique dans quel sens varient les propriétés lorsque le mélange change.

La porcelaine à feu est utilisée pour les appareils de laboratoire (coupelles, tubes, etc.). Elle doit résister aux chocs thermiques et être suffisamment réfractaire. Elle contient donc peu de silice libre, dont les points de transformation des formes quartz ou cristobalite fragiliseraient la pièce. Ce seront donc des porcelaines fortement alumineuses et contenant le minimum de fondant, corrélativement à une phase vitreuse peu importante.

Par suite de la présence d’un verre dans sa constitution, la porcelaine présente, comme d’ailleurs la plupart des céramiques, le caractère de rupture fragile, sans allongement permanent après charge, ni fluage. La résistance à la traction est de 4 à 6 kg/mm², comme pour le verre en masse. Le module d’élasticité est compris entre 5 000 et 6 000 kg/mm². Le coefficient de dilatation peut descendre à 35 · 10^–7 cm/cm/°C pour les porcelaines de laboratoire, mais, le plus couramment, est de l’ordre de 50 · 10^–7 cm/cm/°C. La densité est comprise entre 2,3 et 2,5. La porosité est nulle ou négligeable (< 0,01). Les porcelaines feldspathiques recouvertes de leur émail, lui-même riche en feldspath, sont très dures et rayent l’acier.

Les porcelaines industrielles ont longtemps été exclusivement utilisées pour la confection d’isolateurs de lignes électriques à haute et à basse tension. La résistance spécifique à froid est en effet très élevée : 10⁸ MΩ · cm/cm². À 250-350 °C, elle est encore de l’ordre du mégohm. La constante diélectrique est environ de 5,5. Pour les usages électrotechniques, la blancheur n’a plus la même importance que pour la porcelaine de table, néanmoins les impuretés acceptées ne doivent pas apporter du fer ou des alcalis en proportion notable. Le verre trempé s’est substitué à la porcelaine pour les isolateurs de ligne.