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P.;=4w za 1CA1'IW M .z"1ôaz3 M ¯ xx4nw YV,4DI lez mYJi 1VJi{ LA xi3± at OJJnJ .u C8 PltOClt#
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la prt4ourte invention concerne la t14'Prloat1Qn d* apprêt d'un ' .
T flhd1iGU tondu et nOtJBÀ6nt d'un mt6r1'!.U .à haut point de to:,iQn. in ott*tt, les procédés lçln3siveo de .tion t4imatt appel à une 09'116, 4U- -. m&té1'i.a.u ne aont Inn applicables AUX composda de tels ="'t.tÓrl.awc. ' ¯" La fltbrio'lticm de telles alih1!rtfS est donc a6tuollet:lOnt ù1..s. en portant 4 l'état liquide de tinu partiaulen du matériau À tmiter oeY ¯ ' pasaap 4ma un arc électrique ou. dans une flacae plaam. tM.''r<MMiatat, les partiQule13 ne Matent dans la zone chaud< quo pendant un 1*mpa extr4 , m9mnt court et se-alee celles qui ont un d.18Mtrt trlt.
faible oont nti-' rement fondues, Il n'est par suite pas porinible d'obtenir du aphoro8 entièrement O!l$, da finl'la .pal'tion1ea de ml1Uriau & tnlitn .ont Darm 4'auti'e cas, de fin"a particitioe de uit4riau k tï*ait<tr sont dispersées dans une xcutrice do pouùnt plus nStraoh1r& qutollolh Nia, cette 11'At:doe Ogt porl.,! 4 une température lés1:J1'$U!ent mpénimra au point de fusion du matériau à traiter oui ue r.1S,18mbl. soue forme de parucules
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aphériquea.
Don riactiom ch1A1qutoJ riaqueat touWo18 de et produirez haute tMpeïtture entre la mattios et le mt4rtou & traiter et dalt6m la structure des tpheree obtth La présente inventif r peur t de pIftItm de fabriqwr doo ophbron d'un \i3At4 tondu en osr3mant leu ino=vdnente c1-4eeeua, 1a totalité du IMtér1au étant portée à ltétat liquida par l'actioa. 4'\108 tiaca p1.o.lsu et le 1'Otroidi81StllaDt dee touttaa de ce liquida I t&1unt ' &lors tiuo celles-ci ne *ont en =tact *no aueun autre mnt6r!au 1U8 ble do 1.. aotauiner.
Cette invention. a pour objet un procId4 de ta'br.* #tiM de .phl'U d'un matériau fondu earaoMria<5 en ce qu'il Qoaa3ats . porter le matériau à une température supérieure à ea teepertture de fboîeng à Muaettre le liquide obtsrn une force centritu8e l'éjectant sou tome de gouttelettes dans une atamphère omtr8lie t recueillir les eph!tfeo oOMtitu6lttJ par les gouttelettes refroidies par leur trajet libre dans ladite att1osphère.
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Selon une autre caractéristique de l'invention le procède de
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fabrication de epherea d'un oomposé fondu à *partir de deux constituants r6traotairee pulvérulents consiste à porter le mélange de 4ea deux COMt1tuante à une température au Mias dgale la température de fuaicn du composé obtenu par 3,e réaction des deux conetituants entre eux, z *omettre'
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le composé liquide obtenu à une force centrifuge l'éjectent nous forme de
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gouttelettea dans une atmosphère contrôlée et à recueillir lea sphères du composé homogène solide, constituées par les souttelettes refroidies dana
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ladite atmosphère.
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On réalise ainsi à la fois la fabrication de sphères hooogenea, entièrement en matériau fondu, de fcxme régulière et, ai aéceaaaire, la préparation du composé chimique dont elles sont conatituées< L'invention n'étend également gaz un four pour la fabrication de apherea caractérisé en ce qu'il comporte une enoointe de travail &
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atcoaphero contraire, un àa1w*au h plaaoa do fusion du #t#inu h
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traitor, fixa sur l'une dos parois do ootto enoointo, uno brocho rotative,
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susooptibio do coulisser dans la paroi, opposée, supportant et entraînant un creuset do conf'omo.t1on du t1O.té...i.nt fondu ot do projection centrifuge des amtten do celui-ci dans l'enceinte, ot un dispositif do 1'Ócupdrc.tt# dos sphères du catérinu fondu ot refroidi h la partie l.nf6riouro do ladite
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enceinte.
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Selon un mode do réalisation do l'invention, la brocha ont solidairo azialonont d'un coulisaoau mobile dans la paroi do l'onoointo mais ollg
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est libre on rotation par rapport à co coulisseau et à ladite paroi* La fusion du matériau ost toujours complète ot la liquide no
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séjourne pas dans le creuset dont il est éjecté par la foroo contrif ffl Aucune réaction chi1:1ique no risque donc do se produire ontro la matériau ot 10 crouset, refroidi par uno circulation do fluide, non plus d'ailleurs qu'entre co natdriau ot l'encointe do travail ou la dispositif do roEcup4-
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ration puisque los sphères n'ontront on contact avec ces organes qu'après
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rofroidissonont.
Divers autroa avantages et caraot3riatiquoe do l'1nvont1on roa-
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sortirent d'ailleurs do la description détailléo qui suit d'un Dodo do
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réalisation donne à titre d'sxospio non l1ci tnti:t.
Selon le procède do l'invention, le matériau destiné à tomor Ion sphères cet auand on prdsonco d'un moyen do chauffage, par oxonplo uno tlame do plaena, à l'intérieur d'une oncointo foroeo, ot il oat port6 k uno tonporaturo au coins dgalo à la toapérnturo do fusion< Au fur ot It momm do la fondation du liquide colui-oi ost ontratné on rotation par 10 creuset dnaa lequel il ost placé ot 6jocté sous forme do gouttolottos par la força Clont1'ifu8e.
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It'Is <11mens1ons da l'. lIOIrtI 'tolJ.aa. - 1ae gouttelettes ne viennent au contact am la paroi de eeUe-01 qp'apµs un parcours suffisant pour leur 1'8tro1cl1l88ment et sont ainsi recueil- lies à l'état solide.
L'atmosphère dans l'enceinte est maintenuensutre afin d'éviter toute réaction chimique entre elle et les gouttelettes. le matériau à fondre est introduit dans l'enceinte par exemple sous forme d'un lingot placé à une distance de la flamme plasma choisie selon la nature du matériau et maintenue constante pendant toute la durée du traitement de manlére à assurer une fusion convenable de ce matériau,
Ces sphères peuvent être fabriquées à partir d'un matériau @ déjà élaboréintroduit sous forme de lingot ou de poudre,dont elle cons - ve la constitution mais peuvent également être en un matériau fabriqué
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à partir de plusieurs constituant.
réfr8otaizws pulvérulents ,La temp6ra- '1 ture de la réaction qui donne naissance à ce matériau étant au plus égal à la plus basse température de fusion des constituants. Ceux-ci, de pré-
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férence au nombre de deux, sont mé1.e.ngls et mis sous forme d'un lingot. ,Au cours du chauffage la réaction se produit puis le composé obtenu est fondu. les gouttelettes projettes, et par suite les sphères recueillies, sont constituées d'une manière homogène par le compose formé par la réaction.
Ce procédé est particulièrement intéressant pour la fabrication de sphères de carbure d'urauium à partir d'un lingot d'un mélange d'oxyde
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d'uraniun et de carbone qui au cours du chauffage se transforme en C ! d'uranium. Celui-ci est ensuite fondu et éjecté loua forme da mttelattee de carbures d'uranium qui, refroidies, donnent des sphères homogènes.
Pour fabriquer de telles sphères on utilise de préférence un four tel que celui représentéaux dessins annexés.
Sur ceux-ci :
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- La 1ig, 1 représent e schématiquement pn coupe longl. tud1J'Jale ,un four pla@ma selon l'invention ;
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reprdomte là plus entai* deboue 04emot en .MM la ciulxr esu ! plear d tour â l''it* 1 la 1't, 3 >X6oant*,ogJmmt ea ccupe plus jpftade échelle 1a Brecht de support du creuset du four de la 718. 1.
Ce four du vpo à pitaem ccaportt 0 * le montre la Fiy imo *oeoànoe 4* tranü t eana3..blaoeat elliniriqn portant oem )Ma ruci ua çhalfflau 1 plum 2 et ttna broche 3 de support d'un crewat t=mtq, à'o*smto est à'wi%4o par uns double paroi la 1b Itint4m rieur de laquelle circule un fluide de rrtroidieaaeasat. 811e a t ooaatltufe par pluaieurw Parti" 9 16 cylindre propreaeat dit 4 et daux fond* 16 . but ioewv<)t 5 et 6 4a.i ista 5 est aolidaiact du ohe7auaaur 2 et ocapm'tt un orifice 8 de passao de là flum plaama, tanfte oit l'autre 6 porto an fourrwaa <0, entourant une ouverture 11, dAM lequel emuine la broche 3.
Cette enceinte est mmio d'une cumunation 12 de sortie du ps oonatituant léatr4oephbre oentroia, dMm1aoent un das neutre rucriraut par 1'rifioo 8 du chalumeau 2, Elle est wime d'un fcbmneur de chaleur 14 permettant de ramener la tu chauffe dans ltenceintt à la t",y4ratu" ambiante. Une emlisation 16 44&a=tim de l' air contenu dam 1' *no*into 1, reliée à une pompe à vide 17p est égnlement 9rSvuo afin d'obtenir dono ladite enceinte une grande pureté du gaz coaetituaat l'ttmoephere, cette pureté ont en effet un facteur capital pour la 'propreté" des tpheree.
Cea canalisations débouchent de préférence dam le tond 6 de
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l'enceinte autour du fourreau 10.
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Daim ce fourreau 10 ne déplace un caul>s0oU 18 relie (Pis. 3)0 par l'intem&ttaire de rmlemente à billes 20, à un tube 22 aoeXi*1 X un autre tube 24, le tube 2Z entourant le tube 24 et étant tarm6 par une couronne 28 constituant la paroi latérale cylindrique 30 dudit oreuret.
Une begue 13 portant un presse étoupe teras de manière étambe le fourreau 10 autour du tube 22p tandis qu'une autre bague analffle 19
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portant un joint t<MrMRt laanwa de mmibn 4%*h 1< couUMtM ottow ds o "mme tube 22.
OBtubeintent<di*ire32eet)toattentMleat<tb<w22<t24< Il pénètre Ainsi que le tube .22, 1 ûn Obottier à eau fui4 dfanî * et de sortis d'un fluide de l'eau par exceple, dar retfoidiaseaent de 24 paroi 30, passant aucconsivemnt entre lee tubes 24 et 32 puis entre le* tubes 32 et 22* Ce *bottier à eau" z est a0lidai> du ooulisseaw la et . comporte des 4ointe d'4tblithOitô pemettaht eux tubea de touimer Ubremp 1)1 xent pendant que lui-m*me rente fixa.
Le fond 26 du emnet porté par un tube 25,!Mate à l'int4nour ¯ du tube 24 auquel il est concentrique, eat également refroidi par wse circulation de fluide. Un tube 36 coaxial au tuba 25 ont manté dams Î,,g, celui-ci et p6nètrop avec lui, dons un second "bottier à eau* 38 analopM a -au bottier 34 dans lequel les tubes 25 et 36 peuvant touraer, mais qui leur cet solidaire axialement. Le fluide de refroidiaaenent pénètre alora à l'intérieur dù tube 36 pour puner contre le fend 26 du creuset
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pute entre lea tubes 36 et 25 avant de ressortir par le boîtier 38.
Le tube 25 est (également solidaire en rotation den tubes 22, 32 et 24 mais peut coulienar par rapport à eux grdce à une liaison par rainure longitudinale et clavette avec un manchon 40 solidaire du tube 24* Îljj, Une srous 42 solidaire de ce manchon 40 permet la comaeop par tout coyan aomu par exemple par un moteur à courant continu 1 variateur de vitesse électronique, de la rotation dudit manchon 40 entratnant celle 2
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des tubes 32-22, 24, ?5 et 36 et par suite celle du creuset 30 et du
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fond de creuset 26.
la position de ce creuset dans la four cet, elle, réglée par le déplacement du coulisseau 18 provoquant celui de la broche
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toute entière dans la fourreau 10, cet ensemble pouvant par exemple
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gtre monté par 1ir.tormtdiaire d'une bride 44 sur un chariot coulissant sur lea rails d'un bdti eo support du four et déplacé maauellcanent.
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'Si
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Le lingot de matériau à traiter est placé sur le fond du creuset 26 porté par le tube 25 qui est relié, par l'intermédiaire du boîtier ,et à un motuer à variateur de vitesse (non représenté) comandant non coulisaement dans le aaanchon 40 de façon à modifier automatiquement la position du fond 26 du creuset dans sa paroi latérale 30 au fur et à mesure de la fusion du lingot dans ..ce creuset,
La flamme plasma destinée à cette fusion est obtenue à l'aide du chalumeau 2 fixé sur la paroi 5 à l'extérieur de celle-ci. Ce chalumeau comporte (Fig, 2) une chambre annulaire 46 dont la paroi intérieure 48 do forme sensiblement conique porte l'anode 47.
Cette chambre est parcourue par un fluide de refroidissement, de préférence de l'eau, dont l'arrivée 49 sert d'arrivée de courant par un câble électrique à circu- lation d'eau. Le cône 48 est fermé par uno paroi 50 dont il eat isolé électriquement par un joint annulaire électriquement isolant 52. Cette paroi est traversée par une broche 54 de support d'une cathode creuse de forme conique 56, en tungstène par exemple.
La broche 54 est creuse et contient un tube central 58 qui lui est coaxial, ouvert à ses deux extrémités, dans lequel pénètre un fluide de refroidissement qui passe ensuite, à l'intérieur de la cathode 56, dans l'espace entre ledit tube 58 et la broche 54 et ressort par un orifice 60 à l'extrémité de ladite broche. L'arrivée de ce fluide, do l'eau de préférence, sert d'arrivée de courant come sur l'anode.
La paroi 50 est percée d'une arrivée 62 d'un courant de gaz neutre, de l'argon par exemple, injecté tangentiellement autour do la cathode 56 et se trouvant à l'intérieur de l'anode 47 dans un état d'ionisation qu'il est convenu d'appeler plasma. Ce plasma est contenu dans une zone de basse pression créée par l'effet de "Vortex" de l'injection tangentielle et se trouve ainsi isolé thormiquement des parois de l'anode. Ce phénomène joint au refroidissement de l'anode par le fluide traversant la chambre 46 permet au chalumeau de supporter des
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températures très élevées pouvant atteindra 15.000 X dans le coeur du plasma..
La flamme plasma est éjectée de l'anode dans le four par l'orifice 8 de la paroi 5, sa longueur à l'extérieur du chalumeau peut varier entre 40 ot 150 mm environ suivant le débit d'argon et la puissance électrique.
La eource de courant est par exemple constituée par deux générateurs à courant continu, connectés en parallèle et l'amorçage de l'arc est obtenu par une étincelle haute fréquence.
La broche 54 est munie d'un filetage 64 visse dans un manchon 66 solidaire d'une roue d'entraînement 68 et relie, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 70, à un fourreau 72 enveloppant la broche et fixe sur la paroi 50. Unerotation de la roue 68 et du manchon 66 provoque le déplacement rectiligne de la broche 54 et de la cathode 56 dont la position dans l'anode 47 peut ainsi être réglée.
Ce four est particulièrement adapté à la fabrication de sphères ,, ¯ de composés à haut point de fusion, tels que les carbure et oxyde d'uranium ou tous autres matériaux analogues. Un lingot du matériau à traiter est placé sur le fond du creuset 26 après recul des tubes 25 et 36 et du bottier 38 de la longueur correspondante. Puis l'enceinte 1 est mise sous vide par la pompe 17 et la canalisation 16.
Après réglage de la position de la cathode 56 dans l'anode 47 d'une part et de celle du creuset 30 porté par la broche 3 par rapport au chalumeau d'autre part, le fluide constituant l'atmosphère de travail, un gaz neutre par exemple, est introduit dans l'enceinte. Co fluide ressort par la canalisation 12 où il est refroidi dans l'échangeur 14 avant d'être évacué, le travail en circuit ouvert permettant en effet d'obtenir uno grande pureté de l'atmosphère et notamment un très faible pourcentage en oxygène, ce qui est très important dans le cas de matériaux nucléaires dont la plupart ont une grande affinité avec ce gaz. Une légère surpression par rapport à l'atmosphère est maintenue dans l'enceinte 1.
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LI obalumoau a plan= ut 0118U1 ft aao1"o' et le notaur dientroiBOxent de la rotation do la broche 3 ni en Mute. Dès quo 10 watôrnu contom daaa 1. creuset tond, les eouttoe do liquide sont PNj.t6oa par la force oontdtuv dant 1oneointo 1 dont le dia,tro est ruffitoant pour qutellea t se 1"\ttro1J' s0ua forme de .pb1tros i'rit do frapo la pen'oi Intérieure.
Elles scnt ro=oillios dam le dispomitit do rdmp4r&. tïon qui. dans le cas d'un I14triau à bane d'urasiun, est on ouàvr* de façon E 4il1!\Ûn(r tout risque do soudure das aphéraa â, leur urriw6s dana
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le dispositif*
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AH fur et à raeaura de la fusion du lingot le fond 26 du creuset tvencc dam la paroi 33 pouao6 par le acteur agissent sur la boîtier 38 ot :bpriJw1t au ttrba 25 un DOUYC1Dent régulier l'amenant procrouinnant à une position d'attlcUJ:'t'!m6J\t du creusât corraapondant à la ltuiion ccuplète du lifflts Pondant tout le traitement le fond 26 du arsuaat, de prGt6roace on cuivre, et sa paroi latérale sont refroidis par le fluide circulant entre les tubes 36 ot 25 ot entro los tubes 24 et 22 l'Olpoct1v%Dnont pour éviter toute contamination du #téri"u l'état liquide.
Bien que lim du four représenté sur los doosim aoit horizontal co tour peut bien entendu Ctro réalisé à l'aide d'uno emeinto à axo Tert1c le chalumeau étant monté à la partie supérieure tamis quo
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le fond de creuaet pousse le lingot vers la haut,, Dca hublots 74 fixés dana la paroi do l'enceinte permettent
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l'observation de l'intérieur du four pendant le traitement. Ils sont de préférence cylindrique, en verre rooixtant à la chaleur, et munis d'un verre teinta destiné à filtrer l'intense luminosité do la t18I!I!I8 plaaaa* L'enceinte comporte 6galet*nt des hublots servant do portes avec, sur l'un doux au moins, un sas do sortie des échantillons aana entrée d'air.
Un orifice do passade d'une pinoe de manipulation pout eventuolleaent ' être ménagd dans la paroi.de l'enceinte.
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On obtient ainsi dao aphéxo eatireaeat en Matériau fcadu, de for!M rdoaibzo dont la composition a 'té d6tc lors do la constitution du linat, le matériau alopot à tcua txOBat ou la po<aibilito de réagir avec l'un du l'autte des oroeno du tmre Solon une varient6 du réalisation la fabrication est effotuda à partir d'un natériau en poudre et non plus à pu-tir d'an lingot. han ce but, la chsobre nnnulaira 46 entawrnut l'anode 47 est tTav i4o (ne. 2) par deux conduite 76 d'raaende en aocat de l'orifice 8 du ratd. riau à traiter un poudrq fntraSn6 par un courant d'un em neutre de mdaa nature que celui qui cet îrijoetd autoux de la cathode, de l'txrgon par exemplo. le4 matdriau k traiter est ainsi introduit dans le plsase luim6mo, porté par colui-ci à haute tonpdraturu et projeté sur le tond de creuset 26 qui tourne et éjecte les gouttes de liquide dana 1'encemte 1 .
Le fend du creuset 26 est alors par rapport à la paroi z dans sa position d'afficuroncat.
Ce mode d'alimentation du four permet d'6vit la miae en forme préalable du lingot mais diminue la possibilité do régler la
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composition des sphères par la c'omtitution du lingot 1ui-mtno.
Lo four do l'invention a permis d'obtenir à partir de composés à haut point de fusion, doa sphères très régulières de diamètre compris entre 100 et 1.000 microns.
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On a obtenu notemaont k partir d'un lingot do carbure d'urmium fritte do 14 m de diamètre des sphères géométriquement régulières# exemptes do porosité et finoaont cristallisées.
La vitesse do rotation était de 2000 t/mm, la puissance du chalumeau à plasma d'environ 30 kw.
Le rondement de l'opération, c'est-à-dire le rapport ; poids du lingot de départ - poids total des sphères obtenues fut d'environ70 %.
Ces sphères se repartissent de la manière suivante
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passant au ternis de mm - 31% 800# .. 62% 500# - 4% 315# - 1,5% 250 r -1,5 %
A partir d'un lingot d'uranium de diam8tre 17 mm, ou a égale- ment obtenu. des sphères géométriquement régulières exemptes do porosité dont la répartition granulométrique était la suivant t passant au tamis de 1 mm = 34% 500# = 50% 315 p = 14%
250 # 2% avec une vitesse de rotation de 2.000 t/mn et une puissance du chalumeau de 15 kw.
On à constaté au cours de ces essais que la position du lingot dana la flamme plasma, ainsi que la puissance du chalumeau étaient des facteurs déterminants,
Le réglage de la position de la cathode dans l'anode et la possibilité de déplacer la broche et le creuset permettent donc d'obtenir de bonnes conditions de traitement, Le mouvement régulier du fond du au cours creuset/le la fusion du lingot, dont la vitesse pout être roulée selon le matériau, améliore encore ces conditions.
Le diamètre des sphères obtenues est fonction de la vitesse de rotation du creuset, ainsi que de la nature du matériau et particuliè- rament de sa tension superficielle, la dimension de l'enceinte condition- nant toutefois le diamètre maximum dea sphères pouvant être obtenues avec un matériau déterminé.
Il est bien évident que diverses modifications pourraient être apportées au mode do réalisation, qui vient d'Ôtro décrit à titra d'exemple non limitatif, sans sortir .du cadra de l'invention. Par exemple
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l'atmosphère dans 1'enceinte pourrait être créée par un circuit formé
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avec purification du gaz pour réduire note-mnt sa tonour on #;r(;
èUOt R 3 V E N D 1 C A T 1 0 N S 1 ) Un prooddd do fabrication do sphères d'un #tér1o.u toudii caractérisa on ce qu'il consista à portor le nut6riau à une température supérieure à sa toup6raturo do fusion, à sounottra le liquida obtenu à une force contrix fugo l'éjectant SOUFI fomo do gouttelettes dans une atmosphère contr6lôo ot à recueillir les sphères constituées par les goutbolottea rofroidies par leur trajet libre dans ladite atmosphère,,