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Matériaux Ccrairtiquos
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La. présente invention se rapporte aux matériaux caramiquee et
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réfractaires, et plus particulièrement aux procédés et dispositifs pour traiter ces matériaux à haute température, par induction.
Le traitement de con matériaux peut consister soit en un traitement métallurgique, tel que la fusion ou la recristallisation, doit en un traitement chimique,
Ce traitement est particulièrement d'application dans la fabrication de combustible nucléaire,
Il est connu de traiter des matériaux céramiques à haute température par induction, en les supportant soit par un champ de lévitation, ce qui n'est applicable qu'à des masses relativement faibles, soit par un creuset indépendant, ce qui nécessite une bonne compatibilité entre le creuset et le matériau, pour empêcher des réactions entre la face interne du creuset et le matériau à traiter.
Il est connu, en outre, de traiter les matériaux céramiques par induction dans une croate solide formée par le matériau lui-même. Ce procédé est néanmoins limité à des matériaux ayant une conductibilité thermique relativement faible et une conductibilité électrique intermé- diaire entre celle des bons conducteurs et celle des bons isolants; ce procédé nécessite en outre la préparation préalable du matériau sous la forme d'un corps solide de caractéristiques appropriées.
L'invention a pour objet un procéd6 et dispositif pour traiter des matériaux céramiques à haute température par induction, tout en évitant les inconvénients des procèdes connus.
Selon la présente invention le matériau céramique est traité dans un creuset indépendant, tans qu'il y ait de risque de pollution du contenu du creuset par le matériau constitutif du creuset; ceci est obtenu en donnant à la fréquence du courant de chauffe une valeur telle que les courants in. duits pénètrent profondément dans la matière à traiter et en refroidissant
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le creuset de sorte que la couche superficielle du matériau ne soit pas portée 4 haute température et forme écran entre la masse traitée et le creuset.
Ce traitement permet d'utiliser le matériau céramique sans préparation préalable. En effet on peut remplir le creuset avec une masse !
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de matiére céramique sous forme de poudres, graine, sphèrce, billes. débris, etc...
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Ce prooddd n'est en outre pas limita au traitement de mat6rlnu ayant d'une part une conductibilité thermique relativement faible et d'autre
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part une conductibilité (Oloctrique intermédiaire entre celle des bons conducteurs et celle des bons isolante
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Le pt'océd6 selon 1u présente invention permet de traiter tous matériaux céramiques ayant des propdt<tl1I de aomi..concll1ctuur, c'at-h- dire les mat4rigLux ayant une conductibilité <ilectriqn< àitle i basse tom- p6rature et plus élavée fi haute température.
L4 présente invention consiste en un proccld6 pour traiter haute ternpérature par induction un matériau c6ramique, selon lequel on donne à la fr6cluenro du courant de chaiiï±4= une valeur telle que les courants induits p6nMrent proCond6mrt\t dans la, matit-re . traiter, caractérisa en ce que le matériau céramique a des propri0tés d'un semi-conducteur et que le matériau est traits dans un crauaft qui 08i refroidi.
Le matériau céramique peut par exemple être constitua d'oxyde
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d'uranium, d'oxyde do plutonium, do xircons, d'alumine, de thorinù, de carbure d'uranium, de carbure de plutonium, de bOrU1'08, de nitrures, de siliciures ou d'un màlango contpnattt p;>rii;11<.mvnt une dn ceo sub- f! t4ï4 L Lu fréquence doit #tre 8lccUonnle sur la baise des formules Classiques de chauffage par induction, en fonction de la résistance du matriau à traiter, de la variation de celte-ci en fonction de la iemp4*
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rature, du diamètre équivalent de la masse à traiter, de la profondeur de pénétration désira et de l'intensité du refroidissement.
Dans le traitement de$ matériaux dont la conductibilité électrique est très basse à la température ambiante, le démarrage du chauffage nécessite de porter une partie du matériau à une température suffisante pour que les courants puissent être induits, Ce préchauffage peut être effectué par toute méthode classique, *comme par exemple par rayonne- @ ment ou conduction % partir d'un suscepteur métallique amovible, ou en incorporant à la change à traiter un ingrédient à conductibilité électrique élevée, Cet ingrédient peut, par exemple, être constitué, dans le cas de l'UO2,
d'un monocristal d'UO2 ou de plusieurs gros cristaux d'UO2 adhé- rents l'un h l'autre, )de poudres d'oxyde d'uranium sous-stoechiométrique ou de poudres d'uranium métallique} le préchauffage est facilita par l'uti- lisation d'une très haute fréquence, qui est ensuite remplacée par la fré- quence plus basse, appropriée au bon chauffage.
Dans les destina, les figures 1, 2 et 3 montrent divers modes de réalisation de l'invention qui lieront décrits ci-après plus en détail,
Dans ses figures Ion mômes éléments seront représentés par '.on mêmes chiffrée do référence,
A titre d'exemple nullement limitatif en se reportant à la figure 1, do l'UO2 désigné par le chiffre de référence 1 est placé coup forme de poudre h l'intérieur d'un creuset 3, constitue de silice, et refroidi par circulation d'oau 4, un inducteur de chauffage 5 relié à une source de courant haute fréquence de 3, 5 5 MHz est coaxial et extérieur à la paroi externe du creuset 3, Le creuset froid 3 assure la formation d'une carapace 2 solide d'UO,
même si la masse est portée 4 fusion. En effet le courant électrique engendra dans la carapace 2 est très faible à
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cause de la faible conductibilité du mat6:t'iau h basse température-, La température du creuset 3 peut 8tre modifie, ce qui permet de varier l'épa.iu4:tu.t' de la. carapace 2, Le creuset 3 peut être remplacé par deux demi..coquilles d'un
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métal refroidi, L'effet transformateur do courante haute fréquence du creuset métallique permet Alors d'utiliser des fréquences plue basses.
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Une source de courant li4mte fréquence de 1 MH!6 aura dans eo cas un effet cçiznparablo 4 la lourco da 3, 5 Mllm utilisée avec un C1fOlllllet un silice.
LA figure a Illustre l'application du prooddé à la Qoult.1e de mllt61'iAu céramiquo, Un Orifice cet prdvu 4 la partie 1ntdl'iol.l1'C! du cfauoat et le matériau tondu pourra otre could PAV out crtioc dnno un moulu (non U1U.t14d). Un inductoul' secondaire 6 puimot da oommnndu le momalit de la coulde, 04no le eaw de fabrication de noml>uéiibio pour rdadoura ntiolduiroui la tlbamlqutt combustible pout, par examplet IH\t' 11 basa da ce pt'lnc1pc, Stfe couldo directement dune la 941nAgo de façon h constituer un dldmont combustible. tA figure 3 roprdsonto un ayithmo continu de fusion du matitillo edramiquo, Selon ce mode de réalisation, le mtitdt.'il\\1 1 est dépliants selon l'axe du creuset 3 de forme cylindrique.
Le ddplacoment est pouiblu du fait du retrait du matériau 1 à cause du refroidissement du matériau céramique dès qu'il a dépassé la zone des courants induits. Le matériau 1 sort de manière continue ou semi-continue du creuset 3 et pourra Être supporté à sa partie inférieure par exemple par un plateau ou pourra être guidé par un système quelconque de préhension (non illustré)*
Il est bien entendu que les formes de mise en application de la présente invention, telles que décrites ci-avant ne sont nullement limita.. tives. et que diverses modifications peuvent y être apportées.
Par exem-
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ple, le choix de la. fréquence sera adapté aux matériaux à. traiter., Toute méthode de réfrigération du creuset peut également être envisagée, y compris une réfrigération par un fluide gazeux approprie.
REVENDICATIONS 1, Procédé pour traiter à haute température par induction un mate- riau céramique, talon lequel on donne h la fréquence du courant de chauffe une valeur telle que les courante induits pénètrent pro-
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Ccrairtiquos materials
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The present invention relates to caramic and
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refractories, and more particularly to methods and devices for treating these materials at high temperature, by induction.
The treatment of con materials can consist of either a metallurgical treatment, such as melting or recrystallization, or a chemical treatment,
This treatment is particularly applicable in the manufacture of nuclear fuel,
It is known to treat ceramic materials at high temperature by induction, by supporting them either by a levitation field, which is only applicable to relatively low masses, or by an independent crucible, which requires good compatibility. between the crucible and the material, to prevent reactions between the internal face of the crucible and the material to be treated.
It is known, moreover, to treat ceramic materials by induction in a solid Croatian formed by the material itself. This process is nevertheless limited to materials having a relatively low thermal conductivity and an electrical conductivity intermediate between that of good conductors and that of good insulators; this process further requires the prior preparation of the material in the form of a solid body of suitable characteristics.
The subject of the invention is a method and device for treating ceramic materials at high temperature by induction, while avoiding the drawbacks of known methods.
According to the present invention, the ceramic material is treated in an independent crucible, tans that there is a risk of pollution of the contents of the crucible by the material constituting the crucible; this is obtained by giving the frequency of the heating current a value such that the currents in. drums penetrate deeply into the material to be treated and cooling
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the crucible so that the surface layer of material is not brought to high temperature and forms a screen between the treated mass and the crucible.
This treatment makes it possible to use the ceramic material without prior preparation. Indeed we can fill the crucible with a mass!
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of ceramic material in the form of powders, seeds, spheres, balls. debris, etc ...
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This process is also not limited to the treatment of material having on the one hand a relatively low thermal conductivity and on the other hand.
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share a conductivity (Oloctric intermediate between that of good conductors and that of good insulating
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The method according to the present invention makes it possible to treat all ceramic materials having properties <tl1I of aomi..concll1ctuur, that is to say the mat4rigLux having an <electriqn <low tom- perature and more refined conductivity. high temperature.
The present invention consists of a process for treating high temperature inductively a ceramic material, according to which the frenro of the chase current is given ± 4 = a value such that the induced currents penetrate proCond6mrt \ t in the material. to process, characterized in that the ceramic material has properties of a semiconductor and the material is processed in a crusher which cooled.
The ceramic material may for example consist of oxide
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uranium, plutonium oxide, xircons, alumina, thorinù, uranium carbide, plutonium carbide, bOrU1'08, nitrides, silicides or a màlango contpnattt p;> rii; 11 <.mvnt a dn ceo sub- f! t4ï4 L The frequency must be 8lccUonnle on the basis of the Classic induction heating formulas, depending on the resistance of the material to be treated, the variation of this depending on the iemp4 *
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rature, the equivalent diameter of the mass to be treated, the desired penetration depth and the intensity of the cooling.
In the treatment of $ materials whose electrical conductivity is very low at ambient temperature, starting the heating requires bringing a part of the material to a temperature sufficient for the currents to be induced. This preheating can be carried out by any conventional method , * such as for example by radiation or conduction% from a removable metallic susceptor, or by incorporating in the diaper to be treated an ingredient with high electrical conductivity, This ingredient can, for example, be constituted, in the case of UO2,
of a single crystal of UO2 or of several large crystals of UO2 adhering to each other,) of sub-stoichiometric uranium oxide powders or metallic uranium powders} preheating is facilitated by using a very high frequency, which is then replaced by the lower frequency, suitable for the proper heating.
In the destinies, Figures 1, 2 and 3 show various embodiments of the invention which will be described below in more detail,
In its figures, the same elements will be represented by the same numbered reference,
By way of non-limiting example with reference to FIG. 1, the UO2 designated by the reference numeral 1 is placed in the form of a powder inside a crucible 3, made of silica, and cooled by circulation. of water 4, a heating inductor 5 connected to a high frequency current source of 3.5 5 MHz is coaxial and external to the outer wall of the crucible 3, The cold crucible 3 ensures the formation of a solid shell 2 d 'OU,
even if the mass is carried 4 fusion. Indeed the electric current generated in the shell 2 is very weak at
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because of the low conductivity of the material: t'iau h low temperature, The temperature of crucible 3 can be modified, which makes it possible to vary the epa.iu4: tu.t 'of the. shell 2, Crucible 3 can be replaced by two half ... shells of one
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cooled metal, The high frequency current transformer effect of the metal crucible then allows the use of lower frequencies.
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A low frequency current source of 1 MH! 6 will in this case have a cçiznparablo effect 4 the heavy load of 3, 5 Mllm used with a C1fOlllllet a silica.
Figure a Illustrates the application of the prooddé to the Qoult.1e of mllt61'iAu ceramiquo, An Orifice this provided for 4 the part 1ntdl'iol.l1'C! some cfauoat and the sheared material may otre could PAV out crtioc dnno a ground (not U1U.t14d). A secondary inductor 6 puimot da oommnndu the momalit of the coulde, 04no the eaw of manufacture of noml> uéiibio for rdadoura ntiolduiroui the tlbamlqutt combustible pout, by examplet IH \ t '11 basa da ce pt'lnc1pc, Stfe couldo directly from a la 941nAgo so as to constitute combustible waste. tA Figure 3 roprdsonto a continuous ayithmo of melting the matitillo edramiquo, According to this embodiment, the mtitdt.'il \\ 1 1 is unfolding along the axis of the crucible 3 of cylindrical shape.
The displacement is poiblu due to the shrinkage of the material 1 because of the cooling of the ceramic material as soon as it has passed the zone of the induced currents. The material 1 leaves continuously or semi-continuously from the crucible 3 and may be supported at its lower part, for example by a plate or may be guided by any gripping system (not shown) *
It is understood that the forms of application of the present invention, as described above, are in no way limiting .. tives. and that various modifications can be made.
For example
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ple, the choice of. frequency will be suitable for materials. Any method of refrigeration of the crucible may also be considered, including refrigeration by an appropriate gaseous fluid.
CLAIMS 1, Process for treating at high temperature by induction a ceramic material, whereby the frequency of the heating current is given a value such that the induced currents penetrate pro