CA1118407A - Dispositif en ceramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant etre etanches a haute temperature et procede de fabrication correspondant - Google Patents
Dispositif en ceramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant etre etanches a haute temperature et procede de fabrication correspondantInfo
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- CA1118407A CA1118407A CA000356442A CA356442A CA1118407A CA 1118407 A CA1118407 A CA 1118407A CA 000356442 A CA000356442 A CA 000356442A CA 356442 A CA356442 A CA 356442A CA 1118407 A CA1118407 A CA 1118407A
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
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Abstract
On sait que la réalisation d'un dispositif permettant la circulation d'un fluide est d'autant plus difficile à effectuer que la température de fonctionnement du dispositif est élevée. Au-dessus de 1400 degrés Kelvin (K) environ, les céramiques s'imposent, mais les techniques de fabrication ne sont pas aussi aisées que dans le cas de métaux et de graves problèmes d'étanchéité et de réalisation se posent. Dans la présente invention, les conduits de fluide sont inclus dans la masse de la céramique, ce qui permet d'éviter l'emploi de joints d'étanchéité et de faire en sorte que l'étanchéité ne dépende plus que de la porosité du matériau lui-même. Dans la présente invention la fabrication du dispositif comprend trois étapes: fabrication d'éléments non totalement frittés, assemblage,et frittage de l'assemblage. Un tel procédé permet la réalisation de dispositifs complexes.
Description
MEMOIRE DESCRiPTlF
La présente invention a pour objet un dispositif en céramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant être étanches à haute température, pour le passage de gaz ou de liquides, et un procéd~
de fabrication dudit dispositif.
Le terme céramique utilisé ici inclu tous les oxydes réFractaires, utilisés séparément ou sous forme de mélanges, de même que les borures, les nitrures et les carbures, en particulier SiC, et les cermets qui sont des céramiques métallisées.
On sait que plus on monte en température et plus il est difficile ' de réaliser un dispositif avec circulation de fluide à cause de problèmes d'étanchéité et de matériaux. Au~dessus de l400 degrés Kelvin ~K? les céramiques s'imposent, mais les techniques de fabricatioll ne permettent pas la même souplesse que dans le cas de rmétaux et la réa1isation d'un conduit pour la circulation de ga~ pose des problèmes d'étanchéité d'autant plus difficiles à résoudre qu'il n'existe pas de joints d'étanchéité totalernent satisfaisants à ce niveau de température.
La présente invention concerne d'une part un dispositif en céramique comportant un ou plusieurs conduits pour le passage de gaz ou de liquides et pouvant assurer une bonne étanchéité même à haute température et d'autre part un procédé de fabrication dudi~ dispositif.
Il est évident que le niveau de température que ledit dispositif peut atteindre sans altération dépend de la compatibilité entre le fluide qui eircule et la céramique et qwe l'on peut choisîr à souhait le matérTau adapté au fluide.
.~
L0~ ' La présente invention consiste 3 faire en sorte que le ou les conduits de fluide soient inclus dans la masse de la céramique, ce qui permet d'éviter l'emploi de joints d'étanchéit~.
Le procédé de fabrication permet la réalisation du dispositif ~même si celui-ei possède une géométrie complexe. Ledit procédé
de fabrication consiste ~ préparer des éléments devant par ~
embo~tement les uns dans 1as autres former un assemblage comportant le ou les conduits désTrés. Lesdits éléments sont caractérisés par le fait qu'ils sont constitués de poudre compacte présentant une cohésion suffisante pour permettre la manipulation, l'usinage et l'assemblage. Les éléments peuvent etre obtenus par n'importe laquelle des techniques connues, en particulier par pressage isostatique, par moulage ou par extrusion (pour plus d'information voir: "Treatrise on materials Science and Technology", vol. 9, 'ICeramic fabri~cation processes" Ed. by FRANKLIN F.Y. WANG, Academic press, 1978), ces opérations pouvant etre suivies d'un usinage pour atteindre les dimensions nécessaires à l'assemblage ou pour r~aliser l'emplacement du conduit.
Ledit assemblage comportant le ou les conduits désirés est caractérisé
par le fait qu'après avoir été formé il subit un frittage qui assure la prise en masse de l'ensemble et crée ainsi une liaison parfaite entre les différents éléments, ce qui garantit une étanchéité du conduit de fluide aussi bonne que l'étanchéité des parois du dispositif.
Ladite prise en masse, ayant lieu au cours du frittage, peut etre favorisée par l'addieion de barbotine sur (ou au niveau de) certaines zones de contact entre les éléments, suivie d'un séchage et du frittage.
Ladite barbotine est constituée de poudre, de meme composition que les éléments, dispersée dans un liquide qui peut être de l'eau.
~' La présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif, en regard de la géométrie des pièces décrites et de leur utilisation.
Considérons les figures 1 et 2 qui représentent schématiquement deux facons de réaliser un condui-t pour le passage d'un flulde dans les parois latérales d'un creuset en céramique. Un tel dispositif peut permettre de faire circuler un Flulde à plus de 1400 K sans problème d'étanchéité et constitue, par exemple, un échangeur thermique parfaitement adapté au chauffage d'un fluide à
haute température par concentration de rayonnement solaire.
Par exemple, un tel dispositif en carbure de silicium recristallisé
permet des temp~ratures d'utilisation de 1700 K tout en offrant une bonne résistance à la pression et une conductibilité thermique ~levée.
Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 est composé d'un creuset en céramique 2 dans la paroi latérale 3 duquel est creusé
un conduit 4, en forme de galerie pouvant être très longue en raison de circonvolutions9 et faisant partie intégrale dudit creuset 2 et comportant une entrée 5 et une sortie 6 pour le -fluide. L'entrée 5 et la sortie 6 peuvent être constituées par des tubes en céramique prolongeant le creuset 2. Le conduit 4 peut aussi etre constitué par une chambre annulaire creusée dans la paroi latérale 3 et on peut dans tous les cas ajouter un conduit dans la base 8 du creuset 2. Le transfert thermique par conduction est moins bon dans le cas où une chambre annulaire remplace la galerie 4 car l'eFfet d'ailette est supprimé, mais on peut pallier à cet inconvénient en remplissant ladite chambre annulaire de particules solides conductrices de la chaleur au travers desquelles le fluide peut circuler.
Dans certains cas la disposition avec chambre latérale peut permettre un meilleur transfert de chaleur car une partie du rayonnement solaire 7 peut traverser la paroi interne du creuset et venir chauffer, directement ou par l'intermédiaire de la paroi opposée, le fluide qui circule. Par exemple une céramique à base d'oxydes de magnésium ou d'yttrium de 1~ millimètres d'épaisseur peut transmettre une bonne partie du rayonnement solaire à travers sa paroi.
L'ouverture 1 du creuset 2 permet de laisser pénétrer le rayonnement solaire 7 provenant d'un système concentrateur. Le rayonnement est alors absorbé dans sa quasi totalité en raison des multiples réflexions qu'il subit sur les parois internes du creuset 2 qui se comporte comme un piège à rayonnement ~corps noir).
Des dé~ails supplémentaires peuvent être observés sur la figure 3, dé~crite ci-dessous, dans la partie consacrée au procédé de fabrication, mais les figures 1 et 2 suffisent pour comprendre le dispositif selon l'invention.
Le procédé de fabrication du dispositif selon l'invention est décrit à présent, 3 titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure 3 représente en coupe partielle un mode de réalisation dudit dispositif.
Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes:
Dans une première étape, les éléments 1, 7, 3 et 11 devant par embo~tement les uns dans les autres former l'assemblage représenté
sur la figure 3 sont fabriqués en faisant appel à des tecnniques bien connues dans l'industrie céramique. Le creuset interne 1 peut, par exemple, être réalisé directemen~ à la forme voulue par une méthode de moulage (slip casting).
~ 07 la pièce crue ainsi obtenue peut en général être manipulée sans problème, ce qui permet un éventuel usinage et ajustage et le perçage des ~rous 6 pouvant etre régulièrement espacés sur la çirconférence extérieure de la base 12 du creuset 1.
Si la pièce crûe est trop fragile, on peut la "bisquiter", c'est-à-dire lui faire subir un traitement thermique modéré pour la rendre plus résistante sans toutefois provoquer le frittage.
Par exemple une pièce en alumine bêta sans liant devrait être "bisquitée" à 1300 - 1400 K durant 3 heures environ.
On peut aussi obtenir par moulage ou pressage isostatique un creuset lisse crû et l'on peut alors y graver sur la face latérale .
externe la forme voulue pour réaliser le conduit ou la chambre latérale 5.
De 1~ même manière, le creuset externe 7 peut être obtenu directement par moulage ou en réalisant d'abord un ereuset lisse et en usinant ensuite la paroi latérale interne sur une certaine profondeur sans toutefois atteindre le fond pour ménager ainsi, d'une part un support annulaire 8 sur lequel reposera le creuset 1 et d'autre part une chambre 9 pour le passage du fluide. Dans les deux cas, des ouvertures 10 et 4 sont percées pour réaliser l'entrée et la sortie du conduit. Les tubes 3 et 11 pour introduire et extraire le fluide peuvent être réalisés par extrusion, moulage ou pressage isostatique.
Dans une deuxième étape, les éléments 1, 7, 3 et 11 sont assemblés, ce qui donne un embo~tement bien ajusté. De la barbotine peut être ajoutée à certains endroits 2 pour permettre de parfaire la cohésion des éléments. Lorsque l'assemblage est bien sec9 il est prêt pour la dernière étape qui consiste ~ porter ledit assemblaye à une température suffisante pour réaliser le frittage. Par exemple7 pour l'alumine bëta, une température de 1900 K durant 4 heures permet d'atteindre une densité satisfaisante.
,~
Durant le frittage, un retrait pouvant atteindre 15% se produit, ce qui favorise la liaison entre les différents éléments de l'assemblage. En effet, on peut faire en sorte que l'élément extérieur 7 présente un retrait plus important que les éléments 1, 3 et 11, ce qui provoque une pression favorable au frittage;
aux points de contact entre l'élément 7 et les éléments 1, 3 et 11.
~eci peut être réalisé par un préfrittage contrôlé des éléments 1, 3 et 11 avant l'assemblage.
Finalement, après le frittage les éléments comme tels ont disparu, on n'a plus qu'un dispositif en céramique frittée constitué par un creuset unique dans les parois duquel est creusé un condult débouchant vers l'extérieur par l'intermédiaire de 2 tubes prolongeant ledit creuset. Un tel dispositif peut être étanche jusqu'à des températures de paroi du creuset élevées. L'étanchéité du conduit étant la meme que celle de la céramique et dépendant donc de la température et des propriét~s respectives de la céramique et du fluide.
Le dispositif objet de l'invention n'est pas limité à un système cle quelque géométrie que ce soit et on peut, sans sortir du cadre de l'invention, réaliser plusieurs conduits et plusieurs entrées et sorties dans une même pièce ou regrouper plusieurs pièces ainsi conçues en un ensemble plus complexe ou modifier la forme de tout ~ -ou partie du dispositif. Pour une application du dispositif au foyer d'un concentrateur solaire parabolique, il faudrait par exemple adopter une forme sphérique ou pseudo sphérique pour le creuset interne 1 du dispositif représenté à la figure 3 afin de permettre une répartition plus favorable du rayonnement dans la cavité et de limiter les risques de choc thermique. Il faudrait aussi optimiser l'ouverture du creuset de façon à lirniter les pertes d'énergie.
~. . .
0~7 -- ;B --Ceci pou~-ant etre réalisé en resserant la ladite ouverture. En choisissant convenablement les materiaux constituant la cérami~ue, on peut faire en sor~e que ledit creuset soit opaque ~céramique à b~se de oarbure par exemple~ ou que certaines parois transmettent en partie le rayonnement solaire (céramique en oxyde de magnésium ou de silicium par exemple). On peut aussi rendre les s~r~aces internes du creuset sélectives c'est à dire ayant un facteur d'absorp~ion sol~ire élevê et un facteur d'émission infra-rouge faibleO
Le fait de realiser un conduit dont l'étanchéité soit aussi ~onne que celle de la céra~ique ~lle-meme peut permettre d'obtenir un conduit totalement étanche tpar exemple avec un dispositif en alwnine dense, on peut faire circuler de l'air jusqu'à 1700K environ sans risque de fuite~. On peut aussi obtenir un conduit qui sera étanche à tous les g2Z sauf à l'hydrogène atomique ou ~oléculaire en raison de caracté-~istiques dimensionnel1es de ce gaz. On peut également realiser un conduit dans une céramique à base d'o~yde qui sera étanc}le à tous les gaz sau~ à l'oxygène, en raison des propriétés de migration ionique de l'oxyFène dans les oxydes.
Le dispositif selon l'învention peut être utilisé dans tous les cas où une circulation de fluide doit être assurée jusqu'a des températures très élevees, qu'il s'agisse de chauffer un fluide ou de maintenir un dispositif en deçà d'une certaine température.
La possibilité de permettre le chauffage d'un fluide 3 température très élevée peut être exploitée pour la réalisation de chaudières à gaz solaires ou nucléaires pour machines thermiques 3 rendement élevé et pour la réalisation de réacteurs chimigues à haute température. Le disposîtif peut être utilisé à l'échelle du laboratoire ou a l'échelle industrielle.
La présente invention a pour objet un dispositif en céramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant être étanches à haute température, pour le passage de gaz ou de liquides, et un procéd~
de fabrication dudit dispositif.
Le terme céramique utilisé ici inclu tous les oxydes réFractaires, utilisés séparément ou sous forme de mélanges, de même que les borures, les nitrures et les carbures, en particulier SiC, et les cermets qui sont des céramiques métallisées.
On sait que plus on monte en température et plus il est difficile ' de réaliser un dispositif avec circulation de fluide à cause de problèmes d'étanchéité et de matériaux. Au~dessus de l400 degrés Kelvin ~K? les céramiques s'imposent, mais les techniques de fabricatioll ne permettent pas la même souplesse que dans le cas de rmétaux et la réa1isation d'un conduit pour la circulation de ga~ pose des problèmes d'étanchéité d'autant plus difficiles à résoudre qu'il n'existe pas de joints d'étanchéité totalernent satisfaisants à ce niveau de température.
La présente invention concerne d'une part un dispositif en céramique comportant un ou plusieurs conduits pour le passage de gaz ou de liquides et pouvant assurer une bonne étanchéité même à haute température et d'autre part un procédé de fabrication dudi~ dispositif.
Il est évident que le niveau de température que ledit dispositif peut atteindre sans altération dépend de la compatibilité entre le fluide qui eircule et la céramique et qwe l'on peut choisîr à souhait le matérTau adapté au fluide.
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L0~ ' La présente invention consiste 3 faire en sorte que le ou les conduits de fluide soient inclus dans la masse de la céramique, ce qui permet d'éviter l'emploi de joints d'étanchéit~.
Le procédé de fabrication permet la réalisation du dispositif ~même si celui-ei possède une géométrie complexe. Ledit procédé
de fabrication consiste ~ préparer des éléments devant par ~
embo~tement les uns dans 1as autres former un assemblage comportant le ou les conduits désTrés. Lesdits éléments sont caractérisés par le fait qu'ils sont constitués de poudre compacte présentant une cohésion suffisante pour permettre la manipulation, l'usinage et l'assemblage. Les éléments peuvent etre obtenus par n'importe laquelle des techniques connues, en particulier par pressage isostatique, par moulage ou par extrusion (pour plus d'information voir: "Treatrise on materials Science and Technology", vol. 9, 'ICeramic fabri~cation processes" Ed. by FRANKLIN F.Y. WANG, Academic press, 1978), ces opérations pouvant etre suivies d'un usinage pour atteindre les dimensions nécessaires à l'assemblage ou pour r~aliser l'emplacement du conduit.
Ledit assemblage comportant le ou les conduits désirés est caractérisé
par le fait qu'après avoir été formé il subit un frittage qui assure la prise en masse de l'ensemble et crée ainsi une liaison parfaite entre les différents éléments, ce qui garantit une étanchéité du conduit de fluide aussi bonne que l'étanchéité des parois du dispositif.
Ladite prise en masse, ayant lieu au cours du frittage, peut etre favorisée par l'addieion de barbotine sur (ou au niveau de) certaines zones de contact entre les éléments, suivie d'un séchage et du frittage.
Ladite barbotine est constituée de poudre, de meme composition que les éléments, dispersée dans un liquide qui peut être de l'eau.
~' La présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif, en regard de la géométrie des pièces décrites et de leur utilisation.
Considérons les figures 1 et 2 qui représentent schématiquement deux facons de réaliser un condui-t pour le passage d'un flulde dans les parois latérales d'un creuset en céramique. Un tel dispositif peut permettre de faire circuler un Flulde à plus de 1400 K sans problème d'étanchéité et constitue, par exemple, un échangeur thermique parfaitement adapté au chauffage d'un fluide à
haute température par concentration de rayonnement solaire.
Par exemple, un tel dispositif en carbure de silicium recristallisé
permet des temp~ratures d'utilisation de 1700 K tout en offrant une bonne résistance à la pression et une conductibilité thermique ~levée.
Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 est composé d'un creuset en céramique 2 dans la paroi latérale 3 duquel est creusé
un conduit 4, en forme de galerie pouvant être très longue en raison de circonvolutions9 et faisant partie intégrale dudit creuset 2 et comportant une entrée 5 et une sortie 6 pour le -fluide. L'entrée 5 et la sortie 6 peuvent être constituées par des tubes en céramique prolongeant le creuset 2. Le conduit 4 peut aussi etre constitué par une chambre annulaire creusée dans la paroi latérale 3 et on peut dans tous les cas ajouter un conduit dans la base 8 du creuset 2. Le transfert thermique par conduction est moins bon dans le cas où une chambre annulaire remplace la galerie 4 car l'eFfet d'ailette est supprimé, mais on peut pallier à cet inconvénient en remplissant ladite chambre annulaire de particules solides conductrices de la chaleur au travers desquelles le fluide peut circuler.
Dans certains cas la disposition avec chambre latérale peut permettre un meilleur transfert de chaleur car une partie du rayonnement solaire 7 peut traverser la paroi interne du creuset et venir chauffer, directement ou par l'intermédiaire de la paroi opposée, le fluide qui circule. Par exemple une céramique à base d'oxydes de magnésium ou d'yttrium de 1~ millimètres d'épaisseur peut transmettre une bonne partie du rayonnement solaire à travers sa paroi.
L'ouverture 1 du creuset 2 permet de laisser pénétrer le rayonnement solaire 7 provenant d'un système concentrateur. Le rayonnement est alors absorbé dans sa quasi totalité en raison des multiples réflexions qu'il subit sur les parois internes du creuset 2 qui se comporte comme un piège à rayonnement ~corps noir).
Des dé~ails supplémentaires peuvent être observés sur la figure 3, dé~crite ci-dessous, dans la partie consacrée au procédé de fabrication, mais les figures 1 et 2 suffisent pour comprendre le dispositif selon l'invention.
Le procédé de fabrication du dispositif selon l'invention est décrit à présent, 3 titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure 3 représente en coupe partielle un mode de réalisation dudit dispositif.
Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes:
Dans une première étape, les éléments 1, 7, 3 et 11 devant par embo~tement les uns dans les autres former l'assemblage représenté
sur la figure 3 sont fabriqués en faisant appel à des tecnniques bien connues dans l'industrie céramique. Le creuset interne 1 peut, par exemple, être réalisé directemen~ à la forme voulue par une méthode de moulage (slip casting).
~ 07 la pièce crue ainsi obtenue peut en général être manipulée sans problème, ce qui permet un éventuel usinage et ajustage et le perçage des ~rous 6 pouvant etre régulièrement espacés sur la çirconférence extérieure de la base 12 du creuset 1.
Si la pièce crûe est trop fragile, on peut la "bisquiter", c'est-à-dire lui faire subir un traitement thermique modéré pour la rendre plus résistante sans toutefois provoquer le frittage.
Par exemple une pièce en alumine bêta sans liant devrait être "bisquitée" à 1300 - 1400 K durant 3 heures environ.
On peut aussi obtenir par moulage ou pressage isostatique un creuset lisse crû et l'on peut alors y graver sur la face latérale .
externe la forme voulue pour réaliser le conduit ou la chambre latérale 5.
De 1~ même manière, le creuset externe 7 peut être obtenu directement par moulage ou en réalisant d'abord un ereuset lisse et en usinant ensuite la paroi latérale interne sur une certaine profondeur sans toutefois atteindre le fond pour ménager ainsi, d'une part un support annulaire 8 sur lequel reposera le creuset 1 et d'autre part une chambre 9 pour le passage du fluide. Dans les deux cas, des ouvertures 10 et 4 sont percées pour réaliser l'entrée et la sortie du conduit. Les tubes 3 et 11 pour introduire et extraire le fluide peuvent être réalisés par extrusion, moulage ou pressage isostatique.
Dans une deuxième étape, les éléments 1, 7, 3 et 11 sont assemblés, ce qui donne un embo~tement bien ajusté. De la barbotine peut être ajoutée à certains endroits 2 pour permettre de parfaire la cohésion des éléments. Lorsque l'assemblage est bien sec9 il est prêt pour la dernière étape qui consiste ~ porter ledit assemblaye à une température suffisante pour réaliser le frittage. Par exemple7 pour l'alumine bëta, une température de 1900 K durant 4 heures permet d'atteindre une densité satisfaisante.
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Durant le frittage, un retrait pouvant atteindre 15% se produit, ce qui favorise la liaison entre les différents éléments de l'assemblage. En effet, on peut faire en sorte que l'élément extérieur 7 présente un retrait plus important que les éléments 1, 3 et 11, ce qui provoque une pression favorable au frittage;
aux points de contact entre l'élément 7 et les éléments 1, 3 et 11.
~eci peut être réalisé par un préfrittage contrôlé des éléments 1, 3 et 11 avant l'assemblage.
Finalement, après le frittage les éléments comme tels ont disparu, on n'a plus qu'un dispositif en céramique frittée constitué par un creuset unique dans les parois duquel est creusé un condult débouchant vers l'extérieur par l'intermédiaire de 2 tubes prolongeant ledit creuset. Un tel dispositif peut être étanche jusqu'à des températures de paroi du creuset élevées. L'étanchéité du conduit étant la meme que celle de la céramique et dépendant donc de la température et des propriét~s respectives de la céramique et du fluide.
Le dispositif objet de l'invention n'est pas limité à un système cle quelque géométrie que ce soit et on peut, sans sortir du cadre de l'invention, réaliser plusieurs conduits et plusieurs entrées et sorties dans une même pièce ou regrouper plusieurs pièces ainsi conçues en un ensemble plus complexe ou modifier la forme de tout ~ -ou partie du dispositif. Pour une application du dispositif au foyer d'un concentrateur solaire parabolique, il faudrait par exemple adopter une forme sphérique ou pseudo sphérique pour le creuset interne 1 du dispositif représenté à la figure 3 afin de permettre une répartition plus favorable du rayonnement dans la cavité et de limiter les risques de choc thermique. Il faudrait aussi optimiser l'ouverture du creuset de façon à lirniter les pertes d'énergie.
~. . .
0~7 -- ;B --Ceci pou~-ant etre réalisé en resserant la ladite ouverture. En choisissant convenablement les materiaux constituant la cérami~ue, on peut faire en sor~e que ledit creuset soit opaque ~céramique à b~se de oarbure par exemple~ ou que certaines parois transmettent en partie le rayonnement solaire (céramique en oxyde de magnésium ou de silicium par exemple). On peut aussi rendre les s~r~aces internes du creuset sélectives c'est à dire ayant un facteur d'absorp~ion sol~ire élevê et un facteur d'émission infra-rouge faibleO
Le fait de realiser un conduit dont l'étanchéité soit aussi ~onne que celle de la céra~ique ~lle-meme peut permettre d'obtenir un conduit totalement étanche tpar exemple avec un dispositif en alwnine dense, on peut faire circuler de l'air jusqu'à 1700K environ sans risque de fuite~. On peut aussi obtenir un conduit qui sera étanche à tous les g2Z sauf à l'hydrogène atomique ou ~oléculaire en raison de caracté-~istiques dimensionnel1es de ce gaz. On peut également realiser un conduit dans une céramique à base d'o~yde qui sera étanc}le à tous les gaz sau~ à l'oxygène, en raison des propriétés de migration ionique de l'oxyFène dans les oxydes.
Le dispositif selon l'învention peut être utilisé dans tous les cas où une circulation de fluide doit être assurée jusqu'a des températures très élevees, qu'il s'agisse de chauffer un fluide ou de maintenir un dispositif en deçà d'une certaine température.
La possibilité de permettre le chauffage d'un fluide 3 température très élevée peut être exploitée pour la réalisation de chaudières à gaz solaires ou nucléaires pour machines thermiques 3 rendement élevé et pour la réalisation de réacteurs chimigues à haute température. Le disposîtif peut être utilisé à l'échelle du laboratoire ou a l'échelle industrielle.
Claims (34)
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est reven-diqué, sont définies comme suit:
1/ Procédé de fabrication d'un dispositif échangeur de chaleur ou réacteur en céramique comportant un ou plusieurs conduits ou cavités étanches jusqu'a des températures élevées, ledit procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes:
- Fabrication d'éléments conjugués crus ou partielle-ment frittés;
- Assemblage desdits éléments caractérisé par le fait qu'il permet de mettre en contact étroit certaines zones déterminées des éléments tandis que d'autres zones contig?es sans contact forment des conduits ou des cavités établissant un ou plusieurs cir-cuits avec leurs entrées et sorties correspondantes;
- Frittage dudit assemblage par chauffage à haute température de manière à réaliser l'union desdits éléments en un corps unique.
- Fabrication d'éléments conjugués crus ou partielle-ment frittés;
- Assemblage desdits éléments caractérisé par le fait qu'il permet de mettre en contact étroit certaines zones déterminées des éléments tandis que d'autres zones contig?es sans contact forment des conduits ou des cavités établissant un ou plusieurs cir-cuits avec leurs entrées et sorties correspondantes;
- Frittage dudit assemblage par chauffage à haute température de manière à réaliser l'union desdits éléments en un corps unique.
2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits éléments sont en totalité ou en par-tie fabriqués en utilisant une méthode de moulage.
3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit moulage est réalise à partir de barbo-tine composée de poudre en suspension dans un liquide porteur.
4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moule est constitue de poudre de même composition que celle en suspension dans la barboti-ne.
5/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les éléments obtenus sont préfrittés puis façonnés par tout moyen mécanique.
6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits éléments sont fabriqués, en totalité
ou en partie, en utilisant une méthode dé pressage isostatique.
ou en partie, en utilisant une méthode dé pressage isostatique.
7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les pièces obtenues sont façonnées mécanique-ment.
8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits éléments sont réalisés avec le même matériau.
9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que certains éléments sont préfrittés pendant des durées plus longues ou à des températures plus éle-vées que d'autres éléments avant l'assemblage.
10/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pendant ou après ledit assemblage de la bar-botine est ajoutée sur certaines parties desdits éléments; cette opération étant suivie d'un sèchage.
11/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit assemblage subit un préfrittage.
12/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit frittage est effectué sous charge.
13/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite céramique est constituée en totalité
ou en partie d'oxydes réfractaires.
ou en partie d'oxydes réfractaires.
14/ Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que ladite céramique est constituée d'alumine, de mullite, de zircone, de cordiérite, de magnésie, de silice, de thorine, d'oxyde de béryllium ou d'ura-nium ou de calcium ou d'yttrium ou de cérium ou en-core d'un mélange de certains de ces oxydes.
15/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite céramique est constituée de borures, de nitrures ou de carbures.
16/ Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que ladite céramique est constituée de TiB2, ZrB2, Si3N4 ou SiC.
17/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite céramique est métallisée.
18/ Dispositif en céramique suivant le procédé de la re-vendication 1 comprenant un ou plusieurs conduits ou cavités et les moyens d'entrée et de sortie inclus dans la masse d'un corps unique.
19/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'entrée et de sortie sont constitues par des tubes prolongeant ledit corps uni-que.
20/ Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que lesdits tubes sont en céramique de même composition que ledit corps unique et peuvent être prolongés par des tubes de toute autre composition à
partir d'une distance du dispositif suffisante pour qu'une jonction étanche puisse être assurée.
partir d'une distance du dispositif suffisante pour qu'une jonction étanche puisse être assurée.
21/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que ledit corps unique comprend un creuset intérieur et un creuset extérieur entre lesquels se situent le ou lesdits conduits ou cavités.
22/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le diamètre interne dudit creuset inté-rieur se resserre vers l'ouverture de celui-ci ou que le diamètre à l'entrée dudit creuset intérieur est inférieur au diamètre interne moyen dudit creuset in-térieur.
23/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset intérieur est en partie ou en totalité cylindrique.
24/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset intérieur est en partie sphérique.
25/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset intérieur est constitué
d'un matériau qui possède un faible coefficient d'ab-sorption du rayonnement solaire.
d'un matériau qui possède un faible coefficient d'ab-sorption du rayonnement solaire.
26/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset extérieur est constitué
d'un matériau qui possède un coefficient d'absorption élevé du rayonnement solaire ou est au moins partiel-lement enduit d'un matériau opaque aux radiations vi-sibles.
d'un matériau qui possède un coefficient d'absorption élevé du rayonnement solaire ou est au moins partiel-lement enduit d'un matériau opaque aux radiations vi-sibles.
27/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset intérieur est constitue en totalité ou en partie d'un ou de plusieurs oxydes réfractaires.
28/ Dispositif selon la revendication 27, caractérisé par le fait que ledit creuset intérieur est constitué de zircone, d'alumine, de magnésie, de mullite, de cor-diérite, de silice, de thorine, d'oxyde de béryllium ou d'uranium ou de calcium ou d'yttrium ou de cérium ou encore d'un mélange de certains de ces oxydes.
29/ Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que ledit creuset extérieur est constitué en totalité ou en partie de céramique métallisée.
30/ Dispositif selon la revendication 29, caractérisé par le fait que ladite céramique est constituée d'alumine, de zircone, de magnésie, de thorine, d'oxyde de cal-cium ou d'yttrium ou de cérium ou encore d'un mélange de certains de ces oxydes.
31/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que certaines surfaces sont recouvertes d'un matériau ayant un facteur d'absorption solaire élevé
et un facteur d'omission infra-rouge faible.
et un facteur d'omission infra-rouge faible.
32/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par-le fait que le ou lesdits conduits ou cavités sont remplis de particules ou d'éléments solides.
33/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que ladite céramique est en totalité ou en partie métallisée.
34/ Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que ladite céramique a une densité proche de la densité théorique.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000356442A CA1118407A (fr) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Dispositif en ceramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant etre etanches a haute temperature et procede de fabrication correspondant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000356442A CA1118407A (fr) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Dispositif en ceramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant etre etanches a haute temperature et procede de fabrication correspondant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1118407A true CA1118407A (fr) | 1982-02-16 |
Family
ID=4117455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000356442A Expired CA1118407A (fr) | 1980-07-17 | 1980-07-17 | Dispositif en ceramique comportant un ou plusieurs conduits pouvant etre etanches a haute temperature et procede de fabrication correspondant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1118407A (fr) |
-
1980
- 1980-07-17 CA CA000356442A patent/CA1118407A/fr not_active Expired
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