EP0446337A1 - Generateur de plasma a cathode creuse pour le traitement de poudres par plasma - Google Patents

Generateur de plasma a cathode creuse pour le traitement de poudres par plasma

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Publication number
EP0446337A1
EP0446337A1 EP19900915317 EP90915317A EP0446337A1 EP 0446337 A1 EP0446337 A1 EP 0446337A1 EP 19900915317 EP19900915317 EP 19900915317 EP 90915317 A EP90915317 A EP 90915317A EP 0446337 A1 EP0446337 A1 EP 0446337A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
cathode
plasma
anode
axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900915317
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Vardelle
Istvan Saray
Pierre Léon Jacques FAUCHAIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP0446337A1 publication Critical patent/EP0446337A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

Definitions

  • the present invention relates to a hollow cathode plasma generator for the treatment of powders by plasma. It applies in particular to surface treatment as well as to extractive metallurgy.
  • Document FR-A-2 514 223 which is hereinafter called document I and to which reference will be made, is already known as a hollow cathode plasma generator.
  • Weight yield means the ratio of the weight of the powder which is actually collected on the target in projection or treated in the plasma arc in extractive metallurgy, to the weight of the powder which is injected into the hollow cathode of this generator.
  • the object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a plasma generator with a hollow cathode whose weight yield is better, which allows it to process more powder than the known generator mentioned above.
  • the subject of the present invention is a plasma generator intended for the treatment of a powder by plasma, this generator comprising:
  • a hollow cathode a first end of which is disposed opposite the anode
  • this generator means of injection into the hollow cathode, by the second end of the latter, of the powder in suspension in a carrier gas, this generator being characterized in that it further comprises means for uniform annular distribution of the plasma around the first end of the cathode, at this first end.
  • the means of uniform annular distribution make it possible to obtain, at the first end of the hollow cathode, a plasma ring such as this first end (which, seen from the front, also has a crown shape) and this plasma crown are concentric.
  • the plasma crown tends to excent rat ion, resulting in a "loss" of powder entrained in the cold areas of the plasma jet.
  • the plasma does not have the shape of a crown (closed) but for example of a half-moon, or more generally of a " crown "having an opening, the powder particles leak through this opening, resulting in a loss of yield.
  • the hollow cathode should have an inside diameter at this first end (diameter of the hole in the first end) sufficiently small for a given value of the cathodic current, or arc current, and for a given powder flow rate, while having a fairly small external diameter (and therefore a fairly thin wall) to allow heating of the first end leading to a suitable thermoelectronic emission.
  • the internal diameter can be of the order of 1 mm and the external diameter of around 2 mm; for a cathode current intensity greater than 250 A and a powder flow rate of the order of 1.5 kg / h, the internal diameter can be of the order of 1.5 mm and the external diameter of the order of 2.5 mm.
  • the inside diameter and the outside diameter can be increased if the cat odic current is increased.
  • the cooling means comprise, between the cathode and the anode, an annular piece which conducts electricity and heat, electrically isolated from the rest of the generator and provided with means for circulating a refrigerant, and the first end of the cathode is placed on the axis of the part, in the vicinity of the latter.
  • the annular part may comprise a convergent-divergent, the first end of the cathode being placed at the junction of the converge and divergent.
  • this generator in order to avoid the deposition of particles of molten powder inside the cathode, at the level of the first end thereof, this generator further comprises means for accelerating the powder particles, particles which are located near the internal face of the hollow cathode, in the vicinity of the first end thereof.
  • These means of acceleration can include:
  • a central tube which is placed in the hollow cathode along the axis thereof, one end of which is located in the cathode. hollow near the first end thereof and the other end of which is connected to the means for injecting the powder suspended in the carrier gas, and
  • the pressure of the carrier gas is at least equal to about 8.10 Pa.
  • the generator further comprises, between the means for uniform annular distribution of the plasma and the anode, a vortex zone comprising at least a vortex chamber into which the gas used to generate the plasma is injected and the diameter of each vortex chamber is at least equal to approximately four times the diameter of the nozzle.
  • Each vortex chamber can be delimited by a peripheral wall pierced with channels opening into the chamber tangent to the internal face of this wall.
  • the anode of the generator which is the subject of the present invention can be produced in various ways, depending on the applications envisaged:
  • the cathode being extended by a nozzle in the direction of the anode, this anode extends the nozzle and has a bore which has a symmetry of revolution around an axis coincident with that of the nozzle and whose diameter is higher than that of the nozzle.
  • the generator further comprises means for producing an auxiliary plasma jet, this jet being perpendicular to the axis of the hollow cathode and constituting the anode of the generator.
  • the generator comprises at least one electrically conductive tube which acts as an anode, the axis of which is perpendicular to the axis of the hollow cathode and which is placed so as to be tangent to the column of plasma that the generator is able to produce, and means for rotating the tube around its axis.
  • the generator may comprise, facing the cathode, an electrode intended to be brought to an electrical potential greater than that to which the cathode, the treatment of the powder, even of the oxide type, by the generator leading to an electrically conductive material which forms on the electrode, the anode being constituted by this material formed on the electrode.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a mode of particular embodiment of the generator object of the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of the end of the hollow cathode that the generator represented in FIG. 1 comprises,
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a vortex gas diffuser or chamber that the generator shown in FIG. 1 comprises,
  • FIG. 5 illustrates schematically and partially a generator according to the invention, which comprises two vortex chambers instead of one
  • FIG. 6 is a schematic view of a generator according to the invention in which the anode is produced by means of a plasma jet,
  • FIG. 7 is a schematic view of another generator in accordance with the invention, in which the anode is produced by means of a rotating and electrically conductive tube, and
  • FIG. 8 schematically illustrates another generator according to the invention, in which the anode consists of the material resulting from the treatment of a powder by this generator.
  • the particular embodiment of the generator object of the invention which is shown schematically in longitudinal section in Figure 1, has generally a symmetry of revolution about an axis X and comprises a metal body 2, an anode 4 and a cathode hollow 6.
  • the anode 4 has the same potential as the body 2 and is at one end of this body.
  • the anode 4 has a bore 8 along the X axis.
  • the hollow cathode 6 is a tube of axis X which is placed in the body 2. This tube is inserted in a metal cathode holder 10 and the end of this tube, which is on the side of the anode 4, protrudes of the cathode holder 10 and has a conical shape converging towards the anode.
  • the cathode holder 10 is inserted into an electrically insulating sheath 12, for example made of a plastic material such as that which is marketed under the name DELRIN.
  • the sheath 12 is itself inserted into the body 2.
  • a powder by means of the generator shown in FIG. 1, it is mixed with a carrier gas, for example argon, and this mixture is injected into the hollow cathode by the other end of it. this.
  • a carrier gas for example argon
  • This hollow cathode 6 is made of a material, for example thoriated tungsten, which is capable of emitting electrons when it is heated ( thermionic emission), these electrons contributing, in a known manner, to the formation of plasma ( generated by a gas such as argon.
  • a gas such as argon.
  • the generator schematically represented on Figure 1 further comprises, between the anode and the end of the cathode which is opposite this anode, an annular part 14 intended to cool the plasma in the vicinity of this end of the cathode.
  • This part which has a symmetry of revolution around the X axis, is metallic and therefore electrically and thermally conductive. In addition, it is electrically isolated from the rest of the generator shown in Figure 1 and it is left at a floating potential. IT is cooled by circulation of a coolant such as water.
  • This part 14 forms a convergent-divergent, the end 16 of the cathode, which is opposite the anode, being located at the junction between the convergent and the divergent.
  • the distance e (FIG. 3) between this end and this junction is small, less than or equal to 1 mm.
  • the powder particles which deposit are those which do not have enough impulse to enter the plasma and which tend either to deposit on the internal face of this one, or to remain in the End 16 of the cathode hollow where they are melted and remain glued.
  • these particles come from the peripheral zone of the interior of the hollow cathode, zone in which the speed of the gas carrier is almost zero, and the quantity of particles whose speed is almost zero is inversely proportional to the inside diameter of the hollow cathode. This quantity is therefore all the more important as this internal diameter is small.
  • a central tube 18 of axis X (FIG. 3) is placed in the hollow cathode 6.
  • One end of this central tube 18 protrudes from the other end 20 of the hollow cathode (FIG. 1 ) while L ' another end of the tube 18 is located in the hollow cathode 6, at the end 16 thereof.
  • the outside diameter of the tube 18 is such that there is a space between this tube 18 and the internal face of the hollow cathode all along this hollow cathode.
  • the inner diameter of the hollow cathode is smaller at the end 16 thereof than in the rest of the hollow cathode. At this end 16, there is thus a small space between the tube 18 and the internal face of the hollow cathode.
  • the tube 18 is held in place by means of a centering piece in the form of a ring 22 which the tube 18 passes through and which is inserted into the hollow cathode 6, for example in the vicinity of the end 16 of the latter.
  • this ring 22 is pierced along the axis X to allow the passage of the re-acceleration gas.
  • the central tube 18 extends beyond the end 20 of the hollow cathode and is connected to one end of another tube 28 by means of suitable connection means 30.
  • this tube 28 is connected to means 32 allowing the mixture of powder and carrier gas to be obtained.
  • this mixture is injected into the plasma via the central tube 18 while a current of Lerat ion reacess gas circulates in the hollow cathode, around the tube 18.
  • a hollow cathode is used whose maximum outside diameter does not exceed 4 mm in order to limit the electrical power consumed.
  • a powder dispenser is used which is of the type shown in FIG. 9 of document I or of the type found in commerce, but suitably reinforced.
  • the plasma generator schematically represented in FIG. 1 also comprises, between the part 14 and the anode 4, a vortex chamber 34 and, between this vortex chamber 34 and the anode 4, a plurality of annular segments 36 electrically conductive, for example made of copper , which are electrically isolated from each other as well as from the rest of the generator and Left at a floating electrical potential.
  • the axis of the vortex chamber 34 and of the annular segments 36 is the X axis.
  • the internal diameter of the annular segments 36 is equal to the diameter of the end of the divergent part 14, the divergent which is turned towards the segments 36 .
  • This diverging point and the channel delimited by the annular segments 36 form the nozzle of the generator of FIG. 1, this nozzle extending by the drilling of the anode 4.
  • the vortex chamber 34 is delimited, on one side, by the part 14 and on the other side, by one of the annular segments, which bears the reference 36a in FIG. 1.
  • the other annular segments 36 all have the same outside diameter.
  • the role of these annular segments is to lengthen the nozzle while avoiding parasitic arc-nozzle short-circuits. This implies that their length L is such that
  • a simple rule that can be applied is that in general Kd, d being the diameter of the segment.
  • the segment 36a has an outside diameter greater than that of the other segments 36.
  • the vortex chamber 34 is further delimited at its periphery by an electrically insulating annular ring 38, which is provided with bores allowing the arrival, in the vortex chamber 34, of a gas such as argon, intended to generate Plasma.
  • a gas such as argon
  • An annular chamber 40 is provided between the annular ring 38 and the body 2 of the generator.
  • the gas intended to generate the plasma arrives in this chamber 40 by means of suitable conduits, provided in the body 2 of the generator. From the annular chamber 38, this gas passes into the vortex chamber 34, thanks to the bores which are provided in the annular ring 38. These bores are designed so as to obtain a turbulent flow of gas in the chamber 34.
  • the internal diameter of the vortex chamber is at least four times greater than the internal diameter of the annular segments 36 and 36a. It can be seen in FIG. 4 that the holes in the annular ring 38 consist of oblique channels 42 which come tangentially to the internal face of the annular ring 38. Preferably, at least a dozen such channels 42 are used. The diameter of each of these channels is chosen so that the speed of the argon injected through these channels is at least of the order of 200 m per second.
  • the sticking of powder particles on the walls of the generator nozzle is avoided, bonding which would occur, in the absence vortex chamber, because the jet of powder injected into the plasma along the X axis tends to diverge, particles of powder thus escaping from the plasma column and coming to stick on the walls of the nozzle.
  • the particles remain confined first by (then in) the plasma column which, in the vicinity of the cathode, is a hollow cylinder and which gradually closes.
  • the viscosity of the plasma cylinder and its high momentum prevent particles from diverging, causing them to gradually penetrate the plasma column when it closes further down the nozzle. However, to avoid this plasma column coming too quickly in the vicinity of the wall where the particles could stick.
  • the vortex is then necessary to cause better constriction of the plasma column in the center of the nozzle.
  • the use of the vortex chamber makes it possible to increase the quantity of cold gas in the vicinity of the wall of the nozzle and to obtain good constriction of the plasma column.
  • the diameter of the bore 8 of the anode 4 is greater than the internal diameter of the annular segments 36 and 36a and is for example of the order of 1.2 to 1.5 times this internal diameter of the segments annulars 36 and 36a. Powder particles which are strongly accelerated in the plasma are thus avoided from coming to be fixed on the internal face of the anode.
  • the annular segments 36 and 36a are isolated from each other and from the anode 4 by means of thin rings of mica 44 (FIG. 3) whose internal diameter is at least equal to the internal diameter of the segments 36 and 36a.
  • the periphery of the segment 36a is opposite a shoulder ent circular interior of the body 2 and this segment 36a is electrically isolated from this shoulder by means of an electrically ring insulator which is located at the periphery of segment 36a and which is not shown in FIG. 1.
  • the anode 4, the body 2, the annular segments 36 and 36a, the cooling part 14 and the cathode 6 as well as the cathode holder 10 are cooled by circulation of a refrigerant fluid such than water.
  • the body 2 is provided with a conduit 46 allowing the arrival of water and a conduit 48 allowing the outlet of the water, the entire generator being provided with various chambers and various conduits. interiors allowing the cooling in question.
  • seals 50 are placed in the appropriate places to prevent water from entering the various spaces where the various gases used in the generator shown in FIG. 1 circulate.
  • the water tightness is obtained by means of two O-rings 52, one of these being between the anode and the adjacent segment 36, and L ' other, between segment 36a and adjacent segment 36.
  • the thin mica crowns 44 are glued to the annular segments and the glue, which overflows at the periphery of these thin crowns 44, makes it possible to obtain the necessary seal between the segments 36.
  • FIG. 5 instead of using a single vortex chamber, it is possible to use at least two as shown in FIG. 5. These vortex chambers are adjacent and separated from each other by an annular segment 36b of the type of segment 36a of Figure 1, while the vortex chamber which is closest of the anode is separated from the other annular segments 36 by an annular segment 36c also of the type of segment 36a in FIG. 1.
  • nitrogen could be injected into the vortex chamber 56.
  • Hydrogen significantly increases the heat transfer between the plasma and the powder particles and increases the constriction of the plasma column in the nozzle.
  • oxygen as another gas injected into the vortex chamber 56 also makes it possible to increase the constriction of the plasma column in the nozzle (hence an increase in the temperature of the plasma column and therefore increased heat transfer from plasma to powder particles).
  • oxygen avoids the reduction of certain oxides, such as for example SiO, reduction which gives rise to other compounds whose very high vapor pressure harms the heating of the powder particles.
  • FIGS. 6 to 8 show diagrammatically other generators in accordance with the invention in which the metallic annular part 4 which played the role of anode in the generator of FIG. 1 no longer plays this role of anode, but is still at the same potential as the body 2 of the generator.
  • the anode is constituted by an auxiliary plasma jet 58 which is perpendicular to the axis X and sent to the plasma column 60 produced by the generator 57.
  • the plasma jet 58 is opposite part 4 and at a distance from it which can be of the order of 40 to 50 mm.
  • the auxiliary jet 58 is produced by an auxiliary plasma generator 62, with a relatively low electrical power, of the order of a few kW. This jet 58 thus comes to lick the plasma column 60.
  • two current generators 64 and 66 are used for the operation of the generator 57.
  • the + terminals of these generators 64 and 66 are connected to each other and grounded.
  • the + terminal of the generator 64 is also connected, via a switch 68, to the anode of the auxiliary generator 62.
  • a high frequency source 70 is also used, one terminal of which is earthed. and the other terminal of which is connected to the cathode of the generator 57 as well as to the terminal - of the current generator 66 by means of a switch 72.
  • the terminal - of the current generator 64 is connected to the cathode of the auxiliary generator 62.
  • the generator body plasma 57 is grounded through a switch 74 and an electrical resistor - bias 76.
  • An inductor 78 is provided between the terminal - of the current generator 64 and the cathode of the plasma generator 62 to avoid the return of the high frequency and, for the same reason, an inductor 80 is provided between the terminal - of the current generator 66 and the terminal of the high frequency source 70, which is connected to the cathode of the generator plasma 57.
  • the + terminal of the current generator 64 is in a way transferred to the end of the plasma jet 58 which therefore plays the role of anode for the generator 57.
  • FIG 7 there is shown schematically a generator 57a according to the invention whose anode is no longer constituted by the part 4, which is here at a floating potential, but by a rotating electrically conductive tube 82, which is cooled by internal circulation of water and whose axis is perpendicular to the X axis.
  • This tube is located outside the generator 57a, opposite part 4, and placed in such a way that it is tangent to The plasma column 60 generated.
  • the tube 82 for example made of copper, is brought to a positive potential with respect to the cathode of the generator 57a.
  • the tube 82 is rotated at constant speed by means of a pulley 84 which is fixed to one end of the tube and has the same axis as the latter.
  • This pulley is rotated by another pulley 86, by means of a belt 88.
  • the other pulley 86 is itself driven in rotation at constant speed by means of a motor not shown.
  • the rotation speed of the tube is of the order of 1500 to 2000 revolutions / minute.
  • a deposit of material 90 is also seen on a target 92, this material resulting from the treatment of the powder by the plasma produced by the generator 57a.
  • the plasma generator 57b is applied to extractive metallurgy.
  • a crucible for example made of ceramic, is used, at the bottom of which is placed an electrode 94 called "sole electrode".
  • the crucible fills with a material 96 which remains in the liquid state due to the heat given off by the plasma. It is for example an oxide, which, in the liquid state, is in ionic form and therefore electrically conductive. It is the material contained in the crucible which plays the role of anode for the generator 57b shown in FIG. 8. In fact, at the beginning, it is the electrode 94 which plays this role of anode.
  • a current generator 98 is used whose terminal - is connected to the cathode of the generator 57b and whose terminal + is connected to the electrode 94.
  • the part 4 is here at a floating potential.
  • the material formed 96 could be in the solid state and would still play the role of an anode.
  • the axis of the plasma column 60 (which coincides with the axis X) be perpendicular to the surface of the material formed in the crucible 93 or make, with this surface, a large angle, greater than 60 °.

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Ce générateur comprend une anode (4), une cathode creuse (6) dont une première extrémité (16) est disposée en regard de l'anode, des moyens (28) d'injection dans la cathode creuse, par la deuxième extrémité de celle-ci, d'une poudre à traiter qui est mise en suspension dans un gaz porteur, et des moyens (14) de répartition annulaire uniforme du plasma autour de la première extrémité de la cathode, au niveau de cette première extrémité. Application au traitement de surfaces et à la métallurgie extractive.

Description

GENERATEUR DE PLASMA A CATHODE CREUSE POUR LE TRAITEMENT DE POUDRES PAR PLASMA.
DESCRIPTION
La présente invention concerne un générateur de plasma à cathode creuse pour le traitement de poudres par plasma. Elle s'applique notamment au traitement de surfaces ainsi qu'à la métallurgie extracti ve .
On connaît déjà, par le document FR-A-2 514 223 qui est appelé par la suite document I et auquel on se référera, un générateur de plasma à cathode creuse.
Ce générateur présente l'inconvénient de ne pas avoir un rendement pondéral satisfa sant. Par "rendement pondéral", on entend le rapport du poids de la poudre qui est e fectivement recuei llie sur la cible en projection ou traitée dans l'arc-plasma en métallurgie extractive, au poids de la poudre qui est injectée dans la cathode creuse de ce générateur.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un générateur de plasma à cathode creuse dont le rendement pondéral est mei lleur, ce qui lui permet de traiter plus de poudre que le générateur connu, mentionné plus haut.
De façon précise, la présente invention a pour objet un générateur de plasma destiné au traitement d'une poudre par le plasma, ce générateur comprenant :
- une anode,
- une cathode creuse dont une première extrémité est disposée en regard de l'anode, et
- des moyens d'injection dans la cathode creuse, par la deuxième extrémité de celle-ci, de la poudre en suspension dans un gaz porteur, ce générateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de répartition annulaire uniforme du plasma autour de la première extrémité de la cathode, au niveau de cette première extrémité.
Lorsque le générateur objet de l'invention fonctionne, les moyens de répartition annulaire uniforme permettent d'obtenir, au niveau de la première extrémité de la cathode creuse, une couronne de plasma telle que cette première extrémité (qui, vue de face, a également une forme de couronne) et cette couronne de plasma soient concentriques.
En l'absence de ces moyens de répartition annulaire uniforme, la couronne de plasma a tendance à l 'excent rat ion, d'où une "perte" de poudre entraînée dans les zones froides du jet de plasma.
Avec les moyens de répartition annulaire uniforme, il n'y a pas d * excent rat i on et le rendement pondéral est donc amélioré.
Il est à noter que si, au niveau de la première extrémité de la cathode creuse, le plasma n'a pas la forme d'une couronne (fermée) mais par exemple d'une demi-lune, ou plus généralement d'une "couronne" présentant une ouverture, les particules de poudre fuient par cette ouverture, d'où une perte de rendement pondéra l .
Pour l'obtention d'une couronne (fermée) de plasma au niveau de la première extrémité de la cathode creuse, i l convient que la cathode creuse ait, en cette première extrémité, un diamètre intérieur (diamètre du trou que comporte la première extrémité) suffisamment faible pour une valeur donnée du courant cathodique, ou courant d'arc, et pour un débit de poudre donné, tout en ayant un diamètre extérieur assez petit (et donc une paroi assez fine) pour permettre un chauffage de la première extrémité conduisant à une émission thermoélectronique convenable.
A titre purement indicatif et nullement limitatif, pour une intensité de courant cathodique supérieure à 250 A et pour un débit de l'ordre de 800g de poudre par heure, le diamètre intérieur peut être de l'ordre de 1 mm et le diamètre extérieur de l'ordre de 2 mm ; pour une intensité de courant cathodique supérieure à 250 A et un débit de poudre de l'ordre de 1,5 kg/h, le diamètre intérieur peut être de l'ordre de 1,5 mm et le diamètre extérieur de l'ordre de 2,5 mm. Bien entendu, on peut augmenter le diamètre intérieur et le diamètre extérieur si l'on augmente le courant cat odi que .
Pour obtenir une répartition annulaire uniforme du plasma, on peut uti liser des moyens de refroidissement uniforme du plasma autour de la première extrémité de la cathode, au niveau de cette première extrémité.
Un tel refroidissement du plasma empêche la concentration de ce dernier sur un point de la cathode et permet d'obtenir la répartition annulaire uniforme vou lue.
Selon un mode de réalisation particulier du générateur objet de l'invention, les moyens de refroidissement comprennent, entre la cathode et l'anode, une pièce annulaire conductrice de l'électricité et de la chaleur, électriquement isolée du reste du générateur et munie de moyens de circulation d'un fluide réfrigérant, et la première extrémité de la cathode est placée sur l'axe de la pièce, au voisinage de cette dernière.
La pièce annulaire peut comprendre un convergent-divergent, la première extrémité de la cathode étant placée au niveau de la jonction du convergent et du divergent.
Selon un mode de réalisation préféré du générateur objet de l'invention, en vue d'éviter le dépôt de particules de poudre fondues à l'intérieur de la cathode, au niveau de la première extrémité de celle-ci, ce générateur comprend en outre des moyens d'accélération des particules de poudre, particules qui se trouvent près de la face interne de la cathode creuse, au voisinage de la première extrémité de cel le-ci .
Ces moyens d'accélération peuvent comprendre :
- un tube central qui est placé dans la cathode creuse suivant l'axe de celle-ci, dont une extrémité est située dans la cathode . creuse à proximité de la première extrémité de celle-ci et dont l'autre extrémité est reliée aux moyens d'injection de la poudre en suspension dans le gaz porteur, et
- des moyens d'injection d'un gaz en la deuxième extrémité de la cathode creuse, entre la face interne de celle-ci et la face externe du tube central.
Alors, de préférence, la pression du gaz porteur est au moins égale à environ 8.10 Pa.
Dans une réalisation préférée de l'invention, la cathode étant prolongée par une tuyère en direction de l'anode, le générateur comprend en outre, entre les moyens de répartition annulaire uniforme du plasma et l'anode, une zone à vortex comprenant au moins une chambre à vortex dans laquelle est injecté le gaz servant à engendrer le plasma et le diamètre de chaque chambre à vortex est au moins égal à environ quatre fois le diamètre de la tuyère.
On évite ainsi que la poudre ne vienne se coller sur les parois de la tuyère du générateur.
Chaque chambre à vortex peut être délimitée par une paroi périphérique percée de canaux débouchant dans la chambre tangent e l lement à la face interne de cette paroi .
L'anode du générateur objet de la présente invention peut être réalisée de diverses façons, suivant les applications envisagées :
Dans une réalisation particulière, la cathode étant prolongée par une tuyère en direction de l'anode, cette anode prolonge la tuyère et comporte un perçage qui présente une symétrie de révolution autour d'un axe confondu avec celui de la tuyère et dont le diamètre est supérieur à celui de la tuyère.
De cette façon, on évite que la poudre ne vienne se coller sur l'anode ainsi réalisée.
Dans une autre réalisation particulière, le générateur comprend en outre des moyens de production d'un jet de plasma auxiliaire, ce jet étant perpendiculaire à l'axe de la cathode creuse et constituant l'anode du générateur.
De cette façon, on évite aussi le collage de particules de poudre sur l'anode.
Dans une autre réalisation particulière, le générateur comprend au moins un tube électriquement conducteur qui joue le rôle d'anode, dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de la cathode creuse et qui est placé de façon à être tangent à la colonne de plasma que le générateur est apte à produire, et des moyens de mise en rotation du tube autour de son axe.
De cette façon, on évite encore le collage de particules de poudre sur l'anode.
Enfin, dans une application particulière de l'invention à la métallurgie extractive, le générateur peut comprendre, en regard de la cathode, une électrode destinée à être portée à un potentiel électrique supérieur à celui auquel est portée la cathode, le traitement de la poudre, même de type oxyde, par le générateur conduisant à un matériau électriquement conducteur qui se forme sur l'électrode, l'anode étant constituée par ce matériau formé sur l ' électrode.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation particulier du générateur objet de l'invention,
- la figure 2 est la coupe II-II de la figure
1,
- la figure 3 est une vue schématique de l'extrémité de la cathode creuse que comporte le générateur représenté sur la figure 1,
La figure 4 est une vue en coupe transversale schématique d'un diffuseur, ou chambre, de gaz à vortex que comporte le générateur représenté sur la figure 1,
- la figure 5 i llustre schémat i quement et partiellement un générateur conforme à l'invention, qui comporte deux chambres à vortex au Lieu d'une seule,
- la figure 6 est une vue schématique d'un générateur conforme à l'invention dans lequel l'anode est réalisée au moyen d'un jet de plasma,
- La figure 7 est une vue schématique d'un autre générateur conforme à L'invention, dans Lequel l'anode est réalisée au moyen d'un tube rotatif et électriquement conducteur, et
- La figure 8 i llustre schémati quement un autre générateur conforme à l'invention, dans lequel L'anode est constituée par Le matériau résultant du traitement d'une poudre par ce générateur.
Le mode de réalisation particulier du générateur objet de l'invention, qui est représenté schématiquement en coupe longitudinale sur la figure 1, a globalement une symétrie de révolution autour d'un axe X et comprend un corps métallique 2, une anode 4 et une cathode creuse 6.
L'anode 4 est au même potentiel que le corps 2 et se trouve à une extrémité de ce corps. L'anode 4 comporte un perçage 8 suivant l'axe X.
La cathode creuse 6 est un tube d'axe X qui est placé dans le corps 2. Ce tube est inséré dans un porte-cathode métallique 10 et l'extrémité de ce tube, qui se trouve du côté de l'anode 4, dépasse du porte- cathode 10 et a une forme conique convergeant vers L'anode. Le porte-cathode 10 est inséré dans un fourreau électriquement isolant 12, par exemple fait d'une matière plastique telle que celle qui est commercialisée sous le nom DELRIN.
Le fourreau 12 est lui-même inséré dans Le corps 2.
Pour traiter une poudre au moyen du générateur représenté sur La figure 1, on mélange celle-ci à un gaz porteur, par exemple de l'argon, et l'on injecte ce mélange dans la cathode creuse par l'autre extrémité de celle-ci.
Cette cathode creuse 6 est faite d'un matériau, par exemple le tungstène thorié, qui est apte à émettre des électrons lorsqu'il est chauffé (émission thermo-ionique), ces électrons contribuant, de façon connue, à La formation du plasma (engendré par un gaz tel que l'argon. Lorsque l'anode est portée à un potentiel approprié, supérieur au potentiel auquel est portée La cathode).
Le générateur schématiquement représenté sur la figure 1 comprend en outre, entre l'anode et L'extrémité de La cathode qui est en regard de cette anode, une pièce annulaire 14 prévue pour refroidir Le plasma au voisinage de cette extrémité de la cathode. Cette pièce, qui présente une symétrie de révolution autour de l'axe X, est métallique et donc électr quement et ther i quement conductrice. De plus, elle est électriquement isolée du reste du générateur représenté sur la figure 1 et elle est Laissée à un potentiel flottant. ELLe est refroidie par circulation d'un fluide réfrigérant tel que l'eau.
Cette pièce 14 forme un convergent-divergent, l'extrémité 16 de la cathode, qui est en regard de l'anode, étant située au niveau de La jonction entre Le convergent et le divergent.
La distance e (figure 3) entre cette extrémité et cette jonction est faible, inférieure ou égale à 1 mm.
Il convient de souligner qu'aucun gaz n'est injecté dans La chambre située entre La pièce 14 et La cathode afin de ne pas refroidir L'extrémité de La cathode et d'éviter un accrochage ponctuel.
IL convient d'éviter Le collage de La poudre sur La face interne de L'extrémité 16 de la cathode. Un tel collage a lieu avec Les particules de poudre dont la vitesse est quasiment nulle. En effet. Les particules de poudre qui se déposent sont celles qui ne possèdent pas suffisamment d'impulsion pour entrer dans le plasma et qui ont tendance soit à se déposer sur La face interne de celle-ci, soit à rester en L'extrémité 16 de La cathode creuse où elles sont fondues et restent collées.
Selon La Loi de POISEUILLE, ces particules proviennent de la zone périphérique de l'intérieur de la cathode creuse, zone dans laquelle La vitesse du gaz porteur est quasiment nulle, et la quantité de particules dont la vitesse est quasiment nulle est inversement proportionnelle au diamètre intérieur de la cathode creuse. Cette quantité est donc d'autant plus importante que ce diamètre intérieur est petit.
Afin d'éliminer ces particules lentes, on les réaccélère au moyen d'un écoulement de gaz que l'on fait circuler au voisinage de La face interne de la cathode creuse.
A cet effet, un tube central 18 d'axe X (figure 3) est placé dans la cathode creuse 6. Une extrémité de ce tube central 18 dépasse de l'autre extrémité 20 de La cathode creuse (figure 1) tandis que L'autre extrémité du tube 18 se trouve dans la cathode creuse 6, au niveau de l'extrémité 16 de celle-ci. Le diamètre extérieur du tube 18 est tel qu'il existe un espace entre ce tube 18 et la face interne de la cathode creuse tout le long de cette cathode creuse.
On voit sur la figure 3 que Le diamètre intérieur de La cathode creuse est plus faible en l'extrémité 16 de celle-ci que dans le reste de La cathode creuse. En cette extrémité 16, il existe ainsi un faible espace entre Le tube 18 et La face interne de La cathode creuse. Le tube 18 est maintenu en place au moyen d'une pièce de centrage en forme de bague 22 que le tube 18 traverse et qui est insérée dans la cathode creuse 6, par exemple au voisinage de l'extrémité 16 de celle-ci. Bien entendu, cette bague 22 est percée suivant l'axe X pour permettre le passage du gaz de réaccélération.
On voit sur La figure 1 que l'extrémité 20 de La cathode creuse débouche dans une chambre 24 ménagée dans Le porte-cat ode 10. Un conduit 26 communique d'un côté avec cette chambre 24 et de L'autre avec des moyens d'alimentation en gaz de réaccélération, ce gaz étant par exemple l'argon.
Le tube central 18 se prolonge au-delà de L'extrémité 20 de la cathode creuse et se raccorde à une extrémité d'un autre tube 28 grâce à des moyens de raccord appropriés 30.
L'autre extrémité de ce tube 28 est raccordée à des moyens 32 permettant L'obtention du mélange de poudre et de gaz porteur. Ainsi ce mélange est-il injecté dans le plasma par l'intermédiaire du tube central 18 tandis qu'un courant de gaz de réaccé Lérat ion circule dans la cathode creuse, autour du tube 18.
Dans certaines applications du générateur représenté sur la figure 1, on utilise une cathode creuse dont le diamètre extérieur maximum ne dépasse pas 4 mm afin de limiter La puissance électrique consommée. Ceci implique l'utilisation d'un tube central 18 dont Le diamètre extérieur est inférieur à 1 mm, par exemple de l'ordre de 0,6 à 0,8 mm et donc l'utilisation de moyens 32, appelés "distributeur de poudre", dans Lesquels la pression du gaz porteur est supérieure à 8.10 Pa, afin d'augmenter le débit de poudre transportée (avec un débit de gaz porteur faible pour ne pas trop perturber le plasma, en Limitant La Longueur de La zone froide au centre de La colonne de plasma créée à partir de la cathode creuse où l'arc- plasma "éclate" en couronne) et la quantité de mouvement des particules de poudre (pour Limiter les phénomènes de collage) .
A cet effet, on utiLise un distributeur de poudre qui est du genre de celui qui est représenté sur la figure 9 du document I ou du genre de ceux que l'on trouve dans Le commerce, mais convenablement renforcé
5 pour supporter une pression supérieure à 8.10 Pa.
Le générateur de plasma schématiquement représenté sur La figure 1 comprend également, entre la pièce 14 et l'anode 4, une chambre à vortex 34 et, entre cette chambre à vortex 34 et l'anode 4, une pluralité de segments annulaires 36 électriquement conducteurs, par exemple en cuivre, qui sont électriquement isolés les uns des autres ainsi que du reste du générateur et Laissés à un potentiel électrique flottant.
L'axe de la chambre à vortex 34 et des segments annulaires 36 est L'axe X. Le diamètre intérieur des segments annulaires 36 est égal au diamètre de l'extrémité du divergent de la pièce 14, divergent qui est tourné vers les segments 36.
Ce divergent et le canal délimité par Les segments annulaires 36 forment La tuyère du générateur de La figure 1, cette tuyère se prolongeant par le perçage de l'anode 4.
La chambre à vortex 34 est délimitée, d'un côté, par la pièce 14 et de l'autre côté, par l'un des segments annulaires, qui porte La référence 36a sur La figure 1. Les autres segments annulaires 36 ont tous Le même diamètre extérieur. Le rôle de ces segments annulaires est d'allonger La tuyère en évitant Les courts-c rcuits parasites arc-tuyère. Ceci implique que leur longueur L soit telle que
L
Edx < V +
/ C
où E est Le champ électrique dans le segment (fonction du diamètre de celui-ci, de la nature du gaz plasmagène et de L'efficacité du vortex) et V et V sont
A C respectivement Les chutes de tension anodique et cathodique. Une règle simple qui peut être appliquée est qu'en général Kd, d étant le diamètre du segment. Le segment 36a a un diamètre extérieur supérieur à celui des autres segments 36.
La chambre à vortex 34 est en outre délimitée à sa périphérie par une bague annulaire 38 électriquement isolante, qui est pourvue de perçages permettant l'arrivée, dans la chambre à vortex 34, d'un gaz tel que l'argon, destiné à engendrer Le plasma.
Une chambre annulaire 40 est prévue entre La bague annulaire 38 et le corps 2 du générateur. Le gaz destiné à engendrer le plasma arrive dans cette chambre 40 par L'intermédiaire de conduits appropriés, prévus dans Le corps 2 du générateur. A partir de La chambre annulaire 38, ce gaz passe dans la chambre à vortex 34, grâce aux perçages dont est pourvue La bague annulaire 38. Ces perçages sont conçus de façon à obtenir un écoulement tourbi l Lonnai re du gaz dans la chambre 34.
Le diamètre intérieur de La chambre à vortex est au moins quatre fois plus grand que Le diamètre intérieur des segments annulaires 36 et 36a. On voit sur la figure 4 que les perçages de la bague annulaire 38 sont constitués par des canaux 42 obliques qui arrivent tangentiel lement sur la face interne de La bague annulaire 38. On utilise de préférence au moins une douzaine de tels canaux 42. Le diamètre de chacun de ces canaux est choisi de façon que la vitesse de L'argon injecté à travers ces canaux soit au moins de L'ordre de 200 m par seconde.
En injectant ainsi Le gaz générateur de plasma de façon tourbi L Lonnai re au-delà de la pièce de refroidissement 14, on évite Le collage de particules de poudre sur Les parois de La tuyère du générateur, collage qui se produirait, en L'absence de chambre à vortex, du fait que le jet de poudre injecté dans le plasma suivant l'axe X a tendance à diverger, des particules de poudre s'échappant ainsi de La colonne de plasma et venant se coller sur les parois de La tuyère. En effet. Les particules restent confinées d'abord par (puis dans) la colonne de plasma qui, au voisinage de la cathode, est un cylindre creux et qui se referme progressi ement. La viscosité du cylindre de plasma et sa quantité de mouvement élevée empêchent les particules de diverger, les entraînant à pénétrer progressivement dans la colonne de plasma lorsqu'elle se referme sur elle-même plus en aval dans la tuyère. Cependant pour éviter que cette colonne de plasma vienne trop rapidement au voisinage de la paroi où les particules pourraient se coller. Le vortex est alors nécessaire pour provoquer une meilleure constriction de la colonne de plasma au centre de la tuyère.
L'utilisation de La chambre à vortex permet d'augmenter la quantité de gaz froid au voisinage de La paroi de La tuyère et d'obtenir une bonne constriction de la colonne de plasma.
On voit sur La figure 1 que Le diamètre du perçage 8 de l'anode 4 est supérieur au diamètre intérieur des segments annulaires 36 et 36a et vaut par exemple de L'ordre de 1,2 à 1,5 fois ce diamètre intérieur des segments annulaires 36 et 36a. On évite ainsi aux particules de poudre qui sont fortement accélérées dans Le plasma de venir se fixer sur La face interne de L'anode.
Les segments annulaires 36 et 36a sont isolés les uns des autres et de l'anode 4 au moyen de minces couronnes de mica 44 (figure 3) dont Le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre intérieur des segments 36 et 36a. De plus, La périphérie du segment 36a est en regard d'un épaule ent intérieur circulaire du corps 2 et ce segment 36a est électriquement isolé de cet épaulement au moyen d'une bague électriquement isolante qui se trouve à La périphérie du segment 36a et qui n'est pas représentée sur La figure 1.
Sur cette figure 1, on voit que l'anode 4, le corps 2, Les segments annulaires 36 et 36a, La pièce de refroidissement 14 et La cathode 6 ainsi que le porte- cathode 10 sont refroidis par circulation d'un fluide réfrigérant tel que L'eau. A cet effet, le corps 2 est pourvu d'un conduit 46 permettant L'arrivée de l'eau et d'un conduit 48 permettant la sortie de l'eau, l'ensemble du générateur étant pourvu de diverses chambres et de divers conduits intérieurs permettant les refroidissements en question.
Bien entendu, des joints d'étanchéité 50 sont placés aux endroits appropriés pour empêcher que l'eau ne s'introduise dans Les divers espaces où circulent les différents gaz utilisés dans le générateur représenté sur La figure 1.
En particulier, au niveau des segments annulaires 36 et 36a, L'étanchéité à l'eau est obtenue grâce à deux joints toriques 52, L'un de ceux-ci étant compris entre l'anode et le segment 36 adjacent, et L'autre, entre Le segment 36a et le segment 36 adjacent. De plus, les minces couronnes de mica 44 sont collées aux segments annulaires et la colle, qui déborde à la périphérie de ces minces couronnes 44, permet d'obtenir L'étanchéité nécessaire entre Les segments 36.
On notera que Les divers segments annulaires permettent L'allongement de la colonne de plasma.
Au lieu d'utiliser une seule chambre à vortex, on peut en utiliser au moins deux comme on le voit sur La figure 5. Ces chambres à vortex sont adjacentes et séparées l'une de L'autre par un segment annulaire 36b du genre du segment 36a de la figure 1, tandis que la chambre à vortex qui est La plus proche de l'anode est séparée des autres segments annulaires 36 par un segment annulaire 36c également du genre du segment 36a de la figure 1.
L'utilisation de deux chambres à vortex successives, alimentées par Le gaz générateur de plasma, permet l'allongement de la tuyère et donc l'augmentation de la tension d'arc plasma. En effet, du fait de La grande viscosité du plasma et du chauffage assez rapide du gaz entourant la colonne, le vortex est assez rapidement amorti et, pour une tuyère Longue, il est préférable d'en créer un deuxième plus en aval afin de refroidir à nouveau la périphérie de la colonne et de provoquer à nouveau la constriction de cette dernière. Cependant, on peut injecter le gaz générateur de plasma dans la chambre à vortex qui porte la référence 54 sur la figure 5 et qui est la plus proche de la pièce 14 et injecter dans la seconde chambre à vortex, qui porte la référence 56 sur la figure 5, un autre gaz (éventuellement mélangé au gaz générateur de plasma), suivant les applications envisagées pour Le générateur de la figure 1.
A titre d'exemple, pour une nitruration, on pourra injecter de l'azote dans la chambre à vortex 56.
Dans d'autres applications, on pourra utiliser de l'hydrogène. L'hydrogène permet d'augmenter notablement le transfert thermique entre Le plasma et les particules de poudre et d'augmenter La constriction de La colonne de plasma dans La tuyère.
L'utilisation d'oxygène en tant qu'autre gaz injecté dans la chambre à vortex 56 permet également d'augmenter La constriction de la colonne de plasma dans La tuyère (d'où une élévation de la température de la colonne de plasma et donc un accroîssement du transfert thermique du plasma aux particules de poudre). De plus, l'oxygène permet d'éviter la réduction de certains oxydes, comme par exemple SiO , réduction qui donne naissance à d'autres composés dont la tension de vapeur très élevée nuit au chauffage des particules de poudre.
Sur les figures 6 à 8, on a représenté schématiquement d'autres générateurs conformes à l'invention dans Lesquels la pièce annulaire métallique 4 qui jouait Le rôle d'anode dans le générateur de la figure 1 ne joue plus ce rôle d'anode, mais est toujours au même potentiel que le corps 2 du générateur.
Dans le générateur 57 schématiquement représenté sur la figure 6, L'anode est constituée par un jet auxiliaire de plasma 58 qui est perpendiculaire à L'axe X et envoyé sur la colonne de plasma 60 produite par Le générateur 57. Le jet de plasma 58 est en regard de la pièce 4 et à une distance de celle-ci qui peut être de l'ordre de 40 à 50 mm. Le jet auxi liaire 58 est produit par un générateur auxiliaire de plasma 62, avec une puissance électrique relativement faible, de l'ordre de quelques kW. Ce jet 58 vient ainsi lécher la colonne de plasma 60.
Pour Le fonctionnement du générateur 57, on utilise deux générateurs de courant 64 et 66. Les bornes + de ces générateurs 64 et 66 sont reliées l'une à l'autre et mises à la masse. La borne + du générateur 64 est en outre reliée, par l'intermédiaire d'un commutateur 68, à L'anode du générateur auxi liaire 62. On uti lise également une source de haute fréquence 70, dont une borne est mise à La masse et dont L'autre borne est reliée à la cathode du générateur 57 ainsi qu'à la borne - du générateur de courant 66 par l'intermédiaire d'un commutateur 72. La borne - du générateur de courant 64 est reliée à La cathode du générateur auxiliaire 62. Le corps du générateur de plasma 57 est mis à La masse par L'intermédiaire d'un commutateur 74 et d'une résistance é lect rique - de polarisation 76. Une inductance 78 est prévue entre la borne - du générateur de courant 64 et La cathode du générateur de plasma 62 pour éviter le retour de la haute fréquence et, pour la même raison, une inductance 80 est prévue entre la borne - du générateur de courant 66 et la borne de La source de haute fréquence 70, qui est reliée à La cathode du générateur de plasma 57.
Avec un tel montage électrique, La borne + du générateur de courant 64 se trouve en quelque sorte reportée à L'extrémité du jet de plasma 58 qui joue donc bien le rôle d'anode pour Le générateur 57.
On évite encore ainsi tout collage de particules de poudre sur cette anode.
Sur la figure 7, on a représenté schématiquement un générateur 57a conforme à l'invention dont l'anode est constituée non plus par la pièce 4, qui est ici à un potentiel flottant, mais par un tube rotatif 82 électriquement conducteur, qui est refroidi par circulation interne d'eau et dont l'axe est perpendiculaire à l'axe X. Ce tube est situé à L'extérieur du générateur 57a, en regard de La pièce 4, et placé de telle façon qu'il soit tangent -à La colonne de plasma 60 engendrée.
Le tube 82, par exemple en cuivre, est porté à un potentiel positif par rapport à la cathode du générateur 57a.
La mise en rotation à vitesse constante du tube 82 est obtenue grâce à une poulie 84 qui est fixée à une extrémité du tube et a même axe que celui-ci.
Cette poulie est entraînée en rotation par une autre poulie 86, par l'intermédia re d'une courroie 88.
L'autre poulie 86 est elle-même entraînée en rotation à vitesse constante au moyen d'un moteur non représenté. A titre purement indicatif et nullement Limitatif, La vitesse de rotation du tube est de L'ordre de 1500 à 2000 tours/minute.
Sur La figure 7, on voit également un dépôt de matériau 90 sur une cible 92, ce matériau résultant du traitement de La poudre par le plasma produit par le générateur 57a.
Au lieu d'un seul tube rotatif 82, on pourrait en uti liser deux dont Les axes seraient parallèles et toujours perpendiculaires à l'axe X, ces deux tubes étant tangents à la colonne de plasma 60 et situés d'un même côté de celle-ci.
Le générateur de plasma 57b conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 8, est appliqué à La métallurgie extractive. A cet effet, on uti lise un creuset par exemple en céramique, au fond duquel est placée une électrode 94 dite "électrode de sole". Au fur et à mesure que la poudre est traitée par Le générateur 57b, Le creuset se remplit d'un matériau 96 qui reste à L'état Liquide du fait de la chaleur dégagée par Le plasma. IL s'agit par exemple d'un oxyde, qui, à l'état liquide, est sous forme ionique et donc électriquement conducteur. C'est Le matériau contenu dans Le creuset qui joue le rôle d'anode pour le générateur 57b représenté sur la figure 8. En fait, au début, c'est L'électrode 94 qui joue ce rôle d'anode.
Pour faire fonctionner le générateur 57b, on uti lise un générateur de courant 98 dont La borne - est reliée à La cathode du générateur 57b et dont La borne + est reliée à L'électrode 94.
La pièce 4 est ici à un potentiel flottant.
Dans une autre application de l'invention. Le matériau formé 96 pourrait être à l'état solide et jouerait encore Le rôle d'anode. Pour un bon fonctionnement du générateur 57b, il est préférable que l'axe de la colonne de plasma 60 (qui est confondu avec l'axe X) soit perpendiculaire à La surface du matériau formé dans Le creuset 93 ou fasse, avec cette surface, un angle important, supérieur à 60°.
Le démarrage, dans La configuration de La figure 8, est assuré en allumant d'abord l'arc sur La pièce 4 (figure 1) afin de créer une colonne conductrice, puis en portant l'électrode de sole au potentiel de cette pièce 4 et en mettant ensuite cette dernière à un potentiel flottant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Générateur de plasma destiné au traitement d'une poudre par le plasma, ce générateur comprenant :
- une anode (4, 58, 82, 96),
- une cathode creuse (6) dont une première extrémité (16) est disposée en regard de L'anode, et
- des moyens (28) d'injection dans La cathode creuse, par la deuxième extrémité de celle-ci, de la poudre en suspension dans un gaz porteur, ce générateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (14) de répartition annulaire uniforme du plasma autour de La première extrémité de La cathode, au niveau de cette première extrémité.
2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de répartition comprennent des moyens (14) de refroidissement uniforme du plasma autour de la première extrémité de la cathode, au niveau de cette première extrémité.
3. Générateur selon La revendication 2, caractérisé en ce que Les moyens de refroidissement comprennent, entre La cathode (6) et L'anode (4, 58, 82, 96), une pièce annulaire (14) conductrice de l'électricité et de la chaleur, électriquement isolée du reste du générateur et munie de moyens de circulation d'un fLuide réfrigérant, et en ce que La première extrémité (16) de la cathode est placée sur l'axe (X) de la pièce, au voisinage de cette dernière.
4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que La pièce annulaire comprend un convergent-d vergent et en ce que La première extrémité (16) de La cathode (6) est placée au niveau de La jonction du convergent et du divergent.
5. Générateur selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (18, 26) d'accélération des particules de poudre, particules qui se trouvent près de La face interne de la cathode creuse (6), au voisinage de la première extrémité (16) de celle-ci.
6. Générateur selon La revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'accélération comprennent :
- un tube central (18) qui est placé dans la cathode creuse (6) suivant L'axe (X) de celle-ci, dont une extrémité est située dans la cathode creuse à proximité de la première extrémité (16) de celle-ci et dont l'autre extrémité est reliée aux moyens (28) d'injection de La poudre en suspension dans le gaz porteur, et
- des moyens (26) d'injection d'un gaz en la deuxième extrémité de la cathode creuse, entre La face interne de celle-ci et la face externe du tube central (18).
7. Générateur selon La revendication 6, caractérisé en ce que La pression du gaz porteur est au ••> moins égale à environ 8.10 Pa.
8. Générateur selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, la cathode (6) étant prolongée par une tuyère en direction de l'anode. Le générateur comprend en outre, entre Les moyens (14) de répartition annulaire uniforme du plasma et L'anode (4, 58, 82, 96), une zone à vortex comprenant au moins une chambre à vortex (34, 54-56) dans laquelle est injecté le gaz servant à engendrer le plasma et en ce que le diamètre de chaque chambre à vortex est au moins égal à environ quatre fois Le diamètre de la tuyère.
9. Générateur selon La revendication 8, caractérisé en ce que chaque chambre à vortex (34, 54- 56) est délimitée par une paroi périphérique (38) percée de canaux (42) débouchant dans la chambre tangent i e L lement à la face interne de cette paroi.
10. Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tuyère comprend, entre l'anode et la zone à vortex, une succession d'anneaux coaxiaux électriquement conducteurs (36, 36a) qui sont électriquement isolés les uns des autres et du reste du générateur, et dont l'axe est L'axe de la cathode.
11. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, la cathode (6) étant prolongée par une tuyère en direction de l'anode, cette anode prolonge La tuyère et comporte un perçage (8) qui présente une symétrie de révolution autour d'un axe (X) confondu avec celui de La tuyère et dont Le diamètre est supérieur à celui de la tuyère.
12. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (62) de production d'un jet de plasma auxi liaire (58), ce jet étant perpendiculaire à L'axe (X) de La cathode creuse (6) et constituant L'anode du générateur.
13. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tube (82) électriquement conducteur qui joue le rôle d'anode, dont l'axe est perpendiculaire à l'axe (X) de la cathode creuse (6) et qui est placé de façon à être tangent à la colonne de plasma (60) que Le générateur est apte à produire, et des moyens (84, 86, 88) de mise en rotation du tube (82) autour de son axe.
14. Générateur selon L'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'i l comprend, en regard de la cathode, une électrode (94) destinée à être portée à un potentiel électrique supérieur à celui auquel est portée la cathode (6), Le traitement de La poudre par Le générateur conduisant à un matériau électriquement conducteur (96) qui se forme sur l'électrode, et en ce que L'anode est constituée par ce matériau formé sur L'électrode.
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