EP4676667A1 - Dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion et système de production et de stabilisation d'échantillons en fusion - Google Patents

Dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion et système de production et de stabilisation d'échantillons en fusion

Info

Publication number
EP4676667A1
EP4676667A1 EP24710027.4A EP24710027A EP4676667A1 EP 4676667 A1 EP4676667 A1 EP 4676667A1 EP 24710027 A EP24710027 A EP 24710027A EP 4676667 A1 EP4676667 A1 EP 4676667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
emitters
levitator
unwinding
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24710027.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hervé STROZYK
Thibault QUATRAVAUX
Jonathan Martens
Julien JOURDAN
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.)
Direction Generale De L'armement
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Direction Generale De L'armement
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Direction Generale De L'armement, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Direction Generale De L'armement
Publication of EP4676667A1 publication Critical patent/EP4676667A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/02—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00 specially designed for laboratory use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/12—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces with electromagnetic fields acting directly on the material being heated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/22—Furnaces without an endless core
    • H05B6/32—Arrangements for simultaneous levitation and heating

Definitions

  • the present invention relates, in particular, to the characterization of molten metals at high temperatures, typically temperatures above 800°C.
  • the treatment of the liquid metal allows the adjustment of the chemical composition of the alloy as well as the elimination of inclusion defects, immiscible elements in the alloy which degrade its usage properties.
  • thermo-physical properties of liquid metal is particularly critical in additive metallurgy, whether for developing powders or at the heart of the 3D printing process.
  • thermo-physical properties for example viscosity or surface tension, or even the reactive phenomena at the origin of inclusions.
  • the induction levitation-fusion it is generated by a vertical coil.
  • the strong coupling between levitation and heating imposes a reduced heating temperature range.
  • the induced forces generate internal flows that are detrimental to the studies of molten metals.
  • This technique is only applicable to metals.
  • this technique requires adapting the coil to each type of material and each geometry of the sample studied.
  • Aerodynamic levitation is also known. This technique consists of lifting the material by a jet of gas under the sample. Heating is provided independently by a laser. The technique is well suited to the intended objectives, but does have drawbacks. The sample is partially hidden by the nozzle expelling the gas and the flow of gas around the sample generates a flow on the surface of the sample.
  • the wave speed in gas varies greatly with temperature. Hot gas flows around the sample cause aerodynamic turbulence on the levitating sample. These disturbances eventually cause a destabilization of the levitation of the molten sample after a few tens of seconds.
  • acoustic levitation devices cause the molten sample to rotate on itself. When the sample changes to a liquid state, a liquid layer appears on a solid core. This liquid layer is partially ejected from the solid core, causing material ejections. This phenomenon also contributes to the destabilization of the molten sample, then to the loss of levitation, via an action-reaction phenomenon during material ejections from the molten sample.
  • An object of the invention is, furthermore, to provide a sample stabilization device for the production of molten samples in a levitator and a system for stabilizing and producing molten samples:
  • a hollow tube made of refractory material called a refractory tube, forming a guide inside which a wire made of a metal or a metal alloy is intended to be arranged and/or extend, preferably having a melting point greater than 800°C, - a wire unwinding/winding mechanism located upstream of the refractory tube, relative to a direction connecting the unwinding/winding mechanism to the refractory tube and arranged to translate the wire in the refractory tube.
  • the device is intended to stabilize a molten sample in a levitator.
  • At least a portion of the hollow tube is intended to be positioned in the levitator.
  • the distal end of the wire is intended to be positioned at the center of the levitator.
  • the distal end of the wire is intended to be melted in the levitator.
  • the control system can be manual or automatic, i.e. controlled by a stand-alone control unit.
  • control system is arranged to control the winding/unwinding of the wire so that:
  • control system is arranged to control the winding/unwinding of the wire, relative to position information coming from a center of the levitator at which the distal end of the wire is intended to be positioned.
  • the device comprises a wire reserve located upstream of the wire unwinding/winding mechanism, relative to a wire unwinding direction, and/or an element for storing a wire reserve, for example a wire spool.
  • the device is arranged to keep the wire relaxed, i.e. not to put tension on the wire, between the unwinding/winding mechanism and the wire reserve.
  • the direction connecting the wire unwinding/winding mechanism to the refractory tube corresponds to a wire unwinding direction.
  • the wire unwinding direction corresponds to the direction in which the wire is unwound from the wire supply to the refractory tube.
  • control system arranged and/or programmed to position a distal end of the wire in the levitator, into which the wire is intended to be introduced, such that the distal end of the wire intended to be melted is further stabilized by the levitator.
  • the position information may be data, for example data from an imaging system.
  • the imaging system may be a camera and/or a spectroscopy system.
  • the device may comprise an imaging system arranged to image the distal end of the wire, the images acquired by the system constitute the position information of the distal end of the wire.
  • the wire unwinding/winding mechanism and/or the refractory tube is arranged to maintain the wire straight downstream of said unwinding/winding mechanism.
  • the wire unwinding/winding mechanism comprises at least one pair of rotating rollers arranged to grip the wire, said at least one pair of rotating rollers arranged to unwind/wind the wire and/or to exert pressure on the wire.
  • the at least one pair of rotating rollers or one of the pairs of rotating rollers may be arranged to exert pressure on the wire without being arranged to wind/unwind the wire.
  • at least one of the pairs of rotating rollers is arranged to exert pressure on the wire and to wind/unwind the wire.
  • the unwinding/winding mechanism comprises a fixed element and a movable element, the movable element is arranged to translate, relative to the fixed element, perpendicular to an axis of revolution of the refractory tube and/or to an axis of revolution of an additional hollow tube, called additional tube.
  • one of the rollers of the at least one pair of rollers is mounted on a fixed element and the other of the rollers of the at least one pair of rollers is mounted on a movable element.
  • an axis connecting the fixed element and the movable element and/or connecting a center of each of the two rollers of the at least one pair of rollers is perpendicular to an axis of revolution of the refractory tube and/or to an axis of revolution of the additional tube.
  • the movable element is mounted on a slide arranged to guide the translation of the movable element.
  • the unwinding/winding mechanism, and/or the arrangement of the movable element and the fixed element is arranged to modulate and/or adapt a spacing between the fixed element and the movable element.
  • the movable element is arranged so that the roller of the at least one pair of rollers mounted on the movable element is translated, relative to the fixed element, perpendicular to an axis of revolution of the refractory tube and/or to an axis of revolution of an additional tube and exerts pressure on the wire.
  • the unwinding/winding mechanism may comprise a device, called a compression device, arranged to modulate and/or adapt a spacing between the fixed element and the movable element and/or to translate the movable element relative to the fixed element and/or so that pressure is exerted on the wire by the rollers of the at least one pair of rollers.
  • the compression device may be arranged to control and/or modulate and/or adapt the pressure exerted on the wire.
  • the unwinding/winding mechanism is adapted to wires of different diameters or adapts to wires of different diameters without the need to modify the unwinding/winding mechanism.
  • the wire unwinding/winding mechanism is arranged to adapt the position of an area of the wire on which pressure is exerted by the rotating rollers of one or more pairs of rollers on the wire.
  • the wire unwinding/winding mechanism is arranged to adapt the position of the area of the wire, on which the pressure is exerted by the rotating rollers of one or more pairs of rollers on the wire, between the unwinding/winding mechanism and the wire storage element.
  • the movable element is arranged to modify and/or adapt and/or control a position of one or more pairs of rollers along the wire and/or the area of the wire on which the rotating rollers of one or more pairs of rollers exert pressure on the wire.
  • the device comprises a motor arranged to rotate one or each roller of the at least one pair of rotating rollers.
  • the motor is a stepper motor.
  • the motor is mounted on the fixed element.
  • the motor is arranged to rotate the roller mounted on the fixed element.
  • the at least one pair of rollers is arranged to unwind/unwind the wire by rotating one or each roller of one or more pairs of rotating rollers.
  • the wire unwinding/winding mechanism is arranged to control and/or modulate and/or adapt a pressure exerted by the rotating rollers on the wire.
  • the unwinding/winding mechanism, and/or the fixed element and/or the movable element is arranged such that one or more rotating rollers of the at least one pair of rollers are movable relative to the wire and/or relative to each other, preferably perpendicular to the axis along which the rotating rollers grip the wire.
  • the unwinding/winding mechanism may comprise, and/or the compression device may comprise or consist of, a return element cooperating with one or more rotating rollers of the at least one pair of rollers and/or with the movable element and/or with the fixed element so that the at least one pair of rollers exerts pressure on the wire.
  • the return element is arranged to modulate the pressure exerted by the rotating rollers on the wire.
  • the return element is arranged to exert a return force so as to translate the fixed element towards the movable element and/or to translate one of the rollers of a pair of rollers towards the other of the rollers of the pair of rollers.
  • the return force is perpendicular to the axis of revolution of the refractory tube and/or to an axis of revolution of the additional tube and extends from the fixed element towards the movable element and/or from a centre of one of the rollers of a pair of rollers towards a centre of the other of the rollers of the pair of rollers.
  • the return element can be a spring.
  • the unwinding/winding mechanism is arranged to exert higher pressure on the wire as the wire diameter decreases so as to prevent the wire from slipping between the rollers.
  • the device comprises the additional hollow tube, called additional tube, forming a guide inside which the wire is intended to be arranged and/or to extend and/or to be put in translation, the additional tube is arranged upstream of the wire unwinding/winding mechanism, relative to the direction connecting the unwinding/winding mechanism to the refractory tube, and an axis of revolution of the additional tube is mainly parallel to the axis of revolution of the refractory tube.
  • additional tube forming a guide inside which the wire is intended to be arranged and/or to extend and/or to be put in translation
  • the additional tube is arranged upstream of the wire unwinding/winding mechanism, relative to the direction connecting the unwinding/winding mechanism to the refractory tube, and an axis of revolution of the additional tube is mainly parallel to the axis of revolution of the refractory tube.
  • the unwinding/winding mechanism is arranged to, more preferably the arrangement of the refractory tube, the wire unwinding/winding mechanism and/or the additional hollow tube, are arranged to, preferably one or the other or the others to, adjust an axis along which the wire extends in the refractory tube mainly parallel to an axis of revolution of the refractory tube and/or an axis along which the distal end of the wire extends mainly parallel to an axis of revolution of the refractory tube.
  • the device comprises a levitation device, called a levitator, comprising an opening or passage, connecting the exterior to the interior of the levitator, through which the wire and/or the hollow tube made of refractory material extends.
  • a levitation device called a levitator
  • the levitator may be any type of levitator known from the state of the art.
  • the levitator may be a levitation device by induction, an aerodynamic levitation device or an electrostatic levitation device.
  • the levitator is an acoustic levitator.
  • the levitator comprises a set of ultrasonic emitters, called emitters, arranged to emit, each, an acoustic wave focused at a center of the levitator.
  • the set of emitters is arranged to obtain standing acoustic waves whose intensity is maximum at the center of the levitator.
  • the levitator comprises two facing domes.
  • each dome includes:
  • a first group of ultrasonic transmitters called emitters, forming a cap extending between a pole and a stabilizer
  • the stabilizers are arranged to form at least two pairs of emitters each comprising two radially opposite subgroups of emitters, including a subgroup of emitters of the stabilizer of one dome and a subgroup of emitters of the stabilizer of the other dome, each subgroup of emitters comprising at least one emitter.
  • the emitters of the cap of each of the domes are arranged to emit an acoustic wave having a first frequency fi and the emitters of the stabilizer of each of the domes are arranged to emit an acoustic wave having a frequency f2 different from fi.
  • the two subgroups of transmitters of one of the pairs of transmitters are arranged to emit acoustic waves of which a phase differs from a phase of the acoustic waves emitted by the two subgroups of transmitters of another of the pairs.
  • the levitator control system is arranged and/or programmed to, from position information of a distal end of the wire and/or information from the center of the levitator, position a distal end of the wire in the levitator so that the distal end of the wire intended to be melted and/or during its melting is stabilized by the levitator.
  • the position information of a distal end of the wire and/or the information of the center of the levitator are referred to as information in this description.
  • the information may be data from an imaging system.
  • the imaging system may be an optical sensor or an optical system comprising an optical sensor, for example a camera.
  • the device comprises an imaging system arranged to image the distal end of the wire and/or the center of the levitator; the images acquired by the imaging system constitute the position information of the distal end of the wire.
  • the ultrasonic transmitters are piezoelectric transmitters.
  • the center of the acoustic device is a geometric center of the levitation device.
  • the center of the levitation device is intersected by the emission axis of the acoustic wave emitted by each of the transmitters.
  • the domes can be ovoid in shape, preferably spherical in shape.
  • the concave part of one dome is located opposite the concave part of the other dome.
  • the first and second groups of emitters of a dome constitute the set of emitters of the dome.
  • each emitter of the first group of emitters of one dome is radially opposed to another emitter of the first group of emitters of the other dome.
  • each emitter of the second group of emitters of one dome is radially opposed to another emitter of the second group of emitters of the other dome.
  • the pole of a dome is or also constitutes a pole of the levitation device.
  • the cap of a dome considered extends between the pole and the stabilizer of the dome considered in a direction extending from the pole of the dome considered towards the median plane.
  • the axis connecting the pole of each of the domes is an axis of symmetry of the levitation device.
  • the axis connecting the pole of each of the domes can be defined as the axis connecting the two poles of the levitation device.
  • an object or sample to be analyzed is intended to levitate in the center of the levitation device.
  • the phase of the wave emitted by one of the pairs of transmitters differs from the phases of the standing waves emitted by each of the other pairs of transmitters.
  • a pair of emitters emits a standing wave having a phase different from a phase of a standing wave emitted by another of the pairs of emitters.
  • each pair of emitters emits a standing wave having a different phase.
  • the levitator comprises a control system arranged and/or programmed to, from position information of a distal end of the wire and/or information from the center of the levitator, control the winding/unwinding of the wire so as to position the distal end of the wire, extending out of the refractory tube, at the center of the levitator.
  • the levitator comprises a control unit arranged so that the phase of the acoustic wave emitted by the at least two pairs of transmitters increases or decreases, by successive incrementation, from a given pair of transmitters to an adjacent pair of transmitters.
  • the frequency fi is at least 5 kHz higher or lower than the frequency f2.
  • a system for stabilizing and producing molten samples comprising:
  • the fusion system is arranged to emit a laser beam whose trajectory intersects an area in which the distal end of the wire is intended to be positioned.
  • the system for melting the distal end of the wire may comprise or be based on the use of charged particles, for example ions or electrons.
  • the system for melting the distal end of the wire comprises or is based on the use of electromagnetic waves, for example a high-power optical source such as high-power LEDs or a halogen lamp.
  • the system for melting the distal end of the wire comprises or is constituted by at least one laser arranged to emit a laser beam whose trajectory intersects the zone in which it is intended to be positioned. the distal end of the wire.
  • the stabilization system comprises the levitator and the fusion system
  • the area in which the distal end of the wire is intended to be positioned is located at the center of the levitator.
  • a levitation device comprising the molten sample stabilization device according to the invention.
  • the levitator comprises an opening or passage, connecting the outside to the inside of the levitator, through which the wire and/or the hollow tube made of refractory material extends.
  • the molten sample stabilization device according to the invention is suitable, more preferably is particularly suitable, more preferably is designed and particularly advantageously is specially designed, to cooperate with and/or to be mounted on the levitator according to the invention.
  • the levitator may be any type of levitator known from the prior art.
  • the levitator may be an induction levitation device, an aerodynamic levitation device or an electrostatic levitation device.
  • the levitator is an acoustic levitator as described in the present application.
  • the levitator according to the invention is suitable, more preferably is particularly suitable, more preferably is designed and particularly advantageously is specially designed, to cooperate with and/or to be mounted on the molten sample stabilization device/or on the molten sample stabilization and production system according to the invention.
  • the method for stabilizing molten samples comprises: - guiding a wire made of a metal or a metal alloy in a hollow tube made of refractory material, called a refractory tube, forming a guide inside which the wire is intended to be placed,
  • a control by a control system, of the winding/unwinding of the wire so as to control the position of a distal end of the wire, intended to be melted, outside the refractory tube.
  • the method for stabilizing and producing molten samples comprises: the method for stabilizing molten samples according to the invention, melting a distal end of the wire intended to be melted.
  • the method for stabilizing and producing molten samples comprises a step of arranging the distal end of the wire in the center of a levitation device, called a levitator, such that, during operation of the levitator, the levitator also contributes to stabilizing the distal, molten end of the wire.
  • a levitator a levitation device
  • the method of stabilizing and producing molten samples includes unwinding the wire to increase a volume of the molten distal end of the wire until the molten distal end is detached such that a drop of molten metal or metal alloy levitates in the levitator.
  • the molten sample stabilization device/or the molten sample stabilization and production system according to the invention is suitable, more preferably is particularly suitable, more preferably is designed and particularly advantageously is specially designed, for implementing the molten sample stabilization method. and/or the method for stabilizing and producing molten samples.
  • any characteristic of the device for stabilizing molten samples/or the system for stabilizing and producing molten samples according to the invention is directly transposable to the method for stabilizing molten samples and/or the method for stabilizing and producing molten samples and vice versa.
  • FIGURE 1 is a schematic representation in side view of an embodiment of a device for stabilizing molten samples according to the invention
  • FIGURE 2 is a schematic representation in side view of an embodiment of the system for stabilizing and producing molten samples according to the invention
  • FIGURE 3 is a schematic representation in side view of an improvement of the embodiment of the system for stabilizing and producing molten samples according to the invention presented in FIGURE 2
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a section in side view of an embodiment of the acoustic levitation device according to the embodiment
  • FIGURE 5 is a schematic representation in side view illustrating the caps of the levitator and the couples of the stabilizers of the acoustic levitation device according to the embodiment embodiment
  • FIGURE 6 is a graph illustrating the evolution of the temperature of a molten sample, maintained in levitation by the stabilization device according to the invention, as a
  • variants of the invention comprising only a selection of described features, isolated from the other features described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention compared to the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one feature, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention compared to the state of the prior art.
  • the device 1 comprises a hollow tube 2 made of refractory material, called refractory tube 2.
  • the refractory tube 2 is made of alumina according to the embodiment.
  • the refractory tube 2 forms a guide inside which a wire 3 made of a metal that is described as pure, that is to say having an impurity level of less than 1000 ppm, or of a metal alloy is intended to be arranged.
  • the device 1 also comprises a mechanism 4 for unwinding/winding the wire 3.
  • the unwinding/winding mechanism 4 is located upstream of the refractory tube 3 relative to the direction connecting the unwinding/winding mechanism 4 to the refractory tube 3 and to the unwinding direction of the wire 3.
  • the unwinding/winding mechanism 4 is arranged to translate the wire 3 in the refractory tube 2.
  • the device 1 comprises a control system 10 arranged and/or programmed to control the winding/unwinding of the wire so as to control the position of a distal end 31 of the wire 3 outside the refractory tube 2.
  • the refractory tube 2 makes it possible to expose only the distal end 31 of the wire 3 and to limit the exposure to heat of the part of the wire 3 located upstream of the distal end 31 of the wire 3.
  • the refractory tube has an outer diameter of approximately 3 mm, an inner diameter of approximately 1.25 mm and a length of the order of 115 mm.
  • the additional tube 12 has an outer diameter of approximately 4 mm, an inner diameter of approximately 2.5 mm and a length of the order of 95 mm.
  • the end 31 of the wire 3 is intended to be melted so as to be able to carry out analyses on the molten metal or metal alloy.
  • the analyses can be carried out by analyzing images of the end 31 of the molten wire 3 and/or by analyzing electromagnetic waves, for example infrared or X-ray fluorescence, emitted by the end 31 of the molten wire 3.
  • electromagnetic waves for example infrared or X-ray fluorescence
  • the melting of the end 31 of the wire 3 results in an uncontrolled increase in the size of the drop formed. Also, the control and adjustment of the position of the distal end 31 of the wire 3 outside the refractory tube 2, by the unwinding/winding mechanism 4, is necessary.
  • an axis of revolution of the refractory tube 2, or an axis of revolution or longitudinal of the channel passing through the refractory tube 2 is parallel to the vertical or to gravity so that the gravitational force exerted on the drop 18 is opposed to the capillary forces tending to make the drop 18 rise along the wire 3.
  • the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3 comprises at least one pair 5 of rotating rollers 51, 52, a single pair 5 according to the embodiment, arranged to grip the wire 3.
  • the pair 5 of rotating rollers 51, 52 is arranged to unwind/wind the wire 3.
  • the pair 5 of rotating rollers 51, 52 is also arranged to exert pressure on the wire 3.
  • An axis connecting a center of each of the two rotating rollers 51, 52, this axis is parallel to the direction noted x in FIGURE 1, is perpendicular to the axis of revolution of the refractory tube 3.
  • the arrangement of the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3 and the refractory tube 2 makes it possible to keep the wire 3 straight downstream of said unwinding/winding mechanism 4. Indeed, the pressure exerted by the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3 has the effect of straightening the wire 3 as it passes between the rollers 51, 52.
  • the channel passing through the refractory tube 3 inside which the wire 3 translates downstream of the mechanism 4 makes it possible to force the wire 3 to maintain a mainly straight shape.
  • the rotating rollers 51, 52 have a diameter of the order of 15 mm and a width, that is to say the dimension of the rotating rollers 51, 52 along their axis of revolution, of approximately 10 mm.
  • the device 1 comprises an additional hollow tube 12, called additional tube 12, forming a guide inside which the wire 3 is intended to be arranged.
  • the additional tube 12 is made of metal, brass according to the embodiment. There is nothing to prevent the additional tube 12 from being made of a material having a greater refractory power, such as ceramic.
  • the ceramic offers very good resistance to friction of the wire 3 on the internal wall of the refractory tube 2 likely to appear during the winding/unwinding of the wire 3.
  • the metal offers sufficient resistance to friction.
  • the additional tube 12 is arranged upstream of the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3, relative to the direction connecting the unwinding/winding mechanism 4 to the refractory tube 2 and to the unwinding direction of the wire 3.
  • the axis of revolution of the additional tube 12 is parallel to the axis of revolution of the refractory tube 3.
  • the additional tube 12 also makes it possible to prevent the wire 3 from twisting, folding or breaking during its winding/unwinding. Since the additional tube 12 is further away from the heating zone than the refractory tube 2, it undergoes moderate heating, or even negligible heating in certain cases.
  • the tube additional 12 could be, when the temperature at the additional tube 12 is sufficiently low, made of polymer, preferably a heat-resistant polymer, such as polyamide, Teflon or polyetheretherketone (PEEK).
  • the unwinding/winding mechanism 4 comprises a fixed element 6 and a movable element 7.
  • One of the rollers 52 of the pair 5 of rollers 51, 52 is fixedly mounted on the fixed element 6 and the other of the rollers 51 of the pair 5 of rollers 51, 52 is fixedly mounted on the movable element 7.
  • the movable element 7 is arranged to translate perpendicularly to the axis of revolution of the refractory tube 2.
  • the roller 52 is fixed and the roller 51 is movable relative to the roller 52.
  • the wire 3 is clamped between the movable roller 51 and the fixed roller 52.
  • it is the movable element 7 which ensures the translation of the movable roller 51 relative to the fixed roller 52.
  • any means of guiding in translation 11 of the movable element 7 or of the roller 51 can be envisaged.
  • the movable element 7 is guided by a slide 8 in which it slides.
  • the device 1 comprises a motor 8 arranged to rotate the fixed rotating roller 52 of the pair 5 of rotating rollers 51, 52.
  • the motor 8 is fixedly mounted on the fixed element 6 and drives the rotation of the roller 52.
  • an electronic control module 9 controls the motor 8.
  • the controller 9 is connected to the control system 10 which makes it possible to drive and control the motor 8.
  • the motor 8 can be, for example, a stepper motor 8.
  • the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3 is arranged to modulate the pressure exerted, noted P, by the rotating rollers 51, 52 on the wire 3.
  • the pressure P exerted is modulated by adapting the force exerted on the wire 3 by the translation means 11 of the movable element 7. It has been noted that a reduction in the diameter of the wire 3 causes slippage of the wire 3 when the rollers 51, 52 are rotated and therefore winding/unwinding defects of the wire 3. Also, it is It is better to increase the pressure (or force) exerted on wire 3 when the diameter of wire 3 decreases.
  • the translation means 11 of the movable element 7 is a return means 11, a spring 11 for example.
  • the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3 comprises two springs 11. Each spring 11 has a stiffness of approximately 300 N.nr 1 and a return force of the order of 11 N.
  • the unwinding/winding mechanism 4 may be mounted on a fixed element 19, such as a support 19, for example a bracket 19 or an arm.
  • the unwinding/winding mechanism 4 may be arranged to be put into translation and/or rotation relative to the fixed element 19, for example by being mounted on a plate itself mounted movably on the fixed element 19.
  • the arrangement of the unwinding/winding mechanism 4 to be put into translation and/or rotation relative to the fixed element 19 makes it possible to adjust and/or control and/or command the horizontal position and/or the vertical position of the wire 3, and in particular of the distal end 31 of the wire 3.
  • stabilization system 13 a system for stabilizing and producing molten samples 13
  • the system 13 comprises the molten sample stabilization device 1 according to the invention.
  • the stabilization system 13 further comprises a system 14 for melting the distal end 31 of the wire 3.
  • the melting system 14 is arranged to emit an electromagnetic beam 15 or elementary particles 15 capable of heating the wire to a temperature greater than 800°C, such as for example ions or electrons.
  • the electromagnetic beam 15 or elementary particle beam 15 intersects the area in which the distal end 31 of the wire 3 is intended to be positioned outside the refractory tube 2.
  • the melting system 14 is arranged to control the trajectory of the beam 15 so as to intersect the area in which the distal end 31 of the wire 3 is intended to be positioned outside the refractory tube 2 if the position of the area in space is modified or must be modified.
  • the melting system 14 is arranged to control the trajectory of the beam 15 so as to intersect the area in which the distal end 31 of the wire 3 is intended to be positioned outside the refractory tube 2 if the position of the area in space is modified or must be modified.
  • fusion 14 of the distal end 31 of the wire 3 is a laser 14 according to the non-limiting embodiment.
  • the laser 14 is arranged to emit a laser beam 15.
  • the system 13 further comprises a levitator 16.
  • levitator 16 Any known type of levitator 16 can be used. Indeed, no levitator allows a drop of molten metal 18 to be maintained self-supported, that is to say not connected to a wire 3, for a time sufficient to study the drop 18. Indeed, disturbances eventually cause destabilization and loss of levitation of the drop 18.
  • the use of the molten sample stabilization device 1 according to the invention in combination with a levitator 16 allows the drop 18 to be kept levitated for longer times than the levitator 16 used alone. The drop 18 is maintained in a given and selected area of space for longer.
  • an acoustic levitator it is preferable to use an acoustic levitator. It is particularly advantageous to use an acoustic levitator 16 as shown in FIGURES 4 and 5 and described in detail below.
  • the melting system 14 be non-contact and not based on the use of a material flow, in particular a gas flow such as a flame. Indeed, the gases are repelled by the waves of the levitator 16, and in particular in the case of acoustic levitators 16.
  • the stabilization system 13 or the molten sample stabilization device 1 may be coupled to or may comprise an optical system 17 arranged to image the area in which the distal end 31 of the wire 3 is located. It may be understood by imaging the distal end 31 of the wire 3, the acquisition of an electromagnetic wave originating from or emitted by the drop 18.
  • data from the optical system 17 may also be used to control and/or adjust the position of the distal end 31 of the wire. 3, via the unwinding/winding mechanism 4 of the wire 3, and/or to control and/or adjust the temperature of the drop 18, via the melting system 14.
  • the wire 3 is not part of the stabilization system 13 or of the stabilization device 1.
  • the wire 3 is intended to cooperate with the stabilization system 13 and the stabilization device 1 when the latter are used. It is appropriate to ensure that the wire 3 has a diameter allowing it to be sufficiently flexible without being too rigid.
  • the wire may have a diameter of between 0.05 and 0.5 mm, preferably between 0.1 and 0.25 mm.
  • a ratio between the internal diameter, i.e. the diameter of the through channel, of the refractory tube 2 and of the additional tube 12 and the diameter of the wire 3 may be between two and ten to reduce the friction of the wire 3 against the internal walls of the refractory tube 2 and of the additional tube 12 while allowing the wire 3 to be held straight.
  • an advantageous embodiment of an acoustic levitator 16, referred to as levitator 16 in the remainder of the description below, according to the invention is described.
  • the levitator 16 presented used alone, makes it possible to maintain a self-supported drop 18, i.e. not connected to a wire 3, for a time of a few minutes, or even ten minutes, disturbances eventually cause a destabilization of the levitation of the drop 18. There is therefore a need to further stabilize the drop 18.
  • the levitator 16 presented below when in combination with the molten sample stabilization device 1 according to the invention makes it possible to keep the drop 18 levitated as long as necessary.
  • the drop 18 is maintained in a given and chosen area of space without time limit.
  • the levitator 16 comprises a set of ultrasonic emitters 20, called emitters 20.
  • the emitters 20 are arranged to emit, each, an acoustic wave focused at the center 30 of the levitator 16.
  • the ultrasonic emitters 20 used are manufactured by Manorshi® under the references MSO-P1640H12T and MSO-P1625H12T.
  • the set of emitters 20 is arranged to obtain standing acoustic waves whose intensity is maximum at the center 30 of the levitator 16.
  • the embodiment presented is a non-limiting example of a possible arrangement of the emitters 20.
  • the levitator 16 comprises fifty-eight emitters 20. Each emitter 20 of a dome 41, 42 is radially opposite a different emitter 20 of the other dome 41, 42.
  • the levitator 16 comprises two domes 41, 42 facing each other.
  • An axis of revolution 50 connects the poles 61, 62 of each of the domes 41, 42.
  • a median plane 70 perpendicular to the axis of revolution 50 is located equidistant between the poles 61, 62.
  • the domes 41, 42 are spherical.
  • Each dome 41, 42 comprises a first group 411, 421 of emitters 20 forming a cap 81, 82 extending between a pole 61, 62 and a stabilizer 91, 92.
  • the first group 411, 421 of each cap 81, 82 of each dome 41, 42 comprises 54 emitters.
  • Each emitter 20 of a cap 81, 82 of a dome 41, 42 is radially opposite a different emitter 20 of the other cap 81, 82 of the other dome 41, 42.
  • Each dome 41, 42 comprises a second group 412, 422 of emitters 20 forming the stabilizer 91, 92.
  • the second group 412, 422 of emitters 20 extends between the cap 81, 82 of each dome 41, 42 and in the direction of the median plane 70.
  • the second group 412, 422 of emitters of each cap 81, 82 of each dome 41, 42 comprises 54 emitters.
  • Each emitter 20 of a stabilizer 91, 92 of a dome 41, 42 is radially opposite a different emitter 20 of the other stabilizer 91, 92 of the other dome 41, 42.
  • the emitters 20 of the first group 411, 421 line or form a paving of or are distributed over, preferably evenly or homogeneously, the whole of each cap 81, 82.
  • the emitters 20 of the second group 412, 422 line or form a paving of or are distributed over, preferably evenly or homogeneously, the whole of each stabilizer 91, 92.
  • the first group 411, 421 of emitters 20 of each dome 41, 42 comprises six rings of emitters 20, one center of which coincides with the axis of revolution 50.
  • the second group 412, 422 of emitters 20 comprises two rings of emitters 20, one center of which coincides with the axis of revolution 50.
  • the center 30 of the levitator 16 is located at a distance of approximately eight centimeters (cm) from the emitters 20.
  • the levitator 16 according to the embodiment is arranged for samples whose size is between one and three millimeters (mm). Any type of sample, and in particular high-density samples, for example Platinum with a density of 21.5, could be levitated in a controlled manner with the levitator 16 according to the invention.
  • the levitator 16 comprises a volume or a space zone 100, extending between the two domes 41, 42, devoid of emitters 20.
  • the space zone 100 constitutes a portion of a sphere 100 or a ring 100.
  • the portion of the sphere 100 comprises the median plane 70.
  • the portion of the sphere 100 extends between the two stabilizers 91, 92.
  • the portion of the sphere 100 is devoid of any solid element or solid part.
  • the portion of the sphere 100 constitutes or forms an annular opening 100 offering 360° access to the center 30 of the levitator 16. In this way, access to the center 30 of the levitator 16 is possible over the entire periphery of the levitator 16.
  • the acoustic device 16 is intended to be powered by one or more power supplies without the latter necessarily being an integral part of the invention.
  • the caps 81, 82 are intended to be powered by a power supply separate from the power supply intended to power the stabilizers 91, 92.
  • the levitator 16 may comprise a control unit and/or a processing unit without the latter necessarily being an integral part of the invention.
  • the control unit may be arranged, among other things, to control and/or modulate the output parameters, for example a voltage and/or a frequency and/or a phase and/or a power of a signal intended to power one or more transmitters 20, of the power supply(s).
  • the control unit may be or may comprise a microcontroller.
  • the levitation of objects under the effect of acoustic waves causes instabilities and disturbances inherent in the process of levitation by acoustic waves, in particular due to the geometric irregularities of the sample.
  • additional instabilities such as for example hot gas flows and geometric deformation of the sample, appear.
  • the emitters 20 of the cap 81, 82 of each of the domes 41, 42 emit an acoustic wave having a first frequency fi and the emitters 20 of the stabilizer 91, 92 of each of the domes 41, 42 emit an acoustic wave having a frequency f2 different from fi.
  • the acoustic waves emitted by the caps 81, 82 have the same frequency fl which is 40 kHz and the acoustic waves emitted by the stabilizers 91, 92 have the same frequency f2 which is 25 kHz.
  • This feature makes it possible to avoid coupling between the acoustic waves emitted by the caps 81, 82 and the acoustic waves emitted by the stabilizers 91, 92.
  • this feature makes it possible to decorrelate the effect of the caps 81, 82 from the effect of the stabilizers 91, 92.
  • This absence of coupling allows the arrangement of the caps 81, 82 to have the effect of levitating the object by counteracting gravity.
  • the levitation of liquid objects under the effect of acoustic waves also causes a vertical crushing or flattening of the sample under the effect of its own weight and under the effect of the acoustic waves, counteracting the effect of gravity, ensuring the levitation of the sample.
  • This effect is inherent in the acoustic levitation devices of the state of the art.
  • the characteristic of the levitation device 1 according to which the emitters 20 of the cap 81, 82 of each of the domes 41, 42 emit an acoustic wave which has a frequency fi different from a frequency f2 of a wave emitted by the emitters 20 of the stabilizer 91, 92 also makes it possible to overcome this effect of crushing the poles of the levitating sample.
  • the transmitters 20 of the second group 412, 422 of transmitters of each dome 41, 42 are arranged so that the stabilizers 91, 92 form at least two pairs of transmitters 20.
  • the use of two pairs of transmitters will allow to act on two lateral directions, preferably perpendicular.
  • the use of three pairs of transmitters will allow to act on three lateral directions, preferably forming an angle of 120° between them.
  • the stabilizers 91, 92 form six pairs 93, 94, 95, 96, 97, 98 of emitters 20 according to the non-limiting embodiment.
  • Two pairs of emitters 20 are sufficient to obtain the expected minimum effect of controlled lateral stabilization.
  • Six pairs 93, 94, 95, 96, 97, 98 of emitters 20 allow better lateral control of the sample and offer a good compromise between control of the lateral stabilization and complexity of the electronics required for the control of the emitters 20 of the pairs 93, 94, 95, 96, 97, 98.
  • Each pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 of transmitters 20 is formed by two subgroups 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 of transmitters 20 facing the second groups 412, 422 of transmitters.
  • Each pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 of emitters comprises a subgroup 931, 941, 951, 961, 971, 981 of emitters 20 of the stabilizer 91 of the dome 41 and a subgroup 932, 942, 952, 962, 972, 982 of emitters 20 of the stabilizer 92 of the dome 42.
  • the two subgroups 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981 and 982 of emitters 20 of a pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 20 transmitters are located on either side of the median plane.
  • a subgroup 931, 932, 941, 942, 951 of emitters 20 of a pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 belongs to the stabilizer 91 of a dome 41 and is opposite the other subgroup 932, 942, 952, 962, 972, 982 of emitters 20 of the pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 which belongs to the stabilizer 92 of the other dome 42.
  • Each subgroup 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 of emitters 20 of a pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 belongs to the stabilizer 91 of a dome 41 and is opposite the other subgroup 932, 942, 952, 962, 972, 982 of emitters 20 of the pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 which belongs to the stabilizer 92 of the other dome 42.
  • 20 comprises at least one transmitter 20.
  • Each subgroup 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 of transmitters 20 comprises 9 transmitters 20 according to the non-limiting embodiment.
  • the stabilizers 91, 92 are arranged to form at least one pair of pairs of transmitters 20.
  • the stabilizers 91, 92 are further arranged to form three pairs 93-96, 94-97 and 95-98 of pairs of transmitters 20.
  • Each pair 93-96, 94-97, 95-98 of pairs is arranged such that each subgroup 931 to 981 of a pair 93 to 98 of a pair 93-96, 94-97, 95-98 of pairs considered is located opposite a subgroup 932 to 982 of the other pair 93 to 98 of the pair of couples considered.
  • the subgroup 931, which is included in the stabilizer 91, of the couple 93 is radially opposite to the subgroup 962, which is included in the stabilizer 92, of the couple 96 and the subgroup 961, which is included in the stabilizer 91, of the couple 96 is radially opposite to the subgroup 932, which is included in the stabilizer 92, of the couple 93.
  • the subgroup 941, which is included in the stabilizer 91, of the couple 94 is radially opposite to the subgroup 972, which is included in the stabilizer 92, of the couple 97 and the subgroup 971, which is included in the stabilizer 91, of the couple 97 is radially opposite to subgroup 942, which is included in stabilizer 92, of pair 94.
  • subgroup 951, which is included in stabilizer 91, of pair 95 is radially opposite to subgroup 982, which is included in stabilizer 92, of pair 98 and subgroup 981, which is included in stabilizer 91, of pair 98 is radially opposite to subgroup 952, which is included in stabilizer 92, of pair 95.
  • the arrangement of the pairs 93 to 98 makes it possible to stabilize laterally, that is to say perpendicular to the axis of revolution 50, and in a controlled manner, the levitating object by acting on the levitating object in several lateral directions independently. It should be noted that this effect is made possible due to the absence of coupling between the acoustic waves emitted by the emitters 20 of the caps 81, 82 and the acoustic waves emitted by the emitters 20 of the stabilizers 91, 92.
  • the pair 93-96 of couples 93, 96 of emitters 20 whose subgroups 931 and 932 of the pair 93 are each radially opposed, respectively, to the subgroup 962 and 961.
  • the pair 93-96 of couples 93, 96 considered independently of the other pairs 94-97, 95-98 of couples 94, 95, 96, 97, 98, makes it possible to laterally stabilize the levitating object by acting on the levitating object in the first lateral direction included in the plane of FIGURES 4 and 5, comprising the center 30 of the levitator 16, perpendicular to the axis of revolution 50 and included in the median plane 70.
  • the use of the pair 93-96 of couples 93 and 96 makes it possible to stabilize laterally the levitating object by acting on the levitating object in the first lateral direction.
  • the description given in this paragraph is transposable to the other pairs 94-97 and 95-98 of pairs 94, 95, 96, 97, 98 of transmitters 20 and to the respective lateral stabilization directions.
  • the use of the pair 93-96 of pairs of emitters 20, considered independently of the other pairs 94-97, 95-98 of pairs makes it possible to further improve the lateral stabilization of the levitating object by acting on the levitating object in the first lateral direction.
  • a phase of the acoustic waves emitted by the emitters 20 of the subgroups 931 and 932 of the pair 93 is identical and a phase of the acoustics emitted by the emitters 20 of the subgroups 961 and 962 of the pair 96 is identical.
  • the description given in this paragraph is transposable to the other pairs 94-97, 95-98 of pairs of emitters 20 and to the respective lateral stabilization directions.
  • a phase of the acoustic waves emitted by the transmitters 20 of the two subgroups 931-932, 941-942, 951-952, 961-962, 971-972 and 981-982 of each of the pairs 93, 94, 95, 96, 97 and 98 is identical.
  • the phase of the acoustic waves emitted by the subgroups 931, 932 of emitters 20 differs from the phase of the acoustic waves emitted by at least one other subgroup 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 of emitters 20 of at least one other of the pairs 94, 95, 96, 97, 98.
  • the phase of the acoustic waves emitted by the pairs 93 and 96 of pairs is identical and differs from the phase of the acoustic waves emitted by at least one of the other two of the pairs 94-97 and 95-98.
  • each pair 93, 94 and 95 of a pair of pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 emits an acoustic wave in phase opposition with the other of the pairs 96, 97 and 98 of the pair of pairs considered.
  • This characteristic also makes it possible to stabilize the object laterally, that is to say perpendicular to the axis of revolution, even more by countering the instabilities and disturbances inherent in the process of levitating an object intended to levitate by acoustic waves.
  • a levitator 16 therefore makes it possible to completely manipulate an object without direct contact with the object. It is thus possible to position the object, that is to say to orient it, to pivot it and/or to translate it, to allow its observation and/or analysis and/or to subject it to local processing without resorting to direct interaction with the latter.
  • the phase of the acoustic wave emitted by at least one pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 of emitters 20 considered is greater or less than the phase of the acoustic wave emitted by a pair 93, 94, 95, 96, 97, 98 of emitters 20 which is adjacent, by rotation relative to the axis of revolution 50, to the pair of emitters considered.
  • the two pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 of a pair of pairs emit acoustic waves in phase opposition and each of the pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 of pairs of emitters 20 emits an acoustic wave whose phase is greater or less than the phase of the acoustic wave emitted by the pair of pairs of emitters 20 which is adjacent to it, by rotation in the clockwise or counterclockwise direction relative to the axis of revolution 50.
  • the pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 of a pair of pairs emit acoustic waves in phase opposition and the phase of the acoustic wave emitted by each of the pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 of pairs of emitters 20 increases or decreases by successive incrementation from a pair 93-96, 94,-97 and 95-98 of pairs of emitters 20 to an adjacent pair of pairs 93-96, 94,-97 and 95-98 of emitters 20 by rotation relative to the axis of revolution 50.
  • FIGURE 6 The effect of stabilization of the levitating molten sample 18 provided by the stabilization device 1 is illustrated in FIGURE 6.
  • FIGURE 6 The results illustrated in FIGURE 6 were obtained by the molten sample stabilization and production system 13 according to the invention in order to illustrate the effects provided by the stabilization device 1 according to the invention.
  • the time, in seconds, is plotted on the abscissa axis and the temperature in degrees Celsius is plotted on the ordinate axis of FIGURE 6.
  • the molten sample 18, i.e. the drop of molten metal 18, is copper according to the embodiment. In practice, it is the distal end 31 of the wire 3 which is melted by the melting system 14 to form a drop of molten liquid metal 18.
  • the graph in FIGURE 6 illustrates the evolution of the temperature of the molten sample 18 maintained in levitation by the stabilization device 1 according to the invention, as a function of time.
  • the molten sample 18 forms a droplet.
  • the translation and/or rotation of the unwinding/winding mechanism 4, preferably relative to the fixed element 19, makes it possible to adjust and/or control and/or command the horizontal position and/or the vertical position of the distal end 31 of the wire 3. Consequently, the horizontal position and/or the vertical position of the drop of molten metal 18 is also adjustable, in particular so that it coincides with the center 30 of the levitator 16, so as to improve the stabilization and/or the maintenance in levitation of the drop of molten metal 18.
  • the molten sample 18 is kept in levitation, in the levitator 16, by the stabilization device 1, for a duration greater than 20 minutes.
  • the inventors have observed that the molten sample 18 can be kept in levitation without time limitation by the stabilization device 1 according to the invention.
  • FIGURE 6 demonstrates that the levitation instabilities and disturbances inherent in the acoustic wave levitation process are resolved by the stabilization device 1 according to the invention.
  • FIGURES 7 illustrate a molten sample 18 maintained in levitation by the device 1 according to the invention.
  • the wire 3, and therefore the molten drop 18, is made of copper according to the embodiment.
  • FIGURES 7A and 7B are images or photographs acquired by a CCD (Charge Coupled Device) type photographic sensor.
  • FIGURE 7C illustrates a photograph or image obtained in the infrared domain by a CCD sensor.
  • the photographs illustrated in FIGURE 7 were obtained by the molten sample stabilization and production system 13 according to the invention to illustrate the effects provided by the stabilization device 1 according to the invention.
  • the sample forms a droplet. It can be seen in FIGURES 7, and in particular in FIGURE 7C, that the molten sample 18, i.e. the drop of molten metal 18, is suspended or attached to the distal end 31 of the wire 3 (shown in dotted lines). The distal end 31 of the wire 3 is at a lower temperature and remains in the solid state.
  • the surface tension, or surface tension variations, of the levitating molten sample 18 act as restoring forces on the levitating molten sample 18 when the latter tends, under the effects of destabilization, to shift from its equilibrium position.
  • FIGURES 7A to 7C demonstrate that the stabilization device 1 according to the invention also makes it possible to counter additional instabilities, such as, for example, hot gas flows and geometric deformation of the sample.
  • FIGURE 7C illustrates the temperature regularity of the molten sample 18 maintained in levitation, even on the periphery of the droplet of molten Copper 18.
  • FIGURE 7C demonstrates the effect controlled confinement of gases provided by the acoustic levitator 16 according to the invention, and in particular according to the non-limiting embodiment illustrated in FIGURE 4 and described in the present description.
  • FIGS. 7A, 7B and 7C also show the presence of a strong temperature gradient at the junction between droplet 18 and wire 3.
  • the preservation of the wire 3 in the solid state near its molten end 31 (in the liquid state) is permitted, according to the invention, by the presence of a high pressure zone of the acoustic field at the level of the junction of the distal end 31 of the wire 3/molten droplet 18.
  • This high pressure zone is provided by the use of the acoustic levitator 16, in particular by the acoustic levitator 16 according to the invention.
  • the acoustic field generated by the acoustic levitator 16, and in particular by the acoustic levitator 16 according to the invention in addition to confining/maintaining the molten sample 18 in its levitation zone, also prevents the liquid metal of the molten sample 18 from rising up the wire 3 by capillarity.
  • the coexistence of the molten sample 18 in contact with the solid end 31 of the wire 3 would not be possible without the presence of the levitation acoustic field.

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Abstract

Dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion dans un lévitateur, dit dispositif, ledit dispositif comprend : - un tube creux en matériau réfractaire, dit tube réfractaire, formant un guide à l'intérieur duquel est destiné à être disposé un fil constitué d'un métal ou d'un alliage métallique, - un mécanisme de déroulement/enroulement du fil situé en amont du tube réfractaire, par rapport à une direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire, et agencé pour mettre en translation le fil dans le tube réfractaire, - un dispositif de lévitation acoustique, dit lévitateur, comprenant une ouverture ou un passage, reliant l'extérieur à l'intérieur du lévitateur, à travers lequel le fil et/ou le tube creux en matériau réfractaire s'étend, - un système de contrôle agencé et/ou programmé pour commander l'enroule- ment/déroulement du fil de sorte à contrôler la position d'une extrémité distale du fil hors du tube réfractaire et/ou à positionner l'extrémité distale du fil au centre du lévitateur.

Description

DESCRIPTION
Dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion et système de production et de stabilisation d'échantillons en fusion
Domaine technique
La présente invention concerne, en particulier, la caractérisation de métaux en fusion à hautes températures, typiquement des températures supérieures à 800°C. En pratique, le traitement du métal liquide permet l'ajustement de la composition chimique de l'alliage ainsi que l'élimination des défauts inclusionnaires, éléments non miscibles dans l'alliage qui dégradent ses propriétés d'usage.
La maitrise des outils industriels pour l'élaboration des nouvelles générations d'alliages nécessite une parfaite connaissance des propriétés thermo-physiques à très hautes températures, ainsi que la compréhension des mécanismes de genèse de défauts inclusionnaires. Par ailleurs, la connaissance des propriétés thermophysiques du métal liquide est particulièrement critique en métallurgie additive, que ce soit pour élaborer des poudres ou au cœur du procédé d'impression 3D.
Il est nécessaire d'étudier finement le métal liquide aux très hautes températures pour caractériser précisément certaines propriétés thermo-physiques, par exemple la viscosité ou la tension de surface, ou bien encore les phénomènes réactifs à l'origine des inclusions. Une telle approche pose de grandes difficultés sur le plan expérimental.
Etat de la technique antérieure
On connaît dans l'état de la technique l'utilisation d'un creuset dans lequel le métal à analyser est porté à l'état liquide. Au-delà des conditions opératoires difficilement accessibles pouvant être de 1500 à 2000 °C, les alliages sont très réactifs et il n'existe aucun creuset pouvant garantir l'absence de pollution de l'échantillon à l'état liquide par le creuset.
On connaît également dans l'état de la technique l'utilisation consistant à faire léviter l'alliage afin d'éliminer toute pollution chimique potentielle en provenance d'un creuset. Toutefois, les lévitateurs de l'état de la technique utilisés pour l'étude d'échantillons en fusion nécessitent de mettre en lévitation un échantillon solide puis de mettre en fusion l'échantillon solide en lévitation. Cela entraine un ensemble d'inconvénients liés, entre autres, au changement d'état de l'échantillon initialement mis en lévitation.
Parmi ces techniques de lévitation on connait la lévitation-fusion par induction : elle est générée par une bobine verticale. Le couplage fort entre la lévitation et le chauffage impose une plage de température de chauffage réduite. De plus, les forces induites génèrent des écoulements internes préjudiciables aux études des métaux en fusion. Cette technique n'est applicable qu'aux métaux. Enfin, cette technique impose d'adapter la bobine à chaque type de matériau et à chaque géométrie d'échantillon étudiés.
On connait également la lévitation aérodynamique. Cette technique consiste à soulever la matière par un jet de gaz sous l'échantillon. La chauffe est assurée indépendamment par un laser. La technique est bien adaptée aux objectifs visés, mais présente cependant des inconvénients. L'échantillon est partiellement caché par la tuyère expulsant le gaz et l'écoulement du gaz autour de l'échantillon génère un écoulement en surface de l'échantillon.
Il existe également la lévitation électrostatique qui est particulièrement adaptée à l'étude du métal liquide. Toutefois, cette technique est difficile à mettre en œuvre. En outre, elle est limitée aux métaux et difficilement adaptable aux matériaux peu conducteurs.
On connait également dans l'état de la technique la lévitation acoustique.
A l'heure actuelle, aucun dispositif de lévitation acoustique ne permet de maintenir en lévitation des métaux de haute densité à l'état liquide pour des températures supérieures à 700°C. Le principal écueil est lié à l'utilisation d'une source unique de forte puissance couplée à un réflecteur.
La célérité des ondes dans le gaz varie fortement avec la température. Des écoulements de gaz chauds autour de l'échantillon entraînent des turbulences aérodynamiques sur l'échantillon en lévitation. Ces perturbations finissent par engendrer une déstabilisation de la lévitation de l'échantillon en fusion après quelques dizaines de secondes. De plus, les dispositifs de lévitation acoustique engendrent une rotation de l'échantillon en fusion sur lui-même. Lors du passage de l'échantillon à l'état liquide, il apparait une couche liquide sur un cœur solide. Cette couche liquide est partiellement éjectée du cœur solide ce qui provoque des éjections de matière. Ce phénomène contribue également à la déstabilisation de l'échantillon en fusion, puis à la perte de lévitation, via un phénomène d'action-réaction lors des éjections de matière depuis l'échantillon en fusion.
Un but de l'invention est, en outre, de proposer un dispositif de stabilisation d'échantillons pour la production d'échantillons en fusion dans un lévitateur et un système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion :
- permettant de manipuler tout type d'alliage métallique, et/ou
- permettant de stabiliser l'objet en fusion lors de la lévitation, et/ou
- permettant de manipuler un objet avec une précision micrométrique, et/ou
- permettant d'étudier un échantillon sur une large gamme de température et jusqu'à des températures de 2500°C, et/ou
- permettant d'étudier tout type d'échantillon, quel que soit sa densité, et/ou
- ne nécessitant pas de moyen de contrôle électronique complexe ni de boucle de rétroaction, et/ou
- simple d'utilisation, et/ou
- peu coûteux et simple à mettre en œuvre,
- de contrôler et maitriser la taille de l'échantillon liquide mis en fusion,
- d'empêcher les éjections de matières de l'échantillon en fusion dans un lévitateur.
Présentation de l'invention
A cet effet, il est proposé un dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion, de préférence destiné à être mis en fusion, de préférence encore destiné à être mis en fusion dans un lévitateur, dit dispositif, ledit dispositif comprend :
- un tube creux en matériau réfractaire, dit tube réfractaire, formant un guide à l'intérieur duquel est destiné à être disposé et/ou à s'étendre un fil constitué d'un métal ou d'un alliage métallique, de préférence encore présentant un point de fusion supérieur à 800°C, - un mécanisme de déroulement/enroulement du fil situé en amont du tube réfractaire, par rapport à une direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire et agencé pour mettre en translation le fil dans le tube réfractaire.
- un système de contrôle agencé et/ou programmé pour, de préférence à partir d'informations de position d'une extrémité distale du fil, commander l'enrou- lement/déroulement du fil de sorte à contrôler la position de l'extrémité distale du fil hors du tube réfractaire.
De préférence, le dispositif est destiné à la production d'échantillons en fusion dans un lévitateur. De préférence, le dispositif est destiné à coopérer avec un lévi- tateur.
Le dispositif peut comprendre le fil en métal ou en alliage métallique.
De préférence, le dispositif est destiné à stabiliser un échantillon en fusion dans un lévitateur.
De préférence, l'extrémité distale du fil est, de préférence est destinée à être, située hors du tube réfractaire, de préférence en aval du tube réfractaire, par rapport à un sens de déroulement du fil.
De préférence, l'extrémité distale du fil est destinée à être mis en fusion.
De préférence, au moins une partie du tube creux est destiné à être positionné dans le lévitateur.
De préférence, l'extrémité distale du fil est destinée à être positionnée au centre du lévitateur.
De préférence, l'extrémité distale du fil est destinée à être mise en fusion dans le lévitateur.
Le système de contrôle peut être manuel ou automatique, c'est-à-dire contrôlée par une unité de commande autonome.
De préférence, le système de contrôle est agencé pour commander l'enroule- ment/déroulement du fil de sorte :
- à contrôler la position de l'extrémité distale du fil par rapport au tube réfractaire, et/ou
- à positionner l'extrémité distale du fil au centre du lévitateur.
De préférence, le système de contrôle est agencé pour commander l'enroule- ment/déroulement du fil, par rapport à des informations de position provenant d'un centre du lévitateur au niveau duquel est destiné à être positionnée l'extrémité distale du fil. De préférence, le dispositif comprend une réserve de fil située en amont du mécanisme de déroulement/enroulement du fil, par rapport à un sens de déroulement du fil, et/ou un élément de stockage d'une réserve de fil, par exemple une bobine de fil.
De préférence, le dispositif est agencé pour maintenir le fil détendu, c'est-à- dire pour ne pas mettre en tension le fil, entre le mécanisme de déroulement/enroulement et la réserve de fil.
De préférence, la direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement du fil au tube réfractaire correspond à un sens de déroulement du fil. De préférence, le sens de déroulement du fil correspond au sens selon lequel le fil est déroulé depuis la réserve de fil vers le tube réfractaire.
De préférence, le système de contrôle agencé et/ou programmé pour positionner une extrémité distale du fil dans le lévitateur, dans lequel est destiné à être introduit le fil, de sorte que l'extrémité distale du fil destiné à être mis en fusion soit stabilisée, en outre, par le lévitateur.
Les informations de position peuvent être des données, par exemple des données provenant d'un système d'imagerie. Le système d'imagerie peut être une caméra et/ou un système de spectroscopie. Le dispositif peut comprendre un système d'imagerie agencé pour imager l'extrémité distale du fil, les images acquises par le système constituent les informations de position de l'extrémité distale du fil.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement du fil et/ou le tube réfractaire est agencé pour maintenir le fil rectiligne en aval dudit mécanisme de déroulement/enroulement.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement du fil comprend au moins une paire de galets rotatifs agencés pour enserrer le fil, ladite au moins une paire de galets rotatifs agencée pour dérouler/enrouler le fil et/ou pour exercer une pression sur le fil.
L'au moins une paire de galets rotatifs ou une des paires de galets rotatifs peut être agencée pour exercer une pression sur le fil sans être agencée pour en- rouler/dérouler le fil. De préférence, au moins une des paires de galets rotatifs est agencée pour exercer une pression sur le fil et pour enrouler/dérouler le fil. De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement comprend un élément fixe et un élément mobile, l'élément mobile est agencé pour translater, relativement à l'élément fixe, perpendiculairement à un axe de révolution du tube réfractaire et/ou à un axe de révolution d'un tube creux supplémentaire, dit tube supplémentaire. De préférence, pour une, plusieurs ou chacune des paires de galets, un des galets de l'au moins une paire de galets est monté sur un élément fixe et l'autre des galets de l'au moins une paire de galets est monté sur un élément mobile.
De préférence, un axe reliant l'élément fixe et l'élément mobile et/ou reliant un centre de chacun des deux galets de l'au moins une paire de galets est perpendiculaire à un axe de révolution du tube réfractaire et/ou à un axe de révolution du tube supplémentaire.
De préférence, l'élément mobile est monté sur une glissière agencée pour guider la translation de l'élément mobile.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement, et/ou l'agencement de l'élément mobile et de l'élément fixe, est agencé pour moduler et/ou adapter un écartement entre l'élément fixe et l'élément mobile.
De préférence, l'élément mobile est agencé pour que le galet de l'au moins une paire de galets monté sur l'élément mobile soit translaté, relativement à l'élément fixe, perpendiculairement à un axe de révolution du tube réfractaire et/ou à un axe de révolution d'un tube supplémentaire et exerce une pression sur le fil.
Le mécanisme de déroulement/enroulement peut comprendre un dispositif, dit dispositif de compression, agencé pour moduler et/ou adapter un écartement entre l'élément fixe et l'élément mobile et/ou pour translater l'élément mobile relativement à l'élément fixe et/ou pour qu'une pression soit exercée sur le fil par les galets de l'au moins une paire de galets. Le dispositif de compression peut être agencé pour contrôler et/ou moduler et/ou adapter la pression exercée sur le fil.
Ainsi, de préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement est adapté à des fils de diamètres différents ou s'adapte à des fils de différents diamètres sans qu'il soit nécessaire de modifier le mécanisme de déroulement/enroulement.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement du fil est agencé pour adapter la position d'une zone du fil sur laquelle la pression est exercée par les galets rotatifs d'une ou plusieurs paires de galets sur le fil. De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement du fil est agencé pour adapter la position de la zone du fil, sur laquelle la pression est exercée par les galets rotatifs d'une ou plusieurs paires de galets sur le fil, entre le mécanisme de déroulement/enroulement et l'élément de stockage du fil.
De préférence, l'élément mobile est agencé pour modifier et/ou adapter et/ou contrôler une position d'une ou plusieurs paires de galets le long du fil et/ou la zone du fil sur laquelle les galets rotatifs d'une ou plusieurs paires de galets exercent une pression sur le fil.
De préférence, le dispositif comprend un moteur agencé pour mettre en rotation un ou chaque galet de l'au moins une paire de galets rotatifs.
De préférence, le moteur est un moteur pas à pas.
De préférence, le moteur est monté sur l'élément fixe.
De préférence, le moteur est agencé pour mettre en rotation le galet monté sur l'élément fixe.
De préférence, l'au moins une paire de galets est agencés pour dérouler/en- rouler le fil par mise en rotation d'un ou de chaque galet d'une ou de plusieurs paires de galets rotatifs.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement du fil est agencé pour contrôler et/ou moduler et/ou adapter une pression exercée par les galets rotatifs sur le fil.
Le mécanisme de déroulement/enroulement, et/ou l'élément fixe et/ou l'élément mobile, est agencé de sorte qu'un ou les galets rotatifs de l'au moins une paire de galets soient mobiles par rapport au fil et/ou l'un relativement à l'autre, de préférence perpendiculairement à l'axe selon lequel les galets rotatifs enserrent le fil.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement peut comprendre, et/ou le dispositif de compression peut comprendre ou être constitué de, un élément de rappel coopérant avec un ou les galets rotatifs de l'au moins une paire de galets et/ou avec l'élément mobile et/ou avec l'élément fixe de sorte que l'au moins une paire de galets exerce une pression sur le fil. De préférence, une des deux extrémités de l'élément de rappel est fixée sur l'élément fixe, ou sur une partie fixe du dispositif de stabilisation ou du mécanisme de déroulement/enroulement, et l'autre des deux extrémités de l'élément de rappel est fixée sur l'élément mobile. De préférence, l'élément de rappel est agencé pour moduler la pression exercée par les galets rotatifs sur le fil.
De préférence, l'élément de rappel est agencé pour exercer une force de rappel de sorte à translater l'élément fixe vers l'élément mobile et/ou à translater un des galets d'une paire de galets vers l'autre des galets de la paire de galets. De préférence, la force de rappel est perpendiculaire à l'axe de révolution du tube réfractaire et/ou à un axe de révolution du tube supplémentaire et s'étend depuis l'élément fixe vers l'élément mobile et/ou depuis un centre d'un des galets d'une paire de galets vers un centre de l'autre des galets de la paire de galets.
L'élément de rappel peut être un ressort.
Ainsi, de préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement est agencé pour exercer une pression plus élevée sur le fil lorsque le diamètre du fil diminue de sorte à éviter les glissements du fil entre les galets.
De préférence, le dispositif comprend le tube creux supplémentaire, dit tube supplémentaire, formant un guide à l'intérieur duquel le fil est destiné à être disposé et/ou à s'étendre et/ou à être mis en translation, le tube supplémentaire est disposé en amont du mécanisme de déroulement/enroulement du fil, par rapport à la direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire, et un axe de révolution du tube supplémentaire est principalement parallèle à l'axe de révolution du tube réfractaire.
De préférence, le mécanisme de déroulement/enroulement est agencé pour, de préférence encore l'agencement du tube réfractaire, du mécanisme de déroulement/enroulement du fil et/ou du tube creux supplémentaire, sont agencés pour, de préférence l'un ou les uns par rapport à l'autre ou aux autres pour, ajuster un axe selon lequel s'étend le fil dans le tube réfractaire principalement parallèlement à un axe de révolution du tube réfractaire et/ou un axe selon lequel s'étend l'extrémité distale du fil principalement parallèle à un axe de révolution du tube réfractaire.
Le dispositif comprend un dispositif de lévitation, dit lévitateur, comprenant une ouverture ou un passage, reliant l'extérieur à l'intérieur du lévitateur, à travers lequel le fil et/ou le tube creux en matériau réfractaire s'étend.
Le lévitateur peut être tout type de lévitateur connu de l'état de la technique. A titre d'exemple non limitatif, le lévitateur peut être un dispositif de lévitation par induction, un dispositif de lévitation aérodynamique ou un dispositif de lévitation électrostatique.
De préférence, le lévitateur est un lévitateur acoustique.
De préférence, le lévitateur comprend un ensemble d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, agencés pour émettre, chacun, une onde acoustique focalisée en un centre du lévitateur. L'ensemble d'émetteurs est agencé pour obtenir des ondes acoustiques stationnaires dont une intensité est maximale au centre du lévitateur.
De préférence, le lévitateur comprend deux coupoles en vis-à-vis.
De préférence, chaque coupole comprend :
- un premier groupe d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, formant une calotte s'étendant entre un pôle et un stabilisateur,
- un second groupe d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, formant le stabilisateur et s'étendant depuis la calotte en direction d'un plan du lévitateur, dit plan médian, qui est perpendiculaire à l'axe reliant le pôle de chacune des coupoles, dit axe de révolution, et qui est situé à équidistance des deux pôles ; les stabilisateurs sont agencés pour former au moins deux couples d'émetteurs comprenant, chacun, deux sous-groupes d'émetteurs radialement opposés dont un sous-groupe d'émetteurs du stabilisateur d'une coupole et un sous-groupe d'émetteurs du stabilisateur de l'autre coupole, chaque sous-groupe d'émetteurs comprend au moins un émetteur.
De préférence, les émetteurs de la calotte de chacune des coupoles sont agencés pour émettre une onde acoustique présentant une première fréquence fi et les émetteurs du stabilisateur de chacune des coupoles sont agencés pour émettre une onde acoustique présentant une fréquence f2 différente de fi.
De préférence, les deux sous-groupes d'émetteurs d'un des couples d'émetteurs sont agencés pour émettre des ondes acoustiques dont une phase diffère d'une phase des ondes acoustiques émises par les deux sous-groupes d'émetteurs d'un autre des couples.
De préférence, le système de contrôle du lévitateur est agencé et/ou programmé pour, à partir d'informations de position d'une extrémité distale du fil et/ou d'informations du centre du lévitateur positionner une extrémité distale du fil dans le lévitateur de sorte que l'extrémité distale du fil destiné à être mis en fusion et/ou lors de sa mise en fusion soit stabilisée par le lévitateur.
Les informations de position d'une extrémité distale du fil et/ou les informations du centre du lévitateur sont dites informations dans la présente description. Les informations peuvent être des données provenant d'un système d'imagerie. Le système d'imagerie peut être un capteur optique ou système optique comprenant un capteur optique, par exemple une caméra.
Le dispositif comprend un système d'imagerie agencé pour imager l'extrémité distale du fil et/ou le centre du lévitateur ; les images acquises par le système d'imagerie constituent les informations de position de l'extrémité distale du fil.
De préférence, les émetteurs à ultra-sons sont des émetteurs piézoélectriques.
De préférence, le centre du dispositif acoustique est un centre géométrique du dispositif de lévitation.
De préférence, le centre du dispositif de lévitation est intersecté par l'axe d'émission de l'onde acoustique émise par chacun des émetteurs.
Les coupoles peuvent être de forme ovoïde, de préférence de forme sphérique.
De préférence, la partie concave d'une coupole est située en vis-à-vis de la partie concave de l'autre coupole.
De préférence, le premier et le second groupe d'émetteurs d'une coupole constitue l'ensemble des émetteurs de la coupole.
De préférence, chaque émetteur du premier groupe d'émetteurs d'une coupole est radialement opposé à un autre émetteur du premier groupe d'émetteurs de l'autre coupole. De préférence, chaque émetteur du second groupe d'émetteurs d'une coupole est radialement opposé à un autre émetteur du second groupe d'émetteurs de l'autre coupole.
De préférence, le pôle d'une coupole est ou constitue également un pôle du dispositif de lévitation.
De préférence, la calotte d'une coupole considérée s'étend entre le pôle et le stabilisateur de la coupole considérée selon une direction s'étendant depuis le pôle de la coupole considérée vers le plan médian.
De préférence, l'axe reliant le pôle de chacune des coupoles est un axe de symétrie du dispositif de lévitation. L'axe reliant le pôle de chacune des coupoles peut être défini comme l'axe reliant les deux pôles du dispositif de lévitation.
De préférence, un objet ou un échantillon à analyser est destiné à léviter au centre du dispositif de lévitation.
De préférence, la phase de l'onde émise par un des couples d'émetteurs diffère des phases des ondes stationnaires émises par chacun des autres couples d'émetteurs. De préférence, un couple d'émetteurs émet une onde stationnaire présentant une phase différente d'une phase d'une onde stationnaire émise par un autre des couples d'émetteurs. De préférence, chaque couple d'émetteurs émet une onde stationnaire présentant une phase différente.
De préférence, le lévitateur comprend un système de contrôle agencé et/ou programmé pour, à partir d'informations de position d'une extrémité distale du fil et/ou d'informations du centre du lévitateur commander l'enroulement/déroulement du fil de sorte à positionner l'extrémité distale du fil, s'étendant hors du tube réfractaire, au centre du lévitateur.
De préférence, le lévitateur comprend une unité de commande agencée pour que la phase de l'onde acoustique émise par les au moins deux couples d'émetteurs augmente ou diminue, par incrémentation successive, d'un couple d'émetteurs donné à un couple d'émetteurs adjacent.
De préférence, la fréquence fi est supérieure ou inférieure à la fréquence f2 d'au moins 5 kHz.
Selon l'invention, il est également proposé un système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion, dit système. Le système comprend :
- le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'invention, et
- un système de mise en fusion de l'extrémité distale du fil.
De préférence, le système de mise en fusion est agencé pour émettre un faisceau laser dont une trajectoire intersecte une zone dans laquelle est destinée à être positionnée l'extrémité distale du fil.
Le système de mise en fusion de l'extrémité distale du fil peut comprendre ou être basé sur l'utilisation de particules chargés, par exemples des ions ou électrons. De préférence, le système de mise en fusion de l'extrémité distale du fil comprend ou est basé sur l'utilisation d'ondes électromagnétiques, par exemple une source optique de forte puissance tel que des LEDs haute puissance ou une lampe halogène.
De préférence, le système de mise en fusion de l'extrémité distale du fil comprend ou est constitué par au moins un laser agencé pour émettre un faisceau laser dont une trajectoire intersecte la zone dans laquelle est destinée à être positionnée l'extrémité distale du fil. De préférence, lorsque le système de stabilisation comprend le lévitateur et le système de mise en fusion, la zone dans laquelle est destinée à être positionnée l'extrémité distale du fil est située au centre du lévitateur.
Selon l'invention, il est également proposé un dispositif de lévitation, dit lévitateur, comprenant le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'invention. Le lévitateur comprend une ouverture ou un passage, reliant l'extérieur à l'intérieur du lévitateur, à travers lequel le fil et/ou le tube creux en matériau réfractaire s'étend.
De préférence, le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'invention convient, de préférence encore est particulièrement adaptée, de manière davantage préférée est conçue et de manière particulièrement avantageuse est spécialement conçue, pour coopérer avec et/ou pour être monté sur le lévitateur selon l'invention.
Le lévitateur peut être tout type de lévitateur connu de l'état de la technique. A titre d'exemple non limitatif, le lévitateur peut être un dispositif de lévitation par induction, un dispositif de lévitation aérodynamique ou un dispositif de lévitation électrostatique.
De préférence, le lévitateur est un lévitateur acoustique tel que décrit dans la présente demande.
De préférence, le lévitateur selon l'invention convient, de préférence encore est particulièrement adaptée, de manière davantage préférée est conçue et de manière particulièrement avantageuse est spécialement conçue, pour coopérer avec et/ou pour être monté sur le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion /ou sur le système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion selon l'invention.
Selon l'invention, il est également proposé un procédé de stabilisation d'échantillons en fusion. Le procédé de stabilisation d'échantillons en fusion comprend : - un guidage d'un fil constitué d'un métal ou d'un alliage métallique dans un tube creux en matériau réfractaire, dit tube réfractaire, formant un guide à l'intérieur duquel est destiné à être disposé le fil,
- une mise en translation du fil dans le tube réfractaire au moyen d'un mécanisme de déroulement/enroulement du fil situé en amont du tube réfractaire, par rapport à une direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire,
- une commande, par un système de contrôle, de l'enroulement/déroulement du fil de sorte à contrôler la position d'une extrémité distale du fil, destiné à être mis en fusion, hors du tube réfractaire.
Selon l'invention, il est également proposé un procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion. Le procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion comprend : le procédé de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'invention, une mise en fusion d'une extrémité distale du fil destinée à être mise en fusion.
De préférence, le procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion comprend une étape consistant à disposer l'extrémité distale du fil au centre d'un dispositif de lévitation, dit lévitateur, de sorte que, lors du fonctionnement du lévitateur, le lévitateur contribue également à la stabilisation de l'extrémité distale, en fusion, du fil.
De préférence, le procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion comprend un déroulement du fil pour augmenter un volume de l'extrémité distale, en fusion, du fil jusqu'à provoquer un détachement de l'extrémité distale en fusion de sorte qu'une goutte de métal ou d'alliage métallique en fusion lévite dans le lévitateur.
De préférence, le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion /ou sur le système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion selon l'invention convient, de préférence encore est particulièrement adaptée, de manière davantage préférée est conçue et de manière particulièrement avantageuse est spécialement conçue, pour mettre en œuvre le procédé de stabilisation d'échantillons en fusion et/ou le procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion. Aussi toute caractéristique du dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion /ou du système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion selon l'invention est directement transposable au procédé de stabilisation d'échantillons en fusion et/ou le procédé de stabilisation et de production d'échantillons en fusion et inversement.
Description des figures
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : la FIGURE 1 est une représentation schématique en vue de côté d'un mode de réalisation d'un dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'invention, la FIGURE 2 est une représentation schématique en vue de côté d'un mode de réalisation du système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion selon l'invention, la FIGURE 3 est une représentation schématique en vue de côté d'une amélioration du mode de réalisation du système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion selon l'invention présentée sur la FIGURE 2, la FIGURE 4 est une représentation schématique d'une coupe en vue de côté d'un mode de réalisation du dispositif de lévitation acoustique selon le mode de réalisation, la FIGURE 5 est une représentation schématique en vue de côté illustrant les calottes du lévitateur et les couples des stabilisateurs du dispositif de lévitation acoustique selon le mode de réalisation, la FIGURE 6 est un graphique illustrant l'évolution de la température d'un échantillon en fusion, maintenue en lévitation par le dispositif de stabilisation selon l'invention, en fonction du temps, la FIGURE 7A est une photographie, acquise dans le domaine visible par une caméra CCD, de l'échantillon en fusion maintenue en lévitation dans le dispositif selon l'invention, la FIGURE 7B est une photographie, acquise dans le domaine visible par une caméra CCD, de l'échantillon en fusion maintenue en lévitation dans le dispositif selon l'invention, la FIGURE 7C est une photographie, acquise dans le domaine infrarouge par une caméra thermique, de l'échantillon en fusion maintenue en lévitation dans le dispositif selon l'invention. Description des modes de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En référence à la FIGURE 1, il est présenté un mode de réalisation du dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion 1. Le dispositif 1 comprend un tube creux 2 en matériau réfractaire, dit tube réfractaire 2. Le tube réfractaire 2 est en alumine selon le mode de réalisation. Le tube réfractaire 2 forme un guide à l'intérieur duquel est destiné à être disposé un fil 3 constitué d'un métal étant qualifié de pur, c'est-à- dire présentant un taux d'impuretés inférieur à 1000 ppm, ou d'un alliage métallique. Le dispositif 1 comprend également un mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3. Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 est situé en amont du tube réfractaire 3 par rapport à la direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement 4 au tube réfractaire 3 et au sens de déroulement du fil 3. Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 est agencé pour mettre en translation le fil 3 dans le tube réfractaire 2. Le dispositif 1 comprend un système de commande 10 agencé et/ou programmé pour commander l'enroulement/déroulement du fil de sorte à contrôler la position d'une extrémité distale 31 du fil 3 hors du tube réfractaire 2. Le tube réfractaire 2 permet d'exposer uniquement l'extrémité 31 distale du fil 3 et de limiter l'exposition à la chaleur de la partie du fil 3 se trouvant en amont de l'extrémité 31 distale du fil 3. Toutefois, l'augmentation de la longueur du tube réfractaire 2, c'est-à-dire de la dimension du tube réfractaire 2 s'étendant selon l'axe de révolution du tube réfractaire 2, a pour effet d'introduire des frottements du fil 3 sur la paroi interne du tube réfractaire 2 et/ou un pliage du fil 3 en amont du tube réfractaire 2 par flambage du fil 3. La longueur du tube réfractaire ne doit donc pas être trop élevée. Le tube réfractaire 2 permet d'éviter ces problèmes. En outre, positionner le tube réfractaire 2 à proximité immédiate de la zone de chauffe permet d'éviter encore davantage ces problèmes.
Selon le mode de réalisation non limitatif, le tube réfractaire présente un diamètre extérieur d'approximativement 3 mm, un diamètre interne d'environ 1,25 mm et une longueur de l'ordre de 115 mm. Le tube supplémentaire 12 présente un diamètre extérieur d'approximativement 4 mm, un diamètre interne d'environ 2,5 mm et une longueur de l'ordre de 95 mm.
L'extrémité 31 du fil 3 est destinée à être mise en fusion de sorte à pouvoir réaliser des analyses sur le métal ou l'alliage métallique en fusion. Les analyses peuvent être réalisées par analyse d'images de l'extrémité 31 du fil 3 en fusion et/ou par analyse d'ondes électromagnétiques, par exemple infra-rouge ou fluorescence X, émises par l'extrémité 31 du fil 3 en fusion. En pratique, une goutte de métal ou d'alliage de métal en fusion est formée.
En l'absence de dispositif de stabilisation 1 selon l'invention, la mise en fusion de l'extrémité 31 du fil 3 aboutit à un une augmentation non contrôlée de la taille de la goutte formée. Aussi, le contrôle et l'ajustement de la position de l'extrémité 31 distale du fil 3 hors du tube réfractaire 2, par le mécanisme de déroulement/enrou- lement 4, est nécessaire.
En outre, lors du chauffage de l'extrémité 31 distale du fil 3, l'absence de tube réfractaire 2 peut induire un mouvement de l'extrémité 31 du fil 3 ayant pour effet un chauffage, et donc un maintien en fusion, non contrôlé, non homogène ou non optimal. A cet effet, il est préférable de maintenir l'extrémité 31 du fil 3 à proximité de l'extrémité distale 21 du tube réfractaire 2. Typiquement une distance comprise entre 1 mm et 9 mm convient et une distance préférée comprise entre 3 et 15 mm.
En outre, une fois la goutte métallique ou d'alliage métallique 18 formée, cette dernière a tendance à remonter, par capillarité, sur le fil 3. Aussi, le mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3 permet d'ajuster la position de l'extrémité 31 distale du fil 3 en fonction de ce mouvement de la goutte 18 sur le fil 3. En outre, il est préférable que, lors de l'utilisation du dispositif 1, un axe de révolution du tube réfractaire 2, ou un axe de révolution ou longitudinal du canal traversant le tube réfractaire 2, soit parallèle à la verticale ou à la pesanteur de sorte que la force de gravitation exercée sur la goutte 18 soit opposée aux forces capillaires tendant à faire remonter la goutte 18 le long du fil 3. Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3 comprend au moins une paire 5 de galets rotatifs 51, 52, une unique paire 5 selon le mode de réalisation, agencés pour enserrer le fil 3. La paire 5 de galets rotatifs 51, 52 est agencée pour dérouler/enrouler le fil 3. La paire 5 de galets rotatifs 51, 52 est également agencée pour exercer une pression sur le fil 3. Un axe reliant un centre de chacun des deux galets rotatifs 51, 52, cet axe est parallèle à la direction notée x sur la FIGURE 1, est perpendiculaire à l'axe de révolution du tube réfractaire 3.
L'agencement du mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3 et du tube réfractaire 2 permet de maintenir le fil 3 rectiligne en aval dudit mécanisme de déroulement/enroulement 4. En effet, la pression exercée par le mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3 a pour effet de redresser le fil 3 lors de son passage entre les galets 51, 52. En combinaison, le canal traversant le tube réfractaire 3 à l'intérieur duquel translate le fil 3 en aval du mécanisme 4 permet de contraindre le fil 3 à conserver une forme principalement rectiligne.
Selon le mode de réalisation non limitatif, les galets rotatifs 51, 52 présentent un diamètre de l'ordre de 15 mm et une largeur, c'est-à-dire la dimension des galets rotatifs 51, 52 selon leur axe de révolution, d'approximativement 10 mm.
Afin d'améliorer encore l'obtention de la forme principalement rectiligne du fil 3 en aval du tube réfractaire 2, le dispositif 1 comprend un tube creux supplémentaire 12, dit tube supplémentaire 12, formant un guide à l'intérieur duquel le fil 3 est destiné à être disposé. Le tube supplémentaire 12 est en métal, du laiton selon le mode de réalisation. Rien ne s'oppose à ce que le tube supplémentaire 12 soit en un matériau présentant un pouvoir réfractaire plus important, tel que de la céramique. En outre, la céramique offre une très bonne résistance aux frottements du fil 3 sur la paroi interne du tube réfractaire 2 susceptibles d'apparaitre lors de l'enroule- ment/déroulement du fil 3. Toutefois, le métal offre une résistance aux frottements suffisante. Le tube supplémentaire 12 est disposé en amont du mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3, par rapport à la direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement 4 au tube réfractaire 2 et au sens de déroulement du fil 3. L'axe de révolution du tube supplémentaire 12 est parallèle à l'axe de révolution du tube réfractaire 3. Le tube supplémentaire 12 permet également d'éviter un entortillement, un pliage ou une cassure du fil 3 lors de son enroulement/déroulement. Le tube supplémentaire 12 étant plus éloigné que le tube réfractaire 2 de la zone de chauffe il subit un chauffage modéré, voire négligeable dans certains cas. Le tube supplémentaire 12 pourrait être, lorsque la température au niveau du tube supplémentaire 12 est suffisamment basse, en polymère, de préférence un polymère résistant à la chaleur, tel que du polyamide, du téflon ou du polyétheréthercétone (PEEK).
Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 comprend un élément fixe 6 et un élément mobile 7. Un des galets 52 de la paire 5 de galets 51, 52 est monté fixe sur l'élément fixe 6 et l'autre des galets 51 de la paire 5 de galets 51, 52 est monté fixe sur l'élément mobile 7. L'élément mobile 7 est agencé pour translater perpendiculairement à l'axe de révolution du tube réfractaire 2. Ainsi, le galet 52 est fixe et le galet 51 est mobile relativement au galet 52. De cette manière le, le fil 3 est enserré entre le galet mobile 51 et le galet fixe 52. Selon le mode de réalisation non limitatif, c'est l'élément mobile 7 qui assure la translation du galet mobile 51 relativement au galet fixe 52. Tout moyen de guidage en translation 11 de l'élément mobile 7 ou du galet 51 peut être envisagé tel que, par exemple, un bras ou une tige sur laquelle ou le long de laquelle l'élément mobile 7 ou le galet 51 coulisse. Selon le mode de réalisation, l'élément mobile 7 est guidé par une glissière 8 dans laquelle il coulisse.
Le dispositif 1 comprend un moteur 8 agencé pour mettre en rotation le galet rotatif fixe 52 de la paire 5 de galets rotatifs 51, 52. Ainsi, associé à la pression exercée sur le fil 3 par la paire 5 de galets, la mise en rotation du galet 52 permet de dérouler et d'enrouler le fil 3. Le moteur 8 est monté fixe sur l'élément fixe 6 et entraine la rotation du galet 52. Selon le mode de réalisation, un module électronique de contrôle 9 commande le moteur 8. Le contrôleur 9 est relié au système de commande 10 qui permet de piloter et commander le moteur 8. Le moteur 8 peut être, par exemple, un moteur pas à pas 8.
Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3 est agencé pour moduler la pression exercée, notée P, par les galets rotatifs 51, 52 sur le fil 3. La pression P exercée est modulée en adaptant la force exercée sur le fil 3 par le moyen de mise en translation 11 de l'élément mobile 7. Il a été remarqué qu'une diminution du diamètre du fil 3 engendre des glissements du fil 3 lors de la mise en rotation des galets 51, 52 et donc des défauts d'enroulement/déroulement du fil 3. Aussi, il est préférable d'augmenter la pression (ou la force) exercée sur le fil 3 lorsque le diamètre du fil 3 diminue.
Selon le mode de réalisation non limitatif, le moyen de mise en translation 11 de l'élément mobile 7 est un moyen de rappel 11, un ressort 11 par exemple. Toujours selon le mode de réalisation non limitatif, le mécanisme de déroulement/en- roulement 4 du fil 3 comprend deux ressorts 11. Chaque ressort 11 présente une raideur d'environ 300 N.nr1 et une force de rappel de l'ordre de 11 N.
Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 peut être monté sur un élément fixe 19, tel qu'un support 19, par exemple une potence 19 ou un bras. Le mécanisme de déroulement/enroulement 4 peut être agencé pour mettre mis en translation et/ou en rotation par rapport à l'élément fixe 19, par exemple en étant monté sur une platine elle-même montée mobile sur l'élément fixe 19.
Dès lors, l'homme du métier comprendra que l'agencement du mécanisme de déroulement/enroulement 4 pour être mis en translation et/ou en rotation par rapport à l'élément fixe 19 permet d'ajuster et/ou contrôler et/ou commander la position horizontale et/ou la position verticale du fil 3, et en particulier de l'extrémité distale 31 du fil 3.
En référence aux FIGURES 2 et 3, il est également décrit deux modes de réalisation d'un système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion 13, dit système de stabilisation 13.
Selon le mode de réalisation, le système 13 comprend le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion 1 selon l'invention. Le système de stabilisation 13 comprend, en outre un système de mise en fusion 14 de l'extrémité distale 31 du fil 3. Le système de mise en fusion 14 est agencé pour émettre un faisceau électromagnétique 15 ou de particules élémentaires 15 aptes à chauffer le fil à une température supérieure à 800°C, tels que par exemple des ions ou des électrons. Le faisceau électromagnétique 15 ou de particules élémentaires 15 intersecte la zone dans laquelle est destinée à être positionnée l'extrémité distale 31 du fil 3 hors du tube réfractaire 2. Le système de mise en fusion 14 est agencé pour contrôler la trajectoire du faisceau 15 de sorte à intersecter la zone dans laquelle est destinée à être positionnée l'extrémité distale 31 du fil 3 hors du tube réfractaire 2 si la position de la zone dans l'espace est modifiée ou doit être modifiée. Le système de mise en fusion 14 de l'extrémité distale 31 du fil 3 est un laser 14 selon le mode de réalisation non limitatif. Le laser 14 est agencé pour émettre un faisceau laser 15. Ainsi, lors de la mise en fusion de l'extrémité distale 31 du fil 3, une goutte 18 de métal liquide ou d'alliage métallique liquide est formée.
En référence à la FIGURE 4, dans un perfectionnement de l'invention, le système 13 comprend, en outre, un lévitateur 16. Tout type de lévitateur connu 16 peut être utilisé. En effet, aucun lévitateur ne permet de maintenir une goutte de métal en fusion 18 autosupportée, c'est-à-dire non reliée à un fil 3, pendant un temps suffisant pour étudier la goutte 18. En effet, des perturbations finissent par engendrer une déstabilisation et une perte de la lévitation de la goutte 18. L'utilisation du dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion 1 selon l'invention en combinaison avec un lévitateur 16 permet de conserver la goutte 18 en lévitation pendant des temps plus longs que le lévitateur 16 utilisé seul. La goutte 18 est maintenue dans une zone donnée et choisie de l'espace plus longtemps. En outre, le lévitateur 16 comprend une ouverture reliant l'extérieur à l'intérieur du lévitateur 16 à travers lequel le tube réfractaire 2 s'étend. La plupart des lévitateurs 16 comporte nécessairement une ouverture, c'est en particulier le cas des lévitateurs 16 comprenant deux coupoles 41, 42 en vis-à-vis.
En outre, il est préférable d'utiliser un lévitateur acoustique. Il est particulièrement avantageux d'utiliser un lévitateur acoustique 16 tel que représenté sur les FIGURES 4 et 5 et décrit en détail ci-dessous. Lors de l'utilisation d'un lévitateur acoustique 16, il est préférable que le système de mise en fusion 14 soit sans contact et ne soit pas basé sur l'utilisation d'un flux de matière, en particulier un flux de gaz tel qu'une flamme. En effet, les gaz sont repoussés par les ondes du lévitateur 16, et en particulier dans le cas des lévitateurs acoustiques 16.
Le système de stabilisation 13 ou le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion 1 peut être couplé ou peut comprendre un système optique 17 agencé pour imager la zone dans laquelle se situe l'extrémité distale 31 du fil 3. Il peut être entendu par imager l'extrémité distale 31 du fil 3, l'acquisition d'une onde électromagnétique provenant ou émise par la goutte 18.
En outre, les données provenant du système optique 17 peuvent également être utilisées pour contrôler et/ou ajuster la position de l'extrémité distale 31 du fil 3, via le mécanisme de déroulement/enroulement 4 du fil 3, et/ou pour contrôler et/ou ajuster la température de la goutte 18, via le système de mise en fusion 14.
Selon l'invention, le fil 3 ne fait pas partie du système de stabilisation 13 ni du dispositif de stabilisation 1. Le fil 3 est destiné à coopérer avec le système de stabilisation 13 et le dispositif de stabilisation 1 lors de l'utilisation de ces derniers. Il convient de s'assurer que le fil 3 présente un diamètre permettant qu'il soit suffisamment souple sans être trop rigide. Par exemple, le fil peut présenter un diamètre compris entre 0,05 et 0,5 mm, de manière préférée compris entre 0,1 et 0,25 mm. Un rapport entre le diamètre interne, c'est à dire le diamètre du canal traversant, du tube réfractaire 2 et du tube supplémentaire 12 et le diamètre du fil 3 peut être compris entre deux et dix pour diminuer les frottements du fil 3 contre les parois interne du tube réfractaire 2 et du tube supplémentaire 12 tout en permettant un maintien rectiligne du fil 3.
En référence aux FIGURES 4 et 5, il est décrit un mode de réalisation avantageux d'un lévitateur acoustique 16, dit lévitateur 16 dans le reste de la description ci-dessous, selon l'invention. Bien que le lévitateur 16 présenté, utilisé seul, permette de maintenir une goutte 18 autosupportée, c'est-à-dire non reliée à un fil 3, pendant un temps de quelques minutes, voire une dizaine de minutes, des perturbations finissent par engendrer une déstabilisation de la lévitation de la goutte 18. Il y a donc un besoin de stabiliser davantage la goutte 18. A cet effet, le lévitateur 16 présenté ci-dessous, lorsqu'il est en combinaison avec le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion 1 selon l'invention permet de conserver la goutte 18 en lévitation autant que nécessaire. La goutte 18 est maintenue dans un zone donnée et choisie de l'espace sans limite de temps.
Le lévitateur 16 comprend un ensemble d'émetteurs à ultra-sons 20, dits émetteurs 20. Les émetteurs 20 sont agencés pour émettre, chacun, une onde acoustique focalisée au centre 30 du lévitateur 16. Les émetteurs à ultrasons 20 utilisés sont fabriqués par Manorshi® sous les références MSO-P1640H12T et MSO- P1625H12T. L'ensemble d'émetteurs 20 est agencé pour obtenir des ondes acoustiques stationnaires dont une intensité est maximale au centre 30 du lévitateur 16. Le mode de réalisation présenté est un exemple non limitatif d'un agencement possible des émetteurs 20. L'homme du métier saura comprendre la notion d'onde acoustique stationnaire comme étant une superposition de deux ondes acoustiques, se propageant selon un même axe et dans un sens opposé, dont les nœuds à pression nulle sont fixes dans l'espace. Selon le mode de réalisation non limitatif, le lévitateur 16 comprend cinquante-huit émetteurs 20. Chaque émetteur 20 d'une coupole 41, 42 est radialement opposé à un émetteur 20 différent de l'autre coupole 41, 42.
Le lévitateur 16 comprend deux coupoles 41, 42 en vis-à-vis. Un axe de révolution 50 relie les pôles 61, 62 de chacune des coupoles 41, 42. Un plan médian 70 perpendiculaire à l'axe de révolution 50 est situé à équidistance entre les pôles 61, 62. Selon le mode de réalisation, les coupoles 41, 42 sont sphériques.
Chaque coupole 41, 42 comprend un premier groupe 411, 421 d'émetteurs 20 formant une calotte 81, 82 s'étendant entre un pôle 61, 62 et un stabilisateur 91, 92. Le premier groupe 411, 421 de chaque calotte 81, 82 de chaque coupole 41, 42 comprend 54 émetteurs. Chaque émetteur 20 d'une calotte 81, 82 d'une coupole 41, 42 est radialement opposé à un émetteur 20 différent de l'autre calotte 81, 82 de l'autre coupole 41, 42.
Chaque coupole 41, 42 comprend un second groupe 412, 422 d'émetteurs 20 formant le stabilisateur 91, 92. Le second groupe 412, 422 d'émetteurs 20 s'étend entre la calotte 81, 82 de chaque coupole 41, 42 et en direction du plan médian 70. Le second groupe 412, 422 d'émetteurs de chaque calotte 81, 82 de chaque coupole 41, 42 comprend 54 émetteurs. Chaque émetteur 20 d'un stabilisateur 91,92 d'une coupole 41, 42 est radialement opposé à un émetteur 20 différent de l'autre stabilisateur 91, 92 de l'autre coupole 41, 42.
Selon le mode de réalisation et de manière avantageuse, les émetteurs 20 du premier groupe 411, 421 tapissent ou forme un pavage de ou sont répartis sur, de préférence encore de manière régulière ou homogène, l'ensemble de chaque calotte 81, 82. Selon le mode de réalisation et de manière avantageuse, les émetteurs 20 du second groupe 412, 422 tapissent ou forme un pavage de ou sont répartis sur, de préférence encore de manière régulière ou homogène, l'ensemble de chaque stabilisateur 91, 92.
Selon le mode de réalisation non limitatif, le premier groupe 411, 421 d'émetteurs 20 de chaque coupole 41, 42 comprend six anneaux d'émetteurs 20 dont un centre est confondu avec l'axe de révolution 50. Le second groupe 412, 422 d'émetteurs 20 comprend deux anneaux d'émetteurs 20 dont un centre est confondu avec l'axe de révolution 50. Le centre 30 du lévitateur 16 est situé à une distance d'environ huit centimètres (cm) des émetteurs 20. Le lévitateur 16 selon le mode de réalisation est agencé pour des échantillons dont la taille est comprise entre un et trois millimètres (mm). Tout type d'échantillon, et en particulier des échantillons à haute densité, par exemple le Platine avec une densité de 21,5, a pu être mis en lévitation de manière contrôlée avec le lévitateur 16 selon l'invention.
Le lévitateur 16 comprend un volume ou une zone d'espace 100, s'étendant entre les deux coupoles 41, 42, dépourvu d'émetteurs 20. La zone d'espace 100 constitue une portion de sphère 100 ou un anneau 100. La portion de sphère 100 comprend le plan médian 70. La portion de sphère 100 s'étend entre les deux stabilisateurs 91, 92. De préférence, la portion de sphère 100 est dépourvue de tout élément solide ou partie solide. Ainsi, la portion de sphère 100 constitue ou forme une ouverture annulaire 100 offrant un accès à 360° au centre 30 du lévitateur 16. De cette manière, l'accès au centre 30 du lévitateur 16 est possible sur l'ensemble du pourtour du lévitateur 16.
L'homme du métier comprendra que le dispositif acoustique 16 est destiné à être alimenté par une ou plusieurs alimentations sans que ces dernières ne fassent nécessairement partie intégrante de l'invention. En pratique, et de manière non limitative, les calottes 81, 82 sont destinées à être alimentées par une alimentation distincte de l'alimentation destinée à alimenter les stabilisateurs 91, 92. Le lévitateur 16 peut comprendre une unité de commande et/ou une unité de traitement sans que cette dernière ne fasse nécessairement partie intégrante de l'invention. L'unité de commande peut être agencée, entre autres, pour contrôler et/ou moduler les paramètres de sortie, par exemple une tension et/ou une fréquence et/ou une phase et/ou une puissance d'un signal destiné à alimenter un ou des émetteurs 20, de la ou des alimentations. A titre d'exemple non limitatif l'unité de commande peut être ou peut comprendre un microcontrôleur.
La lévitation d'objet sous l'effet d'ondes acoustiques fait apparaitre des instabilités et perturbations inhérentes au processus de mise en lévitation par ondes acoustiques, en particulier du fait des irrégularités géométriques de l'échantillon. En outre, sous certaines conditions expérimentales d'études de l'échantillon, en particulier lorsqu'il est chauffé ou a fortiori mis en fusion, des instabilités supplémentaires, tels que par exemple des flux de gaz chauds et la déformation géométrique de l'échantillon, apparaissent. Pour pallier ces instabilités et perturbations, les émetteurs 20 de la calotte 81, 82 de chacune des coupoles 41, 42 émettent une onde acoustique présentant une première fréquence fi et les émetteurs 20 du stabilisateur 91, 92 de chacune des coupoles 41, 42 émettent une onde acoustique présentant une fréquence f2 différente de fi. Selon le mode de réalisation non limitatif, les ondes acoustiques émises par les calottes 81, 82 présentent la même fréquence fl qui est de 40 kHz et les ondes acoustiques émises par les stabilisateurs 91, 92 présentent la même fréquence f2 qui est de 25 kHz. Cette caractéristique permet d'éviter le couplage entre les ondes acoustiques émises par les calottes 81, 82 et les ondes acoustiques émises par les stabilisateurs 91, 92. Ainsi, cette caractéristique permet de décorréler l'effet des calottes 81, 82 de l'effet des stabilisateurs 91, 92. Cette absence de couplage permet que l'agencement des calottes 81, 82 ait pour effet de mettre en lévitation l'objet en contrant la gravité. Cette absence de couplage permet que l'agencement des stabilisateurs 91, 92 ait pour effet de stabiliser latéralement l'objet en contrant les instabilités ou perturbations dans le plan horizontal. Ceci procure un contrôle accru de la lévitation et permet de confiner l'échantillon au centre 30 du lévitateur 16 en limitant, voire supprimant, les mouvements latéraux de l'échantillon. Il est à noter que la fréquence fi pourrait tout aussi bien être inférieure à la fréquence f2. L'homme du métier saura adapter les fréquences en fonction de la taille de l'échantillon destiné à léviter.
La lévitation d'objets liquides sous l'effet d'ondes acoustiques fait également apparaitre un écrasement ou un aplatissement vertical de l'échantillon sous l'effet de son propre poids et sous l'effet des ondes acoustiques, contrant l'effet de la gravité, assurant la lévitation de l'échantillon. Cet effet est inhérent aux dispositifs de lévitation acoustique de l'état de l'art. La caractéristique du dispositif de lévitation 1 selon laquelle les émetteurs 20 de la calotte 81, 82 de chacune des coupoles 41, 42 émettent une onde acoustique qui présentent une fréquence fi différente d'une fréquence f2 d'une onde émise par les émetteurs 20 du stabilisateur 91, 92 permet, en outre, de pallier à cet effet d'écrasement des pôles de l'échantillon en lévitation.
Les émetteurs 20 du second groupe 412, 422 d'émetteurs de chaque coupole 41, 42 sont agencés pour que les stabilisateurs 91, 92 forment au moins deux couples d'émetteurs 20. A titre d'exemple, l'utilisation de deux couples d'émetteurs permettra d'agir sur deux directions latérales, de préférence perpendiculaires. L'utilisation de trois couples d'émetteurs permettra d'agir sur trois directions latérales, de préférence formant un angle de 120° entre elles.
Selon le mode de réalisation, les stabilisateurs 91, 92 forment six couples 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 selon le mode de réalisation non limitatif. Deux couples d'émetteurs 20 suffisent à obtenir l'effet minimum escompté de stabilisation latérale contrôlée. Six couples 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 permettent un meilleur contrôle latéral de l'échantillon et offrent un bon compromis entre contrôle de la stabilisation latérale et complexité de l'électronique requis pour le contrôle des émetteurs 20 des couples 93, 94, 95, 96, 97, 98. Toutefois, rien ne s'oppose à utiliser un nombre plus important de couples d'émetteurs 20 pour offrir un contrôle de la stabilisation latérale accru. Chaque couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 est formé par deux sous-groupes 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 d'émetteurs 20 en vis-à-vis des seconds groupes 412, 422 d'émetteurs. Chaque couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs comprend un sous-groupe 931, 941, 951, 961, 971, 981 d'émetteurs 20 du stabilisateur 91 de la coupole 41 et un sous-groupe 932, 942, 952, 962, 972, 982 d'émetteurs 20 du stabilisateur 92 de la coupole 42. Les deux sous-groupes 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981 et 982 d'émetteurs 20 d'un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 sont situés de part et d'autre du plan médian. Un sous-groupe 931, 932, 941, 942, 951 d'émetteurs 20 d'un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 appartient au stabilisateur 91 d'une coupole 41 et est en vis-à-vis de l'autre sous-groupe 932, 942, 952, 962, 972, 982 d'émetteurs 20 du couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 qui appartient au stabilisateur 92 de l'autre coupole 42. Chaque sous-groupe 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 d'émetteurs 20 comprend au moins un émetteur 20. Chaque sous-groupe 931, 932, 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 d'émetteurs 20 comprend 9 émetteurs 20 selon le mode de réalisation non limitatif.
De manière avantageuse, les stabilisateurs 91, 92 sont agencés pour former au moins une paire de couples d'émetteurs 20. Selon le mode de réalisation dans lequel les stabilisateurs 91, 92 forment six couples 93 à 98 d'émetteurs 20, les stabilisateurs 91, 92 sont agencés, en outre, pour former trois paires 93-96, 94-97 et 95-98 de couples d'émetteurs 20. Chaque paire 93-96, 94-97, 95-98 de couples est agencée de sorte que chaque sous-groupe 931 à 981 d'un couple 93 à 98 d'une paire 93-96, 94-97, 95-98 de couples considérée soit situé en vis-à-vis d'un sous-groupe 932 à 982 de l'autre couple 93 à 98 de la paire de couples considérée. Autrement dit, selon le mode de réalisation, pour la paire de couples 93-96, le sous-groupe 931, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 93 est radia- lement opposé au sous-groupe 962, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 96 et le sous-groupe 961, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 96 est radialement opposé au sous-groupe 932, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 93. Pour la paire de couples 94-97, le sous-groupe 941, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 94 est radialement opposé au sous-groupe 972, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 97 et le sous-groupe 971, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 97 est radialement opposé au sous- groupe 942, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 94. Pour la paire de couples 95-98, le sous-groupe 951, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 95 est radialement opposé au sous-groupe 982, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 98 et le sous-groupe 981, qui est compris dans le stabilisateur 91, du couple 98 est radialement opposé au sous-groupe 952, qui est compris dans le stabilisateur 92, du couple 95.
L'agencement des couples 93 à 98 permet de stabiliser latéralement, c'est-à- dire perpendiculairement à l'axe de révolution 50, et de manière contrôlée, l'objet en lévitation en agissant sur l'objet en lévitation selon plusieurs directions latérales indépendamment. Il est à noter que cet effet est rendu possible du fait de l'absence de couplage entre les ondes acoustiques émises par les émetteurs 20 des calottes 81, 82 et les ondes acoustiques émises par les émetteurs 20 des stabilisateurs 91, 92.
Autrement dit, en considérant à titre d'exemple la paire 93-96 de couples 93, 96 d'émetteurs 20 dont les sous-groupes 931 et 932 de la paire 93 sont chacun radialement opposés, respectivement, au sous-groupe 962 et 961. La paire 93-96 de couples 93, 96, considérés indépendamment des autres paires 94-97, 95-98 de couples 94, 95, 96, 97, 98, permet de stabiliser latéralement l'objet en lévitation en agissant sur l'objet en lévitation selon la première direction latérale comprise dans le plan des FIGURES 4 et 5, comprenant le centre 30 du lévitateur 16, perpendiculaire à l'axe de révolution 50 et comprise dans le plan médian 70. Aussi, l'utilisation de la paire 93-96 de couples 93 et 96, permet de stabiliser latéralement l'objet en lévitation en agissant sur l'objet en lévitation selon la première direction latérale. La description faite au présent paragraphe est transposable aux autres paires 94-97 et 95-98 de couples 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 et aux directions latérales de stabilisation respectives.
De manière avantageuse, l'utilisation de la paire 93-96 de couples d'émetteurs 20, considérés indépendamment des autres paires 94-97, 95-98 de couples, permet d'améliorer encore davantage la stabilisation latérale de l'objet en lévitation en agissant sur l'objet en lévitation selon la première direction latérale. Dans ce cas, de manière préférée, une phase des ondes acoustiques émises par les émetteurs 20 des sous-groupes 931 et 932 du couple 93 est identique et une phase des acoustiques émises par les émetteurs 20 des sous-groupes 961 et 962 du couple 96 est identique. La description faite au présent paragraphe est transposable aux autres paires 94-97, 95-98 de couples d'émetteurs 20 et aux directions latérales de stabilisation respectives. Aussi, dans un mode de réalisation privilégié, une phase des ondes acoustiques émises par les émetteurs 20 des deux sous-groupes 931-932, 941-942, 951-952, 961-962, 971-972 et 981-982 de chacune des couples 93, 94, 95, 96, 97 et 98 est identique.
La lévitation d'objet sous l'effet d'ondes acoustiques engendre la rotation de l'objet à léviter du fait du changement de moment angulaire des ondes lorsqu'elles sont réfléchies et diffusées par l'échantillon. Pour pallier cette rotation, et en considérant le couple 93 d'émetteurs 20, la phase des ondes acoustiques émises par les sous-groupes 931, 932 d'émetteurs 20 diffère de la phase des ondes acoustiques émises par au moins un autre sous-groupe 941, 942, 951, 952, 961, 962, 971, 972, 981, 982 d'émetteurs 20 d'au moins un autre des couples 94, 95, 96, 97, 98. De préférence, pour contrer la rotation de l'objet, la phase des ondes acoustiques émises par les paires 93 et 96 de couples est identique et diffère de la phase des ondes acoustiques émises par au moins un des deux autres des couples 94-97 et 95-98. Selon le mode de réalisation non limitatif, de manière particulièrement avantageuse, chaque couple 93, 94 et 95 d'une paire de couples 93-96, 94,-97 et 95-98 émet une onde acoustique en opposition de phase avec l'autre des couples 96, 97 et 98 de la paire de couples considérée. Cette caractéristique permet également de stabiliser latéralement, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe de révolution, encore davantage l'objet en contrant les instabilités et perturbations inhérentes au processus de mise en lévitation par ondes acoustiques d'un objet destiné à léviter. Un tel lévitateur 16 permet donc de manipuler totalement un objet sans contact direct avec l'objet. Il est ainsi possible de positionner l'objet, c'est-à-dire de l'orienter, de le pivoter et/ou de le translater, pour permettre son observation et/ou son analyse et/ou de le soumettre à un traitement local sans recourir à une interaction directe avec ce dernier.
De manière encore plus avantageuse, pour pallier la rotation de l'objet à lévi- ter, il convient que la phase de l'onde acoustique émise par au moins un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 considéré soit supérieure ou inférieure à la phase de l'onde acoustique émise par un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 qui est adjacent, par rotation relativement à l'axe de révolution 50, au couple d'émetteurs considéré. De préférence encore, mais pas nécessairement, les deux couples 93-96, 94,-97 et 95-98 d'une paire de couples émettent des ondes acoustiques en opposition de phase et chacune des paires 93-96, 94,-97 et 95-98 de couples d'émetteurs 20 émet une onde acoustique dont la phase est supérieure ou inférieure à la phase de l'onde acoustique émise par la paire de couples d'émetteurs 20 qui lui est adjacente, par rotation selon le sens horaire ou antihoraire relativement à l'axe de révolution 50.
En outre, pour améliorer l'effet consistant à pallier la rotation de l'objet à lé- viter et/ou à mettre en rotation un objet destiné à léviter, il est avantageux, de préférence en combinant l'agencement des couples 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 et/ou l'agencement des paires de couples 93-96, 94,-97 et 95-98 d'émetteurs 20 tel que décrit ci-dessus, que la phase de l'onde acoustique émise par au moins un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 considéré augmente ou diminue par incrémentation successive d'un couple 93, 94, 95, 96, 97, 98 d'émetteurs 20 considéré à un couple d'émetteurs 20 qui lui est adjacent par rotation relativement à l'axe de révolution 50. De préférence encore, mais pas nécessairement, les couples 93-96, 94,-97 et 95-98 d'une paire de couples émettent des ondes acoustiques en opposition de phase et la phase de l'onde acoustique émise par chacune des paires 93-96, 94,-97 et 95-98 de couples d'émetteurs 20 augmente ou diminue par incrémentation successive d'une paire 93-96, 94,-97 et 95-98 de couples d'émetteurs 20 à une paire de couple 93-96, 94,-97 et 95-98 d'émetteurs 20 adjacente par rotation relativement à l'axe de révolution 50.
L'effet de la stabilisation de l'échantillon en fusion 18 en lévitation procuré par le dispositif de stabilisation 1 est illustré sur la FIGURE 6.
Les résultats illustrés sur la FIGURE 6 ont été obtenus par le système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion 13 selon l'invention afin d'illustrer les effets procurés par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention. Le temps, en secondes, est porté sur l'axe des abscisses et la température en degrés Celsius est portée sur l'axe des ordonnées de la FIGURE 6.
L'échantillon en fusion 18, c'est-à-dire la goutte de métal en fusion 18, est du Cuivre selon le mode de réalisation. En pratique, il s'agit de l'extrémité distale 31 du fil 3 qui est mise en fusion par le système de mise en fusion 14 pour former une goutte de métal liquide en fusion 18.
Le graphique de la FIGURE 6 illustre l'évolution de la température l'échantillon 18 en fusion maintenu en lévitation par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention, en fonction du temps.
L'échantillon en fusion 18 forme une gouttelette.
Ainsi, la mise en translation et/ou en rotation du mécanisme de déroule- ment/enroulement 4, de préférence par rapport à l'élément fixe 19, permet d'ajuster et/ou contrôler et/ou commander la position horizontale et/ou la position verticale de l'extrémité distale 31 du fil 3. Par conséquent, la position horizontale et/ou la position verticale de la goutte de métal en fusion 18 est également ajustable, en particulier pour qu'elle coïncide avec le centre 30 du lévitateur 16, de sorte à améliorer la stabilisation et/ le maintien en lévitation de la goutte de métal en fusion 18.
L'échantillon 18 en fusion est maintenu en lévitation, dans le lévitateur 16, par le dispositif de stabilisation 1, pendant une durée supérieure à 20 minutes. Les inventeurs ont observé que l'échantillon 18 en fusion peut être maintenue en lévitation sans limitation de temps par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention.
La FIGURE 6 démontre que les instabilités et perturbations de la lévitation inhérentes au processus de mise en lévitation par ondes acoustiques sont résolues par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention.
L'homme du métier comprendra que le maintien en lévitation de l'échantillon en fusion 18 sur de telles durées n'est possible qu'en présence du lévitateur 16.
Les photographies ou images illustrées sur les FIGURES 7 illustrent un échantillon 18 en fusion maintenue en lévitation par le dispositif 1 selon l'invention. Le fil 3, et donc la goutte en fusion 18, est en cuivre selon le mode de réalisation.
Les FIGURES 7A et 7B sont des images ou photographies acquises par un capteur photographique de type CCD (pour « Charge Coupled Device » en anglais. La FIGURE 7C illustre une photographie ou image obtenue dans le domaine infrarouge par un capteur CCD. Les clichés illustrés sur la FIGURE 7 ont été obtenus par le système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion 13 selon l'invention pour illustrer les effets procurés par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention.
Selon le mode de réalisation, on observe, sur chacune des photographies des FIGURES 7A à 7C, que le fil 3 est toujours relié par son extrémité 31 à l'échantillon 18 en fusion.
L'échantillon forme une gouttelette. On remarque sur les FIGURES 7, et en particulier sur la FIGURE 7C, que l'échantillon en fusion 18, c'est à dire la goutte de métal en fusion 18, est suspendu ou rattaché à l'extrémité distale 31 du fil 3 (représentée en pointillés). L'extrémité distale 31 du fil 3 est à plus basse température et reste à l'état solide.
Garder l'échantillon 18 en fusion rattaché à l'extrémité 31 du fil 3 permet de stabiliser encore davantage la lévitation de la gouttelette (l'échantillon) en fusion 18. Les forces capillaires contribuent à permettre à l'échantillon en fusion 18 de rester suspendue à l'extrémité 31 du fil 3. L'homme du métier comprendra que le maintien en lévitation de l'échantillon en fusion 31 n'est pas possible qu'en présence du lévi- tateur 16.
La tension de surface, ou les variations de tension de surface, de l'échantillon en fusion 18 en lévitation agissent comme des forces de rappel sur l'échantillon en fusion 18 en lévitation lorsque ce dernier tend, sous l'effets de déstabilisations, à se décaler par rapport à sa position d'équilibre.
L'homme du métier comprendra que l'obtention d'échantillon 18 en fusion et en lévitation n'est possible qu'en présence du lévitateur 16. En outre, au vu des FIGURE 7A à 7C, l'homme du métier comprendra que de telle géométrie d'échantillon en fusion et en lévitation 31, en particulier de telle gouttelettes sphériques 31, ne peuvent être obtenues que par le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention.
En effet, les FIGURES 7A à 7C démontrent que le dispositif de stabilisation 1 selon l'invention permet, en outre, de contrer les instabilités supplémentaires, tels que par exemple les flux de gaz chauds et la déformation géométrique de l'échantillon.
En outre, la corolle observée sur la FIGURE 7C, illustre la régularité en température de l'échantillon en fusion 18 maintenu en lévitation et ce, même sur la périphérie de la gouttelette de Cuivre en fusion 18. La FIGURE 7C démontre l'effet de confinement contrôlé des gaz procurés par le lévitateur 16 acoustique selon l'invention, et en particulier selon le mode de réalisation non limitatif illustré sur la FIGURE 4 et décrit dans la présente description.
On remarque également sur les FIGUES 7A, 7B et 7C la présence d'un fort gradient de température à la jonction entre la gouttelette 18 et le fil 3.
La conservation du fil 3 à l'état solide à proximité de son extrémité 31 en fusion (à l'état liquide) est permise, selon l'invention, par la présence d'une zone de haute pression du champ acoustique au niveau de la jonction extrémité distale 31 du fil 3/gouttelette en fusion 18. Cette zone de haute pression est procurée par l'utilisation du lévitateur acoustique 16, en particulier par le lévitateur acoustique 16 selon l'invention.
Le champ acoustique généré par le lévitateur acoustique 16, et en particulier par le lévitateur acoustique 16 selon l'invention, outre confiner/maintenir l'échantillon en fusion 18 dans sa zone de lévitation, empêche également le métal liquide de l'échantillon en fusion 18 de remonter sur le fil 3 par capillarité. La coexistence de l'échantillon en fusion 18 au contact de l'extrémité 31 solide du fil 3 ne serait pas possible sans la présence du champ acoustique de lévitation.
Une distribution uniforme de la température dans l'échantillon sphérique en fusion 18, proche de celle qui serait obtenue en lévitation seule (sans le raccordement entre l'extrémité distale 31 du fil 3 et l'échantillon en fusion 18), est ainsi obtenue grâce au dispositif de stabilisation 1 selon l'invention.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, il est possible de combiner les différentes variantes et améliorations des modes de réalisation précédemment décrits.
De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion dans un lévitateur, dit dispositif, ledit dispositif comprend :
- un tube creux en matériau réfractaire, dit tube réfractaire, formant un guide à l'intérieur duquel est destiné à être disposé un fil constitué d'un métal ou d'un alliage métallique,
- un mécanisme de déroulement/enroulement du fil situé en amont du tube réfractaire, par rapport à une direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire, et agencé pour mettre en translation le fil dans le tube réfractaire,
- un dispositif de lévitation acoustique, dit lévitateur, comprenant une ouverture ou un passage, reliant l'extérieur à l'intérieur du lévitateur, à travers lequel le fil et/ou le tube creux en matériau réfractaire s'étend,
- un système de contrôle agencé et/ou programmé pour commander l'enroule- ment/déroulement du fil de sorte à contrôler la position d'une extrémité distale du fil hors du tube réfractaire et/ou à positionner l'extrémité distale du fil au centre du lévitateur.
2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le mécanisme de déroulement/enroulement du fil et/ou le tube réfractaire est agencé pour maintenir le fil rectiligne en aval dudit mécanisme de déroulement/enroulement.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mécanisme de déroulement/enroulement du fil comprend au moins une paire de galets rotatifs agencés pour enserrer le fil, ladite au moins une paire de galets rotatifs est agencée pour dérouler/enrouler le fil et/ou pour exercer une pression sur le fil.
4. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le mécanisme de déroulement/enroulement comprend un élément fixe et un élément mobile, un des galets de l'au moins une paire de galets est monté sur l'élément fixe et l'autre des galets de l'au moins une paire de galets est monté sur l'élément mobile, ledit élément mobile est agencé pour translater perpendiculairement à un axe de révolution du tube réfractaire.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, comprenant un moteur agencé pour mettre en rotation un ou chaque galet rotatif de l'au moins une paire de galets rotatifs.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 3 à 5, dans lequel un axe reliant un centre de chacun des deux galets rotatifs de l'au moins une paire de galets est perpendiculaire à un axe de révolution du tube réfractaire.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le mécanisme de déroulement/enroulement du fil est agencé pour moduler la pression exercée par les galets rotatifs sur le fil.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un tube creux supplémentaire, dit tube supplémentaire, formant un guide à l'intérieur duquel le fil est destiné à être disposé, le tube supplémentaire est disposé en amont du mécanisme de déroulement/enroulement du fil, par rapport à la direction reliant le mécanisme de déroulement/enroulement au tube réfractaire, et un axe de révolution du tube supplémentaire est principalement parallèle à l'axe de révolution du tube réfractaire.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le lévitateur comprend un ensemble d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, agencés pour émettre, chacun, une onde acoustique focalisée au centre du lévitateur, l'ensemble d'émetteurs est agencé pour obtenir des ondes acoustiques stationnaires dont une intensité est maximale au centre du lévitateur, le lévitateur comprend deux coupoles en vis-à-vis ; chaque coupole comprend :
- un premier groupe d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, formant une calotte s'étendant entre un pôle et un stabilisateur,
- un second groupe d'émetteurs à ultra-sons, dits émetteurs, formant le stabilisateur et s'étendant depuis la calotte en direction d'un plan du lévitateur, dit plan médian, qui est perpendiculaire à l'axe reliant le pôle de chacune des coupoles, dit axe de révolution, et qui est situé à équidistance des deux pôles ; les stabilisateurs sont agencés pour former au moins deux couples d'émetteurs comprenant, chacun, deux sous-groupes d'émetteurs radialement opposés dont un sous-groupe d'émetteurs du stabilisateur d'une coupole et un sous-groupe d'émetteurs du stabilisateur de l'autre coupole, chaque sous-groupe d'émetteurs comprend au moins un émetteur, les émetteurs de la calotte de chacune des coupoles sont agencés pour émettre une onde acoustique présentant une première fréquence fi et les émetteurs du stabilisateur de chacune des coupoles sont agencés pour émettre une onde acoustique présentant une fréquence f2 différente de fi, les deux sous-groupes d'émetteurs d'un des couples d'émetteurs sont agencés pour émettre des ondes acoustiques dont une phase diffère d'une phase des ondes acoustiques émises par les deux sous-groupes d'émetteurs d'un autre des couples.
10. Dispositif selon la revendication 9, comprenant une unité de commande agencée pour que la phase de l'onde acoustique émise par les au moins deux couples d'émet- teurs augmente ou diminue, par incrémentation successive, d'un couple d'émetteurs donné à un couple d'émetteurs adjacent.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la fréquence fi est supérieure ou inférieure à la fréquence f2 d'au moins 5 kHz.
12. Système de stabilisation et de production d'échantillons en fusion, dit système, ledit système comprend :
- le dispositif de stabilisation d'échantillons en fusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
- un système de mise en fusion d'une extrémité distale du fil destinée à être mise en fusion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000180067A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Fuji Electric Co Ltd 浮揚溶解装置とその合金製造方法
ES2533491T3 (es) * 2009-04-01 2015-04-10 Esab Ab Cabezal soldador y conjunto de cabezales soldadores para un sistema de soldadura por arco
CN104174842B (zh) * 2014-08-26 2016-06-08 李帅 一种基于交变磁场的金属丝材增材设备及增材方法
CN107175337A (zh) * 2017-05-22 2017-09-19 加拿大艾浦莱斯有限公司 一种基于等离子体雾化技术的金属粉末制备方法及其装置
CN112620656A (zh) * 2021-01-12 2021-04-09 无锡科技职业学院 一种新型金属丝熔融沉积的加工机构与工艺

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