FR2652981A1

FR2652981A1 - HOLLOW CATHODE PLASMA GENERATOR FOR THE TREATMENT OF PLASMA POWDERS.

Info

Publication number: FR2652981A1
Application number: FR8913018A
Authority: FR
Inventors: Vardelle Michel; Saray Istvan; Etienne; Fauchais Pierre; Leon; Jacques
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1991-04-12
Also published as: WO1991005449A1; EP0446337A1

Abstract

The generator is comprised of an anode (4), a hollow cathode (6) of which a first extremity (16) is facing the anode, means (28) for injecting into the hollow cathode through its second extremity a powder to be treated which is suspended in a carrier gas, and means (14) for performing a uniform annular distribution of the plasma around the first extremity of the cathode. Application to the treatment of surfaces and to extractive metallurgy.

Description

La présente invention concerne un générateur de plasma à cathode creuse pour le traitement de poudres par plasma. Elle s' applique notamment au traitement de surfaces ainsi qu'à la métallurgie extractive. The present invention relates to a hollow cathode plasma generator for the treatment of plasma powders. It is particularly applicable to surface treatment and extractive metallurgy.

On connaFt déjà, par le document
FR-A-2 514 223 qui est appelé par la suite document I et auquel on se réfèrera, un générateur de plasma à cathode creuse.We already know, by the document
FR-A-2 514 223 which is hereinafter referred to as document I and to which reference will be made, a hollow cathode plasma generator.

Ce générateur présente l'inconvénient de ne pas avoir un rendement pondéral satisfaisant. Par "rendement pondéral", on entend le rapport du poids de la poudre qui est effectivement recueillie sur la cible en projection ou traitée dans l'arc-pLasma en métallurgie extractive, au poids de la poudre qui est injectée dans La cathode creuse de ce générateur. This generator has the disadvantage of not having a satisfactory weight result. "Weight yield" means the ratio of the weight of the powder which is actually collected on the target in projection or treated in the plasma arc in extractive metallurgy, to the weight of the powder which is injected into the hollow cathode of this material. generator.

La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un générateur de plasma à cathode creuse dont le rendement pondéral est meilleur, ce qui lui permet de traiter plus de poudre que le générateur connu, mentionné plus haut. The present invention aims to overcome this disadvantage by providing a hollow cathode plasma generator whose weight yield is better, which allows it to process more powder than the known generator, mentioned above.

De façon précise, la présente invention a pour objet un générateur de plasma destiné au traitement d'une poudre par le plasma, ce générateur comprenant : - une anode, - une cathode creuse dont une première extrémité est
disposée en regard de l'anode, et - des moyens d'injection dans la cathode creuse, par la
deuxième extrémité de celle-ci, de la poudre en
suspension dans un gaz porteur, ce générateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de répartition annulaire uniforme du plasma autour de La première extrémité de la cathode, au niveau de cette première extrémité.Precisely, the subject of the present invention is a plasma generator intended for the treatment of a powder by the plasma, this generator comprising: an anode, a hollow cathode whose first end is
disposed opposite the anode, and - injection means in the hollow cathode, by the
second end of it, powder in
suspension in a carrier gas, this generator being characterized in that it further comprises means for uniform annular distribution of the plasma around the first end of the cathode, at this first end.

Lorsque le générateur objet de L'invention fonctionne, Les moyens de répartition annulaire uniforme permettent d'obtenir, au niveau de la première extrémité de ta cathode creuse, une couronne de pLasma telLe que cette première extrémité (qui, vue de face, a égatement une forme de couronne) et cette couronne de plasma soient concentriques. When the generator object of the invention operates, the uniform annular distribution means make it possible to obtain, at the first end of your hollow cathode, a crown of plasma such that this first end (which, seen from the front, has the same shape a crown shape) and this plasma crown are concentric.

En L'absence de ces moyens de répartition annuLaire uniforme, la couronne de plasma a tendance à 1 1excentration, d'où une "perte" de poudre entraînée dans les zones froides du jet de plasma
Avec Les moyens de répartition annulaire uniforme, il n'y a pas d'excentration et le rendement pondéral est donc amélioré.In the absence of such uniform annular distribution means, the plasma corona tends to be off-center, resulting in a "loss" of powder entrained in the cold areas of the plasma jet.
With the uniform annular distribution means, there is no off-centering and the weight yield is thus improved.

Il est à noter que si, au niveau de La preière extrémité de la cathode creuse, le plasma n'a pas ta forme d'une couronne (fermée) mais par exemple d'une demi-Lune, ou plus généralement d'une "couronne" présentant une ouverture, Les particules de poudre fuient par cette ouverture, d'où une perte de rendement pondéral. It should be noted that if, at the first end of the hollow cathode, the plasma does not have the shape of a crown (closed) but for example a half-moon, or more generally a " crown "having an opening, the powder particles leak through this opening, resulting in a loss of weight yield.

Pour l'obtention d'une couronne (fermée) de plasma au niveau de La première extrémité de la cathode creuse, il convient que la cathode creuse ait, en cette première extrémité, un diamètre intérieur (diamètre du trou que comporte la première extrémité) suffisamment faible pour une valeur donnée du courant cathodique, ou courant d'arc, et pour un débit de poudre donné, tout en ayant un diamètre extérieur assez petit (et donc une paroi assez fine) pour permettre un chauffage de la première extrémité conduisant à une émission thermoélectronique convenable. In order to obtain a (closed) plasma crown at the first end of the hollow cathode, the hollow cathode should have, at this first end, an inside diameter (diameter of the hole that the first end has). sufficiently low for a given value of the cathodic current, or arc current, and for a given powder flow rate, while having a relatively small outer diameter (and therefore a wall thin enough) to allow heating of the first end leading to a suitable thermoelectronic emission.

A titre purement indicatif et nullement limitatif, pour une intensité de courant cathodique supérieure à 250 A et pour un débit de L'ordre de 8009 de poudre par heure, le diamètre intérieur peut être de l'ordre de 1 mm et le diamètre extérieur de L'ordre de 2 mm ; pour une intensité de courant cathodique supérieure à 250 A et un débit de poudre de L'ordre de 1,5 kg/h, le diamètre intérieur peut être de l'ordre de 1,5 mm et le diamètre extérieur de L'ordre de 2,5 mm. As a purely indicative and non-limiting example, for a cathodic current intensity greater than 250 A and for a flow rate of about 8009 of powder per hour, the internal diameter may be of the order of 1 mm and the outer diameter of The order of 2 mm; for a cathode current intensity greater than 250 A and a powder flow rate of the order of 1.5 kg / h, the internal diameter can be of the order of 1.5 mm and the outer diameter of the order of 2.5 mm.

Bien entendu, on peut augmenter te diamètre intérieur et le diamètre extérieur si l'on augmente le courant cathodique.Of course, the inner diameter and the outer diameter can be increased if the cathode current is increased.

Pour obtenir une répartition annulaire uniforme du plasma, on peut utiliser des moyens de refroidissement uniforme du plasma autour de la première extrémité de La cathode, au niveau de cette première extrémité. To obtain a uniform annular distribution of the plasma, it is possible to use uniform plasma cooling means around the first end of the cathode, at this first end.

Un tel refroidissement du pLasma empêche La concentration de ce dernier sur un point de la cathode et permet d'obtenir la répartition annulaire uniforme voulue. Such plasma cooling prevents concentration of the plasma at a point on the cathode and provides the desired uniform annular distribution.

Selon un mode de réalisation particulier du générateur objet de L'invention, les moyens de refroidissement comprennent, entre la cathode et
L'anode, une pièce annulaire conductrice de
L'électricité et de La chaleur, électriquement isolée du reste du générateur et munie de moyens de circulation d'un fluide réfrigérant, et la première extrémité de ta cathode est placée sur l'axe de La pièce, au voisinage de cette dernière.According to a particular embodiment of the generator that is the subject of the invention, the cooling means comprise, between the cathode and
The anode, an annular conductive piece of
Electricity and heat, electrically isolated from the rest of the generator and provided with means for circulating a refrigerant, and the first end of the cathode is placed on the axis of the room, in the vicinity of the latter.

La pièce annulaire peut comprendre un convergent-divergent, La première extrémité de la cathode étant placée au niveau de la jonction du convergent et du divergent. The annular piece may comprise a convergent-divergent, the first end of the cathode being placed at the junction of convergent and divergent.

SeLon un mode de réalisation préféré du générateur objet de l'invention, en vue d'éviter le dépôt de particuLes de poudre fondues à L'intérieur de la cathode, au niveau de la première extrémité de celle-ci, ce générateur comprend en outre des moyens d'accélération des particules de poudre, particules qui se trouvent près de la face interne de ta cathode creuse, au voisinage de La première extrémité de celle-ci. According to a preferred embodiment of the generator that is the subject of the invention, in order to prevent the deposition of particles of molten powder inside the cathode, at the first end thereof, this generator also comprises means for accelerating the powder particles, particles which are near the inner face of your hollow cathode, in the vicinity of the first end thereof.

Ces moyens d'accélération peuvent comprendre - un tube centraL qui est placé dans La cathode creuse
suivant l'axe de celle-ci, dont une extrémité est
située dans la cathode creuse à proximité de la
première extrémité de celle-ci et dont L'autre
extrémité est reliée aux moyens d'injection de la
poudre en suspension dans le gaz porteur, et - des moyens d'injection d'un gaz en La deuxième
extrémité de La cathode creuse, entre La face interne
de ceLle-ci et la face externe du tube centraL.These acceleration means may comprise - a central tube which is placed in the hollow cathode
along its axis, one end of which is
located in the hollow cathode near the
first end of it and whose other
end is connected to the injection means of the
powder suspended in the carrier gas, and - injection means of a gas in the second
end of the hollow cathode, between the inner face
from this and the outer face of the central tube.

Alors, de préférence, la pression du gaz
5 porteur est au moins égale à environ 8.10 Pa.So, preferably, the pressure of the gas
The carrier is at least about 8.10 Pa.

Dans une réalisation préférée de L'invention, la cathode étant prolongée par une tuyère en direction de l'anode, te générateur comprend en outre, entre les moyens de répartition annulaire uniforme du plasma et l'anode, une zone à vortex comprenant au moins une chambre à vortex dans laque île est injecté le gaz servant à engendrer le plasma et Le diamètre de chaque chambre à vortex est au moins égal à environ quatre fois Le diamètre de La tuyère. In a preferred embodiment of the invention, the cathode being extended by a nozzle towards the anode, the generator further comprises, between the uniform annular distribution means of the plasma and the anode, a vortex zone comprising at least A vortex chamber in the island is injected with the gas for generating the plasma and the diameter of each vortex chamber is at least about four times the diameter of the nozzle.

On évite ainsi que la poudre ne vienne se coller sur les parois de La tuyère du générateur. This prevents the powder from sticking to the walls of the nozzle of the generator.

Chaque chambre à vortex peut être délimitée par une paroi périphérique percée de canaux débouchant dans La chambre tangentiellement à la face interne de cette paroi. Each vortex chamber may be delimited by a peripheral wall pierced with channels opening into the chamber tangentially to the inner face of this wall.

L'anode du générateur objet de la présente invention peut être réalisée de diverses façons, suivant les applications envisagées :
Dans une réalisation particulière, la cathode étant prolongée par une tuyère en direction de L'anode, cette anode prolonge la tuyère et comporte un perçage qui présente une symétrie de révolution autour d'un axe confondu avec celui de la tuyère et dont le diamètre est supérieur à celui de la tuyère.The anode of the object generator of the present invention can be realized in various ways, according to the envisaged applications:
In a particular embodiment, the cathode being extended by a nozzle in the direction of the anode, this anode extends the nozzle and comprises a bore which has a symmetry of revolution about an axis coincident with that of the nozzle and whose diameter is greater than that of the nozzle.

De cette façon, on évite que la poudre ne vienne se coLler sur L'anode ainsi réalisée. In this way, it is avoided that the powder comes to focus on the anode thus produced.

Dans une autre réalisation particulière, le générateur comprend en outre des moyens de production d'un jet de plasma auxiliaire, ce jet étant perpendiculaire à L'axe de la cathode creuse et constituant l'anode du générateur. In another particular embodiment, the generator further comprises means for producing an auxiliary plasma jet, this jet being perpendicular to the axis of the hollow cathode and constituting the anode of the generator.

De cette façon, on évite aussi le collage de particules de poudre sur l'anode. In this way, it also avoids sticking of powder particles on the anode.

Dans une autre réalisation particulière, le générateur comprend au moins un tube électriquement conducteur qui joue le rôle d'anode, dont l'axe est perpendiculaire à L'axe de La cathode creuse et qui est placé de façon à être tangent à la colonne de plasma que Le générateur est apte à produire, et des moyens de mise en rotation du tube autour de son axe. In another particular embodiment, the generator comprises at least one electrically conductive tube which plays the role of anode, whose axis is perpendicular to the axis of the hollow cathode and which is placed so as to be tangent to the column of plasma that the generator is able to produce, and means for rotating the tube about its axis.

De cette façon, on évite encore Le collage de particules de poudre sur L'anode. In this way, the bonding of powder particles onto the anode is still avoided.

Enfin, dans une application particulière de l'invention à la métallurgie extractive, le générateur peut comprendre, en regard de La cathode, une électrode destinée à être portée à un potentiel électrique supérieur à celui auquel est portée la cathode, le traitement de la poudre, meme de type oxyde, par le générateur conduisant à un matériau électriquement conducteur qui se forme sur l'électrode, l'anode étant constituée par ce matériau formé sur
L'éLectrode.Finally, in a particular application of the invention to extractive metallurgy, the generator may comprise, facing the cathode, an electrode intended to be raised to an electrical potential greater than that to which the cathode is carried, the treatment of the powder , even of oxide type, by the generator leading to an electrically conductive material which is formed on the electrode, the anode being formed by this material formed on
The electrode.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de La description suivante d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur Lesquels :
- La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation particulier du générateur objet de l'invention,
- ta figure 2 est la coupe Il-Il de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue schématique de l'extrémité de la cathode creuse que comporte le générateur représenté sur la figure 1,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique d'un diffuseur, ou chambre, de gaz à vortex que comporte le générateur représenté sur la figure 1,
- la figure 5 illustre schématiquement et partiellement un générateur conforme à l'invention, qui comporte deux chambres à vortex au Lieu d'une seule,
- La figure 6 est une vue schématique d'un générateur conforme à L'invention dans lequel l'anode est réalisée au moyen d'un jet de plasma,
- la figure 7 est une vue schématique d'un autre générateur conforme à L'invention, dans lequel
L'anode est réalisée au moyen d'un tube rotatif et électriquement conducteur, et
- La figure 8 illustre schématiquement un autre générateur conforme à L'invention, dans lequel l'anode est constituée par le matériau résultant du traitement d'une poudre par ce générateur.The present invention will be better understood on reading the following description of exemplary embodiments given purely by way of indication and in no way limitative, with reference to the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a particular embodiment of the generator that is the subject of the invention,
FIG. 2 is the section II-II of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of the end of the hollow cathode included in the generator shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a diffuser, or chamber, of vortex gas included in the generator shown in FIG. 1;
FIG. 5 schematically and partially illustrates a generator according to the invention, which comprises two vortex chambers instead of one,
FIG. 6 is a schematic view of a generator according to the invention in which the anode is produced by means of a plasma jet,
FIG. 7 is a schematic view of another generator according to the invention, in which
The anode is made by means of a rotary tube and electrically conductive, and
- Figure 8 schematically illustrates another generator according to the invention, wherein the anode is constituted by the material resulting from the treatment of a powder by this generator.

Le mode de réalisation particulier du générateur objet de L'invention, qui est représenté schématiquement en coupe longitudinale sur la figure 1, a globalewtent une symétrie de révolution autour d'un axe X et comprend un corps métallique 2, une anode 4 et une cathode creuse 6. The particular embodiment of the object generator of the invention, which is schematically represented in longitudinal section in FIG. 1, generally has a symmetry of revolution about an axis X and comprises a metal body 2, anode 4 and a cathode digs 6.

L'anode 4 est au même potentiel que le corps 2 et se trouve à une extrémité de ce corps. L'anode 4 comporte un perçage 8 suivant L'axe X. The anode 4 is at the same potential as the body 2 and is at one end of this body. The anode 4 has a hole 8 along the X axis.

La cathode creuse 6 est un tube d'axe X qui est placé dans Le corps 2. Ce tube est inséré dans un porte-cathode métalLique 10 et l'extrémité de ce tube, qui se trouve du côté de l'anode 4, dépasse du portecathode 10 et a une forme conique convergeant vers l'anode. Le porte-cathode 10 est inséré dans un fourreau électriquement isolant 12, par exemple fait d'une matière plastique telle que ceLLe qui est commercialisée sous le nom DELRIN. The hollow cathode 6 is an X-axis tube which is placed in the body 2. This tube is inserted into a metal-cathode holder 10 and the end of this tube, which is on the side of the anode 4, exceeds portecathode 10 and has a conical shape converging towards the anode. The cathode holder 10 is inserted into an electrically insulating sleeve 12, for example made of a plastic such as that which is marketed under the name DELRIN.

Le fourreau 12 est lui-même inséré dans Le corps 2. The sheath 12 is itself inserted into the body 2.

Pour traiter une poudre au moyen du générateur représenté sur la figure 1, on mélange celle-ci à un gaz porteur, par exemple de l'argon, et l'on injecte ce mélange dans la cathode creuse par t'autre extrémité de celle-ci. To treat a powder by means of the generator shown in FIG. 1, the latter is mixed with a carrier gas, for example argon, and this mixture is injected into the hollow cathode through the other end of the cathode. this.

Cette cathode creuse 6 est faite d'un matériau, par exemple le tungstène thorié, qui est apte à émettre des électrons lorsqu'il est chauffé (émission thermo-ionique), ces électrons contribuant, de façon connue, à la formation du plasma (engendré par un gaz tel que L'argon, lorsque l'anode est portée à un potentiel approprié, supérieur au potentiel auquel est portée ta cathode). This hollow cathode 6 is made of a material, for example thoriated tungsten, which is capable of emitting electrons when it is heated (thermionic emission), these electrons contributing, in known manner, to the formation of the plasma ( generated by a gas such as argon, when the anode is brought to a suitable potential, higher than the potential to which is carried the cathode).

Le générateur schématiquement représenté sur la figure 1 comprend en outre, entre L'anode et
L'extrémité de ta cathode qui est en regard de cette anode, une pièce annulaire 14 prévue pour refroidir le plasma au voisinage de cette extrémité de La cathode.The generator schematically shown in FIG. 1 further comprises, between the anode and
The end of the cathode which is opposite this anode, an annular piece 14 provided for cooling the plasma in the vicinity of this end of the cathode.

Cette pièce, qui présente une symétrie de révolution autour de l'axe X, est métallique et donc électriquement et thermiquement conductrice. De plus, elle est électriquement isolée du reste du générateur représenté sur La figure 1 et elle est Laissée à un potentiel flottant. Elle est refroidie par circulation d'un fluide réfrigérant tel que l'eau. This piece, which has a symmetry of revolution around the X axis, is metallic and therefore electrically and thermally conductive. In addition, it is electrically isolated from the rest of the generator shown in Figure 1 and is left at a floating potential. It is cooled by circulation of a refrigerant such as water.

Cette pièce 14 forme un convergent-divergent,
L'extrémité 16 de la cathode, qui est en regard de L'anode, étant située au niveau de la jonction entre le convergent et Le divergent.This piece 14 forms a convergent-divergent,
The end 16 of the cathode, which is opposite the anode, being located at the junction between the convergent and the diverging.

La distance e (figure 3) entre cette extrémité et cette jonction est faible, inférieure ou égale a 1 m. The distance e (FIG. 3) between this end and this junction is weak, less than or equal to 1 m.

Il convient de souligner qu'aucun gaz n'est injecté dans la chambre située entre ta pièce 14 et la cathode afin de ne pas refroidir l'extrémité de ta cathode et d'éviter un accrochage ponctuel. It should be emphasized that no gas is injected into the chamber located between the part 14 and the cathode so as not to cool the end of your cathode and to avoid punctual attachment.

I1 convient d'éviter le collage de La poudre sur ta face interne de I'extrémité 16 de la cathode. Un tel collage a lieu avec les particules de poudre dont la vitesse est quasiment nulle. En effet, Les particules de poudre qui se déposent sont celles qui ne possèdent pas suffisamment d'impulsion pour entrer dans
Le pLasma et qui ont tendance soit à se déposer sur la face interne de celLe-ci, soit à rester en L'extrémité 16 de La cathode creuse où elles sont fondues et restent colLées
SeLon La Loi de POISEUILLE, ces particules proviennent de La zone périphérique de L'intérieur de la cathode creuse, zone dans laquelle La vitesse du gaz porteur est quasiment nulle, et la quantité de particules dont la vitesse est quasiment nulle est inversement proportionnelle au diamètre intérieur de la cathode creuse.Cette quantité est donc d'autant plus importante que ce diamètre intérieur est petit.It is advisable to avoid sticking the powder on the inside of the end of the cathode. Such bonding takes place with powder particles whose speed is almost zero. In fact, the powder particles that are deposited are those that do not have enough momentum to enter
The plasma and which have a tendency to be deposited on the inner face thereof, or to remain at the end 16 of the hollow cathode where they are melted and remain collated.
According to the law of POISEUILLE, these particles come from the peripheral zone of the interior of the hollow cathode, zone in which the speed of the carrier gas is practically nil, and the quantity of particles whose velocity is almost zero is inversely proportional to the diameter This quantity is therefore all the more important as this inner diameter is small.

Afin d'éliminer ces particules lentes, on les réaccélère au moyen d'un écoulement de gaz que L'on fait circuler au voisinage de la face interne de la cathode creuse. In order to remove these slow particles, they are reaccelerated by means of a flow of gas which is circulated in the vicinity of the inner face of the hollow cathode.

A cet effet, un tube central 18 d'axe X (figure 3) est placé dans la cathode creuse 6. Une extrémité de ce tube central 18 dépasse de l'autre extrémité 20 de la cathode creuse (figure 1) tandis que l'autre extrémité du tube 18 se trouve dans la cathode creuse 6, au niveau de L'extrémité 16 de celle-ci. Le diamètre extérieur du tube 18 est tel qu'il existe un espace entre ce tube 18 et ta face interne de la cathode creuse tout le long de cette cathode creuse. For this purpose, a central tube 18 of X axis (Figure 3) is placed in the hollow cathode 6. One end of this central tube 18 protrudes from the other end 20 of the hollow cathode (Figure 1) while the Another end of the tube 18 is in the hollow cathode 6, at the end 16 of the latter. The outer diameter of the tube 18 is such that there is a space between this tube 18 and the inner face of the hollow cathode all along this hollow cathode.

On voit sur la figure 3 que le diamètre intérieur de la cathode creuse est plus faible en l'extrémité 16 de celle-ci que dans le reste de la cathode creuse. En cette extrémité 16, il existe ainsi un faible espace entre Le tube 18 et la face interne de la cathode creuse. Le tube 18 est maintenu en place au moyen d'une pièce de centrage en forme de bague 22 que le tube 18 traverse et qui est insérée dans La cathode creuse 6, par exemple au voisinage de L'extrémité 16 de celle-ci. Bien entendu, cette bague 22 est percée suivant l'axe X pour permettre le passage du gaz de réaccélération. It can be seen in FIG. 3 that the inside diameter of the hollow cathode is lower at the end 16 of this cathode than in the remainder of the hollow cathode. At this end 16, there is thus a small gap between the tube 18 and the inner face of the hollow cathode. The tube 18 is held in place by means of a ring-shaped centering piece 22 which the tube 18 passes through and which is inserted into the hollow cathode 6, for example in the vicinity of the end 16 thereof. Of course, this ring 22 is pierced along the axis X to allow the passage of the re-accelerating gas.

On voit sur la figure 1 que L'extrémité 20 de la cathode creuse débouche dans une chambre 24 ménagée dans le porte-cathode 10. Un conduit 26 communique d'un coté avec cette chambre 24 et de l'autre avec des moyens d'alimentation en gaz de réaccélération, ce gaz étant par exemple l'argon. It can be seen in FIG. 1 that the end 20 of the hollow cathode opens into a chamber 24 formed in the cathode holder 10. A conduit 26 communicates on one side with this chamber 24 and on the other with means for supply of reacceleration gas, this gas being for example argon.

Le tube central 18 se prolonge au-delå de l'extrémité 20 de la cathode creuse et se raccorde à une extrémité d'un autre tube 28 grâce à des moyens de raccord appropriés 30. The central tube 18 extends beyond the end 20 of the hollow cathode and connects to one end of another tube 28 by means of suitable coupling means 30.

L'autre extrémité de ce tube 28 est raccordée à des moyens 32 permettant l'obtention du mélange de poudre et de gaz porteur. Ainsi ce mélange est-iL injecté dans le plasma par l'intermédiaire du tube central 18 tandis qu'un courant de gaz de réaccéleration circule dans La cathode creuse, autour du tube 18. The other end of this tube 28 is connected to means 32 for obtaining the mixture of powder and carrier gas. Thus, this mixture is injected into the plasma via the central tube 18 while a stream of re-acceleration gas circulates in the hollow cathode around the tube 18.

Dans certaines applications du générateur représenté sur la figure 1, on utiLise une cathode creuse dont te diamètre extérieur maximum ne dépasse pas 4 mm afin de Limiter la puissance électrique consommée. Ceci implique L'utilisation d'un tube central 18 dont le diamètre extérieur est inférieur à 1 mm, par exemple de l'ordre de 0,6 à 0,8 mm et donc l'utilisation de moyens 32, appelés "distributeur de poudre", dans Lesquels ta pression du gaz porteur est supérieure à 8.10 Pa, afin d'augmenter le débit de poudre transportée (avec un débit de gaz porteur faible pour ne pastrop perturber Le plasma, en limitant la
Longueur de la zone froide au centre de la colonne de plasma créée à partir de la cathode creuse où L'arc plasma "éclate" en couronne) et la quantité de mouvement des particules de poudre (pour Limiter les phénomènes de collage).In certain applications of the generator shown in FIG. 1, a hollow cathode whose maximum outside diameter does not exceed 4 mm is used in order to limit the electrical power consumed. This involves the use of a central tube 18 whose outer diameter is less than 1 mm, for example of the order of 0.6 to 0.8 mm and therefore the use of means 32, called "powder distributor in which the pressure of the carrier gas is greater than 8.10 Pa, in order to increase the flow of powder transported (with a low carrier gas flow rate so as not to disturb the plasma, by limiting the
Length of the cold zone at the center of the plasma column created from the hollow cathode where the plasma arc "bursts" into a ring) and the momentum of the powder particles (to limit the phenomena of sticking).

A cet effet, on utilise un distributeur de poudre qui est du genre de celui qui est représenté sur
La figure 9 du document I ou du genre de ceux que l'on trouve dans Le commerce, mais convenablement renforcé
5 pour supporter une pression supérieure à 8.10 Pa.For this purpose, a powder dispenser is used which is of the kind shown on
Figure 9 of Document I, or of the kind found in Trade, but suitably reinforced
5 to withstand a pressure greater than 8.10 Pa.

Le générateur de plasma schématiquement représenté sur la figure 1 comprend également, entre la piéce 14 et l'anode 4, une chambre à vortex 34 et, entre cette chambre à vortex 34 et L'anode 4, une pluralité de segments annulaires 36 éLectriquement conducteurs, par exemple en cuivre, qui sont électriquement isolés les uns des autres ainsi que du reste du générateur et laissés à un potentiel électrique flottant. The plasma generator schematically shown in FIG. 1 also comprises, between the piece 14 and the anode 4, a vortex chamber 34 and, between this vortex chamber 34 and the anode 4, a plurality of electrically conductive annular segments 36. , for example copper, which are electrically isolated from each other as well as the rest of the generator and left to a floating electrical potential.

L'axe de la chambre à vortex 34 et des segments annulaires 36 est L'axe X. Le diamètre intérieur des segments annulaires 36 est égal au diamètre de L'extrémité du divergent de la piéce 14, divergent qui est tourné vers Les segments 36. The axis of the vortex chamber 34 and annular segments 36 is the X axis. The inside diameter of the annular segments 36 is equal to the diameter of the diverging end of the diverging piece 14 which faces the segments 36. .

Ce divergent et le canal délimité par Les segments annulaires 36 forment la tuyère du générateur de La figure 1, cette tuyère se prolongeant par le perçage de l'anode 4. This divergent and the channel delimited by the annular segments 36 form the nozzle of the generator of FIG. 1, this nozzle being prolonged by the piercing of the anode 4.

La chambre à vortex 34 est délimitée, d'un côté, par la pièce 14 et de L'autre côté, par l'un des segments annulaires, qui porte la référence 36a sur la figure 1. Les autres segments annulaires 36 ont tous le meme diamètre extérieur. Le rôle de ces segments annulaires est d'allonger La tuyère en évitant les courts-circuits parasites arc-tuyère. Ceci implique que leur longueur t soit teLle que

où E est te champ électrique dans le segment (fonction du diamètre de celui-ci, de la nature du gaz plasmagène et de l'efficacité du vortex) et VA et V sont
A C respectivement Les chutes de tension anodique et cathodique. Une règle simple qui peut être appliquée est qu'en général l < d, d étant le diamètre du segment.The vortex chamber 34 is delimited, on one side, by the piece 14 and on the other side, by one of the annular segments, which bears the reference 36a in FIG. 1. The other annular segments 36 all have the same outside diameter. The role of these annular segments is to lengthen the nozzle by avoiding arc-nozzle interference short circuits. This implies that their length t is the same as

where E is the electric field in the segment (depending on the diameter of the segment, the nature of the plasma gas and the efficiency of the vortex) and VA and V are
AC respectively Anodic and cathodic voltage drops. A simple rule that can be applied is that in general l <d, d being the diameter of the segment.

Le segment 36a a un diamètre extérieur supérieur à celui des autres segments 36.The segment 36a has an outer diameter greater than that of the other segments 36.

La chambre à vortex 34 est en outre délimitée à sa périphérie par une bague annulaire 38 électriquement isolante, qui est pourvue de perçages permettant l'arrivée, dans la chambre à vortex 34, d'un gaz teL que l'argon, destiné à engendrer Le plasma. The vortex chamber 34 is further delimited at its periphery by an annular electrically insulating ring 38, which is provided with holes allowing the arrival, in the vortex chamber 34, of a gas such as argon, intended to generate The plasma.

Une chambre annulaire 40 est prévue entre la bague annulaire 38 et le corps 2 du générateur. Le gaz destiné à engendrer le plasma arrive dans cette chambre 40 par Itintermédiaire de conduits appropriés, prévus dans te corps 2 du générateur. A partir de la chambre annulaire 38, ce gaz passe dans La chambre à vortex 34, grâce aux perçages dont est pourvue la bague annulaire 38. Ces perçages sont conçus de façon à obtenir un écoulement tourbillonnaire du gaz dans La chambre 34. An annular chamber 40 is provided between the annular ring 38 and the body 2 of the generator. The gas for generating the plasma arrives in this chamber 40 through suitable conduits provided in the body 2 of the generator. From the annular chamber 38, this gas passes into the vortex chamber 34, thanks to the holes provided with the annular ring 38. These holes are designed to obtain a swirling flow of gas in the chamber 34.

Le diamètre intérieur de la chambre à vortex est au moins quatre fois plus grand que le diamètre intérieur des segments annulaires 36 et 36a. On voit sur la figure 4 que les perçages de la bague annulaire 38 sont constitués par des canaux 42 obliques qui arrivent tangentiellement sur la face interne de la bague annulaire 38. On utilise de préférence au moins une douzaine de tels canaux 42. Le diamètre de chacun de ces canaux est choisi de façon que la vitesse de l'argon injecté à travers ces canaux soit au moins de l'ordre de 200 m par seconde. The inside diameter of the vortex chamber is at least four times larger than the inside diameter of the annular segments 36 and 36a. It can be seen in FIG. 4 that the holes in the annular ring 38 are constituted by oblique channels 42 which arrive tangentially on the internal face of the annular ring 38. Preferably, at least a dozen such channels 42 are used. each of these channels is chosen so that the speed of the argon injected through these channels is at least of the order of 200 m per second.

En injectant ainsi le gaz générateur de plasma de façon tourbillonnaire au-delà de la pièce de refroidissement 14, on évite le collage de particules de poudre sur les parois de la tuyère du générateur, collage qui se produirait, en L'absence de chambre à vortex, du fait que le jet de poudre injecté dans Le plana suivant l'axe X a tendance à diverger, des particules de poudre s'échappant ainsi de la colonne de plasma et venant se coller sur les parois de la tuyère. By thus injecting the plasma-generating gas swirling way beyond the cooling part 14, it avoids the sticking of powder particles on the walls of the nozzle of the generator, bonding which would occur, in the absence of chamber to vortex, because the jet of powder injected into the plana along the X axis tends to diverge, powder particles thus escaping from the plasma column and sticking to the walls of the nozzle.

En effet, les particules restent confinées d'abord par (puis dans) la colonne de plasma qui, au voisinage de la cathode, est un cylindre creux et qui se referme progressivement. La viscosité du cylindre de plasma et sa quantité de mouvement élevée empêchent les particules de diverger, les entraînant à pénétrer progressivement dans la colonne de plasma lorsqu'elle se referme sur elle-même plus en aval dans la tuyère. Indeed, the particles are confined first by (then in) the plasma column which, in the vicinity of the cathode, is a hollow cylinder and which closes progressively. The viscosity of the plasma cylinder and its high momentum prevent particles from diverge, causing them to progressively penetrate the plasma column as it closes on itself further downstream in the nozzle.

Cependant pour éviter que cette colonne de pLasma vienne trop rapidement au voisinage de la paroi où les particules pourraient se colLer, Le vortex est alors nécessaire pour provoquer une meilleure constriction de
La colonne de plasma au centre de la tuyère.However, to prevent this plasma column from coming too close to the wall where the particles could stick, the vortex is then needed to cause a better constriction of the plasma.
The plasma column in the center of the nozzle.

L'utilisation de La chambre à vortex permet d'augmenter la quantité de gaz froid au voisinage de la paroi de la tuyère et d'obtenir une bonne constriction de la colonne de plasma. The use of the vortex chamber makes it possible to increase the amount of cold gas in the vicinity of the wall of the nozzle and to obtain a good constriction of the plasma column.

On voit sur La figure 1 que le diamètre du perçage 8 de l'anode 4 est supérieur au diamètre intérieur des segments annuLaires 36 et 36a et vaut par exemple de l'ordre de 1,2 à 1,5 fois ce diamètre intérieur des segments annuLaires 36 et 36a. On évite ainsi aux particules de poudre qui sont fortement accélérées dans le plasma de venir se fixer sur la face interne de L'anode. FIG. 1 shows that the diameter of the bore 8 of the anode 4 is greater than the inside diameter of the annular segments 36 and 36a and is, for example, of the order of 1.2 to 1.5 times this inner diameter of the segments Annuaries 36 and 36a. This prevents powder particles which are highly accelerated in the plasma from being fixed on the internal face of the anode.

Les segments annulaires 36 et 36a sont isolés
Les uns des autres et de l'anode 4 au moyen de minces couronnes de mica 44 (figure 3) dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre intérieur des segments 36 et 36a. De plus, La périphérie du segment 36a est en regard d'un épaulement intérieur circulaire du corps 2 et ce segment 36a est électriquement isolé de cet épaulement au moyen d'une bague électriquement isolante qui se trouve à la périphérie du segment 36a et qui nlest pas représentée sur la figure 1.The annular segments 36 and 36a are isolated
Each other and the anode 4 by means of thin crowns of mica 44 (Figure 3) whose inner diameter is at least equal to the inner diameter of the segments 36 and 36a. In addition, the periphery of the segment 36a is opposite a circular inner shoulder of the body 2 and this segment 36a is electrically isolated from this shoulder by means of an electrically insulating ring which is at the periphery of the segment 36a and which is not shown in Figure 1.

Sur cette figure 1, on voit que l'anode 4, Le corps 2, les segments annulaires 36 et 36a, la pièce de refroidissement 14 et La cathode 6 ainsi que le portecathode 10 sont refroidis par circulation d'un fluide réfrigérant tel que l'eau. A cet effet, le corps 2 est pourvu d'un conduit 46 permettant l'arrivée de l'eau et d'un conduit 48 permettant la sortie de l'eau, l'ensembLe du générateur étant pourvu de diverses chambres et de divers conduits intérieurs permettant les refroidissements en question. In this figure 1, it can be seen that the anode 4, the body 2, the annular segments 36 and 36a, the cooling part 14 and the cathode 6 as well as the cathode port 10 are cooled by circulating a refrigerant such as 'water. For this purpose, the body 2 is provided with a conduit 46 allowing the arrival of water and a conduit 48 for the outlet of the water, the assembly of the generator being provided with various chambers and various conduits. interiors allowing the cooling in question.

Bien entendu, des joints d'étanchéité 50 sont placés aux endroits appropriés pour empêcher que l'eau ne s'introduise dans Les divers espaces où circulent les différents gaz utilisés dans le générateur représenté sur la figure 1. Of course, seals 50 are placed in appropriate places to prevent water from entering the various spaces where the different gases used in the generator shown in FIG. 1 flow.

En particulier, au niveau des segments annulaires 36 et 36a, L'étanchéité à l'eau est obtenue grace à deux joints toriques 52, l'un de ceux-ci étant compris entre L'anode et le segment 36 adjacent, et l'autre, entre Le segment 36a et Le segment 36 adjacent De plus, les minces couronnes de ica 44 sont collées aux segments annulaires et La colle, qui déborde à la périphérie de ces minces couronnes 44, permet d'obtenir l'étanchéité nécessaire entre Les segments 36. In particular, at the annular segments 36 and 36a, the watertightness is obtained thanks to two O-rings 52, one of these being between the anode and the adjacent segment 36, and the Another, between the segment 36a and the adjacent segment 36 In addition, the thin crowns of ica 44 are glued to the annular segments and the adhesive, which overflows the periphery of these thin rings 44, provides the necessary seal between segments 36.

On notera que Les divers segments annulaires permettent l'allongement de La colonne de plasma. It will be noted that the various annular segments allow the elongation of the plasma column.

Au lieu d'utiliser une seule chambre à vortex, on peut en utiliser au moins deux comme on Le voit sur la figure 5. Ces chambres à vortex sont adjacentes et séparées l'une de l'autre par un segment annulaire 36b du genre du segment 36a de La figure 1, tandis que la chambre à vortex qui est La plus proche de l'anode est séparée des autres segments annulaires 36 par un segment annulaire 36c également du genre du segment 36a de la figure 1. Instead of using a single vortex chamber, at least two of them can be used as shown in FIG. 5. These vortex chambers are adjacent and separated from one another by an annular segment 36b of the segment 36a of Figure 1, while the vortex chamber which is closest to the anode is separated from the other annular segments 36 by an annular segment 36c also of the genus of the segment 36a of Figure 1.

L'utilisation de deux chambres à vortex successives, alimentées par le gaz générateur de plasma, permet l'allongement de la tuyère et donc l'augmentation de la tension d'arc plasma. En effet, du fait de la grande viscosité du plasma et du chauffage assez rapide du gaz entourant la colonne, le vortex est assez rapidement amorti et, pour une tuyère longue, il est préférable d'en créer un deuxième plus en aval afin de refroidir à nouveau la périphérie de la colonne et de provoquer à nouveau la constriction de cette dernière.Cependant, on peut injecter le gaz générateur de plasma dans la chambre à vortex qui porte la référence 54 sur la figure 5 et qui est la plus proche de la pièce 14 et injecter dans la seconde chambre à vortex, qui porte la référence 56 sur la figure 5, un autre gaz (éventuellement mélangé au gaz générateur de plasma), suivant les applications envisagées pour le générateur de La figure I. The use of two successive vortex chambers, fed by the plasma-generating gas, allows the extension of the nozzle and therefore the increase of the plasma arc voltage. Indeed, because of the high viscosity of the plasma and the relatively fast heating of the gas surrounding the column, the vortex is fairly quickly cushioned and, for a long nozzle, it is preferable to create a second more downstream to cool again the periphery of the column and to cause again the constriction of the latter.However, it is possible to inject the plasma-generating gas into the vortex chamber which has the reference 54 in FIG. 5 and which is the closest to the 14 and injecting into the second vortex chamber, which has the reference 56 in Figure 5, another gas (optionally mixed with the plasma generating gas), according to the applications envisaged for the generator of Figure I.

A titre d'exemple, pour une nitruration, on pourra injecter de l'azote dans la chambre à vortex 56. By way of example, for nitriding, nitrogen can be injected into the vortex chamber 56.

Dans d'autres applications, on pourra utiliser de l'hydrogène. L'hydrogène permet d'augmenter notabLement te transfert thermique entre le plasma et les particules de poudre et d'augmenter la constriction de la colonne de plasma dans La tuyère. In other applications, it will be possible to use hydrogen. Hydrogen can significantly increase heat transfer between the plasma and the powder particles and increase the constriction of the plasma column in the nozzle.

L'utilisation d'oxygène en tant qu'autre gaz injecté dans La chambre à vortex 56 permet également d'augmenter la constriction de la colonne de plasma dans La tuyère (d'où une élévation de la température de la colonne de plasma et donc un accroissement du transfert thermique du plasma aux particules de poudre). De plus, l'oxygène permet d'éviter La réduction de certains oxydes, comme par exemple SiO 021 réduction qui donne naissance à d'autres composés dont la tension de vapeur très élevée nuit au chauffage des particules de poudre. The use of oxygen as another gas injected into the vortex chamber 56 also makes it possible to increase the constriction of the plasma column in the nozzle (hence a rise in the temperature of the plasma column and therefore an increase in the thermal transfer of the plasma to the particles of powder). In addition, oxygen makes it possible to avoid the reduction of certain oxides, such as, for example, SiO 021 reduction, which gives rise to other compounds whose very high vapor pressure impairs the heating of the powder particles.

Sur les figures 6 à 8, on a représenté schénatiquement d'autres générateurs conformes à
L'invention dans lesquels la piece annulaire métallique 4 qui jouait le rôLe d'anode dans Le générateur de la figure 1 ne joue plus ce rôle d'anode, mais est toujours au même potentiel que le corps 2 du générateur.In FIGS. 6 to 8, schematically other generators conforming to FIG.
The invention in which the metal annular piece 4 which played the role of anode in the generator of Figure 1 no longer plays this anode role, but is still at the same potential as the body 2 of the generator.

Dans le générateur 57 schématiquement représenté sur la figure 6, L'anode est constituée par un jet auxiliaire de plasma 58 qui est perpendiculaire à L'axe X et envoyé sur la colonne de plasma 60 produite par le générateur 57. Le jet de plasma 58 est en regard de la pièce 4 et à une distance de celle-ci qui peut être de L'ordre de 40 à 50 mm. Le jet auxiLiaire 58 est produit par un générateur auxiliaire de pLasma 62, avec une puissance électrique relativement faible, de l'ordre de quelques kW. Ce jet 58 vient ainsi Lécher la colonne de plasma 60. In the generator 57 schematically shown in FIG. 6, the anode is constituted by a plasma auxiliary jet 58 which is perpendicular to the X axis and sent to the plasma column 60 produced by the generator 57. The plasma jet 58 is next to the piece 4 and at a distance from it which can be of the order of 40 to 50 mm. Auxiliary jet 58 is produced by an auxiliary plasma generator 62, with a relatively low electrical power of the order of a few kW. This jet 58 is thus Licking the plasma column 60.

Pour te fonctionnement du générateur 57, on utilise deux générateurs de courant 64 et 66. Les bornes + de ces générateurs 64 et 66 sont reliées L'une à l'autre et mises à La masse. La borne + du générateur 64 est en outre retiée, par l'intermédiaire d'un conputateur 68, à l'anode du générateur auxiliaire 62. For the operation of the generator 57, two current generators 64 and 66 are used. The terminals + of these generators 64 and 66 are connected to one another and grounded. The + terminal of the generator 64 is furthermore retained, via a conutor 68, at the anode of the auxiliary generator 62.

On utilise également une source de haute fréquence 70, dont une borne est mise à La masse et dont l'autre borne est reliée à la cathode du générateur 57 ainsi qu'à la borne - du générateur de courant 66 par l'intermédiaire d'un commutateur 72. La borne - du générateur de courant 64 est reliée à la cathode du générateur auxiliaire 62. Le corps du générateur de plasma 57 est mis à La masse par l'intermédiaire d'un commutateur 74 et d'une résistance électrique de polarisation 76.Une inductance 78 est prévue entre la borne - du générateur de courant 64 et la cathode du générateur de plasma 62 pour éviter le retour de la haute fréquence et, pour la meme raison, une inductance 80 est prévue entre la borne - du générateur de courant 66 et la borne de la source de haute fréquence 70, qui est reliee à la cathode du générateur de plasma 57.A high frequency source 70 is also used, one terminal of which is grounded and whose other terminal is connected to the cathode of the generator 57 as well as to the terminal - of the current generator 66 via a switch 72. The terminal - of the current generator 64 is connected to the cathode of the auxiliary generator 62. The body of the plasma generator 57 is grounded by means of a switch 74 and an electrical resistance of polarization 76.An inductor 78 is provided between the terminal - of the current generator 64 and the cathode of the plasma generator 62 to avoid the return of the high frequency and, for the same reason, an inductance 80 is provided between the terminal - the current generator 66 and the terminal of the high frequency source 70, which is connected to the cathode of the plasma generator 57.

Avec un tel montage électrique, la borne + du générateur de courant 64 se trouve en quelque sorte reportée à l'extrémité du jet de plasma 58 qui joue donc bien te rôle d'anode pour le générateur 57. With such an electrical assembly, the terminal + of the current generator 64 is somehow transferred to the end of the plasma jet 58, which thus plays an anode role for the generator 57.

On évite encore ainsi tout collage de particules de poudre sur cette anode. This prevents further gluing of powder particles on this anode.

Sur la figure 7, on a représenté schématiquement un générateur 57a conforme à l'invention dont l'anode est constituée non plus par la pièce 4, qui est ici à un potentiel flottant, mais par un tube rotatif 82 électriquement conducteur, qui est refroidi par circulation interne d'eau et dont L'axe est perpendiculaire à L'axe X. Ce tube est situé à l'extérieur du générateur 57a, en regard de la pièce 4, et placé de telle façon qu'il soit tangent à ta colonne de plasma 60 engendrée. FIG. 7 diagrammatically shows a generator 57a according to the invention, the anode of which is no longer constituted by the part 4, which is here at a floating potential, but by an electrically conductive rotary tube 82, which is cooled by internal circulation of water and whose axis is perpendicular to the X axis. This tube is located outside the generator 57a, facing the piece 4, and placed so that it is tangent to the generated plasma column 60.

Le tube 82, par exemple en cuivre, est porté à un potentiel positif par rapport à la cathode du générateur 57a. The tube 82, for example made of copper, is brought to a positive potential with respect to the cathode of the generator 57a.

La mise en rotation à vitesse constante du tube 82 est obtenue grâce à une poulie 84 qui est fixée à une extrémité du tube et a même axe que celui-ci. The rotation at constant speed of the tube 82 is obtained by means of a pulley 84 which is fixed to one end of the tube and has the same axis as the latter.

Cette poulie est entraînée en rotation par une autre poulie 86, par l'intermédiaire d'une courroie 88.This pulley is rotated by another pulley 86, via a belt 88.

L'autre poulie 86 est elle-même entrainée en rotation à vitesse constante au moyen d'un moteur non représenté. The other pulley 86 is itself rotated at constant speed by means of a motor not shown.

A titre purement indicatif et nullement limitatif, la vitesse de rotation du tube est de
L'ordre de 1500 à 2000 tours/minute.As a purely indicative and in no way limiting, the speed of rotation of the tube is
The order of 1500 to 2000 revolutions / minute.

Sur La figure 7, on voit également un dépôt de matériau 90 sur une cible 92, ce matériau résultant du traitement de la poudre par le plasma produit par le générateur 57a. FIG. 7 also shows a deposit of material 90 on a target 92, this material resulting from the treatment of the powder by the plasma produced by the generator 57a.

Au Lieu d'un seul tube rotatif 82, on pourrait en utiliser deux dont Les axes seraient parallèles et toujours perpendiculaires à l'axe X, ces deux tubes étant tangents à la colonne de plasma 60 et situes d'un même côté de celle-ci. Instead of a single rotary tube 82, two could be used, the axes of which would be parallel and always perpendicular to the axis X, these two tubes being tangent to the column of plasma 60 and situated on the same side of the tube. this.

Le générateur de plasma 57b conforme a l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 8, est appliqué à la métallurgie extractive. A cet effet, on utilise un creuset par exemple en céramique, au fond duquel est placée une électrode 94 dite 'rélectrode de sole". Au fur et à mesure que la poudre est traitée par Le générateur 57b, le creuset se remplit d'un matériau 96 qui reste à l'état liquide du fait de la chaleur dégagée par le plasma. Il s'agit par exemple d'un oxyde, qui, à l'état liquide, est sous forme ionique et donc électriquement conducteur. C'est
Le matériau contenu dans Le creuset qui joue le rôle d'anode pour le générateur 57b représenté sur La figure 8. En fait, au début, c'est l'électrode 94 qui joue ce rôle d'anode.The plasma generator 57b according to the invention, which is schematically shown in FIG. 8, is applied to extractive metallurgy. For this purpose, a crucible is used, for example made of ceramic, at the bottom of which is placed an electrode 94 called "sole electrode." As the powder is treated by the generator 57b, the crucible is filled with material 96 which remains in the liquid state due to the heat released by the plasma, for example an oxide which, in the liquid state, is in ionic form and therefore electrically conductive.
The material contained in the crucible which plays the role of anode for the generator 57b shown in Figure 8. In fact, at the beginning, it is the electrode 94 which plays this role of anode.

Pour faire fonctionner le générateur 57b, on utilise un générateur de courant 98 dont la borne - est reliée à la cathode du générateur 57b et dont la borne + est reliée à L'électrode 94. To operate the generator 57b, a current generator 98 is used whose terminal - is connected to the cathode of the generator 57b and whose terminal + is connected to the electrode 94.

La pièce 4 est ici à un potentiel flottant. Part 4 is here at a floating potential.

Dans une autre application de l'invention, le matériau formé 96 pourrait être à l'état solide et jouerait encore le rôle d'anode. In another application of the invention, the formed material 96 could be in a solid state and still act as an anode.

Pour un bon fonctionnement du générateur 57b, iL est préférable que l'axe de la colonne de plasma 60 (qui est confondu avec L'axe X) soit perpendiculaire à la surface du matériau formé dans le creuset 93 ou fasse, avec cette surface, un angle important, supérieur à 600. For a good operation of the generator 57b, it is preferable that the axis of the plasma column 60 (which coincides with the X axis) is perpendicular to the surface of the material formed in the crucible 93 or makes, with this surface, a large angle, greater than 600.

Le démarrage, dans la configuration de la figure 8, est assuré en allumant d'abord l'arc sur la piéce 4 (figure 1) afin de créer une colonne conductrice, puis en portant l'électrode de sole au potentiel de cette pièce 4 et en mettant ensuite cette dernière à un potentiel flottant. The start, in the configuration of Figure 8, is provided by first lighting the arc on the piece 4 (Figure 1) to create a conductive column, then carrying the sole electrode to the potential of this piece 4 and then putting the latter to a floating potential.

Claims

in suspension in a carrier gas, this generator being characterized in that it further comprises means (14) for uniform annular distribution of the plasma around the first end of the cathode, at this first end.

by the second end of it, powder

(16) is arranged facing the anode, and - injection means (28) in the hollow cathode,

Plasma generator for the plasma treatment of a powder, this generator comprising an anode (4, 58, 82, 96), a hollow cathode (6) having a first end

2. Generator according to claim 1, characterized in that the distribution means comprise means (14) for uniform cooling of the plasma around the first end of the cathode, at this first end.

3. Generator according to claim 2, characterized in that the cooling means comprise, between the cathode (6) and the anode (4, 58, 82, 96), an annular piece (14) electrically conductive and heat, electrically isolated from the rest of the generator and provided with deans circulation of a refrigerant, and in that the first end (16) of the cathode is placed on the axis (X) of your room, in the vicinity of the latter.

4. Generator according to claim 3, characterized in that the annular part comprises a convergent-divergent and in that the first end (16) of the cathode (6) is placed at the junction of convergent and divergent.

5. Generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises means (18, 26) for accelerating the powder particles, particles which are near the internal face of the cathode hollow (6), in the vicinity of the first end (16) thereof.

6. Generator according to claim 5, characterized in that the acceleration means comprise: - a central tube (18) which is placed in the cathode

hollow (6) along the axis (X) thereof, one of which

end is located in the hollow cathode å

near the first end (16) thereof

and whose other end is connected to the means (28)

Injection of powder suspended in the gas

carrier, and - means (26) for injecting a gas into your second

end of the hollow cathode, between the inner face

of it and the outer face of the central tube (18).

7. Generator according to claim 6, characterized in that the pressure of the carrier gas is at

Less than about 8.10 Pa.

8. Generator according to any one of claims 1 to 7, characterized in that, the cathode (6) being extended by a nozzle towards the anode, the generator further comprises, between the means (14) of distribution annular plasma and the anode (4, 58, 82, 96), a vortex zone comprising at least one vortex chamber (34, 54-56) into which is injected the gas used to generate the plasma and in this that the diameter of each vortex chamber is at least about four times the diameter of the nozzle.

9. Generator according to claim 8, characterized in that each vortex chamber (34, 5456) is delimited by a peripheral wall (38) pierced with channels (42) opening into the chamber tangentially to the inner face of this wall.

10. Generator according to claim 8, characterized in that the nozzle comprises, between the anode and the vortex zone, a succession of electrically conductive coaxial rings (36, 36a) which are electrically isolated from each other and from the rest of the generator, and whose axis is the axis of your cathode.

11. Generator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that, the cathode (6) being extended by a nozzle towards the anode, this anode extends the nozzle and comprises a bore (8) which has a symmetry of revolution about an axis (X) coincides with that of the nozzle and whose diameter is greater than that of the nozzle.

12. Generator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it further comprises means (62) for producing an auxiliary plasma jet (58), this jet being perpendicular to

The axis CX) of the hollow cathode (6) and constituting

The anode of the generator.

13. Generator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises at least an electrically conductive tube (82) which plays the role of anode, whose axis is perpendicular to the axis (X ) of the hollow cathode (6) and which is arranged to be tangent to the plasma column (60) which the generator is able to produce, and means (84, 86, 88) for rotating the tube ( 82) around its axis.

14. Generator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises, facing the cathode, an electrode (94) intended to be increased to an electrical potential greater than that to which is carried The cathode ( 6), the treatment of the powder by the generator leading to an electrically conductive material (96) formed on the electrode, and in that the anode is formed by this material formed on the electrode.