Brevet FR2051794A1 — publié le 19710409

La présente invention concerne la formation d'objets tabulaires . Plus spécialement, elle concerne la formation d'objets tubulaires autour d'un support. Dans le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides, il 5 a été proposé d'utiliser du carbure d'uranium comme combustible, mais la conductibilité thermique de cette matière est si grande que la température du corps du combustible approche celle du réfrigérant, à moins de prendre des précautions spéciales. Malheureusement, les températures auxquelles le réfrigérant et le com-10 bustible doivent être soumis sont limitées par les caractéristiques des matériaux et ces températures sont actuellement très au-dessous de la température optimale du combustible. Le fait d'assurer au combustible un certain degré de plasticité, de manière qu'un gonflement et un dégagement de gaz puissent être com-15 pensés ou éliminés, suivant le cas, est une raison pour laquelle il est souhaitable d'utiliser le combustible à une température très élevée. Cela n'est pas possible avec un combustible très rigide et le taux de combustion est par conséquent limité par la déformation inévitable du combustible. Un moyen qui peut être 20 adopté pour soumettre le combustible à une température plus élevée consiste à interposer une couche isolante entre la surface du combustible et la surface interne de la gaine. Evidemment, cette couche isolante doit être capable de résister à la température élevée utilisée, et en outre elle ne doit pas absorber les neu-25 trons ni jouer le rôle d'un raientisseur.^Compte tenu de la difficulté de garantir l'uniformité d'un intervalle réservé au gaz et du fait que l'utilisation d'un tel intervalle supprime tout support mutuel entre le combustible et la gaine, il semble que le bioxyde d'uranium constitue une matière isolante convenable. Cependant, 30 on se rend compte qu'il n'est pas facile de former une mince couche cohérente de bioxyde d'uranium sur du carbure d'uranium et la présente invention a notamment pour objet de résoudre ce problème. Selon la présente invention, un revêtement est appliqué à un objet en combustible nucléaire en déposant sur un mandrin un 35 nombre suffisant de couches d'une pellicule flexible de la matière de revêtement, en faisant mûrir la pellicule à un degré nécessaire pour obtenir un objet se supportant de lui-même, en enlevant le BÀD ORIG'NAL 70 26274 -2- 2051794 mandrin et en le remplaçant par l'objet en combustible nucléaire à revêtir et en frittant ensuite le revêtement, les dimensions du mandrin par rapport à l'objet en combustible nucléaire à revêtir étant telles que le retrait lors du frittage du revêtement con-5 traint le revêtement à se resserrer fermement sur l'objet en combustible nucléaire. Comme on le verra plus loin, l'expression "pellicule flexible" est utilisée dans la présente demande pour désigner une pellicule d'une poudre de matière de revêtement avec une quantité 10 suffisante d'un liant pour permettre de conformer la pellicule et, lorsqu'elle est conformée, de la façonner au moins dans une mesure limitée, la poudre de matière de revêtement peut être un oxyde ou autre matière céramique telle qu'un carbure et,selon une variante,il peut s'agir d'un métal ou d'un alliage, et la techni-15 que de frittage peut être combinée avec une réaction-,par exemple pour transformer un métal en un composé de ce métal. Plus spécialement, l'oxyde ou carbure peut être formé à partir d'une matière nucléaire telle que l'uranium ou des matières non nucléaires comme l'aluminium, le zirconium et le béryllium. 20 Si la matière de revêtement est un métal, elle peut être choisie par exemple parmi le cuivre, le nickel, le fer, le zirconium et des alliages tels que l'acier et le "Zircalloy". Au cas où le frittage est combiné avec la réaction, la matière de revêtement peut être ,par exemple,tout d'abord du silicium qui est transformé en 25 nitrure de silicium par frittage dans une atmosphère d'azote. Plusieurs couches différentes d'une matière de revêtement peuvent être appliquées conformément à la présente invention et ces couches de revêtement peuvent être appliquées avant un frittage simultané des couches,ou bien chaque couche peut être frittée individuelle-30 ment après son application. Il convient également de noter que dans certaines circonstances, l'objet à revêtir peut être utilisé comme mandrin. Dans la forme de réalisation préférée, la poudre de la matière de revêtement est mélangée avec le liant et un solvant pour for-35 ïïiev une suspension qui est mise ensuite sous forme de feuilles, par exemple par une technique utilisant une lame racleuse, sur un support convenable comme du papier enduit de silicone. Ensuite, on bad original 70 26274 -3- 2051794 peut laisser le solvant s'évaporer à partir de la feuille qui est alors enlevée du support sous forme d'une pellicule flexible et cohérente, le liant a donc pour fonction de lier la poudre sous forme d'une feuille après le séchage qui a éliminé le solvant et 5 ce liant doit être choisi de façon que la feuille soit flexible après sa formation (après réchauffement si nécessaire). En conséquence, il est souhaitable qué le liant soit une résine thermo-plastiqué et on peut la choisir par exemple parmi des composés polyvinyliques tels que l'acétate ou le butyrate ou des polyacry-10 lates tels que le polyméthacrylate. Un plastifiant peut être aussi incorporé comme on le sait en pratique,ou bien la résine peut être plastifiée intérieurement. On peut utiliser tout solvant convenable pour le liant mais pour plus de commodité il doit être relativement volatil. La mé-15 thyléthylcétone constitue un solvant convenable. S'il s'avère indispensable d'usiner le revêtement, on peut l'effectuer après le frittage et plus commodément après le revêtement, mais avant le frittage. Dans ce dernier cas, le revêtement à l'état vert est avantageusement séché à siccité entre 100° et 200°C. 20 S'il est alors trop faible pour être usiné efficacement, le mélange initial doit avantageusement contenir une résine thermodur-cissable qui mûrit à cette température pour donner un objet mûri rigide. Un copolymère du type acrylique-époxy constitue une résine thermodurcissable convenable. 25 Afin de mieux comprendre la présenta invention, on va dé crire une forme de réalisation à titre d'exemple. Cette forme de réalisation concerne une cartouche de combustible destinée à un réacteur à neutrons rapides,- la cartouche comprenant un barreau de carbure d'uranium formé en réalité de plu-30 sieurs pastilles essentiellement cylindriques, une couche isolante de bioxyde d'uranium et une gaine en acier inoxydable. Pour préparer la couche de bioxyde d'uranium,' on forme un mélange comprenant 1 kg de bioxyde d'uranium, 45 g d'acétate de polyvinyle (liant intérieurement plastifié) et 30 ml de méthyl-35 éthylcétone (solvant). On place ensuite cette suspension dans une auge dont le fond est fermé par une bande de support: en papier enduit de silicone. Le'support est tiré au-dessous du fond de l'auge bad orignal 70 26274 -4- 2051794 et sous une lame racleuse pour déposer une couche du mélange sur le support,et cette couche est séchée par évaporation du solvant pour former une feuille d'une épaisseur de 0,3 mm. Après séchage, on enlève la feuille du support. 5 On utilise ensuite un gabarit ayant un diamètre de 6,5 mm et on applique au gabarit troig6ouches de la feuille de bioxyde d'uranium, les couches étant mouillées avec un peu de solvant afin de garantir l'adhérence entre les diverses couches. On sèche à siccité l'ensemble du gabarit et des couches de bioxyde d'uranium 10 à environ 100°C et on le soumet ensuite à une pression isostatique pour améliorer l'adhérence entre les couches. Ensuite, on enlève le gabarit pour laisser un tube formé par la couche de bioxyde d'uranium et on charge ce tube avec des pastilles d'un diamètre de 6 mm de carbure d'uranium utilisé comme 15. combustible. On place des pastilles de bioxyde d'uranium utilisé comme combustible à chaque extrémité de l'ensemble, que l'on fritte ensuite dans une atmosphère d'argon pur à 1550°C. Le diamètre du tube de bioxyde- d'uranium à l'état vert est tel qu'au cours du frittage il se rétrécit sur les pastilles de 20 carbure d'uranium pour former un revêtement qui adhère fortement. L'adhérence est telle qu'on peut effectuer sans difficulté une opération de rectification sans pointe pour enlever une faible partie de la couche externe de bioxyde d'uranium, afin de lui donner un diamètre externe précis. 25 Le barreau de combustible réalisé comme décrit plus haut est ensuite introduit dans une gaine produite par les techniques mentionnées dans la présente demande ou par toutqâutre technique convenable. Bien qu'on ait décrit la présente invention en se référant 30 à un objet généralement cylindrique, elle n'est pas limitée à la forme de l'objet, étant donné qu'il se produit un retrait au cours du frittage. bad original 70 26274 -5- 2051794 KTOBItDICATIOHS 1. Procédé d'application d'un revêtement à un objet en combustible nucléaire, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer sur un mandrin un nombre suffisant de couches d'une pel- 5 licule flexible d'une matière de revêtement, à faire mûrir la pellicule à un degré nécessaire pour former un objet se supportant de lui-même, à enlever le mandrin et à le remplacer par l'objet en combustible nucléaire à revêtir,et à fritter ensuite l'objet revêtu, les dimensions du mandrin par rapport à l'objet en combus-10 tible nucléaire à revêtir étant telles que le retrait du revêtement au cours du frittage le contraint à se rétrécir fortement sur l'objet en combustible nucléaire. 2. Procédé d'application dlun revêtement à un objet en combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer 15 sur l'objet un nombre suffisant de couches d'une pellicule flexible d'une matière de revêtement pour former une épaisseur, suffisante de la matière de revêtement et à fritter ensuite l'objet en combustible nucléaire revêtu. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 20 qu'on applique un certain nombre de couches de matière de revêtement avant d'effectuer un frittage simultané des couches. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les couches de matière de revêtement sont appliquées successivement, chaque couche étant frittée après son application. 25 5. Procédé d'application d'un revêtement à un objet en com bustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pellicule flexible de la matière de revêtement est formée par une poudre de matière de revêtement et une quantité suffisante d'un liant pour pouvoir former la 30 pellicule. . -, 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la poudre de matière de revêtement est une matière céramique, un métal ou un alliage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que 35 la poudre de matière de revêtement est un métal qui réagit avec l'atmosphère de frittage au cours du frittage pour former un composé du métal. 70 26274 -6- 2051794 8. Procédé selon la revendication 5? caractérisé en ce que le liant est une résine thermoplastique ou une résine thermodur-cissable. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que 5 la poudre de matière céramique est un oxyde ou carbure d'uranium, d'aluminium, de zirconium ou de béryllium. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la poudre de matière de revêtement est choisie parmi les métaux comprenant le cuivre, le nickel, le fer et le zirconium ou parmi 10 des alliages tels que l'acier et le "Zircalloy". 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la poudre de matière de revêtement est en silicium qui est transformé en nitrure de silicium par frittage de l'objet en combustible nucléaire revêtu dans une atmosphère d'azote. 15 12. Objet en combustible nucléaire revêtu, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 . 13. Cartoucheg&e combustible nucléaire, caractérisées en ce qu'elles sont réalisées par un procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 11.