Brevet FR2568791A1 — publié le 19860214

La présente invention est relative à un procédé et un appareil de production d'une poudre à partir d'un matériau en fusion. L'invention a pour but de fournir une technique permettant de produire en continu des poudres fines de nombreux matériaux, notamment de matériaux métalliques ou polymères. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de production d'une poudre à partir d'un matériau en fusion, caractérisé en ce qu'on envoie le matériau en fusion sur la région périphérique d'un plateau rotatif, et l'on refroidit ce plateau par centrifugation d'un liquide qui, par échange de chaleur avec le plateau, se vaporise puis forme un palier gazeux statique entre ce plateau et son support. De préférence, on laisse tomber le matériau en fusion par gravité, le plateau ayant un axe de rotation vertical. Dans ce cas, il est avantageux de laisser tomber le matériau en fusion sous la forme d'une nappe cylindrique. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, ledit liquide est un liquide cryogénique, notamment de l'argon liquide. L'invention a également pour objet un appareil destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cet appareil comprend - un support de plateau - un plateau monté rotatif sur ce support - des moyens d'entrainement en rotation de ce plateau - des moyens pour délivrer un liquide de refroidissement dans une cavité prévue au centre du plateau - des moyens pour laisser le liquide s'écouler radialement à l'intérieur du plateau, de ladite cavité à un espace interstitiel qui, au moins pendant le fonctionnement de l'appareil, sépare le plateau de son support ; et - des moyens d'alimentation pour envoyer le matériau en fusion sur la région périphérique du plateau. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la figure unique représente schématiquesent en coupe longitudinale un appareil conforme à l'invention. L'appareil représenté au dessin est destiné à produire une poudre fine métallique, par exemple d'un alliage d'aluminium, notamment d'aluminium-lithium. I1 est dans lwenserble de révolution autour d'un axe vertical X-X et comprend essentiellement un support de plateau 1, un plateau métallique 2 monté rotatif sur ce support, une conduite 3 d'alimentation en argon liquide et un dispositif 4 d'alimentation en mental liquide à pulvériser. Le support 1 a la forme d'une cuvette comportant un fond horizontal 5 et une paroi latérale cylindrique 6. Au centre du fond 5 fait saillie vers le haut un bobinage 7 alimenté par des fils 8 et constituant le stator d'un moteur électrique asynchrone. La face supérieure du fond 5 comprend une zone intérieure 9 plane et horizontale s'étendant à partir du babinage 7, puis se raccorde à face interne de la paroi 6 par l'intermédiaire d'une surface tronconique 10. Dans cette dernière, et éventuellement dans la zone 9, est gravée une fine rainure en spirale (non représentée). Le plateau 2, qui est constitué par expemple d'un alliage de fer ou de cuivre, a en section longitudinale la forme générale d'un T. La hampe il de ce T est massive, s'étend sur toute la hauteur de la paroi 6 et possède un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de cette paroi ; elle présente, à partir de son extrémité libre, une profonde cavité cylindrique borgne 12 qui coiffe le stator 7 avec un jeu axial et radial en constituant le rotor du moteur électrique précité. Sur l'essentiel de sa hauteur, la hante 11 comporte un évidement annulaire 13 qui définit, à son extrémité inférieure, une collerette radiale extérieure 14 et, à son extrémité supérieure, une partie en gradin 15. La surface inférieure annulaire du plateau a une forme plane puis tronconique conjuguée de celle du fond 5. Les branches supérieures du T forment une table circulaire 16 à face supérieure 17 plane et horizontale. De la péripearie de cette table part vers le bas une jupe cylindrique 18 qui entoure avec un jeu radial la partie supérieure de la paroi 6. Une cavité borgne 19 d'axe X-X, ouverte sur la face 17, est managée dans le plateau 2. Cette cavité comporte une partie supérieure tronconique 20 évasée vers le bas, puis une partie inférieure tronconique 21 convergeant vers le bas et ayant un angle au vannet plus petit, et un fond horizontal 22. Un grand nombre de canaux 23 partent radialement dans toutes les directions du cercle de jonction des troncs de cône 20 et 21, lequel est situé à une faible distance audessous de la face 17.Ces canaux comportent chacun un tronçon horizontal 24 s'étendant jusqu'à la jupe 18, puis un court tronçon 25 dirigé vers le bas, puis un tronçon 26 horizontal dirige vers l'axe X-X, puis un tronçon 27 dirige vers le bas, puis un tronçon horizontal 28 qui débouche par un orifice sur la périphérie de la partie 15 de la hampe 11, en regard de la partie d'extrémité supérieure de la paroi 6. Le diamètre des tronçons 24 à 28 est progressivement croissant. On nia pas représenté en détail au dessin la manière dont le plateau 2 et les canaux 23 sont réalisés, ces précisions technologiques étant à la portée et au libre choix de l'homme de intier. La conduite 3, alimentée par un réservoir d'argon liquide (non représenté), s'étend verticalement suivant l'axe X-X. Elle est thermique ment isolée à peu près jusqu'au niveau du plateau 2, et pénètre dans la cavité 19 jusqu'au voisinage du fond 22 de celle-cib Le dispositif d'alimentation 4 est un réservoir annulaire éventuellement pourvu de moyens de chauffage et présentant dans sa face inférieure une fente circulaire 29 dont le rayon moyen R est légèrement inférieur à celui de la table 16. En fonctionnement/ le moteur 7-11 entraîne le plateau 2 en rotation autour de l'axe X-X à grande vitesse, par exemple de l'ordre de 20 000 t/mn. Le métal liquide à pulvériser est déversé à débit constant en une nappe cylindrique continue 30 qui rencontre la région périphérique de la table 16 ; le cisaillement ainsi provoqué projette dans toutes les directions le matériau pulvérisé (flèches F), les gouttelettes étant solidifiées grâce au refroidissement qui va être décrit ci-dessous. Simultanément, de l'argon liquide à débit régulé pénètre par la conduite 3 dans la cavité 19 Du fait de la forme de cette dernière et de la rotation du plateau 2, l'argon liquide ne peut ressortir de la cavité 19 et est intégralement forcé par centrifugation dans les canaux 23, où il se vaporise progressivement an assurant le refroidissement du plateau, et l'argon vaporisé est éjecté par les tronçons d'extrémités 28 de ces canaux. Pour s'échapper de l'appareil, l'argon vaporisé doit parcourir un trajet sinueux, créateur d'une parte de charge, qui contourne l'extrémité supérieure de la paroi 6, jusqu'à l'extrémité inférieure de la jupe 18, comme indiqué par les flèches f. Par suite, une surpression se développe dans l'espace annulaire 31 séparant la hampe 11 du support 1, et l'éjection continue de l'argon hors de l'appareil empêche toute remontée de poudre vers l'intérieur de ce dernier. Pendant sa rotation, le plateau 2 est libre de tout frottent solide-solide et est supporte uniquement par des paliers gazeux : dans le sens vertical, la sustentation est assurée par l'entraînement en rotation d'une couche de gaz entre la hampe li et le fond 5, à l'aplomb de la spirale gravée dans ce dernier, ce qui forme un coussin gazeux dynsique entre la hante 11 et le fond 5. Ce phénomène assure également, dans une certaine mesure, le centrage du plateau grâce à la forme tronconique de la surface 10. Ce centrage est complété par le palier gazeux statique qui résulte de la mise en pression de l'espace annulaire 31 par l'azote sortant des canaux 23. Au repos, la happe 11 est en awij sur le fond 5. Le démarrage du plateau peut être obtenu en le soulevant temporairement par des moyens appropriés, par exemple en créant un champ magnétique vertical temporaire au moyen du bobinage 7. En variante, carme illustré en trait mixte, des canaux auxiliaires 32 peuvent partir obliquement vers le haut des tronçons 24 des canaux 23 et doucher sur la face 7, sur un rayon légèrement inférieur au rayon R. Dans ce cas, une partie de l'argon liquide est projetée directement sur la nappe 30, juste avant que celleci atteigne le plateau 2, ce qui favorise l'atomisation centrifuge de cette naape. L'invention a été décrite ci-dessus en liaison avec la production d'une poudre métallique, mais on peut également envisager son application à la production de poudres fines d'autres matériaux, notassent de polymères. Dans chaque cas, on choisira un liquide de refroidissement approprié, c'est-à-dire vaporisable dans les conditions de fonctionnement de l'appareil et chimiquement compatible avec le matériau à pulvériser. Ainsi, par exemple, on pourrait utiliser de l'azote liquide au lieu de l'argon liciuide dans le cas de la pulvérisation d'un polynbre. REVENDICATIONS 1. - Procédé de production d'une poudre à partir d'un matériau en fusion, caractérisé en ce qu'on envoie le matériau en fusion (30) sur la région périphérique d'un plateau rotatif (2), et l'on refroidit ce plateau par centrifugation d'un liquide qui, par échange de chaleur avec le plateau, se vaporise puis forme un palier gazeux statique entre ce plateau et son support (1). 2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on laisse tanner le matériau en fusion (30) par gravité, le plateau (2) ayant un axe de rotation (X-X) vertical. 3. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on laisse tcbber le matériau en fusion sous la forme d'une nappe cylindrique (30). 4. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on centrifuge une partie du liquide (en 32) directement sur la matériau en fusion (30), juste avant que celui-ci atteigne le plateau (2). 5. - Procédé suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit liquide est un liquide cryogénique, notatatnt de l'argon liquide. 6. - Appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - un support de plateau (1) - un plateau (2) monté rotatif sur ce support - des moyens (7, 11) d'entraînement en rotation de ce plateau - des moyens (3) pour délivrer un liquide de refroidissement dans une cavité (19) prévue au centre du plateau - des moyens (23) pour laisser le liquide s'écouler radialement à l'intérieur du plateau, de ladite cavité (19) à un espace interstitiel qui, au moins pendant le fonctionnement de l'appareil, sépare le plateau de son support ; et - des moyens d'alimentation (4) pour envoyer le matériau en fusion (30) sur la région périphérique du plateau. 7. - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe (X-X) du plateau (2) est vertical et en ce que lesdits moyens d'alimentation (4) sont constitués par un réservoir du matériau en fusion pourvu de moyens de déversement (29). 8. - Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de déversement (29) coerennent une fente circulaire. 9. - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la sustentation du plateau (2) est assurée par création d'un coussin gazeux dynamique entre ce plateau et son support (1). 10. - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le plateau (2) comporte des canaux (32) d'éjection de liquide de refroidissement débouchant sur sa face (17) qui reçoit le matériau en fusion, radialement à 11 intérieur par rapport à ladite région périphérique.