Brevet FR2631198A1 — publié le 19891110

"Brûleur à plasma, notamment pour fondre du silicium et approprié en particulier pour la fabrication des semi-conducteurs." L'invention concerne un brûleur à plasma, approprié pour réchauffer, fondre et maintenir à tem- pérature des matériaux. Les brûleurs à plasma sont en principe com- posées d'une électrode de brûleur et d'une contre- électrode. En principe, un arc électrique à plasma brûle en fonctionnement entre les deux électrodes. Les brûleurs à plasma trouvent aujourd'hui de larges ap- plications dans le découpage sous fusion et le souda- ge, dans l'usinage des métaux. Les brûleurs à plasma sont également utilisés dans le..but d'un simple chauf- fage et soudage de matériaux et de milieux sous forme gazeuse. L'inconvénient des brûleurs à plasma connus, suivant le principe de la décharge d'arc électrique, est que la colonne de plasma présente une petite sec- tion, ce qui est souhaité, il est vrai pour le décou- page par fusion, faisant toutefois, que lors du chauf- fage et de la fusion, la quantité de chaleur disponi- ble ne soit pas exploitée de manière optimale. C'est pour quoi le but de l'invention est de spécifier un brûleur à plasma particulièrement appro- prié à la fourniture de chaleur. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que l'arc électrique de plasma du brûleur à plasma est mobile dans l'espace au moyen de forces de champ électriques ou magnétiques. Le diamètre effectif de la colonne de plasma est de ce fait agrandi et l'on obtient une meilleure répartition de la chaleur. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse d'un brûleur à plasma selon l'invention possède plusieurs contre-électrodes disposées en forme de cercle autour de l'axe déterminé par l'électrode de brûleur à distance appropriée de l'électrode de brû- leur, les contre-électrodes pouvant être mises en ser- vice les unes après les autres, en contre-électrodes actives, au moyen d'un dispositif de branchement auto- matique, la commutation d'une électrode à la suivante s'effectuant à intervalle de temps identique. La disposition en forme de cercle des con- tre-électrodes offre la possibilité de déplacer la co- lonne de plasma dans l'ensemble de la zone du cône formé par l'électrode du brûleur et les contre- électrodes, et d'arriver ainsi à une bonne répartition dans l'espace de la chaleur sortant de la colonne de plasma. Il y a à cette occasion par exemple la possi- bilité de brancher les contre-électrodes les unes après les autres, tout autour, en contre-électrode, et d'obtenir un mouvement tournant de la colonne de plas- ma, ou d'établir un ordre de branchement, pour lequel il résulte un mouvement en forme d'étoile de l'arc de plasma, toutes les contreélectrodes étant chaque fois régulièrement utilisées et procurant également une sollicitation symétrique de l'électrode du brûleur. Du point de vue de la technique de branchement, le bran- chement des contre-électrodes est réalisé à interval- les de temps identiques, par exemple à l'aide d'un thyristor de commutation. Dans une forme de réalisation -alternative, mais tout aussi appropriée, d'un brûleur à plasma se- lon l'invention, une contre-électrode est disposée sur l'axe déterminé par l'électrode du brûleur, à distance appropriée de celle-ci et des électro-aimants sont disposés autour de l'axe indiqué, à approximativement à mi-distance, entre électrode du brûleur et de la contre-électrode, les pôles magnétiques opposés cor- respondants sont susceptibles d'être établis et inter- rompus au moyen d'un dispositif de commutation automa- tique, le rétablissement à la paire de pôles magnéti- que suivante s'effectuant dans un intervalle de temps identique. Du fait que l'arc de plasma représente un conducteur mobile parcouru par un courant, il est dé- vié par un champ magnétique produit par les électro- aimants énoncés ci-dessus, l'arc modifiant son orien- tation dans l'espace par la commutation des électro- aimants. Le mouvement est à cette occasion fonction de la succession programmée des pâles. Il peut par exem- ple être en forme de cercle ou d'étoile. Tout comme la variante indiquée en premier lieu, il y a ici aussi une bonne répartition dans l'espace de la chaleur sor- tant de l'arc. Le branchement des pôles magnétiques est ici résolu de manière semblable à un moteur syn- chrone. L'utilisation d'un brûleur selon l'invention est particulièrement avantageuse pour fondre de la poudre de silicium. Diverses autres caractéristiques et avanta- ges du brûleur selon l'invention, ressortent de la description détaillée qui suit. Des modes de réalisa- tion de l'invention sont représentés à titre d'exemple non limitatif aux croquis schématiques annexés aux- quels: - la figure 1 représente un brûleur à plasma avec des contreélectrodes disposées en forme de cercle, - la figure 2 représente un brûleur à plasma à dévia- tion magnétique, - la figure 3 représente l'utilisation d'un brûleur à plasma selon l'invention pour fondre du silicium. La figure 1 représente un brûleur à plasma selon l'invention, avec plusieurs contre-électrodes disposées en forme de cercle. Le brûleur à plasma se compose d'une électrode 2, d'un canal d'alimentation de gaz plasma 3 disposé tout autour, entourant l'élec- trode, débouchant dans une enceinte 4. Des contre- électrodes 5 sont disposées au-dessous de l'enceinte 4, en forme de cercle, autour de l'axe déterminé par l'électrode. Les contre-électrodes 5 sont reliées par un étrier de maintien 6 au carter 7. Il est représenté en figure 2, la deuxième variante d'un brûleur à plasma selon l'invention, re- posant sur la base de la déflexion des courants dans un champ magnétique. Le brûleur possède également une électrode 8 entourée d'un canal d'alimentation de gaz 7. Des électro-aimants 10 sont disposés en forme de cercle, approximativement à mi-distance entre électro- de 8 et une contre-électrode 9 se trouvant sur l'axe déterminé par les électrodes, électro-aimants dont les pôles il côté intérieur produisent le champ magnétique nécessaire pour dévier la colonne de plasma existant lors du fonctionnement. La figure 3 représente finalement l'utilisa- tion d'un brûleur selon l'invention, pour fondre de la poudre de silicium. La poudre de silicium est intro- duite dans l'enceinte 4 par des manchons d'alimenta- tion 8 montés dans le carter 7, de façon qu'elle tra- verse ou vienne au contact de la zone balayée par la colonne de plasma. La poudre de silicium est chauffée à cette occasion. La chaleur provenant des gaz chauds venant du brûleur et du rayonnement est transmise au bain en fusion apparaissant au-dessous du brûleur de hauteur réglable et le produit en fusion est ainsi maintenu à température. Ceci est un procédé avantageux pour fondre du silicium, qui est en particulier appro- prié également pour la fabrication des semi- conducteurs. REVENDICATIONS l1) Brûleur à plasma, avec une.électrode de brûleur (2) et une alimentation de gaz plasma, carac- térisé en ce que l'arc électrique de plasma du brûleur (2) à plasma est mobile dans l'espace au moyen de for- ces de champ électriques ou magnétiques. 2') Brûleur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs contre-électrodes (5) sont disposées en forme de cercle autour de l'axe déterminé par l'électrode du brûleur (2) et à distance appropriée de l'électrode du brûleur (2) et les con- tre-électrodes (5) pouvant être mises en service les unes après les autres, en contre-électrodes actives, au moyen d'un dispositif de branchement automatique, la commutation d'une électrode à la suivante s'effec- tuant à intervalle de temps identique, par exemple à l'aide d'un thyristor de commutation. 3') Brûleur à plasma selon la revendication l, caractérisé en ce qu'une contre-électrode (9) est. disposée sur l'axe déterminé par l'électrode du brû- leur (8), à distance appropriée de l'électrode de brû- leur (8) et que des électro-aimants sont disposés au- tour de l'axe indiqué, approximativement à mi-distance entre électrode du brûleur (8) et de la contre- électrode (9), et que les pôles magnétiques (11) oppo- sés correspondants sont susceptibles d'être établis et interrompus au moyen d'un dispositif de commutation automatique, le rétablissement à la paire de pôles ma- gnétiques suivante s'effectuant dans un intervalle de temps identique. 4') Brûleur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour la fusion de poudre de silicium.