Brevet FR2897422A1 — publié le 20070817

DISPOSITIF D'ÉTANCHÉITÉ POUR UNE ENTREE DE GAZ D'UN FOUR OU ANALOGUE La présente invention concerne de la façon la plus générale les fours, les fourneaux, les chambres de traitement et analogue, dans lesquels un gaz réactif est introduit en tant que partie d'une étape de traitement. Un exemple particulier de l'invention concerne des fours pour infiltration chimique en phase vapeur/dépôt chimique en phase vapeur (CVI/CVD) dans lesquels un gaz réactif est introduit en tant que partie d'un procédé de densification d'éléments poreux, tels que des préformes poreuses pour des pièces de friction. On connaît globalement l'utilisation de fours, fourneaux, chambres de traitement, et analogues, dans lesquels un gaz réactif est introduit en tant que partie d'une étape de traitement (ci-après, la mention de "four" dans la description devra être comprise comme étant également d'une manière générale applicable aux fourneaux et autres chambres de traitement de cette nature). Un exemple est le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, dans lequel un gaz réactif précurseur est introduit dans un four dans lequel sont placés des éléments poreux (tels que, par exemple et sans limitation, des préformes poreuses de disques de freins). En général, un four conventionnel comprend une enveloppe de four extérieure renfermant un espace utile, ou chambre de réaction, dans lequel sont placés des objets ou éléments devant être traités, un système pour faire circuler le gaz réactif vers l'intérieur et hors du four, et un système de chauffage pour chauffer au moins une partie intérieure de la chambre de réaction. D'une manière connue, on force le gaz réactif à infiltrer la structure poreuse des éléments poreux. Le gaz réactif peut comprendre un gaz hydrocarbure tel que le propane. Dans un exemple connu, un gaz réactif est introduit dans un volume intérieur défini par un empilement de préformes de disques de freins annulaires sensiblement alignées dans une chambre de réaction d'un four. Généralement, on force le gaz à se déplacer depuis le volume intérieur de l'empilement vers l'extérieur de l'empilement en diffusant à travers la structure poreuse (par exemple fibreuse) des préformes et/ou en circulant à travers des espaces entre des préformes empilées adjacentes, définis par des cales ou analogues. Au moins l'intérieur de la chambre de réaction est chauffé par le système de chauffage. Ainsi, en raison de la température relativement élevée des préformes de disques de freins, le gaz réactif subit une pyrolyse et laisse un produit de décomposition qui se dépose sur les surfaces intérieures de la structure poreuse. Dans le cas d'un gaz hydrocarbure, par exemple, le produit de décomposition est du carbone pyrolytique, si bien que l'on obtient un matériau composite carboné (tel que du carbone-carbone). En général, les fours de ce type sont constitués d'une pluralité de composants qui sont assemblés par soudage, boulonnage, ou analogue, de façon à définir les divers ensembles de la structure assemblée. Toutefois, divers défauts ou anomalies structurels dans la structure de four sont courants. Par exemple, des pièces constitutives peuvent se trouver mal alignées lors de la construction du four. Dans d'autres cas, des défauts intermittents peuvent apparaître, tels qu'un mauvais alignement entre des pièces dû à des différences de dilatation thermique durant l'utilisation du four. Il en est ainsi par exemple quand on utilise, dans un même assemblage, différents matériaux ayant différents coefficients de dilatation thermique. En général, ces types de défauts structurels engendrent des jeux, des espaces, ou analogues, entre les pièces, par lesquels l'air extérieur (qui peut par exemple contenir des contaminants) peut entrer dans le four, et par lesquels le gaz réactif (qui est, entre autres choses, habituellement inflammable) peut s'échapper. Le ou les emplacements par lesquels le gaz est introduit dans le four posent un problème particulier, au moins en ce qui concerne le gaz réactif qui peut fuir hors du trajet d'écoulement de gaz au lieu d'être utilement amené dans la zone du four où sont disposés les préformes de disques de freins ou analogues. Au vu de ce qui précède, il est souhaitable de réduire les fuites de gaz réactif à l'endroit où le gaz est introduit dans le four et dans la chambre de réaction se trouvant dans celui-ci. En même temps, il est utile que la structure de four conserve son aptitude structurale à tolérer des erreurs et imperfections de fabrication et analogues. D'une façon générale, conformément à la présente invention, un dispositif d'étanchéité tubulaire flexible est disposé autour d'une extrémité d'une conduite d'entrée de gaz en un emplacement où la conduite d'entrée de gaz entre dans le corps de four et se termine au voisinage d'une ouverture d'entrée de gaz formée dans la chambre de réaction. De préférence, au moins une partie du dispositif d'étanchéité tubulaire est flexible transversalement (par rapport à un axe le long duquel le dispositif d'étanchéité tubulaire s'étend entre la paroi du four et l'ouverture d'entrée de gaz de la chambre de réaction) et/ou axialement. Cette partie flexible par exemple avoir une structure de soufflet. La partie restante du dispositif d'étanchéité tubulaire peut être comparativement rigide. Dans un exemple de l'invention, la partie flexible du dispositif d'étanchéité tubulaire est faite en acier inoxydable et a une épaisseur qui autorise le degré requis de flexibilité, et la partie restante du dispositif d'étanchéité tubulaire est faite en un alliage Inconel ou analogue. Au moins l'extrémité axiale du dispositif d'étanchéité tubulaire adjacente à l'entrée de la conduite d'entrée de gaz dans l'enveloppe du four est soudée en place afin que l'intégrité du dispositif d'étanchéité aux gaz soit encore améliorée. Par conséquent, le dispositif d'étanchéité tubulaire, tel que décrit et revendiqué ici, apporte de la façon souhaitable une étanchéité autour d'une extrémité de la conduite d'entrée de gaz là où elle pénètre dans le corps de four et là où elle se termine au voisinage d'une ouverture d'entrée de gaz formée dans la chambre de réaction. De plus, la fonction d'étanchéité est maintenue, nonobstant tout mauvais alignement entre la conduite d'entrée de gaz et l'ouverture d'entrée de gaz (par exemple en raison de défauts de construction ou d'installation). Finalement, la fonction d'étanchéité est également maintenue même si le jeu entre la conduite d'entrée de gaz et l'ouverture d'entrée de gaz varie pendant le fonctionnement parce que des pièces différentes du four se dilatent à des taux différents en raison de coefficients de dilatation thermique différents. La présente invention peut être encore mieux comprise par référence aux figures annexées, dans lesquelles : La Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un four selon la présente invention, à l'endroit où une conduite d'entrée de gaz réactif entre dans le corps de four et se termine au voisinage d'une ouverture d'entrée de gaz formée dans une chambre de réaction disposée dans le corps de four ; La Figure 2 est une vue en perspective éclatée du dispositif d'étanchéité tubulaire selon la présente invention ; et La Figure 3 est une vue partielle agrandie d'une connexion entre des première et deuxième parties axiales du dispositif d'étanchéité tubulaire de la présente invention. En général, un four utilisé pour un procédé CVI/CVD comprend une paroi ou enveloppe séparant l'intérieur du four de l'extérieur et définissant un volume dans celui-ci. A l'intérieur du volume du four se trouve une structure de chambre de réaction. La chambre de réaction dans le four de CVI/CVD peut elle-même définir un autre volume à l'intérieur du volume du four. Les objets devant être traités ou modifiés, tels que des préformes de disques de freins poreux, sont placés dans la chambre de réaction. En général, un système de circulation de gaz réactif est prévu pour introduire le gaz réactif dans le four et l'en retirer. En particulier, le gaz réactif est introduit dans la chambre de réaction à l'intérieur du four. L'extraction de gaz hors du four est produite par n'importe quel mécanisme approprié connu dans la technique et/ou dans l'industrie, y compris, sans limitation, par l'effet de la pression interne du gaz en comparaison avec l'extérieur du four, ou par divers mécanismes d'aspiration ou de vide qui sont connus dans la technique. Un système de chauffage est disposé pour chauffer au moins l'intérieur de la chambre de réaction. Le chauffage d'un four de ce type est généralement connu dans la technique. Deux exemples particuliers connus de systèmes de chauffage comprennent le chauffage inductif et le chauffage résistif. Afin de simplifier ici la description de structures, les divers passages, conduites et analogues auxquels on se réfère sont décrits en supposant qu'ils présentent une section transversale pratiquement circulaire, mais ceci n'est pas toujours forcément le cas. La Figure 1 est une vue en coupe transversale partielle de la zone où une conduite d'amenée de gaz réactif 12 traverse la paroi de four 10 afin de délivrer un flux de gaz réactif dans l'intérieur du four (comme indiqué par la flèche A sur la Figure 1). Dans un exemple possible, le diamètre du passage d'entrée de gaz 14 formé dans la chambre de réaction 16 peut être défini ou ajusté par un insert. L'insert comprend un tube 18 monté en place en étant fixé ou autrement assujetti à une plaque de montage annulaire 20 ayant une ouverture centrale 20a globalement alignée avec le tube 18. La plaque de montage 20 est à son tour fixée à une surface de la chambre de réaction 16, par exemple au moyen de boulons 22, comme le montre la Figure 1. Un matériau isolant conventionnel 26 peut être disposé autour d'une périphérie du tube 18, et plus particulièrement peut être présent sous la forme de plusieurs couches annulaires (non représentées) qui sont fixées ensemble par exemple par des boulons 24 ou analogues. Finalement, une partie extérieure de la chambre de réaction 16 peut éventuellement être recouverte d'un matériau isolant thermique conventionnel représenté globalement sous la forme d'une couche 28. La conduite d'amenée de gaz réactif 12 se termine en un emplacement au moins adjacent à un passage d'entrée de gaz 14 formé dans la chambre de réaction 16. Dans certains cas, la conduite d'amenée de gaz réactif 12 peut venir en contact avec la structure définissant le passage d'entrée de gaz 14, ou venir en butée contre celle-ci d'une autre façon. Pour des raisons qui seront expliquées ci-dessous, il peut être souhaitable de maintenir la conduite d'amenée de gaz réactif 12 indépendante du passage d'entrée de gaz 14 (c'est-à-dire de façon qu'ils ne soient pas fixés ensemble), et même de maintenir un espace entre la conduite d'amenée de gaz réactif 12 et le passage d'entrée de gaz 14. Conformément à la présente invention, un dispositif d'étanchéité tubulaire (globalement indiqué en 32) est proposé. Le dispositif d'étanchéité tubulaire 32, d'une façon générale, entoure de manière circonférentielle et rend pratiquement étanche la transition entre la conduite d'amenée de gaz 12 et le passage d'entrée de gaz 14. Afin de supporter les conditions opérationnelles à l'intérieur du four (en particulier en ce qui concerne la température), le dispositif d'étanchéité tubulaire 32 est de préférence métallique. Au moins une partie du dispositif d'étanchéité tubulaire 32 est flexible, et, plus particulièrement, flexible transversalement et/ou axialement par rapport à un axe le long duquel s'étend le dispositif d'étanchéité tubulaire 32. Cette flexibilité compense les défauts d'alignement ou les décalages entre la conduite d'amenée de gaz 12 et le passage d'entrée de gaz 14, provoqués par exemple par des défauts de construction ou des contraintes thermiques asymétriques, comme discuté ci-dessus. Ainsi, par exemple, la distance entre l'extrémité terminale de la conduite d'amenée de gaz 12 et la chambre de réaction 16 (contenant le passage d'entrée de gaz 14 formé dans celle-ci) peut varier durant le fonctionnement en raison de coefficients différents de dilatation thermique quand l'intérieur du four est chauffé. Par conséquent, même si un intervalle de taille croissante ou décroissante peut exister entre la conduite d'amenée de gaz 12 et le passage d'entrée de gaz 14, ou si les deux deviennent désalignés latéralement, l'assemblage global reste pratiquement isolé de façon étanche d'une manière pouvant tolérer divers défauts d'alignement et analogues. Le dispositif d'étanchéité tubulaire 32 comprend de préférence au moins deux segments axiaux : une première partie axiale 32a flexible et une deuxième partie axiale 32b comparativement rigide (par rapport à la première partie axiale). La première partie axiale 32a a de préférence une forme et une structure offrant la flexibilité requise dans les directions transversale et/ou axiale. Par exemple, comme le montrent les figures, la première partie axiale 32a a une forme de type soufflet. Dans un exemple de la présente invention, la première partie axiale 32a est faite en acide inoxydable (tel que ASME 321) ou en alliage Inconel, choisi de façon à pouvoir résister à des températures atteignant environ 500 C. On comprendra qu'il faut aussi prendre en compte l'épaisseur du matériau pour que la flexibilité requise soit obtenue. La deuxième partie axiale 32b peut simplement être tubulaire, en ayant une forme en coupe transversale correspondant à celle de la première partie axiale 32a de façon à conférer une continuité. Dans un exemple de la présente invention, la deuxième partie axiale 32b peut être faite en Inconel. Par comparaison avec la première partie axiale 32a, la deuxième partie axiale 32b est plus rigide. Comme mentionné ci-dessus, le dispositif d'étanchéité tubulaire 32 se présente généralement sous forme d'une gaine tubulaire flexible axialement et latéralement autour de la transition entre la conduite d'amenée de gaz 12 et le passage d'entrée de gaz 14 afin de limiter les fuites de gaz réactif. Le dispositif d'étanchéité tubulaire s'étend globalement axialement entre un emplacement 34 du côté intérieur de la paroi de four 10 et un emplacement 36 au moins adjacent à la chambre de réaction 16, sinon contigu à celle-ci. Dans l'exemple de construction illustré sur les figures, la première partie axiale 32a est fixée à une plaque annulaire 38 par n'importe quel moyen convenable assurant une étanchéité pratiquement totale vis-à-vis du passage de gaz entre la première partie axiale 32a et la plaque annulaire 38, tel qu'un soudage. La plaque annulaire 38 est quant à elle montée de façon fixe sur l'intérieur de la paroi de four 10. On peut utiliser n'importe quel procédé de fixation procurant une bonne étanchéité aux gaz entre la plaque annulaire 38 et la paroi de four 10, notamment l'utilisation de boulons ou analogues 42, comme le montrent les figures. L'étanchéité entre la plaque annulaire 38 et la paroi de four 10 peut être encore améliorée, d'une manière connue, par l'utilisation de bagues d'étanchéité ou analogues placées entre elles, et/ou par l'utilisation d'un soudage, comme indiqué globalement en 39. A l'extrémité axiale opposée du dispositif d'étanchéité tubulaire 32, la deuxième partie axiale 32b peut, par exemple, se terminer simplement au niveau d'une bague annulaire 44 qui peut être bloquée en place, sans être réellement attachée ou fixée, entre une surface de la chambre de réaction 16 (et/ou du matériau isolant 28) et une surface extérieure de la deuxième partie axiale 32b. La bague annulaire 44 peut par exemple présenter une surface venant en butée contre une face opposée de la plaque de montage 20. Dans certains cas, il peut être avantageux d'interposer une ou plusieurs bagues d'étanchéité 45 entre la bague annulaire 44 et la plaque de montage 20. Ces bagues d'étanchéité 45 pourraient être par exemple en graphite. Sur la Figure 1, seules deux de ces bagues d'étanchéité 45 sont représentées, à des fins d'illustration. Dans certains cas, une ou plusieurs bagues d'étanchéité 49 additionnelles pourraient aussi avoir un diamètre extérieur s'étendant radialement vers l'extérieur de façon à être disposées entre la plaque de montage 20 et la surface de la chambre de réaction 16. Dans un exemple de la présente invention, les première et deuxième parties axiales 32a, 32b, qui constituent le dispositif d'étanchéité tubulaire 32, sont des parties séparées qui sont reliées de manière étanche aux gaz à des extrémités axiales adjacentes de celles-ci par n'importe quel procédé conventionnel offrant un degré convenable d'étanchéité entre les première et deuxième parties axiales 32a, 32b. Dans un exemple particulier, comme le montrent les figures, la première partie axiale 32a (qui, comme décrit ci- dessus, peut être faite à partir d'une bande métallique relativement mince, par exemple en acier inoxydable) peut avoir une partie formant bride 50 orientée transversalement (par rapport à un axe de la première partie axiale 32a) à son extrémité adjacente à la deuxième partie axiale 32b (voir en particulier les Figures 2 et 3). De façon correspondante, la deuxième partie axiale 32b a une bride ou bague 48 s'étendant transversalement fixée à celle-ci d'une manière conventionnelle, par exemple par soudage (qui, en particulier, assure entre elles une étanchéité aux gaz efficace). Comme le montrent les figures, et en particulier la Figure 3, la partie formant bride 50 et la bride 48 sont placées en regard. Une bague d'étanchéité 52 (faite par exemple en graphite) peut être interposée entre les brides respectives afin d'augmenter la sécurité de l'étanchéité aux gaz entre elles. Finalement, la bride 48, la bride 50 et la bague d'étanchéité 52 entre elles sont fixées ensemble par un procédé de fixation conventionnel, par exemple avec des écrous et des boulons 54, 56. Mise à part la structure du dispositif d'étanchéité tubulaire décrit ci-dessus, on considère que les matériaux et/ou la construction par exemple de la paroi de four 10, de la conduite d'amenée de gaz 12, de la chambre de réaction 16, de l'isolation thermique 28, etc, sont connus dans la technique. D'une façon générale, tous les composants décrits ci-dessus doivent être capables de supporter adéquatement les températures opérationnelles habituelles dans le four durant un procédé CVI/CVD. En particulier, la première partie axiale flexible 32a doit conserver sa flexibilité pendant une durée de vie utile raisonnable, si l'on prend en considération les températures opérationnelles rencontrées durant l'utilisation. Finalement, certains composants devraient être réalisés en des matériaux sensiblement non-réactifs (en particulier aux températures élevées susmentionnées) de façon à ne pas altérer la chimie du procédé de densification qui est mis en oeuvre dans le four. Le dispositif d'étanchéité tubulaire tel que décrit et revendiqué ici est, de façon souhaitable, facile à installer dans le four et à retirer de celui-ci durant la maintenance du four. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus par référence à certains exemples particuliers dans le but d'illustrer et d'expliquer l'invention, on doit comprendre que l'invention n'est pas limitée uniquement par la référence aux détails spécifiques de ces exemples. Plus particulièrement, l'homme du métier comprendra facilement que des modifications et développements peuvent être effectués dans les modes de réalisation préférés sans que l'on s'écarte du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entrée de gaz pour faire passer un gaz dans un four depuis une partie extérieure du four vers un passage d'entrée de gaz (14) formé dans une chambre de réaction (16) située à l'intérieur du four, comprenant : une conduite de gaz (12) pour transporter un gaz dans le four, la conduite de gaz s'étendant entre une partie extérieure du four et une partie intérieure du four, et ayant une extrémité se terminant au moins au voisinage du passage d'entrée de gaz formé dans la chambre de réaction ; et un dispositif d'étanchéité tubulaire (32) situé radialement vers l'extérieur par rapport à la conduite de gaz, le dispositif d'étanchéité tubulaire étant fixé de manière étanche aux gaz, à une première extrémité de celui-ci, à un emplacement de la surface intérieure du four adjacent à un emplacement au niveau duquel la conduite de gaz pénètre dans le four, et s'étend vers un emplacement adjacent au passage d'entrée de gaz en y étant fixé de manière étanche ; caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité tubulaire comprend une première partie axiale (32a) flexible et une deuxième partie axiale (32b) relativement rigide. 2. Dispositif d'entrée de gaz selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la première partie axiale a une structure de soufflet. 3. Dispositif d'entrée de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie axiale est 30 métallique. 4. Dispositif d'entrée de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie axiale est faite en acier inoxydable. 5. Dispositif d'entrée de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième partie axiale de la partie de scellement tubulaire est métallique. 6. Dispositif d'entrée de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième partie axiale est faite en Inconel. 7. Procédé pour amener un gaz à un passage d'entrée de gaz d'un suscepteur dans un four de réaction, consistant à : disposer une conduite de transport de gaz qui fait communiquer une partie extérieure du four avec une partie intérieure de celui-ci, la conduite se terminant au moins au voisinage du passage d'entrée de gaz ; isoler sensiblement la conduite de transport de gaz en entourant la conduite de transport de gaz par un dispositif tubulaire d'étanchéité aux gaz, pratiquement étanche aux gaz, qui s'étend depuis une paroi intérieure du four à l'endroit où la conduite pénètre dans le four jusqu'à un endroit adjacent au passage d'entrée de gaz de la chambre de réaction ; caractérisé en ce que le dispositif tubulaire d'étanchéité aux gaz est fixé en place de manière à former un trajet pratiquement étanche aux gaz au travers duquel s'étend la conduite, et en ce qu'au moins une partie du dispositif tubulaire d'étanchéité aux gaz est flexible transversalement pour autoriser des différences de position entre les extrémités respectives du dispositif tubulaire d'étanchéité aux gaz aux endroits où l'assemblage d'étanchéité aux gaz estfixé à la paroi du four et est adjacent au passage d'entrée de gaz.