Brevet FR2906541A1 — publié le 20080404

L'invention concerne de façon générale le dépôt chimique en phase vapeur pour la fabrication d'un matériau revêtu, et plus particulièrement l'application à grande échelle du procédé pour la fabrication en grande quantité du matériau revêtu. Dans la pratique actuelle, un système de dépôt en phase vapeur à lit fluidisé (FBCVD) consiste en un four et des capots refroidis par un liquide, un réacteur à lit fluidisé configuré pour produire un matériau revêtu, un système de préparation et de distribution de gaz de traitement, un élément chauffant, une alimentation en énergie et un système d'épuration des effluents. Dans un procédé FBCVD, les substrats non revêtus (par exemple, des sphères ou des noyaux) sont mis en suspension (fluidisés) dans un courant de gaz inerte à l'intérieur du réacteur. Lorsque le réacteur est chauffé à la température de revêtement à l'aide du four, des corps réactionnels gazeux sont introduits dans le réacteur à travers l'injecteur. Les corps réactionnels forment un revêtement sur les substrats en suspension. Par exemple, du méthyltrichlorosilane et de l'hydrogène réagissent pour former du carbure de silicium. Habituellement, des procédés sont développés dans un petit réacteur pour déterminer la possibilité de la mise en œuvre du procédé et, lorsqu'elle est prouvée, le procédé est appliqué à plus grande échelle à un four/réacteur plus grand. L'hydrodynamique, le transfert de chaleur, la chimie des réactions et les interactions des parois des particules des procédés FBCVD sont très complexes et les facteurs d'application à l'échelle (pour l'écoulement gazeux et la charge du substrat) ne sont habituellement pas en proportion linéaire avec les dimensions du four. Il existe donc un risque, lors d'une application à grande échelle d'un procédé FBCVD, que le produit revêtu ne satisfasse pas aux spécifications requises (par exemple sphéricité, densité, épaisseur du revêtement et phase/composition chimique). 2906541 2 La pratique actuelle dans l'application à grande échelle d'un procédé FBCVD pour la fabrication de grandes quantités de matériau consiste à développer d'abord le procédé dans un système de recherche qui utilise un petit 5 réacteur à lit fluidisé. Le procédé est ensuite porté à une grande échelle pour la fabrication en utilisant un grand réacteur. Parfois, on utilise un réacteur de taille intermédiaire. En général, la mise à l'échelle d'un procédé FBCVD n'a pas lieu en relation linéaire avec la taille du 10 réacteur (par exemple un doublement du volume du réacteur n'est pas compensé, lors de la mise à l'échelle, par un doublement de l'écoulement des gaz réactionnels). Ceci signifie que l'application à grande échelle du procédé peut être coûteuse et risquée. 15 L'invention aborde les défauts des procédés connus d'application à grande échelle. L'invention propose un moyen pour l'application à grande échelle de la production FBCVD par l'utilisation de deux ou plus de deux petits réacteurs au lieu d'un grand réacteur. Ainsi, un procédé 20 FBCVD développé dans un réacteur de petite échelle peut être utilisé dans un réacteur de production avec un risque minimal. Chaque réacteur comporte ses propres conduites de distribution et d'évacuation de gaz de traitement. Le chauffage du four est conçu de façon que chaque réacteur 25 comporte son propre élément chauffant, ou bien il peut y avoir un élément chauffant de grande dimension conçu pour maintenir le groupe du réacteur à une température constante. Ceci permet l'arrêt d'un réacteur défectueux sans affecter la production des autres réacteurs. 30 L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est une vue de dessus de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 35 de la figure 1 ; 2906541 3 la figure 3 est une vue de dessus illustrant une autre forme de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. 5 L'invention est désignée de façon générale par la référence numérique 10 sur les figures 1 et 2. Elle comprend de façon générale de multiples petits réacteurs 12 placés dans un seul four de grande dimension. Chaque réacteur 12 est pourvu de son propre élément 10 chauffant 14. Chaque réacteur 12 comporte sa propre conduite d'admission 16 pour la distribution du gaz de traitement dans le réacteur et sa propre conduite d'évacuation 18 pour l'évacuation du gaz de traitement. Les conduits d'évacuation 18 des réacteurs 12 mènent à un 15 épurateur commun d'effluents, non représenté. Une isolation 20 est maintenue en place autour des réacteurs 12 et des éléments chauffants 14 par une enveloppe 22 du four. Les figures 3 et 4 représentent une autre forme de réalisation dans laquelle un élément chauffant 14 est 20 utilisé pour tous les réacteurs 12. En fonctionnement, le procédé de revêtement de substrats est exécuté essentiellement de la même manière que lors de l'utilisation d'un seul réacteur de grande dimension. La différence réside dans l'utilisation de 25 multiples réacteurs plus petits qui éliminent le risque et la difficulté normalement associés à l'application à grande échelle d'un procédé FBCVD nouvellement développé. L'invention présente deux avantages principaux par rapport à l'application à grande échelle d'un procédé pour 30 une utilisation dans un réacteur plus grand. L'un est que des coûts de développement ne sont pas indispensables si l'on utilise de multiples réacteurs petits ou intermédiaires (de la même taille que celle utilisée pour développer le procédé FBCVD) dans un grand four. Un second 35 avantage est que l'utilisation de multiples réacteurs permet d'arrêter le processus de revêtement dans un 2906541 4 réacteur sans perdre le lot entier de substrats. Le procédé de revêtement dans un réacteur peut être arrêté tandis que les autres réacteurs continuent de fonctionner sans perte de la campagne entière du four. Lorsqu'un grand réacteur 5 unique est utilisé, comme dans la technique actuelle connue, la campagne entière du four est perdue si un problème provoque l'arrêt du processus. Si les substrats sont de valeur (par exemple des noyaux de combustible nucléaire), on peut économiser beaucoup d'argent en pouvant 10 continuer le processus dans les autres réacteurs conformément au concept de l'invention. L'invention peut être appliquée à tout procédé FBCVD. Elle n'est pas limitée au nombre de réacteurs contenus dans un four. Alors que la description illustre un exemple 15 utilisant trois réacteurs, on doit comprendre qu'on peut utiliser deux, trois ou plus de trois réacteurs. L'invention n'est pas limitée aux matières dont le système du four est constitué ou au type d'équipement de commande du four. L'invention n'est pas limitée non plus à la 20 conception du four ou du réacteur, car cette conception est spécifique à un procédé. Par exemple, un procédé particulier peut nécessiter un gradient thermique dans le four, lequel serait commandé par le type et l'importance de l'isolement et la conception du ou des éléments chauffants. 25 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'arrangement et aux moyens décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Arrangement de dépôt chimique en phase vapeur à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (22) de four ; au moins deux réacteurs {12) positionnés à l'intérieur de l'enveloppe du four, chaque réacteur ayant des conduites d'admission (16) et d'évacuation (18) ; et une isolation (20) placée dans l'enveloppe du four, autour des réacteurs. 2. Arrangement de dépôt chimique en phase vapeur à lit fluidisé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément chauffant (14) positionné autour de chaque réacteur. 3. Arrangement de dépôt chimique en phase vapeur à lit fluidisé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément chauffant unique (14) positionné autour de tous les réacteurs. 4. Moyen pour l'application à grande échelle d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en place d'au moins deux réacteurs (12), chaque réacteur ayant des conduites séparées d'admission (16) et d'évacuation (18) de gaz de traitement, et la mise en place d'une isolation (20) autour des réacteurs. 5. Moyen selon la revendication 4, caractérisé en ce 25 qu'il comprend en outre la mise en place d'un élément chauffant séparé (14) autour de chaque réacteur. 6. Moyen selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en place d'un élément chauffant (14) autour des réacteurs.