Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Pierre FAUCHAIS : Professeur - SPCTS (Science des procédés céramiques et des traitements de surface) - CNRS UMR 6638 - Université de Limoges-Faculté des sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les plasmas thermiques (cf. dossier ), à la pression atmosphérique ou à son voisinage (c’est-à-dire de 10 à 500 kPa), peuvent être produits à des puissances comprises entre quelques centaines de watts, par exemple pour le micro-découpage, et un peu plus d’une centaine de megawatts pour les fours métallurgiques à courant continu. Ils couvrent donc un très large domaine d’applications : découpage ou soudage des pièces métalliques, traitements de surface et dépôts, métallurgie extractive, refusion-purification des métaux, sphéroïdisation et purification des particules, analyse chimique, chauffage des répartiteurs de coulée, chimie, synthèse de poudres nanométriques ou ultrafines, fabrication des pièces de forme, traitement des déchets.
Dans cette présentation nous vous proposons de décrire les différents types de torches utilisées industriellement dans les applications citées.
Pour de plus amples renseignements sur les plasmas thermiques, et en particulier sur la théorie des plasmas, le lecteur est invité à consulter dans cette base de données, et du même auteur, la référence de la bibliographie : Plasmas thermiques : aspects fondamentaux.
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- Version archivée 1 de mars 1990 par Pierre FAUCHAIS
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Arcs soufflés3. Arcs à courant continu
3.1 Remarques générales
De nombreux travaux ont été consacrés aux arcs transférés ou soufflés (torches à plasma) et le lecteur est invité à consulter les références .
Ces arcs se caractérisent par une variation du champ électrique entre les deux électrodes avec leur distance d AK telle que représentée sur la figure 5.
Au voisinage de la cathode et de l’anode existent des zones de gaine épaisses de 1 à 10 µm qui sont précédées de zones de couches limites (dynamiques et thermiques) de l’ordre du millimètre d’épaisseur. La chute de tension au voisinage des électrodes existe principalement dans les zones de gaine et représente moins de 20 V pour les deux électrodes (ce qui correspond, compte tenu des épaisseurs, à des champs électriques jusqu’à 10 7 V/m). Avec de tels champs dans les zones de gaine, le plasma est hors équilibre (température des électrons très supérieure à celle des particules lourdes). La colonne d’arc, de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, représente alors la majorité de l’espace anode-cathode et les champs électriques y sont compris entre 500 et 5 000 V/m. Dans la colonne d’arc, le plasma peut être considéré en première approximation comme étant à l’équilibre. Celle-ci est extrêmement lumineuse dès que sa température dépasse 10 000 à 12 000 K . La cathode émet les électrons alors que l’anode a un rôle beaucoup plus passif puisqu’elle ne fait que les collecter. Du fait de son refroidissement par les électrodes, le plasma est fortement constricté au voisinage de celles-ci, ce qui implique que les flux thermiques imposés peuvent être considérables. À la cathode, ce flux est en grande partie compensé par l’émission des électrons qui la refroidit mais, à l’anode, il peut atteindre des valeurs supérieures à 10 10 W/m2, ce qui implique un déplacement continu (temps de séjour en ce point < 150 µs) du pied d’arc pour limiter l’érosion.
HAUT...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FAUCHAIS (P.) - Plasmas thermiques : aspects fondamentaux. - [D 2 810]. Base documentaire « Convertisseurs et machines électriques » (2005).
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(2) - PATEYRON (B.) - * - Software of thermodynamic and transport properties (ADEP data). http://ttwinner.free.fr
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(3) - ECKERT(H.U.) - The induction arc: a state of the art review. - High Temp., 6, p. 99 à 134 (1974).
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(4) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled R.F. plasma. - Pure and Appl. Chem. 57, p. 1321-1352 (1985).
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(5) - BOULOS (M.I.) - Radio-frequency plasma developments, scale-up and industrial applications. - J. High Temp. Chem. Proc., 1, p. 401-411 (1992).
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(6) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled radio frequency plasma. - J. High Temp. Mat. Proc., 1, p. 17-39 (1997).
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