Le frittage est le processus de formation et de compactage d’un matériau par pression et chaleur. Le frittage est une étape majeure dans la métallurgie des poudres et le traitement des céramiques. La force motrice du frittage est la réduction de la surface totale des particules. Les énergies de surface sont plus importantes que les énergies aux joints de grains.
Le frittage est généralement effectué en dessous de la température de fusion, de sorte qu’une phase liquide n’est normalement pas présente. Le frittage est souvent choisi comme processus de mise en forme pour les matériaux à points de fusion extrêmement élevés tels que les céramiques de tungstène, de molybdène ou de dioxyde d’uranium. Par exemple, le carbure de tungstène (WC), qui est largement utilisé dans l’exploitation minière dans les trépans de forage à marteau supérieur, les marteaux de fond de trou et de nombreuses autres applications, est fabriqué par métallurgie des poudres, donc par frittage au stade final de la production. Un exemple très courant de frittage est la formation d’une boule de neige dure en pressant de la neige meuble ensemble.
Lors du frittage, les poudres métalliques compactées sont liées ou frittées par chauffage dans un four à une température généralement inférieure au point de fusion du constituant principal. Le frittage des métaux en poudre est un processus dans lequel des particules sous pression se lient chimiquement entre elles afin de former une forme cohérente lorsqu’elles sont exposées à une température élevée. Ce processus est connu sous le nom de frittage à l’état solide. Si la température est supérieure au point de fusion d’un composant dans la pièce en poudre métallique, le liquide des particules fondues remplit les pores. Ce type de frittage est connu sous le nom de frittage à l’état liquide.
La durée et la température de frittage sont les facteurs les plus importants d’un point de vue pratique, la température étant la variable la plus importante. Au cours de ce processus, un certain nombre de caractéristiques sont augmentées, notamment la résistance, la ductilité, la ténacité et la conductivité électrique et thermique du matériau. Si différentes poudres élémentaires sont compactes et frittées, le matériau se transformerait en alliages et en phases intermétalliques.
UO2 fritté
La plupart des REP utilisent du combustible à l’uranium, qui se présente sous la forme de dioxyde d’uranium. Le dioxyde d’uranium est un solide semi-conducteur noir à très faible conductivité thermique. D’autre part, le dioxyde d’uranium a un point de fusion très élevé et un comportement bien connu. L’UO2 est introduit dans des matrices et pressé biaxialement sous forme de granulés cylindriques en utilisant une charge de plusieurs centaines de MPa – cela se fait dans des presses fonctionnant à grande vitesse. Ces pastilles « vertes » sont ensuite frittées dans le cylindre solide (d’une hauteur et d’un diamètre d’environ 1 centimètre, la hauteur étant supérieure au diamètre) par chauffage dans un four à environ 1 750 °C sous une atmosphère réductrice contrôlée avec précision (généralement argon-hydrogène) afin de les consolider. Cela a également pour effet de densifier les granulés. Les dimensions des pastilles de combustible et des autres composants de l’assemblage combustible sont contrôlées avec précision pour assurer la cohérence des caractéristiques du combustible. Ces pastilles sont ensuite chargées et encapsulées dans un crayon combustible (un tube de gaine métallique), qui est constitué d’alliages de zirconium
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Voir ci-dessus:
Métallurgie
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