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Impression de pièces haute performance en SiC pour l’électrolyse de l’acide fluorhydrique

Défis technologiques Fabrication additive, nouvelles voies d’économie de matériaux

Résumé du sujet

Le fluor occupe une place essentielle dans le cycle du combustible nucléaire : il est un maillon indispensable pour la préparation du UF6 utilisé dans le procédé d’enrichissement de l’uranium employé dans les centrales nucléaires. Le fluor est produit par électrolyse du sel fondu KF-2 HF sur l’anode carbonée non graphitée entre 85°C et 100°C. La réaction de réduction qui a lieu à la cathode produit de l'hydrogène. Un cuve d’électrolyse est composé de couvercles, serpentins de refroidissement, diaphragme en alliage de nickel (67 %) et de cuivre (28 à 30 %). Cet alliage possède une résistance remarquable aux phénomènes de corrosion et d’érosion. L’augmentation du rendement énergétiques et de la durée de vie des composants nécessitent le replacement des matériaux et de redéfinir les procédés de fabrication. Aussi il est envisagé de remplacer ce matériau par une céramique haute performance, le carbure de silicium afin de développer de nouveaux diaphragmes à géométries plus complexes pour améliorer la séparation des gaz.
L’objectif de la thèse consistera à étudier les performances d’un matériau formulé à base de SiC, imprimé par fabrication additive et fritté afin d’obtenir des pièces de densités élevées (70-90%) et à faible taux d’oxygène pour être compatible avec l’électrolyse HF.
Une étude approfondie sera entreprise par des analyses IGA/ICP, MEB-MET/EDX sur des matériaux SiC développés et mis en forme par frittage flash (screening) afin de mettre en relation la nature du SiC, la densité et la localisation de l’oxygène. Une seconde étape portera sur la mise en forme par impression 3D du matériau sélectionné suivi de traitements thermiques de frittage avec comme verrou technologique l’obtention de pièces de densité élevée Les performances de ces pièces simples et complexes seront évaluées en milieu HF et sous bullage fluor. Ces mises en œuvre seront suivies de caractérisations afin d’établir des relations entre les propriétés du matériau obtenu par impression 3D (sa microstructure, sa densité, la présence d’oxygène) et ses performances.

Laboratoire

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)
Service Architecture 3D
Laboratoire de Formulation des Matériaux
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