ALLIAGES DE TUNGSTENE POUR LA FUSION Dominique Vrel, Sarah Dine, LSPM, Université Paris 13 Christian Grisolia, IRFM/GCFPM Gregory Peiters, Bernard Rousseau, Saclay Tritium Lab., IBITECs Nathalie Herlin, IRAMIS

Matériaux pour la fusion : Conducteurs électriques Bonne conductivité thermique/réfractaire Ductile / Usinable Pulvérisation plasma limitée Résistance à l’oxydation Pas ou peu d’hydrure (pas ou peu de piégeage du tritium) Résistance aux neutrons

Actuellement, le W choisit par ITER colle à peu près : Conducteurs électriques  Bonne conductivité thermique/réfractaire  Ductile  (transition ductile fragile 400-600°C) Pulvérisation plasma limitée  résistance à l’oxydation  Pas ou peu d’hydrure (pas ou peu de piégeage du tritium)  Résistance aux neutrons  Faible activation  Développement de nouveaux alliages dans une approche globale initier des études nouveaux matériaux pour la fusion en France Matériaux envisagés : alliages de W et de Cr, Ti, Y, V (faible activation)

Principe du procédé SHS Dans le cas envisagé, il s’agira d’utiliser des poudres de WO3, V2O5, Cr2O3 (CrO3 ?)… et de provoquer leur réduction par du magnésium La réaction est amorcée localement, et se propage dans tout l’échantillon.

Synthèse d’alliages réfractaires Premiers essais à un stade très artisanal (ici, expérience réalisée sur le parking du laboratoire…) Problème : volatilité du magnésium qui exige de le mettre en très fort excès pour que la réaction soit complète

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – – sous pression – Capacité du réacteur : 50g de métal produit 2ème réacteur d’une capacité de 500g en cours de conception

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – – sous pression – Premier résultat sur alliage W-V2 (2w%, 6.86at%) Compositions étudiées : W, WV2-6, WCr2-6, WV6, WV2Cr2, WV4Cr2, WV2Cr4

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – – sous pression – Spectres EDS obtenus sur les poudres compactées (WV4) Spectrum details Project New project Spectrum name Spectrum1 Acquisition conditions Acquisition time (s) 100.0 Process time 4 Accelerating voltage (kV) 15.0

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – – sous pression – Cartographies EDS obtenus sur les poudres compactées (WV4)

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – – sous pression – Cartographies EDS obtenus sur les échantillons frittés (WV4)

Merci pour votre attention A venir : Propriétés mécaniques (dureté, compression, traction ?, mesure de la TTDF ?…) Optimisation du cycle de frittage pour améliorer l’homogénéité (est-ce intéressant ?) Merci pour votre attention

Synthèse de tungstène nanométrique Broyage seul Mécano-synthèse S. Dine, S. Aïd, K. Ouaras, V. Malard, M. Odorico, N. Herlin-Boime, A. Habert, A. Gerbil- Margueron, C. Grisolia, J. Chêne, G. Pieters, B. Rousseau, D. Vrel, Synthesis of tungsten nanopowders : comparison of milling, SHS, MASHS and Milling-Induced Chemical Processes , Advanced Powder Technology, 26 (2015) 1300-1305. Broyage seul Mécano-synthèse

Synthèse d’alliages réfractaires Vasuki Kentheswaran, Sarah Dine, Dominique Vrel, Jean-Philippe Couzinié, Guy Dirras, Synthesis of Nanometric Refractory Alloys Powders in the Mo-Nb-W System, Journal of Alloys and Compounds 679 (2016) 80-87 Mo-Nb stœchiométrique par SHS Mo-Nb-W stœchiométrique par mécanosynthèse. La synthèse de ces alliages par ce type de réaction est possible; Le procédé SHS a besoin d’une optimisation séparée

Synthèse d’alliages réfractaires – optimisé grand volume – Mo-Nb-W stœchiométrique Les résultats sont bien meilleurs en SHS grand volume (20g de métal) qu’en petit (2.5g) ® scale-up favorable Le mélange n’est pas encore parfait. Problème lié à la volatilité du magnésium Pourquoi est-ce que cela marchait mieux en mécanosynthèse ? Volume limité, pression induite par la réaction Sarah Dine, Vasuki Kentheswaran, Dominique Vrel, Jean-Philippe Couzinié, Guy Dirras, Large scale synthesis of nanometric MoNbW alloy using Self-propagating High-temperature Synthesis, soumis, Advanced Powder Technology.