Rheologie de broyages/melanges de poudres plutoniferes pour la fabrication du combustible nucleaire
Résumé
Cette étude a été réalisée afin d’améliorer la compréhension des mécanismes mis en jeux lors du mélange de poudres pour le procédé de fabrication du combustible nucléaire. A ce jour, aucun lien n’a été clairement établi entre les propriétés physicochimiques et morphologiques de chacune des poudres mères sur la rhéologie du mélange obtenu. Il en est de même pour la teneur respective de chacune des poudres constitutives du mélange ainsi que des paramètres procédé utilisés pour sa réalisation.
Les poudres réelles servant à élaborer les pastilles de combustible ont été remplacées par des poudres céramiques inactives : des poudres d’alumine (Al2O3), de zircone (ZrO2), d’oxyde d’yttrium (Y2O3) et de cérine (CeO2) ont été utilisées. Elles ont été sélectionnées de façon à disposer d’une gamme de tailles et de formes de particules pertinente pour l’étude. Les mélanges ont été réalisés par deux techniques différentes : dans un mélangeur à tambour de type Turbula® et par co-broyage dans un broyeur à boulets.
Les paramètres poudre suivants sont notamment mesurés et étudiés: surface spécifique (par adsorption d’azote avec la méthode BET), distribution en taille (par granulométrie LASER en voie sèche et en voie liquide), densité vraie (par pycnométrie à Helium), densités apparentes et tassées (par test de compression au rhéomètre FT4), cohésion et indice d’écoulement (par test de cisaillement au rhéomètre FT4). L’influence de paramètres procédés tel que la vitesse de rotation, la durée de mélange, la taille et forme des galets, les différents facteurs de remplissage, la teneur en différents constituants du mélange ou l’ajout d’additifs (lubrifiant et porogène) ont été étudiés.
L’identification des paramètres clés qui conditionnent les propriétés rhéologiques de mélanges de poudres et l’établissement de lois de corrélations sont alors proposés.