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FR2479173A1 - Accelerated densification of porous carbon - by impregnating with decomposable hydrocarbon, then heating under pressure - Google Patents

Accelerated densification of porous carbon - by impregnating with decomposable hydrocarbon, then heating under pressure Download PDF

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FR2479173A1
FR2479173A1 FR8007034A FR8007034A FR2479173A1 FR 2479173 A1 FR2479173 A1 FR 2479173A1 FR 8007034 A FR8007034 A FR 8007034A FR 8007034 A FR8007034 A FR 8007034A FR 2479173 A1 FR2479173 A1 FR 2479173A1
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FR
France
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capsule
porous carbon
substrate
hydrogen
densification
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FR8007034A
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Jean Jamet
Jacqueline Louise Antoin Omnes
Jean-Jacques Poupeau
Claude Le Pennec
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Abstract

Accelerated densification of a porous carbon substrate (A) comprises decomposing, in the presence of (A), pitch, acenaphthylene (I), phenanthrene or their mixts. at high temps. and pressure. Decompsn. is carried out in a closed reactor, allowing release of hydrogen as it forms, the walls of the reactor being sufficiently flexible to adapt to the vol. of the liq. phase. Pref. pitch, or other hydrocarbon contg. free C atoms is used. Pref. a mixt. of 5-40(30) wt.% (I) and pitch is used with C:H atom ratio over 1.4, contg. below 0.1% quinoline insolubles; about 20% toluene insolubles; below 0.2% sulphur and below 0.1% each oxygen and nitrogen. This material is made by separately dry-grinding (I) and the pitch to particle size below 100 microns, mixing the powders, then degassing at about 140 deg.C with continuous agitation until residual pressure in the reactor is about 5 mm. An appts. for the process is also claimed. The dense carbon articles produced have high mechanical strength and abrasion resistance at high temp., and are useful as electrodes, car or aircraft brakes, and medical prostheses. Materials of high free carbon content can now be used without problems of warping the substrate walls.

Description

La présente invention qui résulte des travaux de Messieurs Jean JAMET, Jean-Jacques POUPEAU, Claude
LEPENNEC et Madame Jacqueline OMNES, de l'Office
National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales, et du
Commissariat à l'Energie Atomique, se rapporte à la fabrication de matériaux carbonés compacts par densification de substrats poreux, celle-ci se faisant par décomposition de produits hydrocarbonés, notamment des brais, à haute température et sous haute pression.
The present invention which results from the work of Messrs Jean JAMET, Jean-Jacques POUPEAU, Claude
LEPENNEC and Madame Jacqueline OMNES, from the Office
National Aerospace Studies and Research, and
Commissariat à l'Energie Atomique, relates to the manufacture of compact carbonaceous materials by densification of porous substrates, this being done by decomposition of hydrocarbon products, in particular pitches, at high temperature and high pressure.

On entend par "densification" une opération consistant à apporter du carbone à un substrat poreux et c'est dans ce sens que le mot sera utilisé dans la suite de cette description. The term “densification” is understood to mean an operation consisting in supplying carbon to a porous substrate and it is in this sense that the word will be used in the rest of this description.

La plus récente technique d'élaboration de matériaux carbonés compacts, comme les composites carbonecarbone par exemple, met en oeuvre de préférence les brais sous haute pression. Ces derniers, essentiellement constitués de carbone et d'hydrogène, présentent un point de ramollissement vers 70-1000C. Au delà, ils se liquéfient et restent stables jusque vers 350-400 C : à partir de cette température, ils commencent à se decom poser avec dégagement d'hydrogène et d'hydrocarbures saturés volatils, tandis qu'une mésophase se forme dans la masse liquide. The most recent technique for developing compact carbonaceous materials, such as carbon-carbon composites for example, preferably uses pitches under high pressure. The latter, essentially consisting of carbon and hydrogen, have a softening point around 70-1000C. Beyond that, they liquefy and remain stable until around 350-400 C: from this temperature, they begin to decompose with release of hydrogen and volatile saturated hydrocarbons, while a mesophase is formed in the mass liquid.

Celle-ci se présente sous forme de petites sphères, s'apparentant à des cristaux liquides, qui grossissent et finissent, par coalescence, à envahir toute la phase liquide. Une fois la réaction terminée, la substance à densifier subit un traitement de graphitisation vers 26000C et on recommence le cycle jusqu'à ce qu'on obtienne la densité désirée. This is in the form of small spheres, similar to liquid crystals, which grow and end, by coalescence, to invade the entire liquid phase. Once the reaction is complete, the substance to be densified undergoes a graphitization treatment at around 26000C and the cycle is repeated until the desired density is obtained.

Afin d'augmenter les rendements en carbone, on a réalisé cette transformation dans des capsules serties et sous haute pression. In order to increase the carbon yields, this transformation was carried out in crimped capsules and under high pressure.

Les capsules employées jusqu'à ce jour étant très peu perméables, les gaz produits au cours de la réaction peuvent provoquer une nucléation au sein de la matière, cette nucléation se déplaçant vers les parois et donnant à terme une certaine porosité au produit obtenu. De plus, le nombre de cycles nécessaires pour obtenir le produit final de densité donnée peut être plus ou moins grand. Since the capsules used to date are very slightly permeable, the gases produced during the reaction can cause nucleation within the material, this nucleation moving towards the walls and ultimately giving a certain porosity to the product obtained. In addition, the number of cycles necessary to obtain the final product of given density may be greater or less.

La présente invention a justement pour objet un procédé et un dispositif rendant cette densification plus rapide et plus économique en augmentant le rendement des réactions de densification et en diminuant le nombre de cycles nécessaires pour aboutir à un produit final de densité donnée. The object of the present invention is precisely a method and a device making this densification faster and more economical by increasing the yield of the densification reactions and by reducing the number of cycles necessary to arrive at a final product of given density.

Selon la caractéristique essentielle du procédé objet de l'invention, ce procédé, du genre de ceux qui consistent à décomposer une substance hydrocarbonée, notamment un brai, en présence du substrat à densifier, sous haute pression et à haute température, est caractérisé en ce que l'on effectue ladite décomposition dans un réacteur permettant l'élimination de l'hydrogène dégagé pendant la réaction au fur et à mesure de sa production ; d'autre part, les parois dudit réacteur ont la souplesse nécessaire pour que le volume intérieur de celui-ci s'adapte à- chaque instant, sous l'effet de la pression appliquée, au volume de la phase liquide qu'il contient. According to the essential characteristic of the process which is the subject of the invention, this process, of the kind which consists in decomposing a hydrocarbon substance, in particular a pitch, in the presence of the substrate to be densified, under high pressure and at high temperature, is characterized in that that said decomposition is carried out in a reactor allowing the elimination of the hydrogen released during the reaction as it is produced; on the other hand, the walls of said reactor have the flexibility necessary so that the internal volume of the latter adapts at each instant, under the effect of the pressure applied, to the volume of the liquid phase which it contains.

L'élimination de l'hydrogène au fur et à mesure de sa production favorise aussi bien la décomposition de la substance hydrocarbonée que celle des hydrocarbures volatils. On améliore ainsi le rendement des réactions de décomposition en réduisant le volume poreux provoqué par la formation de nucléations gazeuses au sein de la matière : on diminue donc les coûts de fabrication en réduisant le nombre de cycles nécessaires tout en obtenant un produit plus homogène. The elimination of hydrogen as it is produced promotes both the decomposition of the hydrocarbon substance and that of volatile hydrocarbons. The yield of the decomposition reactions is thus improved by reducing the pore volume caused by the formation of gas nucleations within the material: the manufacturing costs are therefore reduced by reducing the number of cycles required while obtaining a more homogeneous product.

L'élimination de l'hydrogène peut se faire de deux manières : soit en le piégeant à l'aide d'une subs tance dans laquelle ce gaz présente une grande solubilité, soit en le faisant diffuser à travers les parois du réacteur, si le matériau constituant celles-ci présente une perméabilité suffisante, soit encore en combinant ces deux phénomènes. The elimination of hydrogen can be done in two ways: either by trapping it using a substance in which this gas has a high solubility, or by making it diffuse through the walls of the reactor, if the material constituting these has sufficient permeability, or even by combining these two phenomena.

Quant à la souplesse des parois du réacteur, elle permet d'améliorer encore le rendement des réactions en permettant de travailler sous très haute pression sans risque de rupture pour le réacteur puisque la pression extérieure est constamment équilibrée par celle de la masse liquide incompressible qu'il contient. As for the flexibility of the reactor walls, it makes it possible to further improve the yield of the reactions by making it possible to work under very high pressure without risk of rupture for the reactor since the external pressure is constantly balanced by that of the incompressible liquid mass which it contains.

La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Selon le mode de réalisation préfére, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une capsule anéroïde dont les parois, réalisées dans un matériau perméable à l'hydrogène, sont minces et ondulées. The present invention also relates to a device for implementing the method. According to the preferred embodiment, this device is characterized in that it comprises an aneroid capsule whose walls, made of a material permeable to hydrogen, are thin and wavy.

En effet, pour obtenir une bonne perméabilité du réacteur vis-à-vis de l'hydrogène, il faut non seulement choisir un matériau perméable à ce gaz, mais de plus on a tout intérêt à augmenter autant que possible le rapport surface/epaisseur des parois de celui-ci, d'où la forme choisie. De plus, cette forme rend la capsule assez souple pour qu'elle puisse se déformer au cours du traitement soûls l'effet de la pression appliquée sans risque de se fissurer. Enfin, de telles structures ont l'avantage d'être disponibles dans le commerce dans une très large gamme de dimensions et de matériaux, ce qui diminue le cout de fabrication de telles capsules. Indeed, to obtain a good permeability of the reactor vis-à-vis hydrogen, it is not only necessary to choose a material permeable to this gas, but moreover it is very advantageous to increase as much as possible the surface / thickness ratio of the walls of it, hence the shape chosen. In addition, this shape makes the capsule flexible enough so that it can deform during treatment, so that the effect of the pressure applied without the risk of cracking. Finally, such structures have the advantage of being commercially available in a very wide range of dimensions and materials, which reduces the cost of manufacturing such capsules.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et la mise en oeuvre du procédé sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente une vue en coupe de la capsule anéroide utilisée ;
- la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif de mise sous vide de la capsule de la figure 1 ;
- la figure 3 représente, en échellelogarithmique, les courbes donnant le débit massique d'hydrogène (en grammes/seconde) en fonction du temps (en heures) pour deux types de capsules
- la figure 4 présente les courbes donnant l'augmentation de densité du substrat après chaque cycle pour trois types différents de capsule.
Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly and the implementation of the method will be better understood on reading the description which follows, given by way of purely illustrative and nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings. wherein
- Figure 1 shows a sectional view of the aneroid capsule used;
- Figure 2 shows a sectional view of the vacuum device of the capsule of Figure 1;
- Figure 3 shows, in logarithmic scale, the curves giving the mass flow rate of hydrogen (in grams / second) as a function of time (in hours) for two types of capsules
- Figure 4 shows the curves giving the increase in density of the substrate after each cycle for three different types of capsule.

La figure 1 représente une capsule anéroïde 1 aux parois minces et ondulées 2. Cette forme permet d'augmenter considérablement le rapport surface/épaisseur des parois de la capsule, rendant celle-ci plus perméable à l'hydrogène à condition bien entendu, que le matériau constitutif de la capsule permette la diffusion de ce gaz. On obtient une bonne perméabilité en choisissant comme matériau constitutif de la capsule un métal tel que le nickel ou l'acier inoxydable. Si l'aspect économique n'est pas important on peut utiliser d'autres matériaux comme le palladium ou un alliage tel que le palladium-argent par exemple. FIG. 1 represents an aneroid capsule 1 with thin and wavy walls 2. This shape makes it possible to considerably increase the surface / thickness ratio of the walls of the capsule, making it more permeable to hydrogen provided, of course, that the constituent material of the capsule allows the diffusion of this gas. Good permeability is obtained by choosing a metal such as nickel or stainless steel as the constituent material of the capsule. If the economic aspect is not important one can use other materials such as palladium or an alloy such as palladium-silver for example.

Sur la figure 1, on voit en outre le dispositif de fermeture 3 constitué par un couvercle 4 soudé à la capsule 1, l'étanchéité étant assurée au moyen de la bille 5 que l'on applique sur le cône 6 au moyen de la vis 7, celle-ci présentant un méplat 8 permettant de faire le vide. Cette dernière opération est egalement facilitée par le trou central 7A qui traverse la vis 7. In FIG. 1, we can also see the closing device 3 constituted by a cover 4 welded to the capsule 1, the seal being ensured by means of the ball 5 which is applied to the cone 6 by means of the screw 7, the latter having a flat 8 making it possible to create a vacuum. This latter operation is also facilitated by the central hole 7A which passes through the screw 7.

La mise en oeuvre du procédé se fait de la façon suivante : on place d'abord le produit à densifier 9, par exemple une armature en fibres de carbone, dans la capsule 1 non obturée. On dispose ensuite celle-ci dans une enceinte où l'on fait le vide, puis on remplit la capsule avec le brai 10, préalablement liquéfié, la pression résiduelle dans l'enceinte étant de l'ordre de 5 à 10 mm Hg. En effet, pour que le brai pénètre bien le substrat, il est nécessaire d'effectuer cette opération sous vide et de laisser le brai liquide en contact avec le substrat pendant un temps suffisant. On laisse ensuite refroidir et on ramène à la pression atmosphérique. The implementation of the method is done as follows: first placing the product to be densified 9, for example a carbon fiber reinforcement, in the capsule 1 not closed. This is then placed in an enclosure where a vacuum is produced, then the capsule is filled with pitch 10, previously liquefied, the residual pressure in the enclosure being of the order of 5 to 10 mm Hg. Indeed, for the pitch to penetrate the substrate well, it is necessary to carry out this operation under vacuum and to leave the liquid pitch in contact with the substrate for a sufficient time. It is then allowed to cool and it is brought back to atmospheric pressure.

Le procédé, utilisé essentiellement pour densifier des composites carbone-carbone, peut naturellement s'appliquer à d'autres substances et le substrat carboné de départ peut être soit une armature en fibres de carbone, soit un produit carboné quelconque dont on désirerait augmenter la densité. The process, used essentially for densifying carbon-carbon composites, can naturally be applied to other substances and the starting carbon substrate can be either a carbon fiber reinforcement, or any carbon product whose density one would like to increase. .

On soude ensuite le couvercle 4 sur la capsule 1 et on fait le vide au moyen du système représenté sur la figure 2. Un capuchon Il est placé à la partie supé- rieure de la capsule 1, l'étanchéité étant assurée grâce au joint 12 maintenu par les vis 13. D'autre part, la vis 7 est serrée à l'aide d'une clé télescopique 14 celle-ci étant manoeuvrée par le système de commande 15 : l'étanchéité entre ce dernier et le capuchon ll est assurée au moyen des joints 16. Un conduit 17 relié à une pompe à vide, non représentée, traverse le système 15. The cover 4 is then welded to the capsule 1 and a vacuum is produced by means of the system shown in FIG. 2. A cap It is placed at the upper part of the capsule 1, the seal being ensured by means of the seal 12 held by the screws 13. On the other hand, the screw 7 is tightened using a telescopic key 14 the latter being operated by the control system 15: the seal between the latter and the cap ll is ensured by means of the seals 16. A duct 17 connected to a vacuum pump, not shown, passes through the system 15.

Lorsque le vide est réalisé dans la capsule 1 et dans l'espace intérieur 18 du capuchon 11, le système de commande 15 est mis en action et on serre la vis 7 pour bloquer la bille 5 sur le cône 6. I1 reste un léger espace vide à la partie supérieure de la capsule, la pression résiduelle étant également de l'ordre de 5 à 10 mm Hg. When a vacuum is created in the capsule 1 and in the interior space 18 of the cap 11, the control system 15 is put into action and the screw 7 is tightened to lock the ball 5 on the cone 6. I1 remains a slight space empty at the upper part of the capsule, the residual pressure also being of the order of 5 to 10 mm Hg.

Ce dispositif de mise sous vide est ensuite retiré et on place la capsule dans une enceinte à haute pression que l'on chauffe à 2000C ; un palier doit être respecté à cette température afin de s'assurer que le brai est bien fondu.  This vacuum device is then removed and the capsule is placed in a high pressure enclosure which is heated to 2000C; a level must be observed at this temperature to ensure that the pitch is well melted.

Ensuite la température est montée progressivement jusque vers 600-7000C tandis que la capsule est soumise à une forte pression d'argon (de l'ordre de 700 à 1000 bars). Sous l'effet de cette pression, la capsule s'écrase, ce qui supprime 11 espace vide créé précédemment. L'intérieur de la capsule est alors entièrement rempli par la phase liquide. On peut donc travailler à des pressions très élevées (jusqu'à 2000 bars, par exemple,si l'installation le permet) sans risque de rupture pour la capsule puisque la pression extérieure sera toujours équilibrée par celle du liquide qu'elle contient. Then the temperature gradually rose to around 600-7000C while the capsule was subjected to a high pressure of argon (of the order of 700 to 1000 bars). Under the effect of this pressure, the capsule crashes, which removes the empty space created previously. The interior of the capsule is then completely filled with the liquid phase. It is therefore possible to work at very high pressures (up to 2000 bars, for example, if the installation allows it) without risk of rupture for the capsule since the external pressure will always be balanced by that of the liquid that it contains.

Un balayage d'argon est nécessaire pour extraire l'hydrogène de l'enceinte, afin que la pression partielle de celui-ci à l'extérieur de la capsule soit toujours la plus faible possible. L'analyse continue des gaz sortant de l'enceinte à haute pression permet de connaître à tout instant le débit d'hydrogène.An argon sweep is necessary to extract the hydrogen from the enclosure, so that the partial pressure thereof outside the capsule is always as low as possible. The continuous analysis of the gases leaving the high pressure enclosure makes it possible to know the hydrogen flow rate at all times.

Celui-ci est représenté, en échelle logarithmique et en grammes/seconde, en fonction du temps en heures et de la montée en température sur la figure 3 pour deux types de capsule de même volume permettant une comparaison entre - une capsule droite, à parois lisses en acier inoxyda
ble (courbe 21) du type de celles utilisées dans l'art
antérieur, et - une capsule anéroïde à parois minces et ondulées en
nickel (courbe 22) conforme à la présente invention.
This is represented, on a logarithmic scale and in grams / second, as a function of time in hours and of the temperature rise in FIG. 3 for two types of capsule of the same volume allowing a comparison between - a straight capsule, with walls stainless steel beams
ble (curve 21) of the type used in the art
anterior, and - an aneroid capsule with thin, wavy walls in
nickel (curve 22) according to the present invention.

Sur cette figure, on a également représenté l'évolu
tion de la température en fonction du temps (cour
be23).
This figure also shows the evolution
tion of the temperature as a function of time (court
be23).

L'expérience décrite ici a été réalisée sous une pression de 700 bars. Quant au brai utilisé, il s'agit d'un brai de houille présentant un point de ramollissement (KS ou Ring-Ball) à 900C, et contenant 30% de carbone libre (phase a) ; en effet, ce dernier favo rise la réaction de densification. D'autre part, ce brai a un rendement en carbone de 40% et un rapport atomique carbone/hydrogène égal à 1,89. The experiment described here was carried out under a pressure of 700 bars. As for the pitch used, it is a coal pitch with a softening point (KS or Ring-Ball) at 900C, and containing 30% of free carbon (phase a); in fact, the latter favors the densification reaction. On the other hand, this pitch has a carbon yield of 40% and a carbon / hydrogen atomic ratio equal to 1.89.

Cependant, les brais de houille contiennent du soufre, ce qui entrain deux sortes d'inconvénients : tout d'abord, on risque de détériorer les capsules, et d'autre part, vers 13000C le soufre part subitement, ce qui provoque un retrait brutal de la matrice et nécessi- te donc certaines précautions lors du traitement de graphitisation. However, coal pitches contain sulfur, which leads to two kinds of disadvantages: first, there is a risk of deteriorating the capsules, and secondly, around 13000C the sulfur leaves suddenly, which causes a sudden withdrawal of the matrix and therefore requires certain precautions during the graphitization treatment.

On peut également utiliser des brais de pétrole, qui contiennent très peu de soufre, mais on a tout intérêt à y ajouter un produit tel que l'acénaphtylène par exemple : il s'agit d'un hydrocarbure aromatiqueg de formule chimique C12H8, qui mélangé au brai de pétrole dans la proportion de 30%, donne un eutectique qui fond à 500C (au lieu de 2000C comme prédédemment) et qui, de plus, a un taux de cendres à peu près nul. You can also use petroleum pitches, which contain very little sulfur, but it is in your interest to add a product such as acenaphthylene for example: it is an aromatic hydrocarbon of chemical formula C12H8, which mixed to the pitch of petroleum in the proportion of 30%, gives a eutectic which melts at 500C (instead of 2000C as before) and which, moreover, has an almost zero ash rate.

I1 est bien entendu qu'on peut utiliser d'autres substances que les brais, à condition que le rapport atomique C/H soit compris entre 1,4 et 1,9. Des produits purs tels que l'acénaphtylène ou le phénantirène (composé aromatique de formule C14H10) peuvent également convenir, mais ils sont malheureusement très coûteux. It is understood that it is possible to use substances other than pitches, provided that the atomic ratio C / H is between 1.4 and 1.9. Pure products such as acenaphthylene or phenanthrene (aromatic compound of formula C14H10) may also be suitable, but they are unfortunately very expensive.

A la lecture de la figure 2, on voit que la capsule anéroide nickel augmente notablement le rendement de la réaction par rapport à la capsule inox droite : avec la première, la diffusion d'hydrogène commence beaucoup plus tôt, dès que la température atteint une valeur voisine de 4000C à laquelle le brai commence à se décomposer, tandis qu'avec la seconde, il ne se passe rien en-dessous de 5000C. De plus, à un instant donné, le débit d'hydrogène est environ 100 fois plus fort avec la capsule anérolde nickel qu'avec la capsule inox droite.  When reading FIG. 2, it can be seen that the aneroide nickel capsule significantly increases the yield of the reaction compared to the straight stainless steel capsule: with the first, the diffusion of hydrogen begins much earlier, as soon as the temperature reaches a value close to 4000C at which the pitch begins to decompose, while with the second, nothing happens below 5000C. In addition, at a given instant, the hydrogen flow rate is approximately 100 times stronger with the nickel aneroid capsule than with the straight stainless steel capsule.

Au bout d'environ 5 heures le débit d'hydrogène diminue fortement ou cesse, et on arrête l'expérience ; le substrat est alors extrait de la capsule et on le soumet à un traitement thermique à 26000C pour faire cristalliser le carbone dans le système du graphite. After about 5 hours the flow of hydrogen greatly decreases or ceases, and the experiment is stopped; the substrate is then extracted from the capsule and it is subjected to a heat treatment at 26000C to make the carbon crystallize in the graphite system.

On recommence ensuite les opérations en répétant le cycle autant de fois que cela est nécessaire pour obtenir la densité finale désirée. The operations are then repeated, repeating the cycle as many times as necessary to obtain the desired final density.

La figure 4 indique la densité du produit obtenu après chaque cycle de densification pour un même substrat de densité initiale 1,12 avec trois types de capsule - capsule inox droite (courbe 31) selon l'art anté
rieur - capsule anéroïde inox (courbe 32) - capsule anérolde nickel (courbe 33i.
FIG. 4 indicates the density of the product obtained after each densification cycle for the same substrate of initial density 1.12 with three types of capsule - straight stainless steel capsule (curve 31) according to the prior art
laughing - stainless aneroid capsule (curve 32) - nickel aneroid capsule (curve 33i.

On voit que, pour un même produit de départ, la capsule anéroïde nickel permet d'obtenir une densité finale de 1,90 au bout de trois cycles alors qu'il en faut quatre avec la capsule inox droite. It can be seen that, for the same starting product, the aneroid nickel capsule makes it possible to obtain a final density of 1.90 after three cycles whereas it takes four with the straight stainless steel capsule.

D'autre part, la comparaison des courbes 31 et 32 montre, pour un même matériau constitutif de la capsule, l'amélioration apportée par la structure à parois minces et ondulées, par rapport à la structure à parois lisses. On the other hand, the comparison of curves 31 and 32 shows, for the same constituent material of the capsule, the improvement brought by the structure with thin and wavy walls, compared to the structure with smooth walls.

La comparaison des courbes 32 et 33 montre que, pour une même structure de la capsule, le nickel est plus efficace que l'acier inoxydable. The comparison of curves 32 and 33 shows that, for the same structure of the capsule, nickel is more effective than stainless steel.

Les courbes 41 et 43 donnent le gain de densité pour chaque cycle avec la capsule inox droite et la capsule anéroïde nickel respectivement. Curves 41 and 43 give the density gain for each cycle with the straight stainless steel capsule and the nickel aneroid capsule respectively.

Ces courbes montrent qu'après le premier cycle, l'augmentation de densité est bien plus importante avec la capsule anéroide nickel (courbe 43) qu'avec la capsule inox droite (courbe 41). Au cours des cycles suivants, le gain en densité diminue et finit par s'annuler lorsque le substrat atteint sa densité maximale. These curves show that after the first cycle, the density increase is much greater with the aneroide nickel capsule (curve 43) than with the straight stainless steel capsule (curve 41). During the following cycles, the gain in density decreases and eventually vanishes when the substrate reaches its maximum density.

On voit donc que l'invention permet bien d'atteindre le but visé qui est l'obtention rapide et économique de matériaux carbonés compacts. De plus, l'élimination des gaz produits permet d'atténuer considérablement une éventuelle nucléation gazeuse au sein de la matière, source de porosité qui peut avoir une influence néfaste pour les propriétés mécaniques. It can therefore be seen that the invention does indeed achieve the aim which is the rapid and economical production of compact carbonaceous materials. In addition, the elimination of the gases produced makes it possible to considerably attenuate any gas nucleation within the material, a source of porosity which can have a detrimental influence on the mechanical properties.

I1 va de soi que la présente invention ne se limite pas à l'exemple décrit ci-dessus, et que d'autres modes de réalisation et de mise en oeuvre sont possibles. It goes without saying that the present invention is not limited to the example described above, and that other embodiments and implementation are possible.

L'élimination de l'hydrogène peut également se faire par piégeage à l'aide d'une éponge de titane ou avec du noir de palladium, deux matériaux dans lesquels l'hydrogène a une grande solubilité. The elimination of hydrogen can also be done by trapping using a titanium sponge or with palladium black, two materials in which hydrogen has a high solubility.

D'autres formes de réacteur sont également possibles et on peut envisager des capsules aplaties et circulaires, ayant toujours des parois ondulées, du genre de celles utilisées dans les baromètres anéroides. Other forms of reactor are also possible and one can envisage flattened and circular capsules, always having corrugated walls, of the kind of those used in aneroide barometers.

Les applications sont nombreuses et variées, notamment pour la fabrication de matériaux carbonés compacts de n'importe quelle forme et dimension : ceux-ci et plus spécialement les composites carbone-carbone sont pratiquement les seuls utilisables dans les domaines où une grande résistance mécanique et une grande résistance à l'abrasion à haute température sont nécessaires. On peut encore citer comme exemple la fabrication d'électrodes, de freins pour automobiles ou avions, éventuellement de prothèses médicales puisque le carbone est compatible avec les tissus vivants. The applications are numerous and varied, in particular for the manufacture of compact carbonaceous materials of any shape and size: these and more especially carbon-carbon composites are practically the only ones usable in the fields where a great mechanical resistance and a high abrasion resistance at high temperatures are required. Another example is the manufacture of electrodes, brakes for cars or planes, possibly medical prostheses since carbon is compatible with living tissue.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux (9) du genre de ceux qui consistent à décomposer une substance hydrocarbonée (10), notamment du brai, en présence dudit substrat sous haute pression et à haute température, caractérisé en ce que l'on effectue ladite décomposition à l'intérieur d'un réacteur fermé permettant l'élimination de l'hydrogène dégagé pendant la réaction au fur et à mesure de sa production, les parois dudit réacteur ayant la souplesse nécessaire pour que le volume intérieur de celui-ci s'adapte à chaque instant, sous l'effet de la pression appliquée, au volume de la phase liquide qu'il contient. 1. Process for the accelerated densification of a porous carbonaceous substrate (9) of the type which consists in decomposing a hydrocarbon substance (10), in particular pitch, in the presence of said substrate under high pressure and at high temperature, characterized in that that said decomposition is carried out inside a closed reactor allowing the elimination of the hydrogen released during the reaction as and when it is produced, the walls of said reactor having the flexibility necessary for the interior volume of it adapts at each instant, under the effect of the pressure applied, to the volume of the liquid phase it contains. 2. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux selon la revendication I, caractérisé en ce que la substance hydrocarbonée à décomposer est un brai contenant du carbone libre et ayant un rapport atomique C/H compris entre 1,4 et 1,9. 2. Method for the accelerated densification of a porous carbon substrate according to claim I, characterized in that the hydrocarbon substance to be decomposed is a pitch containing free carbon and having an atomic ratio C / H of between 1.4 and 1, 9. 3. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance hydrocarbonée à décomposer est un hydrocarbure aromatique choisi dans le groupe comprenant l'acénaphtylene et le phénanthrène. 3. Method for the accelerated densification of a porous carbon substrate according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon substance to be decomposed is an aromatic hydrocarbon chosen from the group comprising acenaphthylene and phenanthrene. 4. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un cycle comprenant les étapes suivantes - on place le substrat poreux dans une capsule (1) ser 4. Method for the accelerated densification of a porous carbon substrate according to claim 1, characterized in that it comprises at least one cycle comprising the following steps - the porous substrate is placed in a capsule (1) ser vant de réacteur, - la capsule étant placée dans une enceinte où l'on a front of the reactor, the capsule being placed in an enclosure where fait le vide, on fait couler la substance hydrocarbo vacuum, we run the hydrocarbon substance née (10) à décomposer, préalablement liquéfiée, dans born (10) to decompose, previously liquefied, in la capsule (1), - on laisse refroidir, on ramène à la pression atmosphé the capsule (1), - allow to cool, reduce to atmospheric pressure rique et on sort la capsule (1) de l'enceinte, - on ferme la capsule (1) par un couvercle (4) que l'on  risk and the capsule (1) is taken out of the enclosure, - the capsule (1) is closed by a cover (4) which is soude, - on fait le vide dans ladite capsule (1) et on place soda, - we vacuum in said capsule (1) and place celle-ci dans une enceinte à haute pression où l'on this in a high pressure enclosure where porte la température à 200 C environ, - on monte ensuite la pression à l'intérieur de ladite brings the temperature to around 200 ° C., then increases the pressure inside said enceinte à haute pression jusqu'à une valeur de l'or high pressure enclosure up to a gold value dre de 700 à 1000 bars, tandis que la température est from 700 to 1000 bars, while the temperature is portée jusque vers 600-700 C, - On analyse les gaz issus de l'enceinte à haute pres range up to around 600-700 C, - We analyze the gases from the enclosure at high pressure sion et on arrête la réaction quant il ne se dégage sion and the reaction is stopped when it does not emerge pratiquement plus d'hydrogène, puis le substrat est practically more hydrogen and then the substrate is soumis à un traitement de graphitisation a une tempé- subjected to a graphitization treatment at a temperature rature de l'ordre de 26000C  erasure of around 26000C 5.Procédé par la densification accélérée d'un substrat carboné poreux (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat carboné poreux (9) de départ est une armature en fibres de carbone 5. Process by the accelerated densification of a porous carbonaceous substrate (9) according to claim 1, characterized in that the porous carbonaceous substrate (9) at the start is a reinforcement made of carbon fibers 6 Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'élimination de l'hydrogène se fait par piégeage de celui-ci 6 A method for the accelerated densification of a porous carbon substrate according to claim 12 characterized in that the elimination of hydrogen is done by trapping it 7. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poren selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise comme piège a hydro- gène une éponge de titane ou du noir de palladium  7. Method for the accelerated densification of a porous carbon substrate according to claim 6, characterized in that a hydrogen sponge of titanium or palladium black is used as the trap 8. Procédé pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux (9) selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'élimination de l'hydro- gène se fait par diffusion de celui-ci à travers les parois du réacteur. 8. Method for the accelerated densification of a porous carbon substrate (9) according to claim 1, characterized in that the elimination of the hydrogen is effected by diffusion of the latter through the walls of the reactor . 9. Dispositif pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux (9) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une capsule (1) anéroïde dont les parois (2), réalisées dans un matériau perméable à l'hydrogène, sont minces et ondulées.  9. Device for the accelerated densification of a porous carbon substrate (9) for the implementation of the method according to claim 1, characterized in that it is constituted by an aneroid capsule (1) whose walls (2), made of a material permeable to hydrogen, are thin and wavy. 10. Dispositif pour la densification accélérée d'un substrat carboné poreux (9) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite capsule anéroïde (1) est constituée, au moins pour sa partie ondulée, par un matériau tel que l'acier inoxydable, le nickel, le palladium ou l'argent-palladium.  10. Device for the accelerated densification of a porous carbon substrate (9) according to claim 9, characterized in that said aneroid capsule (1) is constituted, at least for its corrugated part, by a material such as stainless steel , nickel, palladium or silver-palladium.
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