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Gilles GREFFIER : Ingénieur-Chercheur à la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France (Groupe Effet Joule)
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Cet article traite plus particulièrement des résistances électriques dissipant une puissance élevée par effet Joule. Fonctionnant à haute température (au-delà de 400 oC), elles sont constituées de matériaux réfractaires. Elles sont un composant de première importance dans les installations de chauffage par effet Joule (fours électriques, dispositifs de mise en forme à chaud…). Les rhéostats de démarrage et de freinage des moteurs électriques font également appel aux mêmes matériaux réfractaires.
Pour les autres résistances, le lecteur pourra se reporter aux articles Résistances. Potentiomètres [12], Céramiques semiconducteurs [13] et Varistances [14], dans le traité Électronique, et, pour les varistances céramiques, aux articles Composants spécifiques de protection contre les perturbations [8] [9] dans ce traité.
Après avoir rappelé le fonctionnement des résistances électriques ou « éléments chauffants » dans le cas des fours électriques, on présente les différents matériaux réfractaires utilisés, en s’attachant à définir les limites, la durée de vie et les applications actuelles. Pour avoir une vue plus complète sur l’ensemble des composants d’un four (isolants, régulation, alimentation électrique…), le lecteur pourra se référer à l’article Électrothermie. Chauffage par effet Joule dans ce traité [5].
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3. Matériaux céramiques
Le tableau 2 répertorie les propriétés des principaux matériaux céramiques et composés à base de carbone utilisés comme résistances. Lorsque la température n’est pas précisée, il s’agit des conditions ambiantes (20 oC). Les valeurs sont données à titre indicatif et sont susceptibles de varier beaucoup d’un fournisseur à l’autre.
3.1 Disiliciure de molybdène
Ce matériau MoSi2 , qui n’est pas un cermet au sens composite céramique-métal, est plutôt une céramique intermétallique. Ce siliciure, très réfractaire, peut être utilisé comme résistance jusqu’à 1 800 oC sous air.
Une variante, à base d’une solution solide WMoSi2 , permet d’atteindre 1 900 oC.
HAUT DE PAGE3.1.1 Composition. Microstructure
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Les éléments chauffants à base de MoSi 2 contiennent, outre ce siliciure, divers ajouts .
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L’ajout le plus souvent rencontré est un silicate d’aluminium (argile par exemple), dont le pourcentage volumique peut atteindre 40 %. Son rôle est de former une phase vitreuse riche en silice qui, tout en augmentant la résistance à l’oxydation, facilite l’élaboration par extrusion, le déliantage, puis le frittage. Il permet aussi de donner aux épingles leur forme après frittage.
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On rencontre également sur le marché des matériaux renforcés par des phases telles que le borure de molybdène MoB, avec une phase amorphe moins importante. La résistance au fluage s’en trouve améliorée.
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Outre ces éléments d’addition, les éléments chauffants à base de MoSi 2 contiennent des impuretés plus ou moins bien maîtrisées selon les fournisseurs (fer notamment).
3.1.2 Élaboration et formes disponibles
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOST (M.) - Les fours industriels à résistances électriques. - Electra Dopee Diffusion, 520 p. (1989).
-
(2) - SACADURA (J.F.) - Initiation aux transferts thermiques. - Technique et documentation, 445 p. (1980).
-
(3) - DESCHAMPS (G.) - Résistances tubulaires et tubes à passage direct de courant. Conception, mise en œuvre et applications industrielles. - Publication EDF Industrie disponible à l’Espace ELEC, CNIT La Défense sous la référence 1.42.1.01.8., 51 p. (1990).
-
(4) - CHAUDRON (G.), TROMBE (F.) - Les hautes températures et leurs utilisations en physique et chimie. - Masson, Tome 1, 550 p. (1973).
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(5) - HEURTIN (J.), MAZOYER (J.-L.) - Électrothermie. Chauffage par effet Joule. - D 824, déc. 1992 (supprimé en 8-2000). A paraître : OBERLIN (C.) et coll. – Fours à résistances : caractéristiques. D 5 910 et Fours à résistances : applications. D 5 911, 11-2004.
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ANNEXES
1 Constructeurs - Fournisseurs
Le tableau 1 (p. 2) présente les principaux fournisseurs avec les caractéristiques des résistances qu’ils commercialisent.
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