Cela dépend de la conception des cellules ; pour un concept d’anode lithium-métal in situ (ou sans anode), Quintus propose une étape de compaction des cellules « poche » entières. Cela placerait la presse isostatique après l’empilage et la mise en poche.
La caractéristique du lot est un important sujet de discussion. Notre simulation montre que l’automatisation du chargement, du déchargement et de la compaction ne seront pas un défi dans la mise en œuvre de la compaction isostatique dans le processus global. De plus, la vitesse de l’empilage/enroulage limite la vitesse du processus avant la compaction.
Le HPHT utilise la convection du fluide sous pression CIC/HIP sur des surfaces froides à l’intérieur de l’enceinte CIC/HIP. Ces surfaces froides sont rendues possibles par l’intermédiaire d’un refroidissement, grâce à la conception de l’équipement Quintus. Le flux de gaz peut être contrôlé et dirigé, ce qui vous permet de piloter le refroidissement à une vitesse spécifique. Les technologies URC® et URQ® de Quintus sont essentielles pour rendre cela possible.
En concertation avec Quintus, vous pourrez optimiser l’encombrement dans vos installations pour garantir la productivité. Nous vous aidons lors des discussions relatives à l’agencement et nous pouvons disposer la machine de manière à utiliser votre espace le mieux possible. Cela garantit une bonne planification des travaux de génie civil, du transport et de l’installation. Nous vous aidons à être opérationnel afin que vous puissiez augmenter le retour sur investissement.
L’Uniform Rapid Cooling, URC®, ou refroidissement rapide uniforme, est une invention de Quintus qui permet un refroidissement uniforme du chargement. La convection forcée du gaz à haute température et haute pression sur un dissipateur de chaleur permet un refroidissement contrôlable du gaz. L’URC® est utilisé pour les métaux ainsi que pour les matériaux céramiques, pour augmenter la productivité et traiter thermiquement des pièces.
L’Uniform Rapid Quenching, URQ® , ou trempe rapide uniforme, est une invention de Quintus qui permet une trempe à haute vitesse du chargement, avec des vitesses de refroidissement comparables à celle de la trempe au gaz. Le gaz froid dans l’équipement CIC/HIP est échangé avec le gaz chaud du fourneau à une vitesse très élevée, ce qui trempe avec efficacité le chargement de manière uniforme avec une contrainte induite minimale.
La CIC/HIP utilise un fourneau à l’intérieur d’une enceinte sous pression. Du gaz sous une très haute pression, généralement de l’argon à une température élevée, est utilisé pour consolider le matériau et en éliminer les défauts internes, comme de la porosité et des microfissures. Comme la CIC/HIP utilise des températures très proches de celles utilisées pour le traitement thermique, du fluage et de la diffusion se produisent, ainsi que des déformations mécaniques des défauts à cause d’une pression externe extrême.
La compaction isostatique à froid (CIP) suppose de soumettre des composants ou une poudre dans des moules à une pression isostatique extrême, allant jusqu’à 600 MPa (87 022 psi) et à température ambiante. Les moyens de pression fréquents sont l’eau, une émulsion ou une huile et, dans certains cas, les composants peuvent être emballés.
Le traitement thermique à haute pression (High Pressure Heat Treatment, HPHT) est le terme utilisé par Quintus pour le traitement thermique combiné à un chauffage piloté et au traitement CIC/HIP. La capacité de refroidissement pilotée dans l’équipement Quintus permet un traitement thermique directement après les étapes de compaction.
Le pressage isostatique à chaud (WIP) suppose de soumettre des composants ou une poudre dans des moules à une pression isostatique extrême, allant jusqu’à 600 MPa (87 022 psi) et à température ambiante. Les moyens de pression fréquents sont l’eau, une émulsion ou une huile et, dans certains cas, les composants peuvent être emballés.
Quintus a développé des routines pour garantir une atmosphère propre durant le cycle CIC/HIP, ce qui entraîne un plus faible risque d’oxydation pendant le traitement par rapport aux méthodes classiques. Cette technologie est nouvelle et va révolutionner le traitement propre à l’intérieur de l’équipement CIC/HIP.
Comme la CIC/HIP élimine les défauts internes dans la charge, les propriétés du matériau, comme la durée de vie, l’élongation et la résistance aux chocs, sont améliorées. Un meulage ou un polissage ultérieur des surfaces révèle d’excellents résultats en matière de défaut d’uni et aucune porosité indésirable n’est découverte par ces opérations. La CIC/HIP a déjà résolu ce problème.
La poudre soumise à une pression extrême dans un moule est compactée pour former un solide, avec une densité allant jusqu’à 95 %, en fonction du matériau.
Lorsqu’une poudre est soumise à une pression élevée dans un moule, elle peut être compactée pour former un solide, avec une densité allant jusqu’à 95 %, en fonction du matériau utilisé.
Entre les deux technologies d’enceintes, monoblocs et enroulées dans un fil, les systèmes enroulés dans un fil peuvent être agrandis jusqu’à un volume de cylindre de 2 000 l.
La gamme d’équipements standard, avec un diamètre allant jusqu’à 1,6 m, a une pression nominale de 200 MPa de série. Plus grand est le diamètre de la zone chaude, plus grande est la force exercée sur les bouchons des extrémités. La conception du cadre enroulé dans un fil de Quintus sert à gérer cela, et l’indice de pression d’un équipement plus grand peut être discuté sur la base de vos besoins.
La plus grande presse au monde a une zone chaude de 2,05 m de diamètre, 4,2 m de haut et appartient à la Metal Technology Company qui l’utilise au Japon. Des machines encore plus grandes suscitent beaucoup d’intérêt.
La série de presses isostatiques à chaud pour batteries est capable de fournir des pressions allant jusqu’à 600 MPa, tout en atteignant des températures de 150 degrés Celsius (le fluide de pression peut être de l’eau ou de l’huile).
La CIC/HIP est utilisée pour consolider les poudres, les solides et des combinaisons des deux. Les matériaux vont des céramiques aux métaux et aux matériaux composites. Les matériaux légers, les aciers à coupe rapide, les aciers pour outils et les super alliages utilisent tous la CIC/HIP, et de nouvelles générations de matériaux, comme les alliages à haute entropie, sont également développées au moyen de ce processus.
Toutes sortes de matériaux peuvent être traitées thermiquement avec des étapes de solutionnement dans l’équipement CIC/HIP. Un vieillissement peut également être effectué sur des alliages durcissables pour renforcer leur résistance grâce à des microstructures sans pores. Les matériaux céramiques, comme le nitrure de silicium, peuvent aussi bénéficier de vitesses de refroidissement beaucoup plus élevées que ce qui était possible auparavant. La pression à l’intérieur de l’enceinte joue aussi en faveur de ces deux traitements.
Les métaux, les matériaux magnétiques doux et les poudres céramiques sont des matériaux typiques. Dans certains cas, le matériau traité par CIP peut être traité ultérieurement au moyen d’une compaction isostatique à chaud.
L’équipement CIC/HIP moderne de Quintus fonctionne jusqu’à 2 000 °C (3 632 °F) et 200 MPa (30 000 psi). Les paramètres choisis sont spécifiques au matériau et, souvent, une pression accrue peut permettre d’utiliser des températures plus basses, ce qui préserve la microstructure du matériau. Naturellement, le cycle CIC/HIP utilisé ne doit pas dépasser la température de fusion du matériau à traiter.
Nous sommes ouverts à différentes approches, mais nous nous centrons plus sur le format des cellules « poche ». Les concepts comportant une anode de lithium-métal ou une anode de lithium-métal in situ sont très intéressants pour nous au niveau des essais de production. Nous sommes en train de tester chaque jour des systèmes d’électrolyte à l’état solide comportant des sulfures, des oxydes et des composites dans nos centres d’exploitation en Suède et aux États-Unis.
Comme l’atmosphère à haute pression agit d’une manière isotropique sur les surfaces des composants dans la zone chaude, la force mécanique exercée est uniforme. Cela signifie que les pièces solides ne changent pas de forme dans l’installation CIC/HIP. Le gaz appuie sur les canaux internes de la même manière aussi longtemps que ces derniers sont ouverts au gaz. Le moulage, le moulage par injection de métal (MIM) et les pièces par fabrication additive (FA) sont possibles par CIC/HIP, et des poudres en boîte peuvent être transformées en composants solides (PM HIP ou PM NNS, Powder Metallurgy Near Net Shape, métallurgie des poudres près de la cote désirée).
L’investissement en amont semble élevé, mais est plutôt faible si on le compare à d’autres machines utilisées aujourd’hui pour fabriquer des batteries. Les calculs avec un modèle de coûts réaliste que nous avons établi placent la compaction isostatique dans la zone inférieure du coût par kWh. Le modèle de calcul détermine différents paramètres, ceux qui ont un grand impact sont les dimensions des poches et la taille de l’enceinte, qui peuvent être adaptées aux préférences des clients.
