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Les techniques de dépoussiérage les plus efficaces et largement utilisées pour séparer des particules ultrafines d’un fluide porteur sont les médias fibreux. Le principal problème est le colmatage du filtre qui induit une augmentation de la perte de charge dans le temps et nécessite donc un nettoyage régulier des médias (ou son remplacement). La séparation des particules ultrafines par voie liquide au moyen d’une colonne à bulles a été envisagée. L’influence des différentes conditions opératoires telles que la hauteur du liquide de piégeage, le débit de filtration, la taille des bulles et la présence d’un garnissage, sur la collecte des particules a été étudiée. Malgré des rendements de collecte inférieurs à ceux des filtres à fibres, les résultats expérimentaux montrent que les colonnes à bulles présentent des performances d’autant plus importantes que le niveau du liquide est élevé et que les orifices de bullage sont petits. Par ailleurs, si l’étude de l’influence de la vitesse de gaz à l’orifice sur l’efficacité de collecte des nanoparticules ne montre pas une tendance bien définie, la présence d’un garnissage dans le liquide de collecte permet d’augmenter significativement le temps de séjour des bulles dans la colonne et donc l’efficacité de collecte / The most effective and widely used dust separation techniques to separate ultrafine particles of a carrier fluid are fibrous media. The main problem is the clogging of the filter that induces a pressure drop increase over time and thus requires a regular cleaning of the media (or its replacement). In this context, the idea is to test bubble columns, which operate at a constant pressure drop, as an alternative to fibrous filters. This study proposes to investigate the influence of different operating conditions such as the liquid level, the air flow rate, the bubble size and the presence of beads, on the collection of ultrafine particles. Despite collection efficiencies lower than those of fibrous filters, experimental results show that bubble columns present high collection efficiency when the liquid level is high and bubbling orifices have low diameters. Besides, if gas velocity does not show an important influence on the collection e_ciency, the presence of beads in the liquid increases the residence time of the bubbles in the column and thus the collection efficiency

NR 20140805

Bosch Rexroth in Mellansel is manufacturing hydraulic motors and constantly trying to improve their products to reduce downtime for their customers. An important thing to get a reliable system is to know the condition. In a hydraulic motor, it is crucial to determine the particle contamination of the oil to determine the condition. To do so many particle sensors have been tested by Bosch Rexroth but also other related companies during the past years. To this point, no sensor has been performing good enough to replace the ordinary magnetic plug for the laboratory tests at Bosch Rexroth.  The ordinary magnetic plug is based on an openable lid that has a magnet attached to it. The lid is opened to review the particle contamination of the system. To open the lid the motor has to be stopped and a competent person needs to be present to review the particles.To ease the work for the laboratory personal and also getting one step closer to a reliable condition monitoring solution a new idea was coined by employees at Bosch Rexroth. The idea was to use a magnet outside a glass disc and by that be able to detect the particles from outside the motor. Initial testing of the idea had been performed with promising results but more development was needed. The idea has therefore been investigated and developed further in this project. This has been done in parallel with an investigation of state-of-the-art techniques available on the market. The testing showed that the new type of magnet/glass solution was performing well and was able to detect particles of different sizes. Some other interesting options were also found during the investigation of other techniques but the new magnet/glass idea was the most prominent.

Le passage de la technologie au slurry à celle au fil diamanté sur les machines à fils de découpe des blocs de silicium en wafers est motivé par des enjeux économiques et environnementaux. Depuis peu, cette transition de technologie dans l’industrie photovoltaïque s’est accélérée avec la commercialisation d’une nouvelle génération de machines. Afin de profiter de cette transition et de son avenir prometteur, Thermocompact s’est engagé dans le développement de fils diamantés. Le procédé choisi pour le dépôt des particules et du liant métallique enchâssant les particules à la surface du fil est la voie électrochimique. Les premiers essais de fabrication de fils diamantés ont révélé un manque de maîtrise du procédé d’élaboration et un échec pour atteindre les caractéristiques techniques demandées pour la découpe du silicium. Les travaux de cette thèse se sont donc axés dans un premier temps sur la relation entre le bain électrolytique, les conditions de dépôt et ses propriétés, puis sur le comportement des particules à la fois dans le bain jusqu’à leur incorporation à la surface du fil. L’étude s’est poursuivie sur la relation complexe entre les caractéristiques du fil produit, la matière à découper et la machine de découpe utilisée (design, paramètres utilisés). Ce travail a abouti à produire un fil diamanté de diamètre 70µm conforme aux exigences des usineurs pour la découpe à l’échelle industrielle du silicium monocristallin sur des machines de nouvelle génération. Les résultats de découpe vont permettre désormais de démarcher des clients potentiels dans l’industrie photovoltaïque. / The change of technology from slurry to diamond wires in the wafer slicing machines is motivated by economic and environmental issues. Only recently, this transition of technology in the photovoltaic industry has ramped up with the commercialization of a new generation of wafering machines. So as to take advantage of this situation, Thermocompact has launched the development of diamond wires. The selected process is an electrochemical codeposition of metal and diamond particles embedded on the wire surface.The first tests of diamond wire production have shown a lack of process control and a failure to reach the technical characteristics requested by its use. The studies in this thesis are based on the relationship between the electrolytic bath, the coating conditions and the coating properties, then on the behavior of particles both in the bath and up to their incorporation on the wire surface. The researches continued afterwards on the complex link between the characteristics of diamond wire, the material to slice and the machine used for slicing (design, recipe). This work has succeeded in defining a diamond wire with a diameter of 70µm in compliance with customer requirement for the industrial slicing of single crystalline silicon with the new generation of machines. These results will be now used for prospecting new customers in the photovoltaic industry.

Die exzellenten Eigenschaften einer Keramik beziehen sich auf den hohen Schmelzpunkt, die gute Hochtemperaturfestigkeit sowie hohe Elastizitätsmodul- und Härtewerte. Weiterhin zeichnen sich die anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffebesonders durch ihre gute Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aus.Bedingt durch die erschwerte Versetzungsbewegung weisen keramische Werkstoffeeine höhere Sprödigkeit auf. Metallische Werkstoffedagegen sind in der Regel duktil und zeigen meist ein duktiles Bruchverhalten. Lokale Spannungsspitzen können durch plastische Verformung abgebaut werden.Das Ziel dieser Arbeit ist es, das grundsätzlich unterschiedliche Werkstofferhalten einer Keramik und eines Metalls miteinander zu kombinieren, um die Bruchzähigkeit des Keramik-Metall-Verbundwerkstoffes zu erhöhenDie fein verteilten Metalle sollen die Rissausbreitung behindern. Es können unterschiedliche Mechanismen wirken. Im Vergleich zur unverstärkten Keramik ist eine höhere Bruchenergie aufzubringen, um den Riss voran zu treiben. Die Erhöhung der Bruchenergie spiegelt sich in einer höheren Bruchzähigkeit wieder.Um eine duktile Phase in einer spröden Zirkoniumdioxidmatrix zu erzeugen, werden für die Untersuchungen unterschiedliche Metalle eingebracht. Dadurch soll die Bruchzähigkeit als Schadenstoleranz gegenüber dem Totalversagen erhöht werden. Die resultierenden Eigenschaften der Keramik-Metall-Verbundwerkstoffewerden analysiert und charakterisiert.Die Untersuchungen umfassen das pulvermetallurgische Einbringen von metallischen Pulvern mit verschiedenen Teilchengrößen sowie die chemische Einbringung von Präkursoren, die in nanokristalline Metallpartikel umgewandelt werden. Dabei kommen verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Wechselwirkungen und Spannungen durch thermische Fehlpassungen in der Matrix zur Anwendung. Zusätzlich wird die Auswirkung der Variation der Verstärkungsform (Partikel/Faser) und des Metallgehaltes untersucht.

Die exzellenten Eigenschaften einer Keramik beziehen sich auf den hohen Schmelzpunkt, die gute Hochtemperaturfestigkeit sowie hohe Elastizitätsmodul- und Härtewerte. Weiterhin zeichnen sich die anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffebesonders durch ihre gute Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aus.Bedingt durch die erschwerte Versetzungsbewegung weisen keramische Werkstoffeeine höhere Sprödigkeit auf. Metallische Werkstoffedagegen sind in der Regel duktil und zeigen meist ein duktiles Bruchverhalten. Lokale Spannungsspitzen können durch plastische Verformung abgebaut werden.Das Ziel dieser Arbeit ist es, das grundsätzlich unterschiedliche Werkstofferhalten einer Keramik und eines Metalls miteinander zu kombinieren, um die Bruchzähigkeit des Keramik-Metall-Verbundwerkstoffes zu erhöhenDie fein verteilten Metalle sollen die Rissausbreitung behindern. Es können unterschiedliche Mechanismen wirken. Im Vergleich zur unverstärkten Keramik ist eine höhere Bruchenergie aufzubringen, um den Riss voran zu treiben. Die Erhöhung der Bruchenergie spiegelt sich in einer höheren Bruchzähigkeit wieder.Um eine duktile Phase in einer spröden Zirkoniumdioxidmatrix zu erzeugen, werden für die Untersuchungen unterschiedliche Metalle eingebracht. Dadurch soll die Bruchzähigkeit als Schadenstoleranz gegenüber dem Totalversagen erhöht werden. Die resultierenden Eigenschaften der Keramik-Metall-Verbundwerkstoffewerden analysiert und charakterisiert.Die Untersuchungen umfassen das pulvermetallurgische Einbringen von metallischen Pulvern mit verschiedenen Teilchengrößen sowie die chemische Einbringung von Präkursoren, die in nanokristalline Metallpartikel umgewandelt werden. Dabei kommen verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Wechselwirkungen und Spannungen durch thermische Fehlpassungen in der Matrix zur Anwendung. Zusätzlich wird die Auswirkung der Variation der Verstärkungsform (Partikel/Faser) und des Metallgehaltes untersucht.

Do metal particles (including particles of pure metals, alloys, metal oxides and compounds) pose a hazard or risk to human health? In the light of this question, this thesis summarizes results from research conducted on metal particles, and describes the elaboration and implementation of an in vitro test methodology to study metal release from particles through corrosion and dissolution processes in synthetic biological media relevant for human exposure through inhalation/ingestion and dermal contact. Bioaccessible metals are defined as the pool of released metals from particles that potentially could be made available for absorption by humans or other organisms. Studies of bioaccessible metals from different metal particles within this thesis have shown that the metal release process is influenced by material properties, particle specific properties, size distribution, surface area and morphology, as well as the chemistry of synthetic biological test media simulating various human exposure scenarios. The presence of metal particles in proximity to humans and the fact that metals can be released from particles to a varying extent is the hazard referred to in the title. The bioavailable metal fraction of the released metals (the fraction available for uptake/absorption by humans through different exposure routes) is usually significantly smaller than the bioaccessible pool of released metals, and is largely related to the chemical form and state of oxidation of the released metals. Chemical speciation measurements of released chromium for instance revealed chromium to be complexed to its non-available form in simulated lung fluids. Such measurements provide an indirect measure of the potential risk for adverse health effects, when performed at relevant experimental conditions. A more direct way to assess risks is to conduct toxicological in-vitro testing of metal particles, for instance on lung cell cultures relevant for human inhalation. Induced toxicity of metal particles on lung cells includes both the effect of the particles themselves and of the released metal fraction (including bioaccessible and bioavailable metals), the latter shown to be less predominant. The toxic response was clearly influenced by various experimental conditions such as sonication treatment of particles and the presence of serum proteins. Thorough characterization of metal particles assessing parameters including chemical surface composition, degree of agglomeration in solution, size distribution, surface area and morphology was performed and discussed in relation to generated results of bioaccessibility, bioavailability and induced toxicity. One important conclusion was that neither the surface composition nor the bulk composition can be used to assess the extent of metals released from chromium-based alloy particles. These findings emphasize that information on physical-chemical properties and surface characteristics of particles is essential for an in-depth understanding of metal release processes and for further use and interpretation of bioaccessibility data to assess hazard and reduce any risks induced by human exposure to metal particles. / QC 20100803