Brevet FR2049068A1 — publié le 19710326

201*9068 L'invention concerne un procédé permettant d'assembler hermétiquement des objets, dont au moins les faces..:à assembler sont en métal ou en verre. Ce procédé permet d'obtenir une liaison directe entre le métal et le verre sans qu'il soit nécessaire de recourir à l'utili-5 sation d'une couche intermédiaire en un autre matériau ou à une fusion ou ramollissement de l'un desdits matériaux. Il existe déjà plusieurs procédés pour assembler hermétiquement des objets métalliques à des objets en un matériau isolant. Selon ces procédés connus, on utilise fréquemment un matériau auxiliaire 10 constituant une couche inermédiaire entre les objets â assembler. Il existe également des procédés selon lesquels la liaison s'effectue sans l'utilisation de matériau auxiliaire. Dans ces procédés, la réalisation de la liaison s'effectue par chauffage à une température à laquelle la face à souder d'au moins l'un des deux objets â assembler est portée à 15 fusion ou â. ramollissement, humidifiant ainsi la face de l'autre objet. Dans le premier cas, on rencontre en général 1'inconvénient d'avoir un matériau intermédiaire présentant une plus faible résistance à des agents tels que les vapeurs auxquelles l'ensemble est exposé, par exemple lors de l'application aux lampes â décharge dans la 20 vapeur de sodium. Le second cas entraine l'inconvénient d'une déformation perturbatrice se produisant, dans au moins l'une des faces soudées, par suite de la fusion ou du ramollissement. L'invention concerne un procédé qui obvie aux inconvé-25 nients des procédés connus. On a trouvé que du métal et du verre peuvent être reliés de façon directe et hermétique en appliquant l'un contre l'autre les objets, dont au moins les faces â souder sont réalisées en ces matériaux et en les chauffant, tout en maintenant la pression, â une température 30 inférieure à celle à laquelle se produit le ramollissement ou la fusion du verre ou du métal. L'invention est basée sur l'idée que la tension de vapeur du métal, à la température à laquelle sont chauffées les faces à relier est essentielle pour la réalisation de l'assemblage (cette tempé-35 rature étant appelée, dans la suite du présent mémoire, "température d'assemblage")» â la température d'assemblage, la tension de vapeur du -10 métal doit être supérieure â 10 Torr, Cela implique entre autres que les métaux, dont la —10 tension de vapeur se produisant au point de fusion ne dépasse pas 10 40 Torr n'entrent pas en ligne de compte pour être utilisés dans le procédé 70 14223 2 2049068 conforme â l'invention. Panai ces métaux, on peut citer l'indium et 11étain. Cela implique également que la température d'assemblage doit être choisie de façon que la tension de vapeur 5 du métal en question se produisant à cette température soiifeupérieure â -10 10 Torr. L'invention concerne un procédé permettant d'assembler hermétiquement des objets, dont au moins les faces à assembler sont en métal et en verre, et est caractérisée en ce que les objets sont 10 appliqués l'un contre l'autre par leurs faces à souder et qu'au moins ces dernières sont portées à une température d'assemblage qui est inférieure à la température de ramollissement du verre et qui est située entre la température â laquelle la tension de vapeur du métal est égale â 10~10 Torr et la température de fusion du métal. 15 La pression devant être exercée dans le procédé conforme â l'invention n'est pas située entre d'étroites limites. Cette pression n'est de préférence pas inférieure â 5 kg/cm2, ni supérieure â 150 kg/cmz, rapportée aux faces de soudure mises en contact l'une avec l'autre. Si la surface de soudure du métal n'est pas exempte 20 d'oxyde, il est nécessaire d'utiliser une pression d'au moins 50 kg/cm2. Cela a été constaté au cours d'essais pour lesquels on utilisait comme métal du plomb et du zinc. Le métal peut également être utilisé sous forme d'une poudre et dans certains cas sous forme d'une poudre constituée par un oxyde du métal en question. Dans le dernier cas, le procédé est 25 effectué dans une atmosphère réductrice. Dans ce caB, l'oxyde est réduit en métal avant la formation du composé proprement dit. L'utilisation d'une poudre d'oxyde métallique est limitée aux oxydes, dont la température à laquelle s'effectue la réduction est inférieure à la température de fusion du métal. A titre d'exemples, on peut citer Pt et Fe. 30 Par "objet métallique", il y a lieu d'entendre, dans la suite du présent mémoire, également une couche d'une poudre métallique ou une couche d'une poudre des oxydes métalliques mentionnés ci-dessus. La température d'assemblage & utiliser est toujours choisie inférieure à la température de fusion de métal, et dans 35 1® cas d'un autre métal que l'aluminium, de préférence inférieur à une température qui est égale à 0,9 de la température de fusion (exprimée en °C). La température d'assemblage minimale est donnée par la température â laquelle la tension de vapeur du métal en question est supérieure à 10~10 Torr. 40 La description ci-après, en se référant au dessin 70 14223 3 2049066 annexé, fera "bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. A titre illustratif, la fig. 1 représente les courbes donnant la tension de vapeur de plusieurs métaux. Sur cette fi- 5 gure, P donne la tension de vapeur en Torr et T/T^ le rapport entre la température (T) à laquelle est donnée la tension de vapeur et la température de fusion (T ) du métal (toutes les deux exprimées en °K). De cette figure il ressort que le plomb (Pb) -10 présente une tension de vapeur de 10 Torr tout juste au-dessus 10 du rapport T/Tm = 0,9. Il convient tout juste encore à l'application dans le procédé conforme à l'invention. Par contre, le -10 zinc atteint pour T/Tm = 0,5 déjà une tension de vapeur de 10 Torr, ce qui implique que pour ce métal (point de fusion 4-19°C) la température d'assemblage minimale est d'environ 85°C. La tem-15 pérature d'assemblage minimale des autres métaux, dont les courbes donnant la tension de vapeur sont représentées par la fig.1 peuvent être déterminées de façon correspondante. La température d'assemblage à utiliser dans un certain cas est déterminée entre autres par la température de ramollds- 20 sement du verre en question. La température d'assemblage est choisie inférieure à la température à laquelle le verre commencerait sa déïrmation pendant la mise en oeuvre du procédé, entre autres sous l'influence de la pression utilisée. Pour un verre dur, il faut par conséquent utiliser une température d'assemblage 25 plus élevée que pour un verre doux. Afin de déterminer la résistance mécanique des assemblages réalisés par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, des tubes en verre circulaires (1) et (11) comme ceux représentés sur la fig. 2 (longueur 50 diamètre intérieur 30 6 mm, diamètre extérieur 10 mm) furent réunis par un anneau métallique plan (2) (épaisseur 0,1 mm). Après la réalisation de l'assemblage, on détermine à la"température ambiante normale la résistance à la rupture de l'assemblage dans un essai de flexion dit à 4 points, pour lequel l'ensemble fut supporté aux points 35 (5) et (4-) et une pression fut exercée jusqu'à rupture des deux côtés de l'assemblage à l'aide d'une fourche (5)« le tableau suivant donne, à titre d'exemple, les résultats de quelques essais. La résistance à rupture B, 'est-à-dire l'effort de fle- 40 xion utilisé pour provoquer la rupture, est exprimée en kg/em2. De plus, le tableau mentionne les matériaux utilisés (verres et métaux), la pression P (exprimée en kg/cm2) exercée pendant la réalisation de l'assemblage, la température T (exprimée en °G) utilisée et la durée t (exprimée en minutes) de l'opération d'assemblage. En ce qui concerne l'étanchéité des assemblages ainsi 14223 4 2049068 obtenus, un examen révéla que tous étaient étanches. Les assemblages furent réalisés dans une atmosphère d'azote ou d'un mélange d'azote et d'hydrogène (75 : 25). Cela s'effectue en général également dans de l'air. De préférence, 5 l'opération est effectuée dans une atmosphère réductrice ou inerte. TABLEAU verre-métal - -verre P T t B quartz - Pt - quartz 5 1280 5 4.0 quartz - Pb - quartz 55 295 2 2.5 Py - Pb - Py 60 295 2 1.8 G28 - Pb - G28 13C 295 5 2.0 verre à la chaux - Pb - verre à la chaux *100 295 5 2.0 verre au plomb - Pb - verre au plomb 100 295 5 2.2 verre au plomb - Zn - verre au plomb 50 400 5 1.8 verre au plomb - Zn - verre au plomb 125 200 5 1.1 quartz - Fe - quartz 5 1100 2 4.0 quartz . - Al - quartz 100 620 2 4.0 G28 est un verre au alcalino-aluminoborosilicate. Py est un verre au borosilicate 10 Le procédé conforme à l'invention peut être utilisé par exemple pour la réalisation d'assemblages hermétiques dans les tubes électroniques, par exemple les tubes électroniques comportant des plaques optiques à fibres, des tubes de prise de vues de télévision et des lampes à décharge dans le gaz. 14223 5 2049068 BEVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'assembler hermétiquement des objets, dont au moins les faces à assembler sont en métal et en verre, ce rrocédé étant caractérisé en ce que les objets sont appliqués l'un contre l'autre par leurs faces à souder et qu'au moins ces dernières sont chauffées à une température d'assemblage qui est inférieure à la température de ramollissement du verre et située entre la température à laquelle la tension de vapeur du métal —10 est égale à 10 Torr et la température de fusion du métal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'utilisation d'un autre métal que l'aluminium, la température d'assemblage est inférieure ou égale à 0,9 de la température de fusion (exprimée en °C)du métal. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en p ce qu'on utilise une pression comprise entre 5 et 150 kg/cm , rapportée à la surface des faces de soudure à assembler. 4. Procédé selon la revendication 3i caractérisé en ce que dans le cas d'utilisation de métal dont la surface de soudure n'est pas exempte d'oxyde, il faut utiliser au moins une pres- p sion de 50 kg/cm . 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise une atmosphère réductrice ou inerte. 6. Objets, résultant du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5i caractérisés en ce que dans les joints métal-verre, les faces sont en contact intime sans aucune interposition de matériau auxiliaire, et qu'aucune des faces ne présente une déformation perturbatrice. 7. Lampes à décharge, selon la revendication 6, notamment à vapeur de sodium, caractérisées en ce que dans les joints métal-verre, les faces sont en contact intime sans aucune interposition de matériau auxiliaire, et qu'aucune des faces ne présente une déformation perturbatrice.