Brevet FR2043623A1 — publié le 19710219

L'invention est relative d'une manière générale à la fabrication de dispositifs électriques comportant une enveloppe scellée contenant un élément de conversion de l'énergie électrique, par exemple un filament ou des électrodes, et plus particulièrement à 5 un perfectionnement à l'utilisation des getters employés dans de tels dispositifs pour les débarrasser de gaz parasites résiduels, notamment lorsque le getter est du nitrare de phosphore. Depuis de nombreuses années, on a l'habitude de débarrasser de leurs gaz résiduels les lampes à incandescence au moyen de phaspho-10 re qui est généralement appliqué sous forme de bouillie ou de suspension sur le filament monté à l'intérieur de l'enveloppe de la lampe, après quoi on fait le vide dans l'enveloppe et on la scelle, après l'avoir remplie ou non d'un gaz de remplissage inerte, et on vaporise ou sublime le getter en faisant passer un eourant dans le 15 filament. Dans le cas de lampes à remplissage gazeux, on n'utilise pratiquement que le phosphore rouge, tandis que pour les lampes à vide on mélange le phosphore rouge à une matière telle que la cryo-lithe. Dans certaines conditions, par exemple aux température élevées 20 mises en jeu au cours du scellement de la lampe et en particulier lorsque l'atmosphère est humide, le phosphore rouge a tendance à se détériorer. On a découvert récemment qu'on pouvait obtenir une plus grande stabilité et une action supérieure du getter en utilisant du pentanitrure de phosphore pur cristallisé (Pj . 25 Selon 1'invention, on a découvert que le degré de décomposi tion thermique du P^ Ng disposé dans un récipient ouvert dans le vide, en fournissant de l'azote et tm condensât, est limité à une étendue de 40 à 50 $ en moles à des températures dépassant 800°C environ, 30 Selon l'invention, on a découvert que l'efficacité ou le degré de décomposition du nitrure de phosphore à la même température se trouve pratiquement amélioré, allant même jusqu'à la décomposition complète, en chauffant le nitrure de phosphore alors qu'il est ou que ses produits de décomposition gazeux sont en contact physique 35 intime avec un métal ou un certain nombre de métaux qui servent de catalyseurs dans le processus de décomposition. Un catalyseur considéré actuellement comme préférentiel est le tungstène, en particulier lorsqu'on l'utilise dans des lampes à filament de tungstène. Bien que des essais aient montré que le degré de décomposition est 40 le même pour le P^ amorphe que pour le P^ cristallisé, il est 70 18818 2 2043623 préférable d'utiliser cette matière sous forme cristallisée, pure. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la fig. 1 est une vue en élévation frontale d'une lampe élec-5 trique à incandescence usuelle, d'utilisation universelle, dans laquelle le getter peut être appliqué sur le filament d'où il peut être vaporiséj - la fig. 2 est une vue fragmentaire en élévation latérale d'une lampe à incandescence manie d'un réceptacle séparé d'où est 10 vaporisé le getter; et - la fig. 3 est un schéma représentant graphiquement d'après des mesures la décomposition d'un getter de nitrare de phosphore en présence ou en l'absence de catalyseur métallique. L'action de catalyseurs sur P^ a été clairement démontrée 15 en laboratoire, par exemple en pesant un échantillon de 0,200 à 0,400 mg dans un réceptacle de quartz de petites dimensions qui a été placé ensuite dans un tube de quartz entouré d'une petite en- —5 ceinte chauffante. Après avoir fait un vide de 10 Torr pendant environ 3 heures, la température de l'échantillon a été amenée à 20 700°0. Au bout d'environ trente minutes à cette température, le système a été isolé et sa température portée à 1025°C en à peu près neuf minutes. Le P^ commence à se décomposer à environ 800°0 en produisant de l'azote et une substance non volatile qui se condense dans les régions froides. La pression de l'azote dans le volume ca-25 libré a été enregistrée d'unè manière continue à l'aide d'une sonde à thermistor. Un petit spectromètre de masse a été utilisé pour analyser qualitativement le gaz dégagé. Du poids original de P^ et de la pression de l'azote, on a pu déduire par le calcul et porter sur un graphique le pourcentage de décomposition en fonction du 30 temps. Des échantillons variés de P^ Hjj °n"t fourni des degrés de décomposition différents, mais une limitation analogae de la décomposition, de l'ordre d'environ 40 à 50 $. Sar la fig. 3, la courbe À est un relevé caractéristique et reproductible relatif à un échantillon particulier. 35 L'effet d'un catalyseur, conformément à l'invention, a été mis en évidence tout d'abord en ajoutant environ 15 mg de poudre de tungstène d'une grande pureté, dont les dimensions granulométriques étaient d'environ 1 micron, à des échantillons de. 0,200 mg de P^ N^. La température a été portée de 700 à 1025°C à la vitesse représentée 40 par la courbe T de la fig. 3, où on a porté la température sur i 70 18818 3 2043623 l'échelle des ordonnées de droite. La poudre de tungstène a un effet spectaculaire sur la vitesse et le degré de décomposition, ainsi que le montre la courbe B de la fig. 3. La décomposition a été fortement accrue par la présence des 5 particules de tungstène, la courbe B fournissant un degré de décomposition qui dépasse effectivement un peu 100 fo, résultat compris dans les limites des erreurs expérimentales. Il est évident que pour obtenir l'effet maximal du getter dans une lampe, il est souhaitable de mettre en oeuvre cette décomposition rapide et complète du P^ 10 en phosphore. Dans une lampe, seule une faible fraction du getter est en contact physique avec le filament de tungstène usuel; aussi est-il souhaitable d'incorporer une faible quantité de poudre de tungstène dans la bouillie constituant le getter, qui peut être composée parle P^ mélangé à de l'acétate d'amyle. 15 Dans la lampe représentée par la fig. 1, la bouillie"de P^ constituant le getter et le catalyseur sont, de la manière la plus avantageuse, appliqués sur le filament 1 de la lampe. Ainsi qu'on l'a indiqué sur la figure, la lampe est de genre classique comportant une ampoule de verre scellée 2 contenant le filament 1, qui 20 peut être un filament enroulé en hélice dont les extrémités sont fixées aux conducteurs d'amenée 3 et 4 dont certaines parties sont hermétiquement scellées dans la partie pressée ou pincée 5 d'une tige tubulaire de verre 6 dont l'extrémité inférieure évasée (non représentée sur la figure) est scellée par fusion "au col de l'ampou-25 le 2. Les fils conducteurs 3 et 4 vont respectivement à la douille 7 et au plot 8 d'un culot à vis, du type Edison, 9 qui est fixé à l'extrémité inférieure du col de l'ampoule 2. L'ampoule est vidée et peut être remplie d'un gaz inerte approprié introduit à travers un tube d'aspiration 10 qui traverse la tige tubulaire 6 et commu-30 nique avec l'intérieur.de l'ampoule 2 par une ouverture d'aspiration 11. Du fait que seule une faible fraction du P^ disposé sur le filament 1 de la lampe est en contact physique avec la surface de tungstène et qu'on amène la température à une valeur élevée, d'en-35 viron 1900°G par exemple, en un temps très court, la surface du filament de tungstène joue probablement un rôle très mineur dans le processus de décomposition. Lorsque le mélange de poudre de P^ et de poudre de tungstène est allumé et expulsé du filament sous forme de fines particules, celles-ci circulent dans le courant de 40 gaz issu du filament incandescent 1 et sont maintenues en contact 70 18818 4 2043623 physique intime, ce qui assure la décomposition complète du P^ ïf^. Dans un essai de lampe, on a utilisé un bain relativement pauvre en P^ Kg, en se fondant sur des essais de lampes antérieurs, avec des résultats considérablement améliorés lorsqu'on soumettait la lampe 5 aux essais de détection de l'oxygène au moyen de l'appareillage d'essai, extrêmement sensible, décrit par le brevet américain n° 3.194.110 de H. J. Eppig et al. La fig. 2 illustre une variante du procédé de chauffage du getter pour obtenir la décomposition complète du getter. Dans ce 10 cas, la poudre de P^ "12 est placée dans un réceptacle 13 qui peut être une cupule ou un cylindre tubulaire d'un métal approprié, tel que par exemple le nickel ou le molybdène, qui peut être supporté par un élément de fil métallique 14 fixé par une de ses extrémités au réceptacle 13 et par son autre extrémité à un fil conducteur 15 4. L'extrémité supérieure du réceptacle 13 est remplie par une masse ou un tampon, analogue à un filtre, d'un fil du métal utilisé comme catalyseur, de préférence du tungstène. Dans ce cas, la cupule 13 est chauffée par un moyen approprié, tel que par exemple par induction à haute fréquence à une température supérieure à la tem-20 pérature de décomposition (800°0) du P^ et la boulette de fil de tungstène 15 se trouve sur le trajet, et vient au contact, des produits de décomposition. Il est à supposer que le fil de tungstène 15 a un effet catalyseur sur la décomposition ultérieure des produits gazeux de la forme P N produisant le phosphore le plus vola- «y 25 til. Dans des essais de laboratoire analogues à ceux décrits ci-dessus, mais dans lesquels le P^ était renfermé dans un cylindre ou une cupule de quartz au sommet duquel était disposé un tampon de fil de tungstène, on a obtenu la décomposition complète du P^ à 30 une vitesse légèrement inférieure à celle obtenue avec de la poudre de tungstène mélangée à P^ Mj- en poudre. La proportion de la poudre de tungstène par rapport à la poudre de P^ n'est pas critique. Des proportions de 10 à 20 ^ en poids par rapport au ont donné de bons résultats et des pro- 35 portions allant jusqu'à 100 5», c'est-à-dire pour des poids égaux de tungstène et de P^ , n'ont pas augmenté le rendement, ni affecté le flux lumineux de la lampe. A titre d'exemple uniquement, on peut indiquer qu'une bouillie de P^ mélangée à 20 fo en poids de tungstène, dans du butanol ou de l'acétate d'amyle, peut être appliquée 40 sur le filament d'une lampe de 40 watts. 70 18818 5 2043623 Un certain nombre de métaux autres que le tungstène augmentent également la vitesse et le degré de décomposition de P^ Nçj. Par exemple, le molybdène et le nickel, de même que le tungstène, augmentent le degré de décomposition jusqu'à environ 100 #. D'autres 5 métaux convenant comme catalyseurs sont le rhénium, le titane, le zirconium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. Des métaux tels que l'argent, l'aluminium et le magnésium ont une pression de vapeur trop élevée et détérioreraient le filament de tungstène de la lampe. L'expérience a également montré que le 10 graphite pur est sans effet sur la décomposition du P^ Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en 15 embrasse, au contraire, toutes les variantes. 70 18818 6 2043623 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'utilisation de getter pour dispositifs électriques comportant une enveloppe scellée, par décomposition thermique de P^ pur à l'intérieur de l'enveloppe, lequel procédé est ca- 5 ractérisé en ce que l'on augmente pratiquement le degré de décomposition du P^ Ncj en le chauffant alors qu'il est en contact physique intime avec un métal catalyseur finement divisé, choisi dans le groupe comprenant le tungstène, le molybdène, le rhénium, le nickel, le titane, le zirconium, le hafnium, le vanadium, le niobium, le 10 tantale, le rubidium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal catalyseur est le tungstène. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 dispositif électrique est une lampe à incandescence et que le mélange de P^ et de métal catalyseur finement divisé est appliqué, par enduction, sur le filament qui est chauffé ensuite en le faisant traverser par du courant, afin de chauffer ce revêtement à une température suffisante pour décomposer le P^ N^. 20 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le métal catalyseur est le tungstène. 5 - Procédé d'utilisation de getter pour dispositifs électriques comportant une enveloppe scellée, par décomposition thermique de Pj Ng pur à l'intérieur de l'enveloppe, lequel procédé est ca- 25 ractérisé en ce que l'on augmente pratiquement le degré de décomposition du en dirigeant ses produits de décomposition à travers une masse, analogue à un filtre, de fil fin de métal catalyseur choisi dans le groupe comprenant le tungstène, le molybdène, le rhénium, le nickel, le titane, le zirconium, le hafnium, le va-30 nadium, le niobium, le tantale, le rubidium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le métal catalyseur est le tungstène. 7 - Getter caractérisé en ce qu'il comporte un mélange intime 35 de Pj pur finement divisé et un métal catalyseur.choisi dans le groupe comprenant le tungstène, le molybdène, le rhénium, le nickel, le titane, le zirconium, le hafnium, le vanadium, le niobium, le tantale, le rubidium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. 40 8 - Getter selon la revendication 7» caractérisé en ce que le métal catalyseur est le tungstène.