Brevet FR2047060A1 — publié le 19710312

La présente invention-a pour objet une- traversée pour le passage des électrodes d'arrivée de courant dans les ampoules céramiques de lampes à décharge. La fabrication des lampes à ampoules céramiques pose, malgré tous les avantages de ces lampes, de nombreux problèmes tels que, par exemplej:la fermeture étanche aux gaz entre les parois qui obturent l'ampoule céramique aux deux extrémités et les électrodes d'arrivée de courant, malgré les coefficients de dilatation thermique différents des deux matériaux; en effet, les différents éléments constitutifs s'échauffent sous l'action de la chaleur dégagée pendant le fonctionnement de la lampe et les dilatations thermiques de ces éléments peuvent différer, par suite deleurs coefficients de dilatation thermique différents, ce qui rend impossible une fermeture étanche aux gaz Dans la technique du vide, il/est couac que la réalisation de traversées métallocéramiques ne présente pas de difficultés dans le cas où l'on peut choisir librement les coefficients de dilatation thermique des métaux ou de la matière céramique En effet, dans de tels cas, onpeut adapter le métal à la matiére céramique ou inversement, c'est-à-dire qu'on peut veiller à ce que les coefficients dedilatation thermique des métaux et de la matière céramique soient les memes dans la gamme des températures régnant à la traversée et au voisinage de cette dernières Dans la pratique, le coefficient de dilatation thermique de la matière céramique est généralement donné d'avance et le coefficient de dilatation thermique du métal est adapté à celui de la matière céramique, par variation des proportions des constituants de 19alliage métallique0 On sait, par exemple, que l'on peut bien adapter àune matière céramique ayant une forte teneur en oxyde d'aluminium, un alliage renfermant du fer du nickel et du cobalt dans des propor- tions appropriées0 Pour fabriquer une telle traversée, on métallise préala- blement, de façon connue , la surface de la matière céramique, se trouvant en contact avec le métal, et après l'assemblage d-es éléments constitutifs, on introduit une soudure métallique plastique dans l'interstice avantageusement étroit entre le métal et la matière céramique0 Ce procédé de fabrication est caractérisé aussi bien par la présence d'un interstice étroit que la soudure fondue rem plit par capillarité, que par la plasticité de la soudure.Pour satisfaire à ces deux exigences, il faut que les eoefficients de dilatation thermique du métal et de la matière céramique soient négligeables par -rapport à celui de la soudure et que l'on dispo- se ainsi9 en ce qui concerne la composition de la soudures d'une certaine latitude quant au choix d'autres caractéristiques telles que point de fusion, pression de vapeur, etc... Les traversées -métalliques mentionnées avec la composition fer-nickel-cobalt conviennent à de nombreus applications de la technique du vide, par exemple le passage des électrodes d'arrivée de courant dans des tubes électroniques à isolation céramique, etc... Toutefois, dans la plupart des cas, le procédé décrit ci-dessus n'est pas applicable, car les coefficients de dilatation thermique des éléments constitutifs sont déterm@hés par d'autres exigences et il n'existe alors pas de possibilité pour agir sur les coefficients de dilatation thermique.De telles conditions définissent également dans le cas présent le problème de l'étanchéité entre la paroi céramique et l'électrode d'arrivée de courant0 En particulier, l'élsctrode d'arrivée de courant de lampes à décharge dans un gaz à ampoule céramique ne peut être fabriquée qu'en un métal qui résiste chimiquement aux vapeurs métalliques ionisantes et l'ampoule de la lampe doit être en oxyde d'aluminum ou d'yttrium polycristallin, perméable à la lumière, à pureté élevée, ayant un coefficient de dilatation thermique prédéterminé. Pour résoudre le problème posé ci-dessus, on a déjà proposé d'utiliser, pour des lampes à ampoules en oxyde d'aluminium, des électrodes réalisées en niobium, car en cas de remplissage au sodium, ce métal est chimiquement résistant et peut être adapté à l'oxyde d'aluminium quant à la dilatation thermique. Toutefois, le niobium ne convient pas non plus dans le cas où l'on introduit dans l'ampoule, en vue de la eorrection des couleurs de la lumière par ailleurs jane, une ou plusieurs substances de décharge auxquelles le niobium ne résiste pas. En outre, en raison du prix élevé du niobium, l'utilisation d'une combinaison céramique-niobium n'est pas économique. La présente invention a pour objet une traversée pour le passage des électrodes d'arrivée de courant dans les ampoules céramiques de lampes à décharge dans un gaz sous haute pression, lampes dans lesquelles les électrodes d'arrivée de cou rant sont avantageusement réalisées en tungstène, en molybdène, en rhénium ou en des alliages de ces métaux.On sait que les coefficients de dilatation thermique de ces métaux sont sensiblement plus faibles que ceux des matières céramiques utilisées pour l'am poule En vue de remédier à cet inconvénient, on utilise selon ltinvention pour le passage des électrodes d'arrivée de courant dans les ampoules céramiques de lampes à décharge une traversée qui est caractérisée par un ou plusieurs éléments de fermeture ajustés entre l'électrode métallique elle-meme et un-support céramique (qui est réuni ultérieurement à l'ampoule), cet élément ou ces éléments étant métallisés à partir d'une ou de plusieurs substances ayant un coefficient de dilatation thermique qui se trouve entre les coefficients de dilatation thermique des deux élément s constitutifs à savoir de l'électrode et du support, Par conséquent, l'invention se distingue par le fait que l'on laisse subsister entre les éléments constitutifs métallique et céramique un interstice que l'on remplit, par exemple à partir de l'élément constitutif métallique vers l'élément constitutif céramique, progressivement dune colle vitreuse non homogène- avec un coefficient de dilatation thermique s'accroissant de couche en couche, en veillant à ce que les couches se trouvent sous compression pendant le refroidissement et également à la température de fonctionnement0 Il est ainsi possible d'éliminer la réaction chimique entre les électrodes d'arrivée de courant et le gaz remplissant l'ampoule de lampes à décharge dans un gaz sous haute-pressions à ampoule céramique, à remplissage de vapeurs métalliquesq sans que les dilatations thermiques différentes9 résultant des coefficients de dilatations thermiques différents du matériau de l'ampoule et du matériau des électrodes--dlarrivée de courant à la température de fonctionnement F ne compromettent l'étanchéité entre l'ampoule et les électrodes. Pour la description plus détaillée de l'objet de l'invention, on va se référer au dessin annexé, sur lequel s la figure 7 représente la traversée conforme à l'invention; la figure 2 représente l'outil pour la compression des couches assurant l'étanchéité de la traversée; la figure 3 est une coupe partielle d'une lampe compor- tant une traversée conforme à l'invention. Selon la figure 1, l'électrode d'arrivée de courant 5 se trouve dans l'axe de symétrie d'une bague de céramique 1 formant support4 Entre ces deux éléments constitutifs, on laisse subsister un interstice dans lequel on introduit des couches annulaires 2,3 et 4, ce qui fait que ces couches et l'électrode 5 se tru̲vent- entourées et comprimées par la bague de céramique 1.Pour compenser la différence des coefficients de dilatation thermique de la bague de céramique 1 et de l'électrode d'arrivée de courant 5, onnchoisit les coefficients de dilatation thermique des couches intermédiaires 2 3 et 4 de manière que Si ces couches sont introduites suivant le même axe, les coefficients de dilatation augmentent progressivement couche par couche9 à partir de l'électrode 5 en direction de la bague de céramique 1, et que le coefficient de dilatation thermique de la couche 2 appliquée contre la bague de céramique 1 soit inférieur à celui de la bague de céramique 1.Dans le cas où il n'exis- te pas de grande différence entre les coefficients de dilatation thermique de la matière céramique et du métal, une seule couche peut suffire dans le cas extrême; toutefois, si eette différence est importante, le nombre des couches peut s'élever à 5, 6 ou même davantage0 La figure 2 représente le mode de réalisation de l'étan- chéité de la traversée conforme A l'invention et l'outil néces- saire à cet effet e Sur une tige ou un tube métallique 5, on applique un nombre approprié de couches de colle (2,3 et 4) au moyen d'un pistolet de pulvérisation. Ensuite, on place la bague de céramique 1 sur un support de graphite 6 et on engage la tige métallique 5 préparée de la manière décrite ci-dessus dans le trou de la bague de céramique 1 s puis on pose un couvercle de graphite 7 sur le dispositif et on entoure le tout dune bague de graphite 8. Après cela, on chauffe les pièces de graphite sous vide ou sous une atmosphère de gaz neutre, par chauffage à haute fréquences Sous l'effet de la chaleur9 la colle commence à se contracter et fond, ce qui fait que les couches, pressées les unes contre les autres, se "soudent'1 aux parois du métal et de la céramique.Le retrait est également favorisé depuis l'extérieur, par le fait qu'on laisse peser le couvercle de graphite 7 par son poids propre sur les couches Les colles sont des solutions de différents oxydes mé talliques, avantageusement dès eutectiques. Les constituants usuels des solutions sont des oxydes de calcium9 d'aluminium, de baryum, de zirconium, de magnésium etcO La littérature spécialisée donne des indications suffisantes à cet effets de sorte que même en tenant compte du point de fusion9 on peut sélectionner des compositions qui conviennent, du point de vue de l'invention, à la réalisation de la traversée métallique donnée.Dans plusieurs modes de réalisation de l'invention, les viscosités différentes des dif férentes couches à haute température peuvent conduire à un problè- me qui risque de compromettre la formation conforme à l'invention de la structure en couches Dans de tels cas9 on ajoute aux solu- tions de colle des charges qui ne se dissolvent que lentement dans ces solutions Les charges sont avantageusement des constituants de la solution de colle en question. La préparation nécessaire pour l'application des couches peut être produite suivant un procédé connu par pulvérisation dé la solution solidifiée et par-mélange de cette dernière avec, par exemple, de la cellulose dissoute dans le solvant.Si on veut ajouter des charges pour compenser la viscosité, on ajoute ces substances également à l'état pulvérulent au mélange. Le solvant peut, le cas échéant, se composer de plusieurs constituants, dont le point d'ébullition doit entre réglé suivant la technologie connue de la pulvérisation au pistolet. Pour l'application des couches de colle, on peut également faire appel également à d'autres procédés. Dans le cas d'un faible nombre de couches de colle9 on peut par -exemple moul-er préalablement les couches de colle selon la figure 1 sous la forme de tronçons tubulaires. Suivant un autre procédé, on peut réaliser les couches de colle sous la forme de feuilles, de façon semblable à la fabrication des cathodes à oxydes connues du type -"Sarong", que l'on enroule ensuite sur les traversées métallique 50 La figure 3 représente un esemple de réalisation dXune lampe à décharge à ampoule céramique9 équipée d'une traversée conforme à l'invention. Entre la traversée métal-céramique ll et l'ampoule céramique 13 se trouve un anneau de colle 12 qui est nécessaire pour le collage étanche an vide de la traversée 11 au tube 13 formant l'ampoule de la lampe. La cathode de la lampe est formée par la spirale 14 qui est soudée sur le support métallique de la traversée. Du fait que les élements constitutifs céramiques de la traversée 11 et l'ampoule bgr présentent le même coefficient de dilatation thermique, la matière de l'anneau t2 peut également avoir le mdme coefficient de dilatation thermique9 ce qui fait que la soudure des deux éléments constitutifs ne pose pas de problème. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation énumérez à titre d'exemples. Il est ainsi possible dans certains cas9 par exemple, de remplacer le support de céramique séparé de la traversée par l'extrémité de l'ampoule céramique, ce qui simplifie encore davantage la traversée. REVENDICATIONS 1. Traversée pour le passage ds électrodes d'arrivée de courant dans les ampoules céramiques de lampes à décharge à ampoule céramique, avec une électrode d'arrivée de courant métallique et un support de céramique entourant cette dernières-caractérisée par le fait qu'entre l'électrode et le support de céramique est prévu ou sont prévus un ou plusieurs éléments de fermeture ajustés, réalisés en une ou en plusieurs matières dont le ou les coefficients de dilatation - thermique se trouvent entre les coefficients de- dila- talion thermique de l'électrode et de l'élément constitutif céramique. 2. Traversée suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'il existe9 entre lëlectrode et l'élément constitutif céramique, une rangée de couches intermédiaires ayant des coeffi- cients- -de dilatation thermique croissant dans un sens et décroissant dans le sens opposé0 3. Lampe électrique à décharge à ampoule céramique -et à remplissage de gaz et de vapeur métallique, caractérisée par une traversée pour l'électrode d'arrivée de courant, qui-se compo-se dtune électrode dtarrivée de courant métallique et doun support de céramique ainsi que de couches intermédiaires ayant un coefficiert de dilatation thermique situé entre celui de l'électrode et celui du support, par une soudure entre l'élément de céramique de la traversée et l'ampoule céramique, ainsi que par une cathode portée par l'électrode. 4. Lampe électrique à décharge suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que l'extrémité de l'ampoule céramique elle-même remplace le support de céramique de la traversée.