Brevet FR2059741A1 — publié le 19710604

L'invention concerne un dispositif de commutation com-, portant des contacts mobiles. De tels dispositifs comportant des contacts à lames et logés dans une enveloppe étanche à l'air sont fréquemment utilisés ces 5 dernières années à l'état miniaturisé dans les centraux téléphoniques, les machines à calculer et les systèmes de transmission de données. Dans ces dispositifs de commutation, les organes de contact sont généralement appliqués aux extrémités de conducteurs élastiques, et l'.ensemblè ainsi obtenu est logé dans une enceinte fermée remplie d'un gaz protecteur. 10 Les conducteurs sont en matériau magnétique, ce qui permet d'ouvrir ou de fermer le contact à l'aide de bobines ou d'aimants permanents disposés hors de l'enveloppe. D'autres réalisations de dispositifs de commutation comportant des contacts, enveloppés ou non, constituent des relais ou des 15 commutateurs à barres transversales. Tous ces dispositifs doivent répondre â'des exigences très sévères en ce qui concerne leur durée de vie, tant à l'état chargé qu'à l'état non chargé, alors que la résistance de transition doit être basse et constante pendant toute la durée de vie du dispositif. A ce su-20 jet", les dispositifs connus ne donnent pas entière satisfaction. Entre autres du brevet américain U° 2.600.175 il est connu de réaliser la surface extérieure des contacts *n un métal préciaux, tel que le ruthénium. Des examens microscopiques de ces surfaces de contact 25 pendant la commutation ont révélés qu'elles présentent assez souvent une érosion ponctuelle et en forme de cratère, et de plus, il se produit assez souvent le phénomène dit "collage". Conformément à l'invention, un dispositif de commutation est muni de contacts mobiles, dont au moins la surface de contact comporte 30 un revêtement qui est constitué par deux couches dont la surface extérieure est constituée par un métal et a une épaisseur comprise entre 0,1 et 5yu, alors qu'au-dessous de cette couche est appliquée, soit directement, soit avec interposition d'une çouche intermédiaire, une couche sous-jacente contenant, en volume, au moins Vfo d'une substance non mé-35 tallique. Une forme de réalisation avantageuse est celle selon laquelle la couche contenant la substance non métallique est entièrement constituée par du carbone, du graphite, du phosphore, du soufre, du silicium ou de l'oxyde métallique, d'une épaisseur de 0,001 à 1yu, alors 40 que la couche extérieure est constituée par du ruthénium ou du rhodium. 70 31296 2 2059741 Une autre forme de réalisation est celle selon laquelle la substance non métallique est présente sous une forme finement divisée dans un métal dont le point de fusion est inférieur à 1500°C,alors que l'épaisseur est d'au moins 0,l^u et la 5 couche extérieure est constituée par du rhuténium ou du rhodium» On a trouvé que,dans le cas d'utilisation de la couche de contact conforme à l'invention, il se produit voie érosion de contact plane au lieu d'une érosion ponctuelle et en forme de cratère. Du fait qu'on utilise pratiquement toute la surface de 10 contact -ceci à l'opposé de la petite partie utilisée dans le cas d'érosion ponctuelle et en forme de cratère -la durée de vie de-viert 100 fois plus Icngjae. XL est essentiel qu'aussi dans 3e cas d'une canmutation et lëtat non chargp,la cLirœ cfe vie soit très gsncbo H est possible de realis g? un nombre Cet effet de rebondissement, dont la période est de 1 ' ordre de quelques microsecondes, constitue uagrand pxblone, surtout dans le 20 cas d'utilisation de contacts miniaturisés» Des contacts recouverts d'or non contaminés rebondissent environ20fols et oeuxrecouserts de tungstène même jusqu'à 30 foi s» Humeurs cantsmiscns ocnfîxmes à liruenticn, de couches métalliques et de couches non métalliques limitent l^fepxductLon de ce rebondissement de 1 à 4 fois«Il est évident que cela contri-25 bue également à la prolongation de la durée de vie des contacts» H y a lieu de noter que les trevets suisses n° 229 • 890 et£?7«872 décrivent des matériaux de contact constitués par une masse ccnprajréé et frittee obtenue à partir d'un métal précieux pulvérulent additlcnré entra autres de graphite,silicium, oxyde de cadmium ou oxyde de 30 plomb oDans les techniques de frottage, il est assez difficile de maitriaer des épaisseurs de couche de quelques microns, ce qui importe surtout pour les micro-contacts» Lorsquferles sont minces, il est vrai les cout-ches de ce genre présentent une érosion de contact plane, mais sais une couche superficielle métallique selon l'invention, les contacts 35 ne présentent pas de bonnes propriétés pendant la commutation par suite d'un niveau non stable de la résistance, pour l'état non changé, surtout après une commutation de longue durée, et les contacts présentent une grande terfdance au collage. ILes techniques à l'aide desquelles la combinaison de BAD ORIGINAL 70 31296 3 2059741 couches conformes à l'invention peuvent être appliquées sont la pulvérisation cathodique, l'application par évaporation, le dépôt par voie galvanique, 1'électrophorèse ou une combinaison de ces dernières deux techniques, telle que le dépôt combiné d'un métal et d'une substance non 5 métallique, cette dernière étant enfermée à l'état finement divisé dans le dépôt métallique. Une autre forme de réalisation-du dispositif de commutation conforme à l'invention qui mérite d'être mentionnée est celle selon laquelle la substance non métallique est présente sous une forme 10 finement divisée ou stratifiée dans de l'or, qui est essentiellement diffusé dans le matériau constitué par un alliage magnétique de fer et de nickel par chauffage sous gaz protecteur ou sous vide. L'imrentiôn est expliquée ci-après à l'aide de quelques exemples illustrant plus en détail les techniques d'application. 15 Exemple 1♦ Des lames de contact dont la partie à sceller dans l'enveloppe a une longueur d'environ 7 ™ et une largeur d'environ 0,5 mm, constituées par un alliage magnétique de nickel et de fer, sont recouvertes d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 3yu dans un disposi-20 tif de pulvérisation cathodique conventionnel. On utilise à cet effet une cathode constituée par les matériaux pulvérulents frittés dans le même rapport entre les poids. La pression d'argon est de 10~^ mm de mercure, la tension de 2000 volts et l'intensité de courant de 0,5 A. Les lames ainsi recouvertes sont également recouvertes, 25 par pulvérisation cathodique, d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 0,5yu. Les lames de contact sont c»asuite scellées, deux par deux, dans une enveloppe en verre et leur durée de vie est examinée dans le cas d'une puissancë dissipée jusqu'à -100 mA et sous des tensions jus-30 qu'à 100 volts et ensuite â l'état non chargé. Dans tous ces cas, on obtient des valeurs de durée de vie exprimées par des nombres de commutation de 1 à 100 x 106. Exemple 2. Des làmes de contact, dont les dimensions et le matériau 35 sont analogues à ceux décrits dans l'exemple 1, sont recouvertes d'une couche par pulvérisation cathodique. La cathode est constituée $ar de l'or contenant en poids 5fi de nickel. La pulvérisation s'effectue dans une atmosphère d'argon contenant en volume 10/£ de propane, sous une pression de 10 ^ mm de mercure. La tension est de 2000 volts et l'intensité de courant 40 de 1,5 mA. L'épaisseur de la couche ainsi obtenue est de 3yu. Ensuite, on BAD ORIGINAL 70 31296 4 2059741 applique, également par pulvérisation, line couche de ruthénium. Les contacts ainsi obtenus présentent des propriétés analogues à celles selon l'exemple 1. Exemple 5. 5 Des lames de contact, dont la partie à sceller dans l'enveloppe a une longueur d'environ 17 mm- et une largeur d'environ 0,5 mm, constituées par un alliage magnétique de nickel et de fer, sont recouvertes d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 3^u dans un dispositif de pulvérisation cathodique conventionnel. Lors de la pulvérisation, la 10 pression d'argon est de 10~^ mm de mercure, la tension de 2000 volts et le courant de pulvérisation de 1 A. Dans les mêmes conditions, les lames ainsi obtenues sont ensuite recouvertes par pulvérisation cathodique d'une couche de carbone d'une épaisseur d'environ 0,05yu. 15 Puis, dans les mêmes conditions, elles sont recouvertes d'une couche d'or et de carbone d'une épaisseur de 1^u et, finalement, d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 0,1^u. Les lames de contact sont enfin scellées, deux par deux, dans une enveloppe en verre et leur durée de vie est examinée dans le cas 20 d'une puissance dissipée jusqu'à 100 mA avec des courants de crête jusqu'à plus de 1 A et sous des tensions jusqu'à 100 volts et ensuite à l'état non chargé. Dans tous ces cas, on obtient des valeurs de durée de vie exprimées par des nombres de commutations de 1 â 10 x 10^ pour l'état chargé et de 100 x 10^ pour l'état non chargé. 25 Exemple 4-. Des lames de contact, dont les dimensions et le matériau correspondent à ceux mentionnés dans l'exemple 1, sont recouvertes de la même façon d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 5yu et ensuite d'une couche de carbone d'une épaisseur de 0,05yu par pulvérisation ca-30 thodique. Ensuite, on applique, également par pulvérisation, une mince couche d'or d'une épaisseur de 0,1^u. Les contacts ainsi obtenus ont des propriétés analogues à celles selon l'exemple 1. Exemple 5. Des lames de contact réalisées en même matériau que 35 celui mentionné dans l'exemple 1 , sont recouvertes, par pulvérisation cathodique, successivement d'une couche de ruthénium de 0,1yu, d'une couche de carbone d'une épaisseur de 0,05yu, d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 1yu, d'une couche de carbone d'une épaisseur de 0,05yu, et d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 1^u. Les contacts ainsi 40 réalisés ont une durée de vie analogue à celle selon les exemples précé BAD ORîGfNAL 70 31296 5 2059741 dents mais avec des puissances jusqu'à 1 A. Exemple 6. Des lames de contact, dont la partie â sceller dans l'enveloppe a une longueur d'environ 7 mm et une largeur d'environ 0,5 5 mm, constituées par un alliage magnétique de nickel et de fer contenant en poids 50$ de fer et 50de nickel, sont recouvertes d'une couche d'une » épaisseur de 3/u à l'aide d'un bain de dorage galvanique contenant par litre 12 g de KAu(Cff)2, ' 10 10 g de CoSO^, 55 8 d'acide citrique, 60 g de phosphate de potassium primaire,et 15g d'acide éthylènediaminetétra-acétique, la température du bain étant de 20 à 30°C et la densité de courant de 15 1 à 3 A par dm2. Ensuite, les lames sont chauffées pendant 30 minutes dans de l'azote contenant de l'hydrogène à une température comprise entre 600 et 900°C. Après refroidissement, elles sont recouvertes d'une couche de ruthénium d'une épaisseur de 0,1 â 0,5yu. * 20 Les lames de contact sont ensuite scellées, deux par deux, dans une enveloppe en verre et on en détermine la durée de vie avec des puissances dissipées de 1, 10 et 100 mA et l'état non chargé. Dans tous ces cas, on obtient des valeurs, exprimées par des nombres de commutations, de 1 à 100 x 10^. 70 31296 6 2059741 REVENDICATIONS : 1. Dispositif de commutation comportant des contacts mobiles, dont au moins la surface de contact comporte une revêtement, dont la surface extérieure est en un métal, ce dispositif de commutation étant 5 caractérisé en ce que le revêtement est constitué par au moins deux couches, dont la couche extérieure est en .un métal et présente une épaisseur de 0,1 à 5/u, alors qu'au-dessous de cette couche est appliquée, soit directement, soit avec interposition d'une couche intermédiaire, une couche, interrompue ou non, contenant, en volume, 1$ d'une substance non 10 métallique. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que d^ns la combinaison de couches, la couche en substance iion métallique, dont l'épaisseur est comprise entre 0,001 et 1yu, est entièrement constituée par du carbone, du graphite, du phosphore, du soufre, 15 du .silicium ou de l'oxyde métallique, alors que la couche extérieure est constituée par du ruthénium ou du rhodium. 5- Dispositif de commutation selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que la substance non métallique est présente sous une forme finement divisée dans un métal, dont le point de fusion est infé-20 rieur à 1500°C, l'épaisseur étant de 0,1 yu, alors que la couche extérieure est constituée par du ruthénium ou du rhodium. 4. Dispositif de commutation selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que la substance non métallique est présente à l'état finement divisé ou stratifié dans de l'or, dont la majeure partie est 25 diffusée dans un matériau de base constitué par un alliage magnétique de fer et de nickel par chauffage sous gaz protecteur ou sous vide.