Brevet FR2184693A1 — publié le 19731228

La présente invention concerne une lampe à décharge contenant des vapeurs métalliques et des vapeurs d'au moins un sel métallique, cette lampe ayant une ampoule en cristal d'oxyde d'aluminium. L'utilisation, dans les lampes électriques à décharge, de mercure et/ou de sodium pour servir de siege à la décharge n'est pas nouvelle. Le sodium est particulièrement avantageux, car la décharge électrique dans la vapeur de sodium donne une lumière de couleur jaune à laquelle l'oeil est parti culièrement sensible, de sorte que la lumière produite par les lampes à sodium permet de créer des conditions d'éclairage atantageuses. C'est pourquoi on considère que le rendement de transformation de l'énergie électrique en lumière est excellent avec la vapeur de sodium. Toutefois, un très grave inconvénient du sodium réside dans le fait qu'il attaque tous les genres de verre lorsque la température est un tant soit peu élevée. Si l'ampoule de telles lampes est en verre, la réaction chimique provoque rapidement son opacification. Afin de remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé de réaliser les ampoules de ces lampes à décharge en une matière céramique car, parmi les matières céramiques, il en est plusieurs qui résistent à l'agression de la vapeur de sodium et qui, moyennant une technique de fabrication appropriée, peuvent être réalisées de façon à laisser passer une partie importante de la lumière engendrée. Une telle lampe à décharge est décrite par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'AmErique nO 3 248 590. Selon ce brevet, l'ampoule de la lampe est en une matière dite céramique polycristalline d'oxyde d'aluminium. Une autre solution du problème précité consiste, comme on le sait, à introduire le sodium dans la lampe sous la forme d'un sel quelconque (par exemple sous la forme d'iodure de sodium). Dans ce cas, la matière constituant l'ampoule de la lampe peut aussi titre en un verre (tel que le quartz par exemple), car lliodure de sodium n'attaque pas le quarts et, en mtme tqxps, la décharge électrique dans les vapeurs d'iodure de sodium engendre à peu près autant de lumière que si la décharge se produisait dans la vapeur de sodium métallique pur. Dans de telles lampes, on peut aussi utiliser d'autres sels métalliques, et notamment, avec avantage, divers halogénures, la couleur jaune de la décharge dans le sodium pouvant alors être-complétée par les diverses autres couleurs propres aux autres sels. On peut ainsi réaliser une source de lumière blanche ayant un spectre proche de celui de la lumière solaire. Le rendement lumineux des lampes à halogénure est toutefois inférieur à celui des lampes à vapeur métallique pure. Les connaissances acquises dans l'art antérieur ne permettaient pas d'envisager la combinaison des avantage-s, ou des propriétés avantageuses, des lampes à vapeur métallique et des lampes à halogénure. Toutefois, la demanderesse a remarqué que si l'on savait pourquoi le sodium métallique ne pouvait pas être utilisé dans une ampoule en verre, on n'avait par contre pas encore expliqué pour quelle raison un sel halogéné d'un métal ne pouvait pas être utilisé dans une lampe ayant une ampoule en oxyde d'aluminium polycristallin. Cette raison réside dans ce qui suit la fermeture sure, et étanche au vide, d'une ampoule en céramique ne peut être réalisée qu'avec un métal à la fois inerte vis-à-vis du sodium et doué d'un coefficient de dilatation thermique cotncidant avec celui de la céramique. Ce problème de la fermeture ou obturation de l'en ve.loppe est traité dans un grand nombre de brevets antérieurs, dont le contenu ne peut donc pas être examiné ici, de sorte que l'on se contentera d'indiquer, comme référence-type de l'art'antérieur, le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 243 635. En examinant ces brevets relatifs à la fermeture des récipients, on peut constater d'une part que les problèmes fondamentaux mentionnes en préambule, ctest-à-dire l'utilisation du sodium métallique comme matière constituant le siège de la décharge dans des ampoules en céramique sont identiques au problème de la fermeture des récipients, et,d'autre part, que seul le niobium métallique convient pour la fermeture de l'ampoule ou du tube en céramique. Toutefois, le niobium n' est pas suffisamment inerte, notamment à l'égard des métaux alcalins. Pour-résumer-, on peut donc constater que, d'après les solutions connues, le sodium métallique est inutilisable dans-une ampoule en verre, et que les halogénures de sodium sont inutilisables dans une ampoule en céramique fermée avec du niobium. Par ailleurs, comme on le sait, les am- poules céramiques polycristallines utilisées ne sont pas très avantageuses du pointfde vue de leur transparence à la lumière, tandis que, par contre, la transparence d'un oxyde d'aluminium monocristallin est supérieure d'environ 6 %. Toutefois, de telles ampoules en oxyde d'aluminium monocristallin n'ont pu faire l'objet d'une utilisation pratique, car il est à peine possible de les fermer avec les éléments obturateurs habituels en niobium, etc., ceci parce que lrécart entre les coefficients de dilatation thermique est important. Ceci mis à part, une lampe qui aurait une fermeture de ce genre ne pourrait pas non plus recevoir une charge d'halogénure de sodium. le but de la présente invention est, d'une part, d'améliorer le rendement lumineux des lampes à décharge, en utilisant un corps en oxyde d'aluminium monocristallin et, d'autre part, de réaliser une lampe à décharge pouvant indifféremment contenir des vapeurs métalliques et/nu des vapeurs de sels métalliques. Selon l'invention, l'ampoule d'une telle lampe est en oxyde d'aluminium monocristallin (par exemple en saphir ou rubis), et les extrémités de l'ampoule- sont fermées par un élément obturateur en céramique qui est revêtu de tungs tenue ou de molybdène. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de l'exemple non limitatif suivant d'une forme de réalisation de ltinvention représentée sur la figure unique du dessin annexé. A chacune des extrémités du tube en saphir 1 est adapté un corps ou élément 2 de fermeture, qui est en céramique et dont la surface est pourvue d'un revêtement de tungstène 3. Un matériau 4, du genre verre, qui est situé entre chaque élément obturateur et la surface frontale du tube en saphir, assure une liaison étanche au vide. L'élément obturateur comporte une partie 5, saillant vers l'intérieur, qui est pourvue d'un sillon en hélice sur lequel est enroulée une spirale ou hélice en tungstène. Cette spirale porte et maintient l'électrode 7 qui est pourvue d'un revêtement émissif, obtenu par un procédé de préparation connu. L'élément obturateur comporte, c8té extérieur, un téton 8 sur lequel est monté å ajustement serré un ressort 8. Ce ressort sert à amener le courant électrique à la surface métallisée de la coiffe. La matière servant de siège à la décharge se trouve à l'intérieur du tube. Selon la couleur et la destination de la lampe, cette matière-peut être constituée de métaux divers (tels que, par exemple, mercure, thallium, césium, indium, etc..), et/ou de divers sels métalliques tels que, par exemple iodure de sodium, iodure de thallium, iodure d' in- doum, étc. Selon l'invention, toute matière telle qu'un métal ou un sel sétallique, dont l'utilisation présente des carectéristiques optiques avaatageuses du point de vue de la destination de la lampe et qui s' avère inerte vis-à-vis du corps obturateur, peut convenir pour servir de siège à la décharge. La matière constituant le revêtement métallique peut avoir un coefficient de dilatation quelconque, puisque la fiabilité de la fermeture étanche au vide est déterminée non pas par la nature chimique du rev8tement, lafa par le coefficient de dilatation thermique de la coiffe obturatrice. Partant du point de vue précité, la matière la plus convenable pour constituer le revStement est le tungstène ou le molybdène. La matière constituant l'élément obturateur en céramique sera choisie de façon que son coefficient de dilatation thermique corresponde au coefficient de dilatation thermique, mesuré en direction radiale, du cristal d'oxyde d'aluminium; Cette condition peut Autre satisfaite aisément avec un type dé céramique contenant plus de 90 % d'oxyde-d'aluminium. REVENDICÂTIONS 1. Lampe électrique à décharge, caractérisée par le fait que son ampoule est un tube en oxyde d'aluminium monocristallin, et par le fait que les extrémités de ce tube sont fermées par un élément obturateur massif en céramique qui est pourvu d'un revêtement métallique. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la matière servant de siège à la décharge est constituée par au moins une vapeur d'un métal et/ou d'un sel d'un métal, par le fait que la matière constituant le revêtement de l'élément obturateur est chimiquement inerte à l'égard de ladite matière constituant le siège de la décharge, cela à la température d'utilisation de la lampe, et par le fait que le coefficient de dilatation thermique de l'élément obturateur en céramique correspond au coefficient de dilatation thermique radiale du tube en cristal d'oxyde d'aluninium 3. Lampe selon la revendication 2, caractériaée par le fait que la matière métallique servant de siège à la décharge est constituée par du mercure et/ou au moins un métal alcalin, et par le fait que la matière non métallique servant de support à la décharge est constituée par au moins un iodure d'un métal alcalin. 4. Lampe selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée par le fait que le revêtement métallique de l'élément obturateur est en tungstène ou en molybdène.