Brevet FR2271644A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne d1une manière générale la traversée étanche d'une pièce en céramique par un conducteur électrique. Il est de pins en pins fréquent, en technologie avancée, d' avoir à assurer des mesures électriques dans des zones où règnent -des conditions thermiques difficiles tout en préservant l'isolation étanche de ces zones. C'est le cas par exemple pour des relevés de températures dans des réacteurs d'aéronefs. Aux tztpératures susceptibles d'entre atteintes dans les zones à contrôler de ce type, seules les pièces céramiques peuvent en pratique tenir. Pour assurer la traversée étanche d'une telle pièce en céra inique par un conducteur électrique, il est connu de réaliser ce conducteur en un létal ayant un coefficient de dilatation aussi voisin que possible de celui de la céramique constitutive de la pièce qu'il doit traverser, de métalliser le passage de cette pièce dans lequel ledit conducteur doit être engagé, cette métal lisation s1 effectuant avec des produits susceptibles de réagir à haute teipérature avec la céramique concernée, et de sceller par brasage le conducteur sur la partie ainsi métallisée de la pièce en céramique, ee brasage pouvant se faire à l'aide de brasures de type classique, par exemple de brasures à base d'argent, de cuivre, d'eutectique cuivre-argent, ou autres. Or, il statère que les létaux ou alliages qui ont des coefficients de dilatation voisins de ceux de la céramique ont en général également des résistivités importantes, en sorte que les conducteurs réalisés en de tels métaux entraient des chutes de tension importantes et sont donc à l'origine d'échauffeients éle- vés. I1 ta de soi que cet inconvénient est d'autant plus impor- tant qu'un tel conducteur est destiné à transporter des intensités de courant élevées. Be plus, l'accord des coefficients de dilatation du métal utilisé pour le conducteur et de la céramique constitutive de la pièce traversée par celui-ci n'est jamais parfait, de sorte qu' il y a des risques importants de rupture pour le scellement interposé entre un tel conducteur et une telle pièce. I1 va de soi que cet inconvénient est d'autant plus important pour les conducteurs de gros diamètre, qui sont précisément ceux mis en oeuvre dans le cas où les intensités de courant à traverser sont élevées. Pour pallier les conséquences d'un accord imparfait des coefficients de dilatation du métal et de la céramique, il adé- à été proposé de réaliser le conducteur sous la forme d'un tube à paroi mince propre à encaisser par élasticité transversale les différences de dilatation susceptibles de se développer, un tel tube étant par ailleurs bouché par une goutte de brasure à ltune ou l'autre de ses extrémités pour conserver l'étanchéité nécessaire. Mais de tels conducteurs tubulaires a'offrent au passage du courant qu'une section de métal réduite ce qui ne peut qu'aggraver les chutes de tension et les échauffements. La présente invention a d'une manière générale pour objet la réalisation d'une traversée étanche d'une pièce en céramique par un conducteur électrique n'offrant qu'une faible résistance au courant et bien accordé en dilatation à ladite pièce. D'une manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet un conducteur électrique apte à traverser à étanchéité une pièce en céramique ; elle a encore pour objet l'ensemble constitué par un tel conducteur électrique et la pièce en céramique qu'il tra verse. le conducteur électrique suivant Itinvention est d'une manière générale caractérisé en ce qu'il comporte une tige centrale au moins localement entourée par une chemise, de préférence à paroi mince, ladite tige centrale et ladite chemise étant fi xées annulairement l'une à l'autre par une connexion électrique étanche, et un jeu étant ménagé annulairement entre ladite tige centrale et ladite chemise sur au moins uné partie de la hauteur de celle-ci choisie de préférence pour etre supérieure à la hauteur de la pièce en céramique à traverser. Suivant un mode particulier de réalisation -convenant plus spécialement aux conducteurs de gros diamètre, le jeu annulaire prévu entre la tige centrale de ce conducteur et la chemise qui l'entoure est dQ à une gorge que présente périphériquement la dite tige centrale en regard de la partie médiane de ladite chemise. Suivant une variante de réalisation convenant plus spécialement aux conducteurs de petit diamètre, le jeu annulaire prévu entre la tige centrale de celui-ci et la chemise qui l'entoure court sur toute la hauteur de ladite chemise. Quoi qu'il en soit, la tige centrale du conducteur suivant l'intention, qui est de préférence massive, est faite en un létal bon conducteur de l'électricité, ce qui permet de limiter les chutes de tension à la traversée de ce conducteur, et done les échauffe'.nts dus à celui-ci. Conjointement le matériau constitutif de la chemise qui entoure cette tige centrale est choisi pour présenter un ooeffieient de dilatation voisin de celui de la céramique à traverser, et le jea annulaire prévu entre cette tige centrale et cette chemise permet de compenser les différences de dilatation de cette chemise se et de la pièce en céramique. Ainsi la différentiation faite suivant l'invention entre la fonction de transport de courant, qui est assurée pour l'essen- tiel par la tige centrale, et la fonction de scellement à la pièce ce en céramique, qui est prise en charge par la chemise entourant cette tige centrale, apporte une solution avantageusement simple et efficace au problème posé par la traversée étanche d'une piè- se en céramique par un conducteur électrique, notamment lorsque ce conducteur électrique, devant transporter des intensités de courant élevées, présente un gros diamètre. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en références aux dessins schématiques annexés sur lesquels s la figure 1 est une vue axiale d'un conducteur électrique suivant l'invention en place dans une pièce en céramique la figure 2 est une vue en coupe transtersale de ce conducteur suivant la ligne II-II de la figure 1 J la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 et concerne une variante de réalisation. Conformément à l'invention, un conducteur électrique 10 des tiné à traverser à étanchéité une pince en céramique 11 présentant à cet effet un passage 12, est formé d'une tige centrale 13 entourée sur une partie de sa hauteur par une chemise 14. La tige centrale 13 est massive dans l'exemple représenté et elle est faite en un métal choisi pour être bon conducteur de l'électricité, cuivre par exemple. Dals l'exemple représenté sur les figures I et 2, la tige centrale 13 présente une gorge 15 en regard de la partie médiane de la chemise 14 qui l'entoure, en sorte qu'il subsiste à ce ni veau, entre la tige centrale et la chemise 14, un Jeu annulaire 16 ; de préférence, la gorge 15 a une hauteur H1, crest-g-dire une longueur axiale, choisie pour être supérieure à la hauteur H2 du passage 12 de la pièce en céramique li à traverser, de ma nière à pouvoir s'étendre axialement au moins sur toute la hauteur de ce passage, et de préférence s'étendre axialement de part et d'autre de ce passage. De part et d'autre de sa gorge 15, la tige centrale 13 est complémentaire en section transversale de la chemise 14 qui l'en- toure. Cette chemise 14 présente une paroi relativement mince et son matériau constitutif est choisi pour présenter un coefficient de dilatation voisin de celui de la céramique constitutive de la pince 11 t par exemple la chemise 14 est en molybdène, en titane, en alliage de type ferro-nickel, en alliage fer-nickel-cobalt, ou autre. La mise en place du conducteur selon l'invention se fait de la manière suivante : La paroi interne du passage 12 de la pièce en céramique 11 est d'abord munie d'un revAtevent métallisé 18 suivant un quelconque processus de métallisation connu ; ce processus de métal lisation ne faisant pas partie de l'invention, il ne sera pas décrit ici. Le conducteur 10 est alors mis en place dans le passage 12 ainsi sétallicé. on assure ensuite une connexion électrique annulaire étan- che entre la tige centrale 1.3 de ce conducteur et la chemise 14 qui l'entoure en disposant à l'une des extrémités de cette chemise un Jonc de brasure 20, en contact avec la tige centrale 13. Il est à noter que la quantité de brasure constituant ce jonc 20 doit être déterminée de façon à assurer une étanchéité parfaite entre la tige 13 et la chemise 14, mais que cette brasure ne doit pas couler au droit de la céramique, ce qui enlèserait au dispositif l'élasticité recherchée. De même, on assure le scellement annulairement étanche de la chemise 14 avec la pièce en céramique 11 en disposant un Jonc de brasure 21 sur l'une des faces de la pièce en céramique 11, en contsot d'une part avec la chemise 14 et d'autre part avec l'extrémité de la partie métallisée de cette pièce en céramique. La mise en oeuvre d'une paroi mince pour la chemise destinée à assurer le scellement du conducteur 10 avec la pièce en céramique 11 confère à cette chemise une bonne élasticité susceptible de lui permettre de suivre les dilatations éventuelles de la pièce en céramique ll sans rupture du scellement la liant à celle-ci. Conjointement, la tige centrale 13 permet le passage d'inten- sités élevées et le Jeu annulaire 16 prévu entre celle-ci et la chemise qui l'entoure permet à l'élasticité de cette chemise de avouer librement. Suivant la variante de réalisation illustrée par la figure 3 et convenant plus particulièrement aux conducteurs de petit diamètre, le jeu annulaire 16 prévu entre la tige centrale 13 et la chemise 14 qui l'entoure court sur toute la hauteur de ladite chemise, la tige centrale ayant un diamètre constant sur toute sa hauteur et ce diamètre étant inférieur au diamètre interne de la dite chemise. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées mais englobe toute variantes d1exécutions et/ou de combinaisons de leurs divers élé- lents. En particulier, la tige centrale 13 du conducteur suivant nTeEtion peut être tubulaire elle aussi. Par ailleurs, bien que l'épaisseur E de la paroi de chemise 14 n'ait pas de valeur critique pour 11 élasticité recherchée, on peut préciser à titre vindicatif et non limitatif que cette épais- seur est de préférence inférieure à 0,03 fois son diamètre D et, mieux, de préférence inférieure à 0,05 fois ce diamètre D. On précisera également, toujours à titre indicatif et non limitatif, que le jeu annulaire 16 entre la tige centrale 13 et la chemise 14 dans la partie située en regard de la céramique est par exemple de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de cette eheaise, soit quelques dixièmes de millimètres. REVENDI C- I ONS 1) Conducteur électrique pour traversée à étanchéité d'une pièce encéramique, caractérisé en ce qu'il comporte une tige centrale au moins localement entourée par une chemise de préférence à paroi mince, la dite tige centrale et la dite chemise étant fixées annulairement l'une avec l'autre par une connexion électrique étanche, et un Jeu étant ménagé annulairement entre ladite tige centrale et ladite chemise sur au moins une partie de la hauteur de celle-ei. 2) Conducteur~électrique suivant la revendication 1, carac térisé en ce que le jeu annulaire prévu entre la tige centrale et la chemise qui ltentoure est dii à une gorge que présente périphériquement la dite tige centrale en regard de la partie médiane de la dite chemise. 3) Conducteur électrique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, de part et d'autre de sa gorge, la tige centrale est complémentaire de la chemise qui l'entoure. 4) Conducteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu annulaire prévu entre la tige centrale et la chemise qui l'entoure courut sur toute la hauteur de la dite chemise. 5) Conducteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige centrale est massive. 6) Conducteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige centrale est en métal bon conducteur de l'électricité, cuivre par exemple. 7) Conducteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau constitutif de la chemise qui entoure la tige centrale est choisi pour présenter un coefficient de dilatation voisin de celui de la céramique, molybdène, titane, alliage de type ferro-nickel, alliage fer-nickelcobalt par exemple. 8) Conducteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la connexion électrique étanche reliant la tige centrale à la chemise qui l'entoure est formée par un jonc de brasure. 9) Ensemble formé par une pièce en céramique et un conducteur électrique traversant la dite pièce à la faveur d'un passa g. ménagé dans celle-ci, caractérisé en ce que le dit conducteur est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, et en ce que le jea annulaire prévu entre la tige centrale de ce conducteur et la chemise qui entoure celle-ci s'étend sur an moine toute la hauteur da dit passage. 10) Ensemble suivant la revendication g, caractérisé en ce que la chemise qui entoure la tige centrale du conducteur est scellée de manière étanche avec la pièce en céramique, par exem- ple par un jonc de brasure.