Brevet FR2267635A1 — publié le 19751107

La présente invention concerne la fabrication des tubes à décharge électrique et, plus psrticulièrement, le scellement de l'électrode de décharge dans l'enceinte à décharge et l'assemblage d'un culot conducteur de forme tubulaire sur au moins l'une des extrémités de l'enceinte de décharge. Dans les lampes à décharge,telles les lampes à décharge dans la vapeur de mer- cure, l'enceinte de décharge est faite d'une ampoule en matériau hautement réfractaire , quartz le plus souvent. Les lampes à décharge classiques comportent à l'intérieur d'une enceinte de décharge au moins deux électrodes entre les extrémités libres desquelles intervient la décharge L'enceinte est constituee,dans la plupart des cas d'application lumineuse de la décharge,par une ampoule tubulaire faite d'un matériau translucide hautement réfractaire : tube ou ampoule de silice, tube de verre à haut point de fusion, etc. Les électrodes sont généralement scellées directement au matériau de cette enceinte gracie a une technique de scellement verre-métal, quartz-métal etc... qui peut revêtir la forme connue sous le nom de scellement en pied pressé par exemple.Les électrodes peuvent etre reliées extérieurement à une source de courant par un prolongement émergeant à l'extérieur du tube à décharge ; elles peuvent encore etre alimentées au travers d'un culot métallique solidaire de l'enceinte à décharge. L'atmosphère de la décharge comprend un gaz rare dans lequel la vapeur métallique est libérée. Dans les tubes à décharge à mercure la vapeur de mercure est libérée dans l'argon ou un mélange de gaz rares. On peut encore enrichir la vapeur métallique principale par l'addition d'halogénures, de radicaux organiques etc...Le brevet principal français n 1 489 754 et son addition n 91 171 décrivent une lampe à décharge dans la- quelle on a introduit à froid, en plus du mercure et de l'indium, du bromure d'éthylène dans l'argon. Le scellement des électrodes de décharge à l'enceinte de quartz, ou de silice fondue, se fait communément par pressage du matériau réfractaire sur ltélectrode en chacune des extrémités de l'enceinte à laquelle on donne la forme d'une ampoule tubulaire. Le queusot pour la mise en atmosphère contrôlée se situe dans la région centrale de l'ampoule. On a l'habitude d'adjoindre a chaque extrémité du tube monté, un culot métallique solidaire de l'ampoule et de l'électrode - le culot affecte le plus souvent la forme d'un tube fermé en bout sur ltélectrode et dont la paroi interne est prévue pour recouvrir la paroi externe de l'extrémité de l'ampoule.La région d'extrémité de l'a poule est justement intéressée par le scellement quartz-met aI; il sin suit que la paroi externe de l'extrémité destinée à recevoir le culot, formant fourreau, est d'une forme rarement régulière. D'où de grandes difficultés pour réaliser une liaison mécanique correcte entre l'extrémité de l'ampoule et le culot. Des solutions y ont été apportées. Par analogie avec le culottage des lampes à incandescence, on a suggéré l'emploi d'une pâte, dite pâte à culotter, pour opérer la liaison mécanique recherchée entre le matériau réfractaire de l'ampoule et le métal du culot. Une telle pâte est placée à froid comme intermédiaire pour combler les espaces vides entre la surface externe de l'extrémité d'ampoule et la face interne du culot. Une opération thermique amène cette patte à un état cuit grâce auquel la liaison est obtenue. Mais on sait les inconvénients d'emploi de la pâte à culotter. Son usage impose des opérations supplémentaires culottage, cuisson... et procure une liaison fragile (effritement). Pour remédier de façon satisfaisante a ces divers inconvénients, selon l'invention, on applique au cours de la fabrication d'un tube à décharge muni d'au moins une paire d'électrodes, chacune solidaire d'un culot tubulaire fait d'un matériau conducteur et chacune scellée en une région prédéterminée d'une enceinte à décharge de forme tubulaire, fait d'un matériau translucide hautement réfractaire, un procédé nouveau consistant, préalablement à l'opération de scellement de ltélectrode à l'ampoule, - à souder, en bout, à ladite enceinte, au voisinage de la région déterminée pour y ménager le scellement de ltélectrode, une section de tube de diamètre extérieur et de longueur choisis pour permettre après scellement l'en filage ajusté de la région libre dudit tube dans le culot, ledit tube étant fait d'un matériau réfractaire apte à se souder tant au matériau de l'ampoule qu'à celui de l'élec- trode, - à effectuer le scellement de l'électrode, de préférence par pressage pratiqué à chaud sur la section de tube présoudée, dans la région voisine de l'enceinte, - à effectuer le remplissage en matériaux solides et gazeux ainsi qu'a la fermeture de l'ampoule selon les modes antérieurement usites, - et à enfiler et fixer directement la région demeurée libre du tube présoudé dans le culot. Au titre de produit industriel nouveau, l'invention vise encore le tube à décharge réalisé pour la mise en oeuvre de l'invention, c'est-à-dire comportant au delà du scellement de la connexion d'électrode zon prolongement tubulaire dont le diamètre extérieur est tel qu'il s'adapte juste par enfilage dans un culot dont il peut être rendu solidaire par un façonnage particulier du culot, par brasage de la connexion d'électrode au culot ou par adjonction à froid d'une poudre, telle la poudre de silice. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qn'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente la vue en perspective d'une enceinte préparée pour la rise en oeuvre tu procédé selon l'invention, La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale d'un tube à décharge construit en application du procédé selon l'invention. ta figure 3 représente la vue en coupe du culot. Sur la figure 1 qui illustre à titre d'exemple la vue en perspective d'une enceinte préparée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention au cours de la fabrication d'un tube à de charge à vapeur de mercure, on distingue une enceinte formée d'une partie centrale tubulaire 1 dans la région médiane de laquelle un tube de faible diamètre 3 a été soudé pour servir de queusot. Les tubes 1 et 3 sont faits de silice fondue par exemple. On a soudé en bout de chacune des extrémités 6 et 6' du tube de fort diamètre 1 une section de tube 2,2', de moindre diamètre dont le matériau est aussi de la silice fondue. Alors que dans la pratique u ilisee jusqu'alors, la longueur des sections de tube 2, 2' est calculée de façon à~permettre tout juste le scellement ultérieur des électrodes, dans le procédé selon l'invention les longueurs des sections de tube 2 et 2' sont majorées pour ménager au-delà du scellement une région libre, de longueur au moins égale à la longueur du culot. La longueur de chaque section de tube 2 est au moins voisine du double de la longueur du scellement d'électrode a réaliser. La vue en coupe transversale schématisée d'un tube à décharge illustrée par la figure 2, permet de distinguer les électrodes à décharge 4, 4' disposées symétriquement dans 1 'enceinte 1. Chacune de ces électrodes peut etre constituée par une tige de tungstène thorite dont la région d'extrémité interne 7 est entourée d'une hélice faite d'un fil de tungstène thorié visible en 8. La partie me- diane de ltélectrode est une plaque de molybdène 5 qui sert a'intermédiaire pour le scellement, car le tungstène ne peut pas être scellé directement à la silice. L'autre extrémiste 9 de l'électrode peut etre constituée par un câble de connexion ou une tige, elle est libre à l'intérieur de la région du tube de silice 2 qui dépasse le scellement 5 de longueur s; elle peut meme émerger comme on le voit en 9' de ce tube. Le brevet français nO 1 464 066 décrit la constitution le telles électrodes et le brevet français nO t 489 755 indique le procédé de traitement adapté à la carburation des électrodes à l'oxyde de thorium. On se reportera à ces documents pour la réalisation des électrodes de décharge. Enfin la figure 3 fournit une coupe transversale d'une forme de réalisation du culot terminal 10. Cette pièce métallique est tubulaire sur une longueur Le diamètre interne d est tout juste supérieur au diamètre externe d' du tube 2 de la figure 1. Le tube est fermé par un fond 11 percé au centre par un passage creux 12 de faible diamètre. Le diamètre interne du perçage 12 est de dimension telle qu'il permet le passage de la connexion d'électrode 9. Le bord externe ouvert du culot 10 est pourvue de deux échancrures symétriques en demi-cercle dont l'une est visible en 13 sur la figure 3. D'autres modes de réalisation des culots peuvent être prérerks sas influer sur le procédé de l'invention. Le culot peut servir ou non à l'amenée du cou rant. Au cas où il ne sert pas à amener le courant, il est traversé par une connexion d'électrode émergeant a- I'extérieur. Pour préparer enceinte de décharge d'un tube à décharge à vapeur de mercure le procédé selon l'invention consiste à prévoir deux sections de tubes de silice 2 et 2' semblables. Ces sections de tube ont chacune au moins une longueur R+s telle qu'elle cumule la longueur s nécessaire au scellement 5 de ltélectrode et la longueur Z de la partie tubulaire du culot. Après avoir effectué ce choix, ltenchaînement des opérations est le suivant On soude symétriquement, en bout, aux deux extrémités 6 et 6' d'un tube de silice 1 les sections de tube 2 et 2'. On met en place les électrodes 4,4' - qui ont été préparées indépendamment -, éventuellement selon les méthodes décrites dans les brevets français précités ayant trait à cet objet. On opère le scellement des électrodes dans la région 5 (5') en pressant la silice, ramollie à chaud,aux environs de 12000C. Pour cette opération, on peut employer une machine du type "presse'2 pour le verre de silice. Selon la pratique usuelle, pour permettre un scellement correct avec la silice dans toute la ré gion prévue pour le scellement, la tige de tungstène est montée sur une bande de molybdène, métal qui procure de bons scellements avec la silice. Ensuite, on procède au remplissage de l'ampoule 7,2,2 préparée par le procédé décrit. - On peut introduire le mercure à l'état d'élément ou encore de composé, des halogénures métalliques etyéventuellement7des composés de gallium, indium, thallium, bismuth, aluminium ... etc. On opère le vidage de l'air par l'inter médiaire du queusot 3 et on procède au remplissage gazeux de l'ampoule; on in troduit par exemple un mélange de gaz rares sous une pression voisine de 20 torr. On ferme le queusot. On enfile deux culots symétriques l'un sur ltextrémité libre droite 2, l'autre sur l'extrémité libre de gauche 2' du tube. Le matériau métallique prévu pour la réalisation des culots peut être par exemple du nickel ou du ferro-nickel pour le corps tubulaire 10, le fond 11 étant prévu en laiton pour faciliter le brasage. Au montage, le culot est enfilé sur la partie libre du tube 12 tandis que le câble de connexion 9 est enfilé dans le perçage 12 du fond 11. Les deux rebords symétriques du scellement pressé 5 viennent s'épauler au fond des échan crures semi-circulaires symétriques du culot qui ainsi coopérent au positionne ment rigide du culot par rapport t l'ampoule 1.Le blocage en position de l'assem blage culot-ampoule est complété par le brasage de la connexion 9 sur le fond en laiton du culot 10. La connexion 9 peut, ou non, émerger du culot. Dans le premier cas l'opération de brasage au fond du culot n'est pas suivie comme dans le second cas d'un sectionnement du câble 9 au ras du culot. Au moment du montage culot-ampoule, on peut encore prévoir de combler l'espace libre entre la paroi interne du tube culot 10 et la surface externe du tube de silice 2 par un bourrage fait à l'aide d'une poudre, telle la poudre de silice par exemple. Le tube à décharge est terminé. Les avantages du procédé simple décrit sont évidents. Son emploi épargne les opérations de culottage : application et cuisson de la patte à culotter. Il en résulte un gain de temps et,par voie de conséquence, une diminution du prix de revient des tubes réalisés. Pendant la durée d'exploitation des tubes, le culot demeure solidaire de l'ampoule avec une fiabilité accrue. Ceci correspond à un progrès technique appréciable de la qualité des tubes. Bien que les principes de la présente invention ont été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, -on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. EE VEND iC AT IONS 1. Procédé de fabrication de tube à décharge, solidaire d'au moins un culot tubulaire et muni d'au moins une paire d'électrodes,chacune scellée en une région prédéterminée d'un prolongement de l'enceinte à décharge,fait d'un matériau réfractaire caractérisé en ce que préalablement à ltopération de scellement de l'électrode dans ltenceinte, il consiste - à souder, en bout, à ladite enceinte pour former ledit prolongement, au voisinage de la région prédéterminée pour le scellement d'électrode, une section de tube ayant une longueur au moins égale à la somme des longueurs e du culot et s du scellement d'électrode et un diamètre extérieur de nature à autoriser son enfilage ajusté dans le culot, - à opérer le scellement de ltélectrode au tube, de préférence par pressage pratiqué à chaud sur la section présoudée dans la région voisine de ltenceinte, - et, après remplissage et fermeture de l'enceinte selon les modes antérieurement usités, à enfiler et fixer directement la région extrême demeurée libre du tube présoudé dans ledit culot. 2. Tube à décharge,caractérisé en ce qu'étant réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, il comporte, au-delà du scellement de la connexion d'électrode,au moins un prolongement tubulaire dont le diamètre extérieur est tel qu'il s'adapte juste, par simple enfilage, dans un culot tubulaire dont il est rendu directement solidaire par des moyens mécaniques, tel ltépaule- ment des rebords symétriques du scellement plat de l'électrode au fond de deux échancrures semi-circulaires symétriques prévues sur le bord ouvert dudit culot tubulaire. 3. Tube à décharge selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour rendre le prolongement tubulaire de l'enceinte solidaire du culot tubulaire dans lequel il est enfilé, le brasage du câble de connexion d'électrode au fond du culot coopère avec l'épaulement des rebords du scellement plat au fond des échancrures semi-circulaires dudit culot pour positionner rigidement le tube dans le culot.