Brevet FR2304169A1 — publié le 19761008

La présente invention a pour objet la production de revêtements blancs, diffusant la lumière, dans les ampoules de lampes électriques, au moyen d'un procédé d'application de poudres de silice ou de bioxyde de titane. Dans ce procédé des gaz combustibles contenant un composé gazeux de silicium ou de titane sont brûlés dans l'ampoule et les particules de la fumée de la combustion sont dirigées au moyen d'un champ électrique et déposées sur la paroi de l'ampoule. Dans les lampes à incandescence qui comportent une ampoule n verve rensna- ruent n le filament et l'éclat de celui-ci sont très apparents et produisent un effet désagréable aux yeux. Afin de diffuser et de disperser la lumière émise par le filament et pour qu'une lumière plus agréable soit transmise par l'ampoule,il est nécessaire de dépolir l'ampoule ou de la revêtir d'une couche diffusant la lumière De nombreuses techniques ont éte utilisés dans ce but avec plus ou moins de succès industriel C'est ainsi qu'on a proposé de revêtir la paroi interne d'une ampoule d'une couche diffursante blanche en faisant bruler un mélange gazeux dans ampoule de façon qu'une fumée de particules se dépose sur la paroi.- Ce mélange gazeux était en général constitué par de l'air ou de l'oxygène, de l'hydrogène et un composé de silicium, comme par exemple le silicate d'éthyle ou le tétrachlorure de silicium Dans ce procédé les particules de silice obtenues ont une finesse satisfaisante et adhèrent bien à la paroi de l'ampoule mais forment une couche dont l'épaisseur et la répartition des particules sont souvent irrégulières parce qu'elles sont difficilement contrôlables, principalement dans des ampoules en forme de bulbe. Au lieu de précipiter des particules sur la paroi de l'ampoule par réactions chimiques,on a proposé,selon un autre procédé antérieur, de déposer une couche de silice par voie électrostatique à partir de fines poudres de silice véhiculées par un courant d'air. Dans ce procédé une haute tension continue est établie entre une masse extérieure à l'ampoule et l'appareil de projection de la poudre de silice placée dans l'ampoule afin de créer un champ électrique qui attire les particules de silice sur la paroi de l'ampoule. En employant un appareillage approprié on est alors en mesure de régulariser ltépaisseur de la couche pour obtenir le profil d'épaisseur souhaité sur la face interne de l'ampoule. Ce procédé fonctionne de manière satisfaisante quand on utilise des particules de dimensions voisines de 10 microns. I1 est connu par contre que pour des dimensions égales ou inférieures à 1 micron, l'appareillage qui propulse la poudre se bouche parfois en raison de la formation d'agrégats de particules. - Ceci est extrêmement gênant quand cet appareil?age est prévu pour produire un haut débit d'ampoules revêtues intérieurement è cette façon.L'obligation de procéder périodiquemen-t au nettoyage des canalisatåons obstruées et donc d'interrompre la cadence de fabrication a pour conséquence une augmentation du prix de revient des ampoules. Des dispositifs de toutes sortes ont été imaginés pour essayer de supprimer cet inconvénient. En réalité ces dispositifs compliquent les appareillages et les rendent plus coûteux ou ralentissent le processus de fabrication. Les procédés et appareillages ar rieurs ont toujours fait l'objet de perfectionnements en vue de remédier aux différents inconvénients cités précédemment aussi dans le but de réaliser un revêtement de diffusion qui réponde aux besoins de conserver un degré élevé de transmission de lun- èe et en même temps un bon pouvoir de masquage du filament incandescent. La présente invention a pour objet un procédé d'application d'un revêtement de diffusion sur la face interne dune ampoule qui répond auxdits besoins et qui est une combinaison de deux procédés entérieurs décrits précédemment, c'est-à-dire de celui où on forme par réactions chimiques des particules de silice et de celui où on dépose par voie électrostatique de la silice.La présente invention a aussi pour objet un appareillage pour ta zi3e en oeuvre de ce procédé La mise en oeuvre de ce procédé permet d'éliminer chacun des inconvénients majeurs desdits procédés décrits précédemment, c'est-à-dire que d'une part elle supprime complètement l'inconvénient dû au bouchage des canalisations par des agrégats de particules arrivant par ces canalisations et d'autre part elle permet de contrôler aisément la répartition du dépôt de silice sur la face interne de l'ampoule. Selon une caractéristique essentielle de la présente invention,un mélange gazeux,composé d'une part d'oxygène et d'hydrogène et d'autre part de tétrachlorure de silicium ou de tétrachlorure de titane,est brûlé à l'intérieur d'un ballon en verre et les fumées de particules provenant de la combustion sont dirigées et déposées,selon une répartition contrôlée en épaisseur, sur la face interne de la paroi du ballon, au moyen d'un champ électrique dont l'orientation et l'intensité sont réglés en particulier en fonction de la forme et de la dimension du ballon. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indica-tif et nullement limitatif de l'invention. La figure unique représente schématiquement en coupe un mode de réalisation d'un appareillage mettant en oeuvre le procédé de revêtement diffusant d'une ampoule selon l'invention. Un dispositif de rotation 12 de l'appareillage est constitué par un support 11 dont le sommet cOnique est en matière réfractaire. Le col d'un ballon 10, destiné à devenir une ampoule de lampe incandescente, est enfilé sur ce support 11. Le dispositif de rotation 12 peut être mis en rotation lente autour d'un axe longitudinal AB passant par le dôme du ballon 10 -au moyen une poulie entratnée par un moteur (non représenté). Un dispositif d'alimentation en mélange gazeux comprend un réservoir 13, contenant un liquide, par exemple du tétrachlorure de silicium ou du tétrachlorure de titane. Ce réservoir est entouré d'une enceinte 14 thermostatée. Il est muni de plus d'une canalisation sortante 15 qui traverse axialement le dispositif 12 et aboutit par son extrémité ouverte 16 au-dessus du col de l'ampoule 10. Des moyens de réglage de débit ou de pression sont disposés le long de cette canalisation 15. Une canalisation entrante 17 est raccordée à une source d'hydrogène (non représentée) dont la pression et le débit peuvent être réglés à l'aide d'un manodétendeur 18 et d'une vanne d'arrêt 19. Une autre canalisation 20 aboutit sensiblement avec son extrémité supérieure ouverte 21 à l'endroit où s'arrête l'extrémité 16 de la canalisation 15. Cette canalisation 20 peut être alimentée par un courant d'air sous une pression et un débit préréglés par un manodétendeur 22 et une vanne d'arrêt 23. Une canalisation auxiliaire 24 est alimentee en hydrogène et se termine par une extrémité en forme de brûleur 25 au niveau des extrémités 16 et 21 des canali satïons 15 et 20. Ce brûleur 25 est allumé en permanence pour fournir une flamme pilote 26.Une source 27 à haute tension continue, de valeur comprise entre 5 et 15 kilovolts, est reliée par son pôle positif à une rampe métallique 28 incurvée selon le profil du ballon 10 et placée à une certaine distance en face de celui-ci. Cette rampe métallique 28 est reliée également à la terre pour raison de sécurité Le pôle négatif de la source de H.T. 27 est relié par un conducteur électrique 29 aux deux canalisations fixes 15 et 24 qui sont isolées du reste de l'installation. La position du ballon 10 est réglée de façon que lorsque la source est branchée il existe un champ électrique de valeur suffisante à l'intérieur du ballon 10 pour agir sur le processus de revêtement. La rampe métallique 28 est une rampe de chauffage alimentée en gaz combustible de préférence un gaz hydrogéné. Le côté incurvé de la rampe 28 est placé face au ballon 10 et il comporte des orifices où le gaz combustible peut être enflammé pour chauffer la paroi en verre du ballon 10. Le chauffage de cette paroi a pour but de rendre le verre du ballon 10 électriquement conducteur. De tette manière le verre est rendu suffisamment conducteur pour que les particules composant le revêtement puissent y adhérer fermement. Le ballon 10 destiné à contenir un filament électrique et à recevoir le revêtement sur toute sa face interne est un ballon en verre clair transparent. Il est représenté en coupe longitudinale reposant par son col sur le support du dispositif 12 qui permet de lui donner une rotation à vitesse constante autour de son axe AB. Le procédé pour appliquer un revêtement diffusant la lumière sur la paroi interne du ballon sera maintenant décrit plus en détail. Un eourant dthydrogène est envoyé sous pression par la canalisation entrante 17 dans le récipient 13 contenant du tétrachlorure de silicium liquide. Après avoir barboté dans ce liquide et s'entre chargé en vapeur de tétrachlorure de silicium,il sort par l'extrémité supérieure 16 de la canalisation 15 placée environ à mi-ehem,n du col et du dôme du ballon 10. En même temps un courant d'air fournissant de ltoxygène est envoyé dans la canalisation 20 et sort par son extrémité supérieure 21 qui est contiguë à la précédente. Dès que les gaz s'échappent des extrémités 16 et 21,il se forme un mélange de gaz combustibles qui est aussitôt enflammé par la flamme pilote 26.La combustion du mélange produit une intense fumée de particules de silice qui se répand dans le ballon aussi longtemps que les gaz composants le mélange alimentent la flamme 26. On règle les débits respectifs des gaz de façon à faire arriver suffisamment d'oxygène, d'hydrogène et de tétrachlorure de silicium pour réaliser une réaction chimique dans laquelle deux molécules d'hydrogène, une molécule de tétrachlorure de silicium et une molécule d'oxygène forment une molécule de silice et quatre molécules d'acide chlorhydrique Las particules de silice ainsi obtenues sont extrêmement divisées ; en général leur dimension est inférieure à l micron et elles ne forment pas dlagrégatse Ces particules sont chargés électriquement et soumises à l'influence du champ électrique établi préalablement entre la rampe 28 et les canalisations 15 et 24. En conséquence elles se dirigent vers la face interne de la paroi du ballon 10 qui est située du côté de la rampe 28 et finalement y adhèrent fermement. En donnant une rotation lente à vitesse constante au ballon autour de son axe de symétrie AB, tous les points superficiels de la paroi qui sont symétriques par rapport à cet axe seront couverts par une même épaisseur de couche de silice. La répartition en épaisseur à partir du col jusqu'au dôme du ballon dépendra de l'orientation que l'on a donné au champ électrique. De préférence le champ électrique est orienté de façon que la couche de silice déposée soit d'une épaisseur sensiblement uniforme sur toute la paroi du ballon. Une orientation optimale est obtenue en donnant à la rampe 28 une forme et une position convenable en rapport avec la forme et la dimension du ballon à traiter. A mesure que le processus de réaction chimique se développe les produits de réaction gazeux non déposés sont chassés du ballon vers le bas,à travers l'ouverture axiale du support 11, par l'arrivée des gaz combustibles. L!arrivée du mélange d'hydrogène et de tétrachlorure de silicium est coupée dès que l'épaisseur suffisante de silice est obtenue.Quoique cela ne soit pas représenté dans la figure annexée on peut concevoir aisément que le dispositif d'alimentation puisse être muni d'une vanne d7alimentacion automatique,pouvant interrompre et alimenter cycliquement le courant d'hydrogène chargé en vapeur de tétrachlorure de silicium chaque fois qu'un ballon revêtu est remplace sur le support ll par un nouveau ballon à revêtir intérieurement. La présente invention a aussi pour obJet de réaliser un revêtement diffusant en bioxyde de titane ou encore des dépôts successifs ou alternés de silice et de bioxyde de titane sur la face interne de la paroi d'un ballon de verre destiné à la production d'ampoules de lampes à incandescence. Une couche de bioxyde de titane adhérente à la face de la paroi d'un ballon 10 de verre peut être réalisée par le procédé d'application décrit précédemment en remplaçant simplement le tétrachlorure de silicium par le tétrachlorure de titane dans le récipient 15 et en procédant aux réglages de débit et de pression correspondants. Un procédé plus général permet de faire des revêtements diffusant la lumière,à deux couches à particules d'oxydes dont les indices de réfraction sont de valeurs différentes. Il consiste à prévoir au moins deux récipients thermostatés contenant le premier 15 du tétraehlorure de silicium et le second (non représenté) le tétrachlorure de titane. Ce second récipient est aussi alimenté par un courant d'hydrogène barbotant dans le tétrachlorure de titane et il est raccordé par une canalisation 50 à la canalisation montante 15. Des moyens de réglage de débit ou de pression sont disposés entre le raccord à la canalisation 15 et ce second récipient. Cet appareillage est destiné en particulier à opérer les dépôts successifs d'une première couche dBun oxyde de silicium sur la paroi interne d'un ballon et d'une seconde couche de bioxyde de titane sur cette première couche. Grâce à cette conception on peut déposer successivement des couches de particules d'oxydes à indice de réfraction faible comme la silice et à indice élevé comme le bioxyde de titane.Ceci permet d'obtenir sans pertes d'absorption plus grande un pouvoir us diffusant beaucoup/elevé qutavec une seule couche de même épaisseur composée seulement de l'un ou de l'autre de ces deux oxydes. Une couche mixte de revêtement diffusant contenant une proportion plus ou moins grande de silice et de bioxyde de titane, est obtenue si l'appareillage est muni de deux récipients dont l'un contient du tétrachlorure de silicium et l'autre de tétrachlorure de titane. Les volumes gazeui respectifs contenant les vapeurs de tétrachlorure de silicium et de titane sont mélangés dans la canalisation 15 et brûlés ensemble dès la sortie du mélange dans le ballon. Sous l'influence du champ électrique un dépôt mixte de silice et de bioxyde de titane est déposé sur la paroi du ballon. Il va de soi que si plusieurs couches alternées de silice et bioxyde de titane doivent être réalisées dans certains cas particuliers en vue d'obtenir des revêtements plus efficaces, le présent procédé est parfaitement apte à satisfaire aux demandes. Il suffira de procéder aux opérations cycliques des dévots respectifs et de régler l'appareillage en s'inspirant du cas de la double couche de silice et de bioxyde de titane citée plus haut. les dépôts obtenus dans tous les cas précédents sont de couleur blanche et sont suffisamment adhérents pour pouvoir être utilisés comme revêtement, diffusant Planche unique gaz et mélanges gazeux comprenant des récipients thermostatés destinés à contenir le tétrachlorure de silicium et le tétrachlorure de titane et des canalisations véhiculant les mélanges gazeux traversant axialement ledit dispositif pour supporter le ballon et se terminant par un brûleur et par des extrémités ouvertes placées dans le ballon ; une rampe de chauffage par ballon placée à l'extérieur de l'ampoule, fonctionnant avec un gaz hydrogéné ; une source à haute tension continue de valeur comprise entre 5 et 15 kilovolts, reliée par son pôle positif à ladite rampe de chauffage et par son pôle négatif auxdites canalisations d'alimentation ; des moyens de réglage des débits et des pressions des gaz et des mélanges gazeux. 8. Ampoule en verre pour lampes incandescentes comportant un revêtement diffusant blanc appliqué au moyen du procédé et de l'appareillage caractérisés par les revendications 1 à 7. REVENDICATIONS 1. Procédé d'application d'un revêtement de diffusion blanc sur la face interne d'une paroi en verre transparent d'un ballon destiné à la fabrication d'une ampoule pour lampe incandescente, consistant à brûler dans l'ampoule un mélange d'hydrogène, d'air et d'une vapeur d'au moins un composé organique du silicium ou du titane, à donner une rotation à vitesse constante au ballon autour de son axe longitudinal et à le chauffer extérieurement, ledit procédé étant caractérisé en ce que les particules provenant de la fumée de combustion dudit mélange sont dirigées et déposées, selon une répartition contrôlée en épaisseur, sur ladite face interne, au moyen d'un champ électrique régnant autour et dans l'ampoule et dont l'orientation et l'intensité sont réglées, en particulier, en fonction de la forme et de la dimension du ballon. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit mélange contient un seul composé organique qui est du tétrachlorure de silicium, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdites particules dirigées et déposées sur ladite face interne sont des particules de silice, en général de dimensions inférieures à un micron. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit mélange contient un seul composé organique qui est du tétrachlorure de titane, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdites particules dirigées et déposées sur ladite face interne sont des particules de bioxyde de titane, en général de dimensions inférieures à un micron. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit mélange contient simultanément des volumes proportionnés de tétrachlorure de silicium, de tétrachlorure de titane, d'hydrogène et d'air, ledit procédé étant caractérisé en ce que les particules dirigées et déposées ensemble en une seule couche mixte sur ladite face sont des particules de silice et de bioxyde de titane. 5. Procédé selon les revendications 1 et 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer d'abord une première couche contenant des particules de silice seules sur ladite face interne, puis à déposer une seconde couche contenant uniquement des particules de bioxyde de titane sur ladite première couche de silice. 6. Procédé selon les revendications 1 et 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une première couche de particules de bioxyde de titane sur ladite face interne puis à déposer sur cette couche une seconde couche de particules de silice. 7. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2 et 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend principalement : un dispositif pour supporter ledit ballon à revêtir et le mettre en rotation autour de son axe de symétrie longitudinal ; un dispositif d'alimentation en