Brevet FR2411482A1 — publié le 19790706

La présente invention concerne les dispositifs à décharge dans le gaz, de préférence à décharge luminescente dans le gaz, et a notamment pour objet une électrode de chambre à décharge dans le gaz et un système d'électrodes utilisant de telles électrodes. L'invention peut être utilisée notamment pour la création de réacteurs à décharge électrique employés en particulier pour la plasmochimie, dans la-technique des lasers pour l'obtention de lasers à décharge électrique à flux transversal des gaz, dans la construction de machines et d'appareils électrophysiques. On connatt une électrode pour chambre à décharge dans le gaz et un système d'électrodes utilisant de telles électrodes et comportant une plaque isolante sur laquelle sont fixés les groupes d'électrodes. Chaque électrode est engagée dans le flw: de gaz et provoque, premièrement, une forte résistance aérodynamique au flux de gaz, et deuxièmement, occupe une partie de la section de passage. Ce système d'électrodes connu possède une faible fiabili- te en régime de service prolongé, et d'autre part, est insuffisament stable. On connatt également une électrode pour chambre à décharge dans le gaz, comportant un élément métallique creux avec une partie émettrice se trouvant du c8té de la zone de décharge et dotée de tubulures pour le passage(pompage > dIun agent refroidisseur. Le système d'électrodes comportant de tels éléments est constitué par deux électrodes (cathode et anode) entre lesquelles on fait passer un courant de gaz. Un tel système d'électrodes est prévu pour fonctionner dans une chambre à décharge dans le gaz en régime de décharge luminescente, et son fonctionnement est limité à une pression ne dépassant pas 20 torr et à une vitesse du flux gazeux de 40 à 50 m/s. Lorsque ces paramètres sont dépassés, la décharge luminescente devient extrêmement irregulière, ce qui est indésirable et perturbe le fonctionnement du système d'électrodes. Quand on veut augmenter l'apport d'énergie dans le gaz, il faut avant tout accrottre le nombre d'électrodes, et en outre, augmenter la vitesse du courant de gaz que l'on fait passer entre les électrodes. Il en résulte, dans les deux cas, une dégradation des caractéristiques gazodynamiques de l'espace interélectrode et une augmentation des exigences auxquelles doit satisfaire le moyen de pompage du gaz. L'aug mentation..de la pression et le fait que la décharge luminescente devient fortement irrégulière par suite de cette augmentation réduisent la stabilité de fonctionnement et la fiabilité d'un tel système et de chaque électrode considérée séparément. L'invention vise par conséquent une électrode de construction simple, se prêtant, du point de vue technologique, à la fabrication en série, ainsi qu'un système qui, étant constitué de telles électrodes, assurerait leur interchangeabilité et présent!t une fiabilité accrue dans les conditions d'un fonctionnement prolongé ininterrompu des électrodes. Ceci est obtenu du fait que ltélectrode du type comportant un élément métallique creux comprenant une partie émettrice du côté de la zone de décharge dans le gaz, et dotée de tubulures pour le pompage d'un agent refroidisseur, est caractérisée, suivant l'invention, en ce qu'elle est revêtue extérieurement, à 11 exception de ladite partie émettrice, d'une couche de diélectrique résistant aux températures élevées. Il est avantageux de réaliser la couche de diélectrique résistant aux températures élevées sous la forme dtun film. Il est préférable que sur la paroi de l'élément métal kuecreux, du côté de la zone de décharge dans le gaz, soit réalisée au moins une saillie, et que la couche de diélec t$perésistant aux températures élevées soit réalisée sous la forme d'une gaine composite, constituée d'un corps conformé suivant la forme de l'élément métallique creux et comportant des tubulures, et d'un couvercle dont le fond comporte au moins une fente le traversant de part en part, ledit élément métallique creux étant placé à l'intérieur dudit corps et étant fermé par ledit couvercle de telle manière que la saillie de l'élément métallique creux introduite dans la fente du couvercle se trouve à fleur de sa surface extérieure. On peut également réaliser la saillie sous la forme d'une plaque. I1 est raisonnable que, sur la paroi de l'élément métallique creux, soient ménagées une pluralité de saillies se présentant sous la forme de tiges disposées en rangées longitudinales et transversales, et que dans le couvercle du fond soient pratiquées des fentes pour lesdites tiges. On peut réaliser l'élément métallique creux sous la forme-d'un cylindre fermé à l'une de ses extrémités et doté sur-celle-ci d'une saillie en forme de plaque, tandis que la couche de diélectrique résistant aux températures élevées est réalisée sous la forme d'une gaine monolithe embrassant le cylindre et comportant une partie cylindrique du côté de l'extrémité ouverte du cylindre, et un fond pourvu d'une fente recevant la saillie en forme de plaque et dont la longueur est supérieure au diamètre-dela cavité intérieure de la gaine. On peut également recouvrir la partie émettrice d'une couche de métal résistant à la corrosion. I1 est également avantageux que le système d'électrodes suivant l'invention soit onstitué d'au moins deux électrodes conformes à l'invention. L'avantage de telles électrodes est la simplicité de leur conception, la possibilité d'un contrôle total de la qualité de n'importe lequel des éléments constitutifs en cours de fabrication et l'amélioration de la fiabilité du fonctionnement de ces électrodes.. Lesdites électrodes peuvent être réalisées en employant des procédés technologiques couramment utilisés dans ltindustrie des dispositifs à vide. De telles électrodes, lorsqu'elles fonctionnent dans les conditions d'une chambre à décharge dans le gaz dégagent peu de gaz, ce qui est particulièrement important lorsque la chambre de décharge fonctionne en circuit fermé, Les systèmes d'électrodes assemblés à partir de telles électrodes possèdent une fiabilité accrue, car, dtabord, chaque électrode est soumise à un contrôle indépendamment de l'autre, ensuite, chaque électrode mise hors de service peut être aisément remplacée sans démonter tout le système dtélec- trodes ; troisièmement, les déformations mécaniques qui sont inévitables en cas de modification de la pression à l'intérieur de la chambre de décharge dans le gaz n'entraSnent pas la destruction du diélectrique résistant aux températures élevées.L'application des électrodes décrites permet d'assembler les systèmes d'électrodes des chambres à décharge dans le gaz dans une large gamme de puissances, ce qui permet de réduire considérablement les frais nécessaires à leur étude et à leur fabrication. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin non limitatif annexé; dans lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'une électrode de chambre de décharge dans le gaz suivant l'invention - la figure 2 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de l'électrode de chambre à décharge dans le gaz suivant l'invention - la figure 3 est une vue en perspective d'une autre variante de réalisation de l'électrode de chambre à décharge dans le gaz - la figure 4 est une vue en perspective illustrant encore une variante de réalisation de ltélectrode de chambre à décharge dans le gaz suivant l'invention - la figure 5 est une vue en perspective d'un système d'électrodes réalisé avec les électrodes représentées sur les figures 1 à 4, suivant l'invention. La description qui va suivre concerne le cas particulier et non limitatif d'une électrode de chambre à décharge dans le gaz, destinée à etreutilisée dans la technique des lasers, notamment pour la création de lasers à décharge électrique et flux de gaz transversal. L'électrode comporte un élément métallique creux 1 (figure i) comportant une partie émettrice 2 située du côté de la zone de décharge dans le gaz (non représentée sur le dessin), et équipé de tubulures 3 et 4 pour le pompage d'un agent de refroidissement. L'élément métallique creux 1 est revêtu extérieurement, sauf sa partie émettrice 2, d'une couche 5 de diélectrique résistant aux températures élevées.La couche 5 de diélectrique résistant aux températures élevées est portée sur 11 élément métallique 1 sous la forme d'un film, suivant une technologie normale. A cet effet on utilise, par exemple, un émail de verre ou des revêtements d'oxydes à base d'aluminium ou d'autres métaux. Sur la partie émettrice de l'élément métallique 1 est portée une couche 6 de métal résistant à la corrosion. Ce méti peut entre, par exemple, le niobium ou le titane Suivant une variante de réalisation de 1iélectrode conforme à l'invention, sur la paroi de l'élément métallique creux 1 est réalisée une saillie sous forme dsune plaque 7 (figure 2) dont la surface dirigée vers la zone de décharge constituela partie émettrice 2.La couche 5 de diélectrique résistant aux températures élevées est réalisée sous la forme d'une gaine composite, constituée d'un corps 8 conformé suivant la forme de l'élément métallique creux 1 et comportant des tubulures, et d'un couvercle 9 possédant un fond 10 dans lequel est pratiquée une fente débouchante. L'élément métallique 1 est placé à l'intérieur du corps 8 et fermé par le couvercle 9 de telle manière que la saillie 7 de. l'élément métallique 1 se trouve introduite dans la fente du fond 10 du couvercle 9 à fleur de sa surface extérieure. On peut aussi réaliser l'électrode de la chambre à décharge dans le gaz de telle manière que sur la paroi de ltelémentWmétallique 1 soient réalisées une pluralité de saillies 7 sous forme de tiges disposées en rangées transver sales et longitudinales. Dans le fond 10 du couvercle 9 sont ménagées, pour lesdites tiges, des fentes Il (figure 3) le traversant de part en part. Les tiges engagées dans les fentes Il du fond 10 du couvercle 9 sont à fleur de sa surface extérieure, les surfaces en bout desdites tiges constitu- ant les parties émettrices 2. La couche 5 de diélectrique à haute résistance à la température peut entre réalisée sous la forme d'une gaine monolithe 12 (figure 4) Dans ce cas, l'élément métallique creux 1 est réalisé sous la forme dgun cylindre fermé à un bout, sur lequel est fixée une saillie 7 en forme de plaque. La cavité interne du cylindre est dotée de tubulures 3, 4 pour le pompage de l'agent refroidisseur, qui sont disposées coaxialement à l'axe du cylindre. La gaine monolithe 12 possède une partie cylindrique, du côté du bout ouvert de l'élément métallique 1, et un fond avec une fente pour la saillie sous forme de plaque 7, la longueur de cette fente étant supérieure au diamètre de la cavité interne de la gaine 12. Les gaines composites ou monolithes en diélectrique résistant aux températures élevées sont réalisées selon une technologie standard, par exemple par coulée à chaud en barbotine d'un diélectrique résistant aux températures élevées à base d'oxyde d'aluminium. Dans toutes les variantes de réalisation de l'électrode pour chambre à décharge dans le gaz, la surface émettrice 2 peut être revote d'une couche de métal résistant à la corrosion, comme reprdsenté sur la figure 1. Deux ou plus de deux électrodes 13 (figure 5) fixées sur un support 14 (la fixation n'est pas représentée sur le dessin) peuvent entre utilisées pour constituer un système d'électrodes. Le flux de gaz passe entre le système d'électrodes de mEme signe et une électrode 15 possédant une charge de signe opposé. La disposition du système d'électrodes par rapport à l'électrode 15 est déterminée par la distance de décharge. L'électrode (figure 1) comportant un revêtement de protection sous forme d'un film est fabriquée en déposant sur l'élément métallique 1 une couche par exemple d'émail fondu ou vitrifié ou d'oxyde à base d'aluminium ou d'un autre métal. Les électrodes (figurs 1 à 4) dont le revatement protecteur est constitué d'une couche 5 en diélectrique résistant aux hautes températures sont fixées au moyen de colle ou d'un adhésif analogue préalablement portée ou porté sur les surfaces adjacentes, par exemple au moyen d'un adhésif à base de résine époxy avec un matériau de remplissage. Dans le cas où le revbtement de protection de l'électro- de (figure 4) est réalisé sous forme d'une gaine monolithe 12, l'électrode est assemblée en réunissant par exemple, par brasure, la saillie en forme de plaque 7 à l'élément métal ie creux 1, ceux-ci étant préalablement introduits dans les cavités correspondantes de la gaine monolithe 12. L'étanchéité de la saillie 7 dans la fente est réalisée par soudage avec un matériau d'apport métallique ou non métallique. Lors de la fabrication du système dlélectrodes (figure 5), les électrodes 13 sont fixées sur le support 14 au moyen d'écrous pouvant être amenés par pivotement sur les embouts filetés de tubulures (non représentés sur le dessin), ltétanchéité des tubulures sur le support étant réalisée au moyen de garnitures élastiques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n' ont été donnés qu'à titre d'exemple. En-particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Electrode pour chambre de décharge dans le gaz, du type comportant un élément métallique creux comprenant une partie émettrice du côté de la zone de décharge dans le gaz, et équipé de tubulures pour le pompage d'un agent de refroidissement, caractérisée en ce que l'élément métallique creux est revêtu extérieurement, à ltexception de sa partie émettrice, d'une couche de diélectrique résistant aux températures élevées. 2. Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diélectrique résistant aux températures élevées est réalisée sous la forme d'un film. 3. Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que sur la paroi de l'élément métallique creux qui est orientée vers la zone de décharge dans-le gaz est ménagée au moins une saillie, tandis que la couche de diélectrique résistant aux températures élevées est réalis sous forme d'une gaine composite, constituée par un corps conforme suivant la forme de l'élément métallique creux et comportant des tubulures, et par un couvercle possédant dans son fond au moins une fente le traversant de part en part, ledit élément métallique creux étant placé à l'intérieur dudit corps et étant fermé par ledit couvercle de telle manière que ladite saillie de l'élément métallique creux soit introduite dans la fente du fond du couvercle et se trouve à fleur de la surface extérieure de ce dernier. 4. Electrode suivant l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que la saillie précitée se présente sous forme d'une plaque. 5. Electrode suivant l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que sur la paroi de l'élément métallique creux sont ménagées une pluralité de saillies se présentant sous forme de tiges disposées en rangées longitudinales et transversales, et que dans le fond du couvercle sont prévues, pour recevoir lesdites tiges, des fentes le traversant de part en part. 6. Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément métaISque creux est réalisé sous forme d'un cylindre fermé à l'une de ses extrémités et pourvu- à cette extrémité fermée d'une saillie en forme de plaque, tandis que la couche de diélectrique résistant aux températures élevées se présente sous la forme d'une gaine monolithe embrassant le cylindre et pourvue d'une partie cylindrique du côté de l'extrémité ouverte du cylindrez et d'un fond avec une fente le traversant de part en part pour recevoir ladite saillie en forme de plaque, la longueur de cette fente étant supérieure au diamètre de la cavité interne delta gaine. 7 Electrode suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la partie émettrice de l'élément métallique creux est récouverte d'une couche de métal résistant à la corrosion. 8. Système d'électrodes, caractérisé en ce qu'il se com- pose d'au moins deux électrodes conformes à l'une des revendications 1 à 7.