Brevet FR2432213A1 — publié le 19800222

L'invention concerne un procédé permettant de souder un objet en sulfure de zinc fritté (ZnS) à un objet en verre, céramique ou métal, un produit réalisé par la mise en oeuvre de ce procédé et l'utllisation dudit produit. Le sulfure de zinc fritté, par exemple celui commercialisé sous la marque "Irtran 2" par la firme Eastman Kodak Company, est d'un emploi intéressant dans les systèmes optiques de par ses propriétés optiques, notamment sa bonne transmission de rayonnement infrarouge de longueur d'onde comprise entre i et 14 /um. Ces propriétés le font utiliser pour constituer la entre d'entrée de tubes photoélectriques. La soudure entre la fenêtre et le corps de tube en verre1 céramique ou métal, doit filtre étanche au vide. De plus, la soudure doit résister à l'effet des métaux alcalins dont est réalisée la photocathode du tube et aux agents atmosphériques du milieu dans lequel le tube fonctionne, notamment l'humidité. Selon l'art antérieur, des scellements sont exécutés entre fenêtre en sulfure de zinc fritté et corps en matériaux ayant approximativement le même coefficient de dilatation thermique, notamment certains alliages Fer-Nickel ou Fer-Nickel Cobalt. La entre en sulfure de zinc est recouverte de couches métalliques en alliage de Nickel-Chrome et d'Or puis est soudée a un anneau métallique avec, comme matériau de soudure, de l'indium ou un alliage à bas point de fusion tel qu'un alliage Etaifl-Plomb ou encore une solution acqueuse de verre ayant un coefficient de dilatation thermique voisin du sulfure de zinc fritté. Une telle soudure, du fait de la présence d'Or, ne résiste pas correctement à l'effet des métaux alcalins.Par ailleurs, une telle technique est délicate a' mettre en oeuvre et ne peut guère facilement faire l'objet d'une industrialisation poussée. L'invention vise à fournir un procédé pour souder un objet en sulfure de zinc fritté à un objet en verre, céramique ou métal, afin d'obtenir une soudure qui résiste à l'effet des métaux alcalins et aux agents atmosphériques, le procédé présentant, de plus, l'avantage autre facilement industrialisable. Le procédve fait appel aux techniques dites de soudure de deux corps par thermocompression desdits deux corps l'un sur lesdites techniques tant decrites, par exemple, dans 'ZCéramic Bulletin", volume 5, nO 9 (1972) pages 683 et suivantes par JT Klomp. Le procédé s'applique, comme pour l'art antérieur, à la réunion d'un corps en sulfure de zinc fritté avec un corps en métal, verre ou céramique ayant approximativement le même coefficient de dilatation thermique que le sulfure de zinc fritté. Le procédé se caractérise en ce qu'un corps de soudure métallique est intercalé entre les surfaces à relier, d'une part, de 1'objet en sulfure de zinc fritté, d'autre part, de l'autre objet en métal, verre ou céramique, en ce que le corps de soudure et les objets, au moins à l'endroit des surfaces à relier, sont chauffés à une température inférieure à celle de fusion du corps métallique de soudure et d'objet en métal ainsi qu'a celles de ramollissement respectivement du sulfure de zinc fritté et de l'objet en verre ou céramique, température à laquelle les objets à assembler sont appliqués l'un sur l'autre à l'aide de forces de pression produisant une déformation plastique du corps de soudure. L'invcntion propose pour le corps métallique de soudure différents métaux constitutifs en fonction de l'utilisation qui est faite ultérieurement du produit obtenu par ledit procédé. Si le produit obtenu doit supporter par la suite une température élevée, 4000C par exemple, le métal du corps métallique est l'aluminium, la thermocompression s'effectuant à 5000C environ. Ce peut titre le cas lorsque le produit obtenu est un ensemble comportant une fenêtre en sulfure de zonc fritte soude à une partie de corps de tube photoélectrique devant être porté à tempe rature élevée lors de son élaboration, de sa fermeture en particulier. Pour des tempôratures d'utilisation du produit inférieures, le métal utilisé peut être, par exemple, constitué d'alliages d'aluminium avec nickel et cuivre, de plomb (2900C) d'indium (1400C) et aussi d'alliages de ces derniers corps. L'invention prend des mesures pour la tenue des scellements en atmosphère humide. En effet, en cas, par exemple, de soudure à l'aide d'un corps métallique de soudure en aluminium, on peut s'attendre à la formation à l'interface sulfure de zinc fritté-aluminium, de sulfure d'aluminium A12S3 ayant une grande affinité pour l'eau If20. Il s'ensuit une dégradation du scellement réalisé avec disparition d'étanchéité. Pour palier cet inconvénient, l'invention introduit entre le sulfure de zinc fritté et le corps de soudure métallique des couches métalliques déposées sur le sulfure de zinc faisant barrière de diffusion contre le métal de soudure à l'endroit du scellement.Les couches préconisées sont par exemple des couches d'alliages de nickelchrome completees par une couche d'aluminium dans le cas d'un corps de soudure en Al ou plomb,ou encore des couches d'oxydes Ta205. Les opérations de thermocompression font intervenir, d'une manière générale, des pressions de l'ordre de quelques unités à quelques dizaines de MN/m2, selon la nature du matériau de scellement, au droit des surfaces soudes, le temps d'application desdites pressions étant de quelques dizaines de secondes à quelques minutes, selon l'importance des corps à souder; L'invention s'étend aux produits obtenus lors de la mise en oeuvre du procédé, notamment la réunion d'une fenêtre en sulfure de zinc fritté à au moins une partie d'un corps de tube photomultiplicateur et à l'utilisation de l'ensemble réalisé pour la constitution dudit tube. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente en coupe ùn ensemble formé d'une fenêtre Il en sulfure de zinc fritté et d'un collier 12 en acier Fe.Ni.Co dont le coefficient de dilatation thermique est est de 71 IO 7 entre 20 et 5000C à comparer avec celui du sulfure de zinc fritté de 69 IO 7 aux mêmes températures, l'ensemble étant utilisé dans un tube photomultiplicateur. Le collier en acier Fe-Ni.Co qui fait partie du corps du tube photomultiplicateur est muni d'un flasque 13 qui s'étend vers l'intérieur et qui sert à supporter la fenêtre en sulfure de zinc. Sur la partie supé- rieure 14 du flasque 13, on applique un corps de soudure en aluminium 15 sous forme d'un anneau de section circulaire de diamètre 0,5 mm.La fenêtre en sulfure de zinc qui a un diamètre d'environ 35 mm et une épaisseur de 2 mm est appliquée sur l'an neau d'aluminium. Après quoi, l'ensemble collier fenêtre est placé dans une enceinte chauffante dont la température croît à une vitesse de 350C par minute jusqu'à une valeur de 5000C environ. A cette temperature, sont exercées sur la fenêtre de sulfure de zinc, normalement à sa surface, des forces de pressions orientées selon les flèches 16, la pression résultant au droit de l'anneau d'aluminium étant de l'ordre de 15 à 20 'aiN/m2, le temps d'application tant d'environ 2 minutes. Il en résulte une soudure de la fenêtre au collier qui, après refroidissement, se regèle étanche. Comme indiqué précédemment,pour préserver le scellement d'une dégradation due éventuellement à l'humidité, le sulfure de zinc fritté est muni préalablement à la thermocompression à l'endroit de la surface à souder de couches successives 20 d'alliage de Nickel-Chrome et d'aluminium ou encore d'une couche de Ta205 de quelques milliers d'Angström d'épaisseur. Le collier se termine à la partie inférieure par une structure 10 en forme de V. Pour mémoire on a représenté une autre partie 17 du corps du tube en céramique par exemple. A sa partie supérieure il existe une rainure 18 en forme de V complémentaire de 10 dans laquelle ce dernier vient me s'emboîter -d'une manière classique lors de la fermeture du tube et se souder, à l'aide de l'anneau 19, par exemple en indium, la soudure s'effectuant à a une tempé- rature très inférieure (1000C) à celle de la thermocompression. REVENDICATIONS 1. Procédé pour souder un objet en sulfure de zinc (Zn@) fritté a un autre objet en verre, céramique ou métal, caractérisé en ce qu'un corps de soudure métallique est intercalé entre les surfaces à relier, d'une part, de l'objet en ZnS, d'autre part1 de l'autre objet en métal, verre ou cramique, en ce que le corps de soudure et les objets sont chauffés au moins à l'endroit des surfaces à relier à une température inférieure à celle de fusion du corps métallique de soudure et d'objet en métal ainsi qu'à celles de ramolissement respectivement du ZnS fritté et d'objet en verre ou céramique, température à laquelle les objets à assembler sont appliqués l'un sur l'autre à l'aide de forces de pression produisant une déformation plastique du corps de soudure. 2. Procedé selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un corps de soudure en aluminium et la soudure des objets par application desdits objets l'un contre l'autre à une température située entre 500 et 6000C et sous une pression située entre 10 et 30 '1N/m2. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un corps de soudure en plomb et la soudure des objets par application desdits objets l'un contre l'autre à une tempo niture située entre 250 et 3000C et sous une pression de 5 à 15 MN/m2. 4. ProcedP selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un corps de soudure en indium et la soudure des objets par application desdits objets l'un contre l'autre à une température située entre 70 et 1400C et sous une pression de 4 a 9 MN/m2. 5. Produit réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications t à 4. 6. Tube photomultiplicateur dont la fenêtre en sulfure de zinc fritté est fixée au corps de tube par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications t à 4.