Brevet FR2465299A1 — publié le 19810320

D 22,301 1 2465299 FIL CONDUCTEUR EN MOLYBDENE-TANTALE ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne les fils conducteurs utilisés dans les lampes à incandescence du type à halogène. Jusqu'à présent on a généralement cherché à obtenir des fils prévus pour etre scellés dans le verre en évitant toute contamination de l'enveloppe par l'air ou d'autres gaz présents dans la lampe en fonc- tionnement. On a donc mis au point des procédés permettant d'obtenir une pureté déterminée des gaz emplissant l'enveloppe. Des getters à éclair uti- lisés dans ce but sont constitués de métaux chimiquement actifs qui sont vaporisés sur les parois d'un tube à vide de manière à détermi- ner une grande surface pour réagir avec un gaz. La plupart des getters sont utilisés à chaud sans éclair. Dans le brevet américain 3,644,773, il est décrit une lampe à in- candescence emplie d'hydrogène et d'halogène, dans laquelle un élé- ment absorbant l'hydrogène en forme de drapeau, utilisé comme getter, est constitué par un fragment de titane recouvert de paladium. Du tantale peut être substitué au titane. Selon le brevet américain 3,983,440, le getter affecte la forme d'un corps porteur creux en matériau réfractaire, dans lequel on dis- pose une source d'halogène, de métal, ou d'halogénure de métal, et qui peut âtre refermé au moyen d'un matériau réfractaire tel que le titane, le tantale, le zirconium ou le niobium. La présente invention a pour but de réaliser un fil conducteur ayant les propriétés d'un getter de manière à assurer deux fonctions dif- férentes, celle d'un getter et celle d'un fil conducteur. Selon l'invention, un tel fil conducteur est réalisé dans un alliage comprenant essentiellement du molybdène et du tantale en quantité suf- fisante pour conférer au fil la propriété caractéristique d'un getter, le reste étant constitué par 1% environ en poids d'impuretés et d'au- tres composants mineurs. L'invention concerne également le procédé de fabrication d'un tel fil consistant à mélanger intimement une poudre de molybdène et une poudre de tantale de manière à former un mélange pulvérulant uniforme dans lequel la poudre de tantale constitue de 2 à 20% environ en poids du mélange; la poudre ainsi obtenue est ensuite moulée, puis frittée pendant un temps suffisant et à une température suffisante pour que 10. le produit ainsi obtenu soit, après refroidissement, en solution soli- de à phase unique et puisse, enfintre mis sous forme de fil. La présente invention sera mieux comprise et d'autres buts, avanta- ges et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suitdonnée à titre non limitatif pour illustrer l'invention. Le fil conducteur selon la présente invention est constitué essen- tiellement par du molybdène et du tantale, en quantité suffisante pour lui conférer les propriétés caractéristiques d'un getter. La pro- portion de tantale incluse dans le mélange est, de préférence, compri- se entre 2 et 20% en poids environ. Du fait que le molybdène est plus aisé à trouver dans le commerce que le tantale, il est souhaitable de n'utiliser que la quantité minimale de tantale nécessaire pour confé- rer à l'alliage les caractéristiques requises. La quantité de tantale doit être supérieure à celle qui est nécessaire pour conférer au fil les caractéristiques d'un getter, et inférieure à celle qui pourrait affecter les propriétés du fil obtenu. En outre, l'alliage selon l'invention présente les qualités requi- ses de résistance à la traction, de résistivité électrique, et de di- latation thermique, qui permettent de l'utiliser avantageusement pour 3 2465299 la fabrication des fils conducteurs des lampes à incandescence. De manière générale, ces conducteurs traversent le culot de la lam- pe dans le verre ou le quartz duquel ils sont scellés. A l'intérieur de l'enveloppe de la lampe, le fil conducteur peut servir de support à un filament qui est généralement constitué par une bobine de tungs- tène. Ce dernier s'évapore pendant le fonctionnement de la lampe et se combine à un halogène pour former un halogànure gazeux. A cet ef- fet, les lampes sont emplies d'un gaz inerte et d'un halogène. Le fil conducteur doit présenter une résistance à la traction suffisante pour lui permettre de faire office de support de filament, une conductivi- té appropriée pour lui permettre d'8tre un conducteur électrique, et un coefficient de dilatation thermique adéquate pour pouvoir être scellé au moyen des matériaux de scellement communément utilisés. Jusqu'à présent, le getter était constitué par une pastille séparée incluse dans la lampe parce que constituée par un matériau ne présen- tant pas toutes les caractéristiques requises indiquées ci-dessus. L'alliage selon l'invention présente une résistance à la traction comprise entre 30 et 145 kg x mm 2; elle est de préférence supérieure 2 2 à 52 kg x mm et plus précisément à 70 kg par m. Cette résistance à la traction de l'alliage est relativement élevée de manière à per- mettre d'utiliser ce dernier dans les lampes à halogène et elle en facilite l'usinage et le moulage sous forme de fil. Le coefficient de dilatation thermique du fil ainsi obtenu mesuré à 202C environ est compris entre 4,90 et 5,00 cm/cm/2C x 10 environ et, de préférence, plus précisément entre 4,94 et 4,98 cm/cm/sC x 10-, conférant à celui-ci les propriétés requises pour le scellement. Le fil en alliage présente une résistivité électrique à 0 C comprise en- tre 5,20 et 6,65 micro-Ohm x cm. De préférence, elle est inférieure à 5, 64 L. cm et, plus précisément, à 5,58ra. cm. Cette propriété r- -4 2465299 de bonne conductivité permet d'utiliser ce fil comme conducteur. Pour être utilisé dans les lampes à incandescence, la section cir- culaire du fil doit, de préférence, être comprise entre 0,25 et 0,81 mm environ; en fonction croissante de la puissance dissipée par la lampe. L'alliage selon la présente invention est préparé selon des procédés métallurgiques des poudres dans lesquels les poudres métalliques sont intimement mélangées, comprimées, frittées, puis usinées en forme de fil de manière à pouvoir obtenir toutes les caractéristiques indiquées précédemment. Le fil ainsi obtenu doit présenter une composition homo- gène de tantale et de molybdène. De préférence, le fil est une solu- tion solide en phase unique de molybdène et de tantale. Les poudres métalliques affectent initialement la fdie de particu- les dont la taille est comprise entre 2 et 10 microns environ. On peut mettre en oeuvre tout procédé pour mélanger intimement ces poudres, tel que le broyage par exemple. Après mélange des poudres, le produit est compressé en forme de barreau ou de bâtonnet. Le frittage est alors effectué à une température élevée, comprise entre 1800!C et 2500RC environ, pendant un temps compris entre 30 mn et 4 heures environ, en atmosphère inerte ou dans le vide. Le fritta- ge doit être effectué pendant un temps suffisant et à une température suffisante pour obtenir une solution solide en phase unique de molyb- dène et de tantale. Le temps précis de frittage peut varier en fonc- tion de la température et de l'épaisseur du produit, étant entendu que plus la température est basse et plus l'épaisseur du produit est importante, plus augmente le temps requis pour le frittage. Un tel alliage qui a été fritté jusqu'à au moins 90, et de préféren- ce jusqu'à au moins 95% de sa densité théorique est en solution solide à phase unique. 2465299 Le produit fritté ainsi obtenu est enfin mis sous forme de fil se- lon des technologies bien connues. Le barreau ou le bâtonnet peut par exemple être embouti de manière à obtenir un fil et ensuite cuit à nouveau en vue d'améliorer ses caractéristiques finales. A titre d'exemple de réalisation, une poudre de molybdène pure disponible dans le commerce et dont la taille des particules était de ,0 microns environ, a été mélangée à une poudre de tantale pure éga- lement disponible dans le commerce, et dont la taille des particules était de 9, 0 microns. Les poudres furent mélangées pendant 1 heure puis comprimées à une pression de 179. 10 Pascals pour obtenir un bâtonnet de section circulaire de 6,45 cm et de 91,45 cm de longueur. Ce bâtonnet fut fritté pendant une heure et demi environ à 22002C en- viron. Le bâtonnet fritté fut alors embouti au moyen d'une machine tournante ouvrant et fermant deux matrices de manière à obtenir un nouveau bâtonnet de 0,5 cm de diamètre environ et de 2,75 mètres de long environ. Puis ce bâtonnet fut à nouveau embouti de manière à ré- duire sa section à 0,033 cm environ. Après une nouvelle cuisson de 2 secondes environ, à 1300gC on utilisa ce fil comme support de fila- ment et fil conducteur dans une lampe au tungstène-halogène. Des es- sais ont permis de constater que la durée de vie de lampes pourvues de tels fils était pratiquement équivalente à celle des lampes pour- vues d'un-support de filament molybdène et d'un getter indépendant constitué par du tantale en feuille. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. Il faut noter enfin que l'alliage conformément à l'invention comprend de 2 à 6% environ en poids de tantale. 6 2465299 R E V E N D I C A T 1 0 N S 1 - Fil conducteur caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un alliage comprenant essentiellement du molybdène et du tantale en quantité suffisante pour conférer au dit fil les propriétés d'un getter, le reste de l'alliage étant constitué par moins de un pour cent environ en poids d'impuretés et d'autres composants mineurs. 2 - Fil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit alliage comprend de 2 à 6% environ en poids de tantale. 3 - Fil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pro- portions de molybdène et de tantale sont telles que le coefficient de dilatation thermique du dit fil à 20-C est compris entre 4,90 et ,22 cm/cm/RC x 10 environ. 4 - Fil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pro- portions de molybdène et de tantale sont telles que la résistivité électrique du dit fil à OúC environ est comprise entre 5,20 et 6,65 micro-Ohm x cm environ. - Fil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pro- portions de molybdène et de-tantale sont telles que la résistance à la traction du dit fil est comprise entre 30 et 145 kg x mm2 environ. 6 - Fil selon la revendication 4, caractérisé en ce que sa sec- tion affecte la forme d'un cercle dont le diamètre est compris en- tre 0,25 et 0,81 mm environ. 7 - Fil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dis- tribution du tantale et du molybdène est pratiquement homogène. 8 - Fil selon la revendication 7, caractérise en ce qu'il est constitué par une solution solide en phase unique de mclybdène et de tantale. 9 - Fil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pro- 7 2465299 portions de molybdène et de tantale sont telles que son coefficient de dilatation thermique est compris entre 4,94 & 4,98 cm/cm/ Cxlo environ, sa résistivité électrique inférieure à 5,58 Q v cm environ et sa résistance à la traction supérieure à 70 kg par mm 10 - Procédé de fabrication d'un fil conducteur de molybdène-tan- tale, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - mélange intime d'une poudre de molybdène et d'une poudre de tanta- le de manière à obtenir une poudre uniforme incluant de 2 à 20% en poids environ de tantale, - compression de la poudre ainsi obtenue, - frittage pendant un temps suffisant et à une température suffisan- te de telle sorte que le produit obtenu refroidi soit une solution solide en phase unique, - usinage du dit produit obtenu de manière à donner la forme d'un fil. 11 - Procédé selo la revendication 10, caractérisé en ce que la taille des particules de la poudre de molybdène est comprise entre 3,0 et 8,0 microns environ tandis que celle des particules de la pou- dre de tantale est comprise entre 5,0 et 15 microns environ. 12 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dit frittage est effectué à une température comprise entre 1800 et 2500!C environ pendant un temps compris entre une demi-heure et cinq heures environ. 13 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dit frittage est effectué pendant un temps suffisant et à une tempé- rature suffisante jusqu'à au moins 90% environ de la densité théori- que du produit résultant.