Brevet FR2481849A1 — publié le 19811106

La présente invention se rapporte à un limiteur de tension comportant une enveloppe étanche au gaz qui est réa- lisée en une matière isolante et à l'intérieur de laquelle sont disposes à une certaine distance les unes en face des autres des électrodes dont au moins l'une porte une substance contenant du baryum et présentant un pouvoir émissif élevé d'électrons. Dans des limiteurs de tension de ce type la substance à pouvoir émissif élevé d'électrons a pour but de réduire la tension d'allumage à une faible valeur stable désirée par - - exemple lorsque le limiteur de tension est utilisé dans des systèmes à basse tension et notamment dans des installations téléphoniques. Des substances contenant des métaux alcalino- terreux ou alcalins parmi lesquels le baryum convenant parti- culièrement bien peuvent être utilisées à cet effet. Cepen- dant l'utilisation du baryum à l'état pur crée de grandes dif- ficultés. On connaît, par la demande de brevet DE-OS l 950 090, un limiteur de tension dont les électrodes sont revêtues d'une couche d'activation en un alliage de baryum et d'aluminium. L'inconvénient de cette forme de réalisation connue réside dans le fait que cette couche se réduit facilement en pous- sière et crée une couche sur la paroi intérieure de l'envelcp- pe en matière isolante lors du fonctionnement et notamment lors d'une forte sollicitation électrique, ce qui provoque à la longue une dégradation de l'isolation. Afin d'améliorer les caractéristiques de ces limiteurs de tension on a prévu, par exemple selon les demandes de brevet DE-OS 2 537 964 et 2 619 866, d'additionner du bro- mure de potassium ou de l'hydrure de titane à l'alliage baryum-aluminium. Ce procédé présente l'inconvénient que le mélange de ces différents composés doit être appliqué sous forme de pâte et en utilisant un liant sur les électrodes le liant doit ensuite être séparé et éliminé par un procédé particulier. La réalisation de ces limiteurs de tension est en conséquence compliquée, onéreuse et ne convient pas à une fabrication rationnelle en grande série. La présente invention a pour objet de créer un limi- 248 1849 teur de tension fonctionnant sous une faible tension et gui présente une longue durée de service sans que les caracté- ristiques électriques se dégradent pendant son fonctionnement ou lors de fortes sollicitations électriques ainsi qu'un pro- cédé pour une fabrication rationnelle en grande série de limi- teurs de tension de ce type. Ces problèmes sont résolus conformément à l'invention par un limiteur de tension qui est caractérisé en ce que la substance à pouvoir émissif élevé d'électrons est composée d'un alliage de baryum et de nickel. Un limiteur de tension de ce type peut être réalisé conformément à l'invention en apDliauant à force sur la surface d'au moins l'une des élec- trodes un mélange composé d'une poudre de nickel et d'une substance contenant du baryum avant l'assemblage des élec- trodes avec l'enveloppe en matière isolante. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Deux formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au des- sin annexé. La fig. l montre en coupe un limiteur de tension suivant une première forme de réalisation. La fig. 2 est une coupe d'un limiteur de tension suivant une deuxième forme de réalisation. Le limiteur de tension représenté à la fig. l com- porte une enveloppe cylindrique l en matière isolante, par exemple un tube de céramique en oxyde d'aluminium. Deux électrodes 2 et 3, par exemple en un alliage fusible Fe-Ni ou Fe-Ni-Co, sont introduites dans les extrémités ouvertes du tube 1 et reliées par fusion à ce dernier de façon étan- che au gaz et de manière que les parties médianes des élec- trodes 2, 3 se trouvent à une certaine distance l'une en face de l'autre. Dans des limiteurs de tension utilisés dans la technique des télécommunications, notamment dans des ins- tallations téléphoniques, l'enveloppe en matière isolante peut présenter un diamètre compris entre 5 et 8 mm et il est avantageux d'utiliser un tube de céramique dont l'épais- seur de paroi est comprise entre 1 et 1,5 mm, l'épaisseur des électrodes étant comprise entre 0,5 et 1,0 mma. Sur leurs faces avant situées à une certaine distance l'une en face de l'autre, les électrodes 2, 3 portent une couche 4 et 5 d'une substance à pouvoir émissif élevé d'élec- trons. Cette substance est placée, de préférence, dans des parties creuses 6 et 7 des surfaces avant des électrodes. Afin d'augmenter la propriété adhésive les surfaces médianes des faces avant peuvent présenter un dessin gaufré 8, 9. Les substances 4, 5 sont constituées par un alliage de baryum et de nickel dans lequel la proportion du nickel est avan- tageusement comprise entre 60 et 99,8 % en poids et celle du baryum entre 0,2 et 40 % en poids. Une composition compor- tant 94 % en poids de nickel et 5 % en poids de baryum est particulièrement appropriée. L'espace intérieur 10 étanche au gaz est rempli d'un gaz inerte approprié, par exemple de l'argon, auquel on additionne éventuellement de l'hydrogène. Afin d'éviter des retards à l'allumage indésirables, il est possible d'ad--. ditionner une faible quantité de tritium. On peut également prévoir d'autres auxiliaires d'allumage connus par exemple sous forme de traits conducteurs, etc. La fig. 2 montre un exemple d'un limiteur de tension qui se différencie de celui suivant la fig. 1 du fait que la couche à pouvoir émissif d'électrons élevé est appliquée sur les électrodes. Par différence à la fig. 1 les élec- trodes de la fig. 2 présentent des surfaces médianes 10, il sur lesquelles la couche 12 à pouvoir émissif élevé d'élec- trons est rapportée de façon que ses bords 13 épousent les angles des parties médianes des électrodes. Un limiteur de tension de ce type peut être réalisé, par exemple, de la façon suivante. Un mélange d'une substance contenant du baryum et d'une poudre de nickel est introduit sous pression et sans utili- sation d'un liant dans les parties creuses centrales 6, 7 des électrodes 2, 3 avant l'assemblage par fusion de ces dernières avec l'enveloppe 1 en matière isolante. Le baryum contenu dans la substance peut être à l'état élémentaire ou on peut utiliser du sel de baryum thermodégradable, par exemple BaH2, BaS, BaS4, BaBr et du BaN6. Grâce au dessin gaufré des surfaces 8, 9, on obtient une propriété d'adhé- sion suffisante. Les électrodes ainsi préparées sont reliées à l'enveloppe 1 en matière isolante de façon con- nue, Dar exemple par le brevet CH 378 765, par fusion, de façon étanche au gaz en insérant éventuellement des cou- ches intermédiaires appropriées. Cet assemblage s'effectue par la mise en contact des pièces revêtues éventuellement de couches intermédiaires appropriées et par chauffage des pièces tout d'abord à environ 450 C sous vide et ensuite' à environ 950C sous une atmosphère inerte correspondant au gaz de remplissage prévu. Pendant le traitement thermique la composition de baryum se décompose pour former une subs- tance solide qui contient du baryum et du nickel. On suppose que cette substance se présente alors, de préférence, sous la forme d'un alliage de baryum et de nickel. Les limiteurs de tension dont les électrodes sont revêtues d'une substance d'activation de ce type présentent de façon surprenante des avantages importants par rapport aux limiteurs de tension connus comportant en tant que substance d'activation d'autres alliages de baryum et notam- ment des alliages de baryum et d'aluminium. On a constaté que la réduction en poussière de la substance d'activation pendant le fonctionnement, et notamment lors d'une forte sollicitation électrique, est nettement plus faible lors- qu'on utilise une substance d'activation contenant en même temps du baryum et du nickel que lors de l'utilisation des couches d'activation connues à base de baryum. De ce fait les limiteurs de tension de ce type permettent une meilleure conservation de l'isolation de la paroi intérieure de l'en- veloppe et ceci même pour des durées de service prolongées. En conséquence ces limiteurs de tension présentent une gran- de longévité ce qui est inattendu pour l'homme de l'art connaissant les caractéristiaues des alliages à base de baryum et de nickel réalisés de cette façon. La fabrication des limiteurs de tension décrits est en outre très simple parce que la substance d'activation 248 1849 peut être applic(uée sans utiliser un liant et que de ce fait les opérations de pompage et de remplissage en gaz se trouvent sensiblement simplifiées. De plus il ne subsiste pas de résidus provenant de la présence d'un liant. La création de la substance d'activation peut s'effectuer en même temps que l'assemblage par fusion des électrodes avec le corps en céramique par un seul traitement thermique. En conséquence le procédé suivant l'invention permet une fabrication non polluante, rationnelle et en grande série. Il est à noter que le procédé suivant l'invention convient également à des limiteurs de tension de formes différentes notamment à ceux qui comportent plus de deux électrodes, par exemple des limiteurs de tension à double trajet. Au lieu d'une enveloppe en céramique on peut utiliser une enveloppe en une autre matière isolante, par exemple, en verre. Il est en outre possible d'effectuer l'assemblage à l'aide d'un autre procédé de fusion. La poudre de nickel peut également être dopéede nickel 63 radioactif, comme cela est connu par la demande de brevet DE-OS 2 445 063, ce qui permet de renoncer à l'addition de tritium au gaz de remplissage. Dans le cas d'installations fonctionnant sous des ten- sions continues, il peut être suffisant de ne revêtir d'une couche ou d'une substance réduisant l'émission d'électrons que l'électrode qui sert de cathode quoiqu'il est générale- ment préférable, notamment lorsqu'il s'agit de limiteurs de tension alternative, de revêtir les deux électrodes d'une couche d'activation. Le limiteur de tension décrit et réalisé suivant le procédé de la présente invention convient particulièrement à la protection contre une surtension d'appareils ou de systèmes fonctionnant à basse tension, par exemple les installations de téléphone exigeant une tension d'allumage faible et stable qui doit être conservée pendant de longues durées de service et ceci même pour des sollicitations électriques élevées. o REVENDICATIONS 1 - Limiteur de tension comportant une enveloppe étanche au gaz (1) qui est réalisée en une matière isolante et à l'intérieur de laquelle sont disposées à une certaine distance les unes en face des autres des électrodes (2, 3) dont au moins l'une porte une substance (4, 5) contenant du baryum et présentant un pouvoir émissif élevé d'électrons, caractérisé en ce que la substance (4, 5) à pouvoir émissif d'électrons élevé est un alliage à base de baryum et du nickel. 2 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la substance (4, 5) contient 60 à 99,8 % en poids de nickel et en même temps 0,2 à 40 % en poids de baryum. 3 - Limiteur de tension suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la substance (4, 5) contient une proportion en poids de nickel d'un ordre de grandeur de 95 % et une proportion en poids de baryum d'un ordre de grandeur de 5 %. 4 - Limiteur de tension suivant l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le nickel présent dans la substance (4, 5) est dopé avec du nickel 63 radio- actif. - Procédé de réalisation d'un limiteur de tension suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un mélange composé d'une poudre de nickel et d'une substance contenant du baryum est appliqué à force sur la surface d'au moins l'une des électrodes (2, 3) avant l'as- semblage des électrodes (2, 3) avec l'enveloppe (1) en matière isolante. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la substance contenant du baryum est du baryum élémentaire. 7 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la substance contenant du baryum est un sel du baryum. 8 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la substance contenant du baryum est un composé du groupe BaH2, BaS, BaS4, BaBr ou BaN6. 9 - Procédé suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le mélange appliqué à force est chauf- fé à une température qui est supérieure à la température de décomposition de la substance contenant du baryum lors de l'assemblage par fusion des électrodes (2, 3) avec l'envelop- pe (1) en matière isolante.