Brevet FR2485805A1 — publié le 19811231

i "Lampe à incandescence à l'halogène." L'invention concerne une lampe à incandescence à l'halo- gène comportant une ampoule en verre, étanche au vide, qui est remplie d'un gaz inerte contenant du brome et dans laquel- le est disposé un filament essentiellement en tungstène re- lié à des entrées de courant intérieures constituées, essen- tiellement par du tungstène et s'étendant dans l'ampoule à partir de sa paroi. Une telle lampe est connue du brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 470 410. Ce brevet mentionne que les entrées de courant assurant l'amenée de courant, dans l'ampoule, au filement peuvent être attaquées par le brome à un point tel qu'elles se rompent et que la lampe s'éteigne. Le brevet offre une solution pour ce problème qui consiste à envelopper les entrées de courant de fil de tungstène de façon à créer une chute de température graduelle sur les entrées de courant. Ladite attaque résulte dans un transport de tungstène d'une température plus basse vers une température plus éle- vée. Lorsqu'une entrée de courant est constituée par un fil hélicoïdal, le tungstène est enlevé des spires relativement froides et déposé sur les spires relativement chaudes si- tuées plus près du filament. On a constaté qu'outre cette attaque o une spire --ou, d'une façon générale, un endroit présentant une température déterminée - est attaquée de façon homogène, il se produit une seconde forme d'attaque, qui se traduit par la formation de puits ou de cratères répandus sur une région o, lors du fonctionnement, la température se situe entre environ 600 et 13001C. Cette seconde forme d'attaque sera indiquée ci-après par "formation de puits". Chose très curieuse, bien que la formation de puits se produit dans une large gamme de températures qui est assez nettement limitée en haut, il se produit néammoins très lo- calement une formation de puits. Lorsqu'à un endroit déter- miné, un cratère s'est formé dans une entrée de courant, la section de cette entrée de courant à l'endroit du cratère est le plus souvent complètement intacte diamétralement op- posée au cratère, alors qu'à cet endroit, la température est égale à celle se produisant à l'endroit o s'est formé le cratère. La formation de puits constitue un problème grave, sur- tout dans le cas des lampes présentant une durée de vie lon- gue calculée, du fait que dès environ 100 heures de fonction- nement, cette attaque peut être telle qu'il s'est formé un cratère d'une profondeur égale à par exemple 80 % du diamè- tre de l'entrée de courant, ce qui résulte dans la rupture ou la fusion de cette dernière. L'invention vise à fournir des lampes à incandescence à l'halogène o l'attaque en forme de puits des entrées de courant intérieures est évitée d'une façon efficace. Ce but est atteint avec des lampes à incandescence à l'halogène du genre mentionné dans le préambule, du fait que des entrées de courant intérieures sont au moins superficiel- lement constituées par du tungstène contenant en poids au moins 0,1% de rhénium. On a constaté que le rhénium, présent en une si faible proportion, limite notablement la formation de puits. En pré- sence de 1 % en poids de rhénium, la formation de puits n'est que très superficielle, alors qu'avec 3 % en poids de rhénium, on ne constata aucune formation de puits. Ce dernier résultat fut également trouvé pour le tungstène contenant, en poids, 27 % de rhénium, tout comme pour le rhénium pur. Le rhénium étant très coûteux, on préfère utiliser du tungstène présen- tant la teneur la plus faible en rhénium fournissant dans les conditions données, un résultat satisfaisant pour l'ap- plication pratique, c'est-à-dire qui évite la formation de puits de façon que cette attaque ne soit pas la cause de la fin de la durée de vie. Dans la plupart des genres de lampe, on choisit pour cette raison une teneur en rhénium de là Soen poied.Ims le cas o les entrées de courant intérieures sont épaisses, comparativement au diamètre du fil dont est for- mé, par enroulement, le filament, ou dans le cas o la con- centration en halogène dans la lampe pendant le fonctionnes ment est plus basse ou la durée de vie calculée de la lampe courte, on peut choisir une teneur en rhénium de 0,1 Z en poids ou d'une valeur plus élevée Le mécanisme, qui est à la base de la formation de puits, est resté mystérieux; aucun effet sur la formation de puits provenant des impuretés présentes dans le tungstène utilisé pour les filaments, comme soufre, fer, potassium, sodium, carbone, silicium n'a été démontré. On ne constata aucune influence sur la formation de puits provenant d'un grand nombre d'éléments, parmi lesquels zirconium, tantale, niobium, molybdène, platine et osmium, élément qui, du point de vue chimique, est étroitement lié au rhénium. C'est pour cette raison qu'on a été très étonné de constater que l'uti- lisation de très petites quantités de rhénium est efficace. Du fait que le mécanisme de la formation de puits est resté obscur, l'effet du rhénium est également resté inconnu. Tou- tefois, on constate que le rhénium doit être présent sur la surface à protéger. Le fait que le rhénium n'exerce pas d'effet lorsqu'il se trouve à un autre endroit de la lampe fut révélé au cours d'un essai pour lequel un petit tron- çon de fil de rhénium était soudé sur une entrée de courant intérieure en tungstène exempte de rhénium et après lequel l'entrée de courant intérieure présentait tout de même une formation de puits à côté de l'endroit de soudure. La lampe conforme à l'invention peut être réalisée sous plusieurs formes. Les entrées de courant intérieures peuvent s'étendre toutes les deux (ou chacune à travers une fermeture étanche au vide (respective) dans la paroi de l'ampoule jusqu'à l'extérieur de cette dernière, mais d'autre part, elles peuvent être soudées à une feuille respective qui est insérée dans la fermeture (ou les ferme- tures)*a laque]e_ est également soudée une entrée de cou- rant extérieure respective s'étendant jusqu'à l'extérieur de l'ampoule. L'ampoule peut être constituée par un verre dur, com- me un verre à base d'aluminoborosilicate alcalin ou bien, un verre présentant une teneur plus élevée en SiO2, par exem- ple une teneur d'au moins 95 % en poids, comme du verre de quartz. Une grande diversité d'entrées de courant intérieures peut être appliquée aux lampes. C'est ainsi qu'il est possi- ble d'utiliser des fils entièrement ou partiellement héli- coldaux visés chacun par une extrémité autour de l'extrémité respective du filament ou dans cette dernière. D'autre part, il est possible d'utiliser des fils droits, dont l'extrémi- té insérée dans l'ampoule par exemple peut être enveloppée hélicoldalement d'un fil afin de pouvoir les visser par la- dite extrémité dans une extrémité respective du filament. Dans cette dernière structure, le fil enveloppant peut contenir du rhénium, mais du fait qu'il ne remplit pas la fonction de support et qu'il acquiert en outre une température supé- rieure à 13000C lors du fonctionnement, température à laquel- le il ne se produit donc pas de formation de puits, ce fil peut être constitué également par du tungstène exempt de rhénium. Dans une autre forme de réalisation, l'entrée de cou- rant intérieure est constituée par un fil hélicoïdal, dont au moins l'extrémité saillant dans l'ampoule est appliquée autour d'un bras du filament. Les entrées de courant intérieures peuvent être consti- tuées par du tungstène/rhénium massif ou bien, par un noyau en tungstène sur lequel est appliqué du rhénium, par exemple par dépôt chimique de vapeur. Le rhénium peut ensuite être diffusé dans le tungstène. Une autre possibilité pour réali- ser le matériau tungstène/rhénium consiste dans l'implanta- tion d'ions de rhénium dans du tungstène. La lampe conforme à l'invention peut être réalisée et être munie d'un remplissage gazeux de façon connue. Le brome peut être dosé comme tel, ensemble avec un gaz inerte et, de préférence, une quantité au moins équivalente d'hydrogène, mais d'une façon alternative, sous forme d'hydrobromure ou d'hydrocarbure bromé, comme du bromure de méthylène par exem- ple qui, dès le premier allumage de la lampe, se décompose pour fournir de l'hydrobromure, qui dissocie, au moins par- tiellement pendant le fonctionnement de la lampe. Il y a lieu de noter que du brevet britannique n0 1 053 020, on connaît des lampes à vide et des lampes unique- ment remplies de gaz inerte, dont le filament est en tungs- tène/rhénium. Ce brevet ne fournit pas de solution pour le problème de la formation de puits; non seulement les lampes connues ne contiennent pas de brome, mais encore le caractè- re des entrées de courant intérieures n'est pas mentionné. De plus, il y a lieu de noter que du brevet des Etats- Unis d'Amérique n0 3 392 299, on connait une lampe à l'iode dans laquelle sont appliqués des supports en tungstène/rhé- nium entre les extrémités d'un filament en tungstène/rhénium. Ce brevet ne mentionne pas non plus le caractère des entrées de courant intérieures insérées dans le filament. De plus, du fait que les lampes à cycle de tungstène-iode, pas plus que les lampes à vide et celles remplies de gaz inerte, ne sont sujettes à formation de puits, ce brevet ne fournit pas non plus une solution pour le problème de la formation de puits. La lampe conforme à l'invention peut être appliquée entre autres comme lampe pour projecteur, radiateur infra- rouge, lampe pour prise de vues photographiques et autres. La description ci-après en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en vue une lampe; la figure 2 représente en vue une autre forme de réali- sation; la figure 3 montre un détail fortement agrandi d'une lampe conventionnelle. La lampe selon la figure 1 présente une ampoule en ver- re de quartz 1, qui est fermée hermétiquement à l'aide de pincements 2, dans lesquels sont insérées des feuilles en molybdène 3, auxquelles sont soudées des entrées de courant extérieures 4. Dans l'ampoule est disposé un filament double- ment hélicoïdal 5 en tungstène avec les spires extrêmes 7 et 8 duquel sont en prise les entrées de courant intérieures hélicoïdales 6 en tungstène contenant en poids, 1 % de rhé- nium et présentant un diamètre de fil de 500 um. Le filament est centré entre ses extrémités par un support constitué par du fil de tungstène. Une extrémité droite 10 des entrées de courant intérieures 6 est soudée aux feuilles métalliques 3. La lampe est remplie de 2,5 bar de Ar, additionné de 0,3 % en volume de CH2Br2, qui se décompose pendant le premier al- lumage de la lampe et qui fournit de l'hydrobromure. La lam- pe consommait une puissance de 500 W. A la fin de sa durée de vie, le filament claque. Les entrées de courant intérieu- res étaient toujours intactes et ne présentaient qu'une très faible formation de puits superficielle. La lampe représentée sur la figure 2 présente une ampoule en verre dur 21, munie de fermetures étanches au vide 22, que traverse un fil 23 en tungstène contenant, en à% poids, 0,1 % de rhénium, d'une épaisseur de 800 j=, consti- tuant, dans la lampe, une entrée de courant intérieure 25 pour le filament 26,qui présente un support en tungstène/ rhénium. Le fil 23 présente des spires de fil de tungstène 24, qui sont en prise avec le filament 26. Sur une partie de sa longueur, le fil 23 est revêtu d'une couche de verre dur 27 sur laquelle est réalisée la fermeture étanche au vide 22 de l'ampoule 21. La lampe est remplie de Ar, conte- nant en volume, 0,6 % de HBr. La lampe consommait une puissance de 1 000 W. La fin de la durée de vie fut atteinte par rupture du filament après le nombre calculé d'heures de fonctionnement. Les entrées de courant intérieures étaient toujours intactes. La formation de puits en était très fortement réduite, comparativement à celle d'entrées de courant intérieures, exemptes de rhénium, de lampes analogues. Sur la figure 3, le chiffre 31 désigne l'ampoule d'une lampe à 220 V, 1500 W pour projecteurs présentant un pince- ment 32, dans lequel est insérée une feuille en molybdène 33 à laquelle est soudée une entrée de courant intérieure 34 en tungstène. Sur l'extrémité libre de cette entrée de courant 34 était enroulé un fil de tungstène d'un diamètre de 235 nm, dont les spires étaient en prise avec le filament. La figure montre l'état de l'entrée de courant intérieure après 1 000 heures de fonctionnement sous tension nominale, l'entrée de courant se trouvant (à 3000K) dans 2,5 bar de Ar, additionnée de o,6 % en volume de HBr. Outre une série de petits puits peu profonds 35, il se perçoit un puits grand et très profond 36. Aucune attaque n'est visible à l'endroit diamétralement opposé audit puits. A l'endroit de ce puits 36, l'épaisseur de l'entrée de courant intérieu- re est réduite de 500 à environ 100 pn, ce qui veut dire, elle est devenue notablement inférieure au diamètre du fila- ment de lampe (250 pm), de sorte que le risque de rupture ou de fusion est augmenté. Une lampe analogue présentant des entrées de courant intérieures en tungstène additionné de 3 % en poids de rhénium était complètement intacte, après 2 000 heures de fonctionnement. REVENDICATION. Lampe à incandescence à l'halogène comportant une ampou- le (1,21) en verre étanche au vide, qui est remplie d'un gaz inerte contenant du brome et dans laquelle est disposé un filament (5,26) essentiellement en tungstène connecté à des entrées de courant intérieures (5, 25) essentiellement en tungstène s'étendant dans l'ampoule (1,2)àpartir desa paroi (2,22), caractérisée en ce que les entrées de courant inté- rieures (6,25) sont au moins superficiellement constituées par du tungstène contenant en poids, au moins 0,1 X de rhénium.