Brevet FR2492178A1 — publié le 19820416

La présente invention se rapporte à un limiteur de tension comportant une enveloDpe étanche au gaz 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 dont au moins l'une porte une substance contenant du baryum et du titane 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 substancescontenant 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 difficultés. On connaît, par la demande de brevet DE-OS 1 950 090, 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'enve- loppe 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 bre- vet DE-OS 2 537 964 et 2 619 866, d'additionner du bromure 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 particu- lier. La réalisation de ces limiteurs de tension est en con- sénuence comuliauée, onéreuse et ne convient pas à une fabri- cation rationnelle en grande série. La présente invention a pour objet de créer un t492 178 limiteur de tension fonctionnant sous une faible tension et qui présente une longue durée de service sans que les caractéristiques électriques se dégradent pendant son fonc- tionnement ou lors de fortes sollicitations électriques ainsi qu'un procédé pour une fabrication rationnelle en grande série de limiteurs 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 de baryum élémentaire et d'oxyde de titane. Un limiteur de tension de ce type peut être réalisé conformément à l'inven- tion en appliquant à force sur la surface d'au moins l'une des électrodes un mélange composé d'une poudre de titane et d'une poudre de titanate de baryum avant l'assemblage des électrodes avec l'enveloupe 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. 1 montre en coupe un limiteur de tension sui- vant une première forme de réalisation. La fig. 2 est une coupe d'un limiteur de tension sui- vant une deuxième forme de réalisation. Le limiteur de tension représenté à la fig. 1 comporte une enveloppe cylindrique 1 en matière isolante, par exemple un tube de céramique en oxyde d'aluminium. Deux électrodes 2 et 3, par exemDle 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 étanche au gaz et de manière que les parties médianes des électrodes 2, 3 se trouvent à une certaine distance l'une en face de l'autre. Dans des limiteursde tension utilisés dans la tech- nique des télécommunications, notamment dans des installations 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'épaisseur de paroi est comprise entre 1 et 1,5 mm, l'épaisseur des électrodes étant comprise entre 0,5 et 1,0 mm. 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 pronriété adhésive les surfaces médianes des faces avant peuvent présenter un dessin gaufré 8, 9. Les substances 4, 5 contiennent en même temps du baryum élé- mentaire et de l'oxyde de titane (TiO2). 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'addi- tionner 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 électrodes de la fig. 2 présentent des surfaces médianes 10, 11 sur les- quelles la couche 12 à pouvoir émissif élevé d'électrons 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 poudre de titane et de titanate de baryum (BaTiO3) est introduit sous pression et-sans:utilisa- tion 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. La teneur en titane du mélange est de préférence comprise entre 98 et 60 % en poids et la teneur en BaTiO3 entre 2 et 40 % en poids. Selon une variante de l'invention on peut encore additionner au mélange pulvérulent du titanate de calcium (CaTiO) ou du titanate de magnésium (MgTiO3). Il est ainsi possible de faire varier la tension de décharge par effluves du limiteur de tension. Grâce au dessin gaufré des surfaces 8, 9, on ob- tient une propriété d'adhésion suffisante. Les électrodes ainsi préparées sont reliées à l'enveloppe 1 en matière iso- lante de façon connue, par exemple par le brevet CH 378 765, par fusion, de facon étanche au gaz en insérant éventuellement des couches intermédiaires appronriées. Cet assemblage s'ef- fectue par la mise en contact des pièces revêtues éventuel- lement de couches intermédiaires appropriées et par chauffage des pièces tout d'abord à environ 4500C sous vide et ensuite à environ 9500C sous une atmosnhère inerte correspondant au gaz de remplissage prévu. Pendant le traitement thermique le titanate de baryum se décompose pour former une substance solide qui contient du baryum et de l'oxyde de titane (TiO2). On suppose que cette substance présente en plus du baryum à l'état élémentaire également des défauts de réseau de titane qui provoquent un pouvoir émissif d'électrons surprenant et très élevé. 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 subs- tance d'activation d'autres alliages de baryum et notamment 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 sollicita- tion électrique, est nettement plus faible lorsqu'on utilise une substance d'activation contenant en même temps du baryum et de l'oxyde de titane que lors de l'utilisation des couches d'activation connues à base de baryum. De ce fait les limi- teurs de tension de ce type permettent une meilleure conser- vation de l'isolation de la paroi intérieure de l'enveloppe et ceci même pour des durées de service prolongées. En con- séquence ces limiteurs de tension présentent une grande longévité ce qui est inattendu pour l'homme de l'art connais- sant les caractéristiques des mélanges ainsi réalisés. La fabrication des limiteurs de tension décrits est en outre très simple parce que la substance d'activation peut être appliquée sans utiliser un liant et que de ce fait les opérations de pompage et de remplissage en gaz se trou- vent 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 céramiaue 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 con- vient également à des limiteurs de tension de formes diffé- rentes-notamment à ceux qui comnortent plus de deux élec- trodes, 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 ver- re. Il est en outre possible d'effectuer l'assemblage à l'ai- de d'un autre procédé de fusion. Le mélange pulvérulent peut également être dopé de 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 sys- tèmes fonctionnant à basse tension, par exemple les instal- lations 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. REVENDICATIONS 1 - Limiteur de tension comportant une enveloppe étan- che au gaz (1) qui est réalisée en une matière isolante et à l'intérieur de laquelle sont disposées à une certaine dis- tance les unes en face des autres des électrodes (2, 3) dont au moins l'une porte une substance (4, 5) contenant du baryum et du titane et présentant un pouvoir émissif élevé d'élec- trons, caractérisé en ce que la substance (4, 5) à pouvoir émissif d'électrons élevé est un alliacTe à base de baryum élémentaire et d'oxyde de titane. 2 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la substance (4, 5) contient en tant que composé supplémentaire un composé de calcium et/ou de magnésium. 3 - Limiteur de tension suivant l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la substance (4, 5) est dopée avec du nickel 63 radioactif. 4 - Procédé de réalisation d'un limiteur de tension suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un mélange composé d'une poudre de titane et de titanate de baryum est appliqué à force sur la surface d'au moins l'une des électrodes (2, 3) avant l'assemblage des électrodes t2, 3) avec l'enveloppe (1) en matière isolante. - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange contient entre 2 et 40 % en poids du titanate de baryum et entre 98 et 60 % en poids de poudre de titane. 6 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélanae contient en tant que composés supplémen- taires du titanate de calcium et/ou du titanate de magnésium. 7 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on additionne de plus au mélange du nickel 63 radio- actif. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le mélange appliqué à force est chauf- fé à une température qui est supérieure à la température de décomposition du titanate de baryum lors de l'assemblage par fusion des électrodes (2, 3) avec l'enveloppe (1) en matière isolante.