Brevet FR2533078A1 — publié le 19840316

Electrode Pour un espace de décharges électriques et procédé pour sa fabrication, L'invention concerne une électrode pour un espace de déchar- ges électriques, dans lequel des tubes de résistance à l'usu- re élevée sont inclus dans un matériau de matrice de conduc- tivité électrique élevée et sont remplis d'un matériau de noyau Un procédé avantageux pour la fabrication d'une telle électrode est en outre proposé. Les espaces de décharges électriques sont fréquemment utili- sés comme commutateurs D'autres possibilités d'application consistent par exemple à initier des processus de combustion souhaités, à limiter des surtensions et à faciliter des décharges à étincelles ou des décharges gazeuses souhaitées. Pour ces applications, les électrodes doivent être conformées et disposées de façon que s'établisse un domaine de fonc- tionnement optimal et que l'ionisation nécessaire de l'espace de'décharges se produise déjà pour une différence de tension Relativement faible. Le Brevet allemand 566 633 décrit une électrode centrale de bougie d'allumage, dans laquelle des fils en un matériau s'évaporant difficilement, par exemple en tungstène, sont enrobés dans un matériau de matrice s'évaporant relativement facilement, comme le chrome ou le cobalt En fonctionnement, le composant s'évaporant le plus facilement est d'abord enlevé, de sorte que les fils de tungstène faisant saillie déterminent une concentration de champ correspondante et facilitent ainsi le processus d'allumage. Un composant connu pour la limitation de tension est le para-surtension à gaz rare, dont les électrodes sont enfermées dans une atmosphère de gaz rare (hélium, néon, argon, krypton, xénon) Dans une forme de réalisation connue, dans la région de l'espace de décharge se trouve une préparation radio- active, qui préionise dé façon appropriée l'espace gazeux et permet ainsi une tension d'allumage inférieure et un domaine de fonctionnement défini Il serait souhaitable d'éviter l'irradiation de l'environnement lice à cette réalisation. Le but de l'invention est de fournir une électrode pour un espace de décharges électriques (par exemple un espace de décharges à vide, à gaz ou à liquide) qui, grâce à sa confi- guration et/ou la composition de son matériau, procure un comportement en fonctionnement défini sans irradiation supplé- mentaire Une électrode du genre mentionné ci-dessus est caractérisée selon l'invention en ce que le matériau de noyau est constitué par un matériau de remplissage différent du matériau de matrice et du matériau des tubes et favorisant l'extraction des électrons de la surface de l'électrode. L'idée de base consiste à mettre en place dans le matériau des tubes un matériau de remplissage métallique et/ou non métallique qui favorise l'extraction des électrons en raison d'un faible travail d'extraction du matériau de remplissage ou d'un effet de cathode particulier (double couche électrique, cathode creuse, etc) Grâce à une telle configuration, une optimisation du comportement en fonctionnement des déchargeurs est possible, car on implante de façon appropriée par exemple des matériaux à faible travail d'extraction aux endroits o l'intensité du champ électrique est accrue, Par l'amélioration -2533078 des conditions d'émission qui en résulte,on peut s'attendre à une optimisation du comportement en fonctionnement stati- que et dynamique du déchargeur Un avantage particulier réside dans la constance du comportement en fonctionnement sur une longue période Dans l'électrode proposée à matériau composite de tubes, la concentration superficielle du maté- riau de remplissage favorisant l'extraction des électrons reste constante même après fonctionnement du déchargeur. Selon une variante avantageuse de l'invention, on prévoit que le matériau de remplissage comprend au moins un composant pré- sentant un travail d'extraction plus faible que le matériau de matrice et le matériau des tubes Il parait préférable d'utiliser un matériau de remplissage comprenant au moins un composant du groupe formé par les métaux alcalins et alcalino-terreux> notamment le magnésium ou le baryum. Une autre réalisation avantageuse prévoit que le matériau de remplissage comprend du magnésium, de l'aluminium ou un alliage magnésium-aluminium (électron). Il peut en outre être avantageux d'incorporer au matériau de remplissage un oxyde, par exemple l' oxyde de baryum, ou un mélange d'oxydes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le-matériau de remplissage peut former une couche superficielle électro- positive en liaison avec le milieu environnant, notamment gazeux. Pour certaines applications dans lesquelles on exige un fonctionnement même pour une tension faible, il peut être avantageux d'ajouter en plus un composant radio-actif au matériau de remplissage Bien que ceci fasse réapparaître les-inconvénients évoqués plus haut quant à l'influence sur l'environnement, il-résulte des propriétés favorables des électrodes qu'on peut utiliser des matériaux radio-actifs auxiliaires de faible énergie rayonnée, de sorte que l'irradiation est sensiblement réduite. Dans une réalisation avantageuse, le matériau des tubes est constitué par un acier spécial inoxydable, contenant par exemple du tungstène Dans le matériau de matrice est, de préférence, incluse une multiplicité de tubes, en parti- culier plus de trente Une autre caractéristique favorable prévoit d'éliminer sélctivement le matériau de matrice de la surface de l'électrode, par exemple par décapage Il en résulte un effet de pointe dans la région du matériau de remplissage Dans une forme préférée, la fraction du maté- riau des tubes est inférieure à 40 % en poids et la fraction du matériau de remplissage inférieure à 20 % en poids de l'ensemble du matériau composite. Un procédé avantageux pour fabriquer un tel matériau compo- site consiste à entourer d'une enveloppe de matériau de matrice des tubes munis d'un noyau de matériau de remplissage et à former l'ensemble sans enlèvement de matière dans le matériau composite. Grâce aux caractéristiques de l'invention est créée une électrode pour espace de décharges électriques, qui présente par ses propriétés un comportement en fonctionnement favo- rable en ce qui concerne la tension d'amorçage, le domaine de fonctionnement défini et la stabilité de longue durée. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté schématiquement dans le dessin, dans lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'un déchargeur muni d'électrodes selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale du déchargeur selon la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 1 montre deux électrodes 4, 5 disposées sur des supports d'électrodes 1, 2 qui ferment l'espace intérieur d'un corps de déchargeur 3 de forme tubulaire. Comme on le voit dans la coupe de la figure 2, les élec- trodes, par exemple l'électrode 4, sont constituées par une matrice de cuivre 6 dans laquelle sont inclus quarante tubes 7 remplis d'un matériau de remplissage 8 Les tubes 7 sont constitués par un matériau de résistance à l'usure relative- ment élevée, dans le présent exemple de réalisation un acier spécial Comme matériau de remplissage 8 on utilise un alliage magnésium-aluminium (électron)> Avant'le formage en commun, on remplit les tubes 7 de l'alliage magnésium-aluminium à grains fins, on les enve- loppe dans une chemise de matériau de matrice (cuivre) et on les forme sans enlèvement de matière par étirage en un corps composite avec traitement thermique intermédiaire. Le diamètre initial des tubes doubles est de 10 millimètres pour une épaisseur de paroi du tube intérieur d'acier spécial de 1 millimètre L'épaisseur de paroi choisie pour le tube de cuivre enveloppant est de 3 millimètres Le produit final comportant 40 tubes inclus dans la matrice a un diamètre de 5 millimètres. Différentes manières sont possibles pour la disposition des électrodes par rapport au support d'électrode Pour certaines applications, on peut aussi mettre en place une multiplicité d'électrodes sur un support d'électrode commun. Revendications. 1 Electrode cour un espace de décharges électriques, dans lequel destubes de résistance à l'usure élevée sont inclus dans un matériau de matrice de conductivité électrique élevée et sont remplis d'un matériau de noyau, caractérisée en ce que le matériau de noyau est constitué par un matériau de remplissage ( 8) différent du matériau de matrice ( 6) et du matériau des tubes ( 7) et favorisant l'extraction des électrons de la surface de l'électrode. 2 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient au moins un com- posant ayant un travail d'extraction plus faible que le matériau de matrice ( 6) et le matériau des tubes ( 7). 3 Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient au moins un composant du groupe formé par les métaux alcalins et alcalino- terreux, 4 Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient du magnésium. 5 Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient du baryum. 6 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient de l'aluminium. 7 Electrode selon les revendications 4 et 6, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient un alliage magnésium-aluminium. 8 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de remplissage contient comme composant un oxyde. 9., Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) forme en liaison avec le milieu environnant une couche superficielle électro- positive " Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de remplissage ( 8) contient un composant radio-actif. 11 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau des tubes ( 7) est constitué par un acier spécial inoxydable. 12 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau du tube ( 7) contient du tungstène. 13., Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une multiplicité de tubes ( 7) est incluse dans le matériau de matrice ( 6). 14 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de matrice ( 6) est éliminé sélectivement de la surface de l'électrode. 15 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fraction du matériau des tubes ( 7) est inférieure à % en poids et la fraction du matériau de remplissage ( 8) inférieure à 20 % en poids de l'ensemble du matériau composite. 16, Procédé de fabrication d'un matériau composite pour une électrode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on entoure des tubes ( 7) munis de noyaux en matériau de remplissage ( 8) d'une enveloppe en matériau de matrice ( 6) et qu'on forme l'ensemble sans enlèvement de matière, fi?;