Brevet FR2695385A1 — publié le 19940311

PIECE CONSTITUTIVE D'UN DISPOSITIF CHAUFFANT ET PROCEDE DE FABRICATION L'invention concerne une pièce constitutive d'un dispositif tel qu'un dispositif de chauffage ou d'éclairage. Ce type de pièce est notamment utilisée pour la réalisation d'ampoules et plus particulièrement d'ampoules pour les véhicules automobiles. Dans la suite de cet exposé, il ne sera plus fait référence qu'à des ampoules pour véhicules automobiles. L'invention concerne également un procédé permettant la réalisation de ces pièces. Ce type de pièces est plus précisément un tube de verre enveloppant une électrode qui contribue à la formation d'un arc électrique au sein de l'ampoule, et la partie du culot auquel il est rattaché. Habituellement, ce type d'ampoules possèdent des culots réalisés en céramique qui sont collés au verre de l'ampoule. L'inconvénient de ces ampoules est qu'après un temps d'utilisation, on observe un dégazage des colles qui peut se traduire par une formation de gaz. D'une part, cela entraîne une dégradation du collage et en conséquence de l'ampoule. D'autre part, les ampoules sont placées dans des optiques qui offrent un espace très réduit. Bien que les optiques ne soient pas étanches, ces gaz pertubent la lumière émise par les ampoules. Par ailleurs, s'il est nécessaire d'insérer des éléments métalliques dans ce type de culot, il est difficile de conserver une étanchéité parfaite entre le métal et la céramique. L'invention a pour but de fournir ce type de pièces, c'est-à-dire essentiellement une association verre-culot, présentant une très bonne tenue à température élevée, une stabilité chimique et ne comportant qu'un minimum de pièces métalliques. L'invention a également pour but un culot dont la forme peut être reproduite avec une très grande précision et qui peut comprendre des inserts métalliques sans nuire à l'étanchéité de l'association verre-culot. Ces buts sont atteints par une pièce constitutive d'un dispositif de chauffage ou d'éclairage, formée par la soudure et/ou le frettage d'un élément creux en verre et d'un élément composite formé de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse. De préférence, l'élément creux en verre possède au moins une extrémité de forme tubulaire, qui est soudée et/ou fretté avec l'élément composite. Selon une réalisation de l'invention, une électrode ou un fil métallique traverse ladite extrémité de l'élément creux. De façon à présenter une bonne tenue en température, l'élément creux est formé d'un verre dont le point de ramollissement dilatométrique est supérieur à 600"C et la matrice vitreuse du matériau composite présente une température de ramollissement inférieur à 550"C. Ainsi, l'élément creux est avantageusement formé d'un verre dont la teneur pondérale en silice est supérieure à 60 % et la matrice vitreuse contient au moins deux des oxydes suivants : Silo2, BzO3, PbO, BaO, A1203, P,O,, Na2O, KzO. La réalisation d'une telle pièce, l'élément creux en verre, étant un tube traversé par une électrode, soudé ettou fretté sur un culot réalisé en un matériau composite de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse, permet de l'utiliser comme élément constitutif d'un dispositif, soumis à des températures élevées, tel qu'une lampe ou un appareil de chauffage, sans observer de dégradation du tube, du culot ou de la soudure. D'autre part, les deux éléments étant liés par une soudure et/ou un frettage, la liaison ne fait intervenir aucune pièce métallique supplémentaire pour réaliser l'association servant par exemple à sertir le tube, et évite ainsi tous risques de formations d'arcs électriques pouvant entraîner une détérioration de la lampe ou du dispositif de chauffage. Un autre avantage lié à l'utilisation, pour former une partie du culot, d'un élément composite à base de mica, est que ce matériau composite a un coefficient de dilatation très proche de celui de l'acier qui est utilisé pour réaliser les moules dans lesquels ces éléments sont formés. Cette caractéristique permet lors du moulage de ces pièces de garantir, sans se soucier de la dilatation du moule ou de la pièce, une précision des dimensions très grandes. Ce facteur est très important notamment pour la réalisation d'ampoules où la forme est très complexe et les dimensions très précises pour pouvoir adapter les différentes pièces composant ces ampoules et plus particulièrement le culot de ces ampoules. La précision obtenue avec une céramique est beaucoup moins importante. Un second avantage lié à ces coefficients de dilatation voisins est de pouvoir insérer, dès le moulage du culot, un élément métallique tel qu'une électrode. La liaison obtenue entre des deux éléments est alors totalement étanche. Dans le cas des culots en céramique, l'introduction d'une électrode doit se faire après avoir réalisé le culot et il n'est donc pas évident de garantir une étanchéité parfaite entre l'électrode et le culot. L'invention propose également un procédé permettant de réaliser l'association par soudure et/ou frettage d'un élément en verre et d'un élément composite à base de mica inséré dans une matrice vitreuse. Ce procédé se déroule en deux phases. Dans un premier temps, on chauffe l'élément en verre à une température supérieure à sa température de ramollissement dilatométrique et/ou on chauffe l'élément composite à une température proche de sa limite d'utilisation. Dans un second temps, le tube et l'élément composite sont mis en contact et on exerce une pression de façon à les appliquer l'un contre l'autre. Dans la mesure où on chauffe l'élément en verre, la matrice vitreuse possédant une température de ramollissement inférieure à celle de l'élément en verre, fond dès sa mise en contact avec le tube de verre chauffé.Il se crée ainsi une soudure de la matrice verrière, donc de l'élément composite, sur le tube de verre. De plus, l'élévation de température des deux éléments associée à des coefficients de dilatation différents permet un frettage de l'élément composite sur le tube de verre. La soudure et/ou le frettage ainsi obtenus présentent tout comme les deux éléments une bonne tenue aux températures d'utilisations de ces éléments. Dans le cas d'un élément en verre présentant au moins une extrémité tubulaire qui vient en contact au sein de l'élément composite, la pression exercée pour la mise en contact de ces éléments se fait par soufflage d'air dans le tube. Si l'extrémité de ce tube est ouverte, on rend de préférence hermétique ladite extrémité avant le soufflage de sorte que la pression s'exerce idéalement sur les parois du tube. Avantageusement, lorsque l'élément en verre comporte une électrode ou un fil métallique traversant l'extrémité tubulaire, le gaz soufflé est un gaz inerte qui ne risque pas de détériorer l'électrode. Selon l'invention, on obtient une liaison entre ces deux éléments, du type soudure et/ou frettage qui résiste très bien aux températures élevées. Cette soudure procure en outre l'avantage d'offrir une étanchéité totale, ce qui est très important pour les applications du type ampoule. D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortent ci-après de la description des figures 1, 2, 3 et 4 qui représentent - figure 1 : une vue en coupe d'une représentation schématique d'un exemple de soudure d'un tube de verre fermé au sein d'un élément en matériau composite de mica, - figure 2 : une vue en coupe d'une représentation schématique d'un exemple de soudure d'un tube de verre ouvert au sein d'un élément en matériau composite de mica, Sur la figure 1 est représenté un tube de verre 1 au sein d'un élément 2 en matériau composite de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse. Avant de réaliser cet assemblage, le tube est préalablement chauffé à une température supérieure à sa température de ramollissement dilatométrique.Ceci peut être fait par passage sur une flamme du type chalumeau ou par tout autre moyen connu de l'homme du métier. Le tube est ensuite immédiatement inséré au sein de l'élément réalisé en composite de paillettes de mica noyées dans une matrice vitreuse. Dans le cas d'une ampoule, cet élément représente une partie du culot autour duquel viendra se rajouter ensuite le dispositif permettant la fixation de l'amoule dans l'optique du phare d'un véhicule automobile. Lorsque l'on insère le tube dans l'élément composite, sa température est toujours supérieure à sa température de ramollissement dilatométrique. On souffle alors un gaz, représenté par la flèche 3, à une pression suffisamment élevée de sorte que les parois du tube soient plaquées sur l'élément composite.Ce contact entraîne une élévation de la température de l'élément composite et une fusion de la matrice vitreuse au moins dans la zone superficielle où l'élément composite est en contact avec le tube. De plus, la soudure ainsi réalisée est très résistante notamment aux élévations de température puisque pour désolidariser les deux éléments il faut au moins atteindre la temperature de ramollissement de la matrice vitreuse, qui est nettement supérieure aux températures occasionnées par les ampoules. En plus de cette soudure, il est possible, soit par élévation de la température de l'élément composite avant la mise en contact des deux éléments, soit par élévation de sa temperature lors de la mise en contact, de réaliser un frettage. En effet, le coefficient de dilatation de l'élément composite étant supérieur à celui du tube de verre, l'élément composite vient cercler le tube en exerçant des contraintes après refroidissement. Dans le cas où le tube de verre comporte une électrode ou un fil métallique qui le traverse avant de réaliser la soudure et/ou le frettage, il est préférable de souffler un gaz inerte de façon à ne pas détériorer l'électrode qui est généralement réalisée en un matériau sensible, par exemple en molybdène. Sur la figure 2, sont représentés l'élément composite de mica 2 et un tube de verre 4 qui est ouvert à ses deux extrémités. Pour réaliser la soudure et/ou le frettage dans un tel cas, il est préférable de placer un dispositif 5 à l'extrémité du tube 4 de façon à assurer une étanchéité au moins partielle et à permettre au gaz soufflé de remplir efficacement son rôle, c'est-à-dire de plaquer le tube 4 sur l'élément composite 2. Ce dispositif 5 peut être une pièce dont la forme s'accouple au mieux avec le montage tube-élément composite et constituée d'un matériau du type réfractaire pouvant supporter les températures occasionnées par la proximité du tube 4. L'exemple suivant apporte plus de détails sur une possibilité de réalisation selon l'une ou l'autre des représentations des figures 1 et 2. On utilise d'une part un tube de verre de silice dont le coefficient de dilation est de 0,5.10-6 C-1 et dont la température de ramollissement est proche de 1500"C, et d'autre part un élément composite (mica + verre) dont le ratio mica/matrice vitreuse est compris entre 0,4 et 0,6, possédant un coefficient de dilatation compris entre 1 et 1,2.lo-50C-1 et une température de ramollissement comprise entre 4100 et 500 Oc. Le verre formant la matrice vitreuse est un borate de plomb dont le coefficient de dilatation est compris entre 1 et 1,3.10-5 C-1 et dont la température de ramollissement est comprise entre 3200C et 3400C. Le tube de verre est tout d'abord chauffé pendant une dizaine de minutes par passage sur une flamme de chalumeau au propane, de façon à atteindre une température supérieure à sa température de ramollissement. L'extrémité chauffée est alors introduite dans l'élément composite et l'on souffle un gaz sous pression dans le tube. Aprees refroidissement, on constate une parfaite association des deux éléments qui garantit une étanchéité totale. Même après utilisation de cet élément, formé par l'association du tube et de l'élément composite, à des températures extrêmes, imposées par les limites d'utilisation de l'élément composite, l'association reste parfaite. Ces différentes réalisations illustrent le procédé selon l'invention permettant d'obtenir la soudure et/ou le frettage d'un tube de verre et d'un élément composite de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse. Cette soudure et/ou ce frettage est notamment intéressante pour la réalisation de pièces constitutives d'une ampoule telles que l'association d'un tube de verre comportant une électrode et d'une partie du culot de cette ampoule. REVENDICATIONS 1. Pièce constitutive d'un dispositif tel qu'un dispositif de chauffage ou d'éclairage, caractérisée en ce qu'elle est formée par la soudure et/ou le frettage d'un élément creux en verre et d'un élément composite de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse. 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément creux en verre possède au moins une extrémité de forme tubulaire et en ce que cette extrémité est soudée et/ou frettée avec l'élément composite. 3. Pièce selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une électrode ou un fil métallique traverse ladite extrémité de l'élément creux. 4. Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément creux est formé d'un verre dont le point de ramollissement dilatométrique est supérieur à 600"C et en ce que la matrice vitreuse du matériau composite présente une température de ramollissement inférieure à 550"C. 5. Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément creux est formé d'un verre dont la teneur pondérale en silice est supérieure à 60 % et en ce que le verre formant la matrice vitreuse contient au moins deux des oxydes suivants : SiO2, BzO3, PbO, BaO, Alz03, Pro5, Na2O, K2O. 6. Procédé d'association par soudure et/ou frettage d'un élément en verre et d'un élément composite de paillettes de mica insérées dans une matrice vitreuse, caractérisé en ce que l'on porte l'élément en verre à une température supérieure à sa température de ramollissement et/ou l'élément composite à une température proche de sa limite d'utilisation, et en ce que l'élément en verre et l'élément composite sont mis en contact sous l'action d'une pression. 7. Procédé selon la revendication 6 pour la soudure d'un élément en verre possédant au moins une extrémité de forme tubulaire qui vient en contact au sein de l'élément composite, caractérisé en ce que la pression à exercer se fait par soufflage. 8. Procédé selon la revendication 7 pour la soudure d'un élément en verre dont l'extrémité de forme tubulaire est ouverte, caractérisé en ce que l'on rend hermétique ladite extrémité avant le soufflage. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 pour la soudure d'un élément en verre comportant une électrode ou un fil métallique traversant l'extrémité tubulaire, ca ractérisé en ce que l'on souffle un gaz inerte.