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Conducteur en aluminium les conducteurs en aluminium sont utilisés non seulement pour épargner le cuivre, mais fréquemment aussi parce que l'aluminium a un moindre poids spécifique. De plus, les conducteurs d'aluminium viennent de préférence en considération lorsque le conducteur devient très chaud en service, de sorte que les revêtements isolants en vernis ou en guipage textile tels qu'ils sont usuels par ailleurs sont détruits par la température de service. L'aluminium peut notamment être isolé par un produit de trans-, formation non conducteur formé à sa surface lequel, par suite de son caractère inorganique, est notablement plus stable aux températures élevées.
Comme produit de transformation vient usuellement en question l'oxyde d'aluminium, car celui-ci possède des propriétés isolantes particulièrement bonnes 'et est d'une production facile.
On a reconnu que l'oxyde d'aluminium tél qu'il se produit dans la réalisation de revêtements résistant à la corrosion est approprié pour cette application, Le conducteur d'aluminium est pourvu par voie électrolytique dans un des acides sulfuriques oxalique, succinique, formique
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ou analogue ou dans un mélange de ceux-ci, d'une coucbe isolante dite amorphe dépendante du courant, Cette couche peut être exécutée avec une épaisseur choisie à volonté, de sorte qu'on réalise également une résistance d'isolement suffisante. On travaille habituellement avec dès couches d'oxyde d'une épaisseur entre 4 et 8 et on obtient ainsi des tensions disruptives de 125 à 200 volts.
Les valeurs mentionnées ci-dessus pour les couches d'oxyde sur des conducteurs d'aluminium paraissent cependant avoir encore un grand besoin de perfectionnement. L'invention qui s'est proposé cet objet vise à obtenir une augmentation notable de la tension disruptive en produisant sur la surface du conducteur d'aluminium une couche isolante qui selon 1':invention, est composée d'au moins deux couches de natures différentes dont l'une est poreuse.La couche poreuse forme alors l'organe d'écartement, tandis que l'autre couche améliore notablement l'isolement de la couche poreuse affaibli par les pores et, en partie, est déposée dans les pores de cette couche et, en-partie, repose en série sur la couche poreuse.
La couche poreuse peut alors être réalisée sous forme de couche amorphe dans le genre des revêtements réfractaires à la corrosion, c'est-à-dire former la couche isolante qui jusqu'à présent a été se.le à trouver application pour l'isolement de tels conducteurs. La deuxième couche au contraire qui doit apporter le perfectionnement de l'isolement consiste en une couche cristalline, telle qu'elle est usitée dans la fabrication des condensateurs électrolytiques, et qui en soi est trop mince pour les applications à l'isolement.
Le conducteur pourvu du revêtement réfractaire à la corrosion est par suite soumis à un deuxième traitement électrolytique, dans lequel il est pourvu d'une couche cristalline d'oxyde, par exemple dans l'acide borique, l'acide citrique ou un acide analogue.Les conducteurs établis suivant les caractéristiques de l'invention présentent une augmentation de la tension disruptive de 150 à 200 jusqu'à 350 à 450 volts. La tension disruptive a été ainsi plus que doublée.
Or, il n'est cependant pas nécessaire que la cou-
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che poreuse soit établie de la façon mentionnée. On peut au lieu de cela utiliser aussi des couches réalisées par voie chimique ou thermique qui, ainsi qu'on le sait, sont de même très poreuses. On peut même utiliser une couche cristalline réalisée poreuse dans laquelle est enrobée la deuxième couche cristalline.'Cela est possible par exemple en créant la couche dans ,l'acide borique ou dans des bains analogues portés à une tension supérieure à la tension disruptive.
Par les amorçages continuels-dues à la tension, la couche isolante est perforée et fissurée dans une large mesure et ultérieurement ses pores sont obturés de façon à les isoler par une couche isolante formée au-dessous de la tension d'amorçage. On peut aussi réaliser une couche poreuse cristalline en constituant celle-ci dans un électrolyte concentré qui possède un certain pouvoir dissolvant pour l'oxyde d'aluminium. Par ce procédé également, la structure des couches est fortement influencée dans le sens voulu.
Il est également possible de réaliser la couche poreuse décrite ci-dessus à la suite d'une couche poreuse formée selon le procédé usuel dans l'acide sulfurique ou l'acide oxalique, de sorte que deux couches poreuses différentes se trouvent à côté d'une ou de plusieurs couches diélectriques sur la surface de l'aluminium.
Il est avantageux de réaliser la couche cristallinè représentant l'essentiel de l'isolement au moins avec la tension qui, plus tard, en service, règne à l'isolement.
Il est encore plus profitable de choisir la tension avec laquelle la couche isolante est réalisée, dite tension de formation, notablement au-dessus de la tension de service ultérieure. Par exemple, la tension,de formation peut être fixée à 500 V. lorsque la tension d'amorçage nécessaire du conducteur isolé est de 400 V. '
Il est également concevable qu'une amélioration encore plus poussée puisse être obtenue en superposant non seulement deux, mais un nombre plus élevé de couches, soit enrobées l'une dans l'autre, soit superposées l'une à l'autre.
Cela peut,se faire enfabrication de façon très simple en passant le conducteur d'aluminium dans différents bains successifs qui peuvent de nouveau différer entre eux sous la forme de différents échelons avec des concentrations
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températures de traitement, tensions de formation et données:analogues différentes. Pour le premier bain, on peut utiliser des solutions aqueuses étendues d'acide sulfurique ou d'acide oxalique avec une bonne conductibilité. La tension est de 5 80 V., la densité de courant de 5 ...40 mA/cm2. On peut utiliser une tension continue ou alternative.La température est avantageusement celle du local, des précautions étant prises pour un bon refroidissement du bain en vue de l'évacuation des pertes thermiques du courant.
Dans ce bain est produit une couche poreuse d'oxyde.
La durée de formation sera d'une minute..20 minutes suivant l'épaisseur de couche voulue, laquelle est choisie de nouveau en raison de la tension disruptive et de l'isolement nécessaires. Par variation de la concentration de la température et de la densité de courant, etc., la porosité peut être variée dans de larges limites.
A la suite du premier bain, le conducteur est soumis à un nettoyage dans des bains de lavage, avantageusement tout d'abord dans de l'eau courante de distribution, et ensuite dans'l'eau distillée. Afin d'éliminer les derniers restes du premier bain. adhérents peut encore suivre un nettoyage électroosmotique. Alors le conducteur est relié à la polarité opposée à celle qu'il avait dans la formation, soit donc avec le pôle négatif d'une source de courant continu et une autre électrode auxiliaire, par exemple en acier inoxydable, avec le pôle positif. Comme électrolyte sert de l'eau distillée. Il est avantageux de séparer le compartiment d'anode de celui de la cathode par un diaphragme en céramique ou en étoffe. Le nettoyage électroosmotique est poursuivi jusqu'à ce que la densité de courant soit tombée à une valeur négligeable.
Cela est la signe que la concentration en ions est tombée à une très faible valeur. Les compartiments d'anode et de cathode sont avantageusement rincés séparément avec de l'eau distillée, afin que les ions détournés du compartiment de cathode par le courant électrique soient aussitôt éliminés par l'eau de rinçage.
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Après le nettoyage est opéré le deuxième échelon de formation dans un ou plusieurs bains qui se succèdent en série, avantageusement des solutions aqueuses d'acide borique ou de borate alcalin, par exemple borate de sodium (borax), borate de potassium, borate d'ammonium, ou des mélanges d'acide borique avec des borates alcalins. Au lieu d'acide borique ou de borates alcalins, on peut aussi utiliser l'acide citrique, l'acide gallique, l'acide phosphorique ou leurs sels alcalins, ou dès mélanges de ces matières entre elles ou avec l'acide borique. Il est avan- tagèux d'utiliser dans le premier bain une concentration élevée d'acide borique ou d'autres substances et dans le deuxième bain et les suivants des concentrations plus faibles.
De façon correspondante, dans le premier bain est mis un électrolyte de grande conductibilité et de tension d'amorçage faible. Dans les bains suivants,, des électrolytes de moindre conductibilité et de tensions d'amorçage plus élevées. Cela est avantageux parce que, dans le premier bain, passe un courant de formation .intense qui, par suite de la conductibilité relativement grande, .provoque dans le bain une faible chute de tension. La tension de bain du premier bain est choisie plus faible que dans le bain suivant en raison de la tension d'amorçage qui n'est pas aussi élevée.
Par exemple, dans le premier bain du deuxième échelon de formation, on utilise une solution borique saturée à la température d'ébullition avec une addition de 0,1 % de borax. La tension de bain est prise entre 200 et 600 V., par exemple 500 V. La densité moyenne de courant est par exemple de 50 mAcm2, la densité de courant initiale étant notablement plus élevée par exemple 150 mA/cm2, et la densité finale par exemple de 15 mA/cm2. ]La température du bain correspond à la température'd'ébullition de la solution, soit environ 1009- C, la durée de formation de 0,1 à 10 min.
Les valeurs dans le deuxième bain sont établies de façon à correspondre à une tension de 400 à 800 V., par exemple 650 V., densité de courant moyenne 10 mA/cm2, température 80...100 C, durée de formation 0,1 à 10 min., électrolyte : 5 % d'acide borique et 0,05 % de borax. Les
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valeurs 'dans le troisième bain sont de 500 à 1000 V., par exemple 750 V., densité de courant moyenne 2,5 mA/cm2, température 50 à 70 C, durée de formation 0,1 à 10 min., électrolyte : 2,5 % diacide borique et 0,02 % de borax.
Dans d'autres bains éventuels, on utilise des concentrations encore plus faibles en électrolyte, de plus faibles densités de courant et des tensions plus élevées.
Après le deuxième échelon de formation, on peut intercaler de nouveau une opération de lavage. On peut ensuite exécuter un nettoyage électroosmotique et un séchage à l'air chaud dans un four de séchage.
Maintenant, on peut intercaler un troisième échelon de formation dans un électrolyte non aqueux. L'électrolyte peut consister en solutions d'acide borique, de borates alcalins ou de ces deux genres de corps dans les alcools, avantageusement les alcools polyvalents tels que la glycérine ou l'éthylène-glycol, ou les éthers-alcools tels que glycols méthylique ou éthylique. On peut aussi utiliser des électrolytes partiellement estérifiés qui sont produits par cuisson d'alcools, acide borique et ammoniaque à une température entre 120 et 150 C, soit directement, soit dans des solutions d'alcool ou d'éthers-alcools. La tension est choisie d'une valeur égale ou de peu supérieure à la tension du deuxième bain du deuxième échelon de formation.
Par ce dernier échelon de formation, on obtient une couche d'oxyde exempte d'eau de qualité diélectrique particulièrement élevée. Ensuite, on peut exécuter un lavage dans un alcool ou un éther-alcool et un séchage.
Les passes de formation décrites dans ce qui précède peuventêtre opérées les unes après,les autres dans des bains agissant au repos. Il est également possible d'opérer la formation par un procédé continu dans des bains à action en marche, par exemple à l'aide de rubans ou de fils métalliques, les conducteurs parcourant les uns après les autres les différents bains. On peut faire passer à travers les bains plusieurs feuilles ou fils en parallèle.
L'amenée de courant peut se faire par des cylindres d'amenee de courant sur lesquels sont guidés les conducteurs avant leur entrée dans les bains de formation; elle peut
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aussi, se faire par voie électrolytique dans un ou plusieurs bains auxiliaires.-Lorsque la formation est opérée avec du courant alternatif - ce qui est également possible dans le deuxième et le troisième échelons de formation - il est possible de former en même temps deux groupes de conduc- teurs qui sont reliés, au p8le opposé de la source de courant.
L'aménagement d'électrodes auxiliaires spéciales comme dans la formation par courant continu n'est pas nécessaire,
On mentionnera encore les possibilitésde variation suivantes qui sont dans le cadre de l'invention.Afin d'éviter les pointes et.les arêtes qui abaissent fortement la qualité électrique de l'isolement des conducteurs, il est possible de soumettre les conducteurs avant la formation à une opération de pplissage. Le polissage peut se faire par voie mécanique, chimique ou électrochimique. De préférence, on utilise le procédé électrochimique dans lequel les conducteurs sont introduits comme anode dans un bain consistant par exemple en acide phosphorique ou dans un mélange consistant en acide acétique et acide perchlorique. Intensité de courant 3 mA/cm2, température environ 20 C, durée quelques minutes.
De plus, il est avantageux pour la réalisation de couches isolantes de haute qualité électrique de faire les conducteurs en aluminium très pur, par exemple d'un degré de pureté de 99,99 % ou recouverts d'aluminium pur (plaquage).
L'invention n'est pas limitée à l'aluminium; au contraire elle est utilisable avec les variantes correspondantes aussi pour le magnésium, le zinc ou d'autres métaux.
On a de plus constaté qu'il était avantageux de réaliser la dernière couche isolante dans un électrolyte non aqueux, par exemple un électrolyte à base d'alcool, parce que par là on obtient des couches très régulières pour de hautes tensions. Dans le traitement électrolytique peuvent de plus trouver application aussi bien les courants continus que les courants alternatifs, dans certains cas les deux genres de courant, soit dans des bains différents sot superposés, pour réaliser des propriétés déterminées de la couche.
Enfin, on peut utiliser les procédés en par-' @
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tie en soi connus pour l'obtention de pores dans la couche d'oxyde, par exemple le dépôt de matières isolantes solides ou thermoplastiques, d'oxydes métalliques ou dtautres combinaisons métalliques non conductrices, qui sont précipitées à partir d'une solution par cataphorèse, les pores peuvent aussi être étanchés par un traitement à l'eau chaude ou à la vapeur d'eau et par la formation hydratée qui se déposePar exemple à partir de solutions de sels de zinc ou de nickel, on peut précipiter l'hydroxyde de zinc ou de nickel qui est déshydraté par traitement thermique. On peut aussi par exemple déposer dans la couche poreuse de l'huile de paraffine ou d'autres hydrocarbures avec ou sans l'action du vide.
L'avantage du conducteur établi suivant les caractéristiques de l'invention se trouve non pas seulement dans l'augmentation de la résistance d'isolement, mais aussi en ce que l'on peut choisir l'épaisseur de couche de la couche poreuse plus faible qu'auparavant. Les tensions disruptives augmentées indiquées dans ce qui précède ont été par exemple obtenues pour une épaisseur de couche entre 1,5 et 2 avec couche cristalline déposée, l'intensité de champ disruptive étant ainsi portée à une valeur multipliée par 8 environ par rapport à l'ancien procédé. La diminution de l'épaisseur de la couche a cependant 1 en même temps encore pour conséquence une diminution du diamètre du conducteur et le diamètre du fil fini peut être par suite diminué, de sorte que les appareils établis avec de tels fils sont moins encombrants.
Enfin, une couche plus mince est déposée aussi en un temps plus court, de sorte que la dépense de courant est sensiblement plus favorable, c'est-à.-dire que les frais d'établissement d'un tel fil isolé sont notablement inoin- dres. Il faut aussi mentionner que l'adhérence et la flexibilité d'une couche d'isolement plus mince sont plus fortes que celles d'une couche plus épaisse. Si l'on demande des tensions disruptives et des isolements particulièrement élevés, on peut aussi alors déposer une couche poreuse plus épaisse dont les paramètres électriques sont notablement améliorés par la deuxième couche.
Les conducteurs établis d'après les caractéristiques de l'invention peuvent être utilisés partout où jusqu'à présent ont trouvé application des fils avec revête- ment de vernis émail, où en même temps la stabilité pour/
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les températures élevées de tels dispositifs est augmentée, soit par exemple dans les transformateurs, moteurs, génératrices, bobines d'électroaimants, en particulier électroaimants de grues et analogues.
EMI9.1
R e v e n d 1 .c a t ions .
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1/ Conducteur en aluminium avec couches de transformation isolantes produites sur sa surface, en particulier couches d'oxyde d'aluminium, caractérisé en ce que l'isolement est formé par au moins deux couches de natures différentes dont l'une est poreuse.