BE504574A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  DISPOSITIF ELECTRIQUE A ATMOSPHERE   DE VAPEUR.   



   La présente invention concerne un dispositif électrique à atmosphè- re de vapeur et plus particulièrement un manchon isolant de scellement pour un dispositif électrique à vapeurs de métaux alcalins. 



   L'emploi de vapeurs de métaux alcalins dans les dispositifs élec- triques à atmosphère de vapeur a été fortement retardé parce qu'il était dif- ficile de-construire un scellement indifférent à l'action des vapeurs des mé- taux alcalins et pouvant supporter la température élevée désirableo Certains scellements en verre inventés jusqu'ici sont limités dans leurs applications parce que l'opération de dégazage doit se faire à une température inférieure au point de ramollissement du verre et, de plus, le verre se détériore en ve- nant en contact avec les vapeurs des métaux alcalins qui décomposent les oxy- des dont le verre est constitué et en abaissant la caractéristique d'isole- mento   'De   plus,

   les vapeurs des métaux   alcalins   ont tendance à détruire les joints entre la matière isolante et le reste du manchon qui est   métallique.   



  La vapeur de'métal alcalin réagit avec les oxydes du scellement en réduisant ces oxydes et en produisant des oxydes des métaux alcalins, ce qui détruit   l'hermétisme   du scellement. 



   Suivant l'invention, on supprime ces difficultés en brasent, au cuivre, les pièces métalliques sur un isolateur en porcelaine de zirconeo Com- me le cuivre est inerte aux métaux alcalins à l'état liquide et à l'état gazeux, il constitue un excellent intermédiaire de scellement entre les pièces métalli- ques du récipient et le manchon isolante 
Pour obtenir un bon scellement par brasage au cuivre sur la porce- laine de zircone, on dépose une couche d'hydrure de zirconium ou de titane sur la surface de jonction entre métal et porcelaine.

   On réalise ce joint en as- semblant les pièces et en les chauffant dans un vide poussé ou dans une atmos- phère non oxydante inerte au zirconium et au titane, par exemple, l'hydrogène ou   l'argon.   La température de chauffage est portée au-delà de 800 C, tempéra- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 ture à laquelle l'hydrure se décompose en zirconium libre et hydrogène nais-   santo   L'hydrogène naissant nettoie la surface du cuivre, ce qui permet l'éta- blissement facile d'un jointe Le.chauffage est continué au-delà du point eu- tectique de l'alliage cuivre-zirconium qui se situe aux environs de 980 C, et l'eutectique cuivre-zirconium unit solidement le cuivre à la surface de la porcelaine de zircone.

   Si le cuivre a déjà été uni au métal, le scellement est ainsi achevé, si, au contraire, le cuivre est amené séparément, il faut porter la température à environ 1100 C pour fondre le cuivre afin qu'il hu- mecte l'alliage du supporte 
Si on utilise de l'oxyde de titane au lieu d'oxyde de zirconium, le point eutectique se situe approximativement à 900 C. Il est cependant pré- férable d'utiliser de l'hydrure de zirconium parce que l'eutectique zirconium- cuivre humecte et coule mieux. 



   Quelques formes d'exécution préférées   ..de   l'invention sont représen- tées à titre d'exemple au dessin annexée 
La Fig. 1 est une vue de face partiellement en coupe d'un disposi- tif électrique à atmosphère de vapeur conforme à l'invention. 



   La   Fige,   2 est une coupe d'une partie d'un manchon isolant confor- me à l'invention. 



   La Fig. 3 est une variante du joint brasé conforme à l'invention. 



   La Fige 4 est   uné   coupe d'un détail à grande échelle du scellement. 



   La fig. 5 est Tan diagramme illustrant l'énergie libre de l'oxyde de zirconium; et 
La Fig. 6 est un diagramme des caractéristiques d'expansion de la porcelaine de zircone et d'un alliage de scellement fer, nickel et cobalt, bien connu. 



   Dans une forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple, le dispositif électrique à atmosphère de vapeur comprend une anode métallique 1 et une cathode 2 qui peut être chauffée jusqu'à émission thermioniqueo La vapeur constituant l'atmosphère est une vapeur d'un des métaux alcalins,de pré- férence le césium, le rubidium ou le potassium. L'anode 1 est réunie à la ca- thode 2 par un manchon isolant 3 comprenant une pièce annulaire isolante 4 en porcelaine de zircone réunie aux parties métalliques 5 et 6 du récipient au moyen d'un joint brasé perfectionné 7.

   La porcelaine de zircone 4 contient une grande porportion d'oxyde de zirconium qui, à cause de son énergie libre, comme le montre la Fige 5, est substantiellement inerte à l'action de la va- peur de césium ou d'autres métaux alcalins dans une gamme étendue de tempéra-   tureso   
Les parties métalliques 5 et 6 du scellement du récipient sont en un alliage de fer, nickel et cobalt, tel que l'alliage dénommé   Kovar.   Cet alliage servant de support est recouvert d'une surface ou d'une pièce rappor- tée en cuivre 8,intercalée entre les parties, 5 et 6 et 1!isolateur 4,..au moins dans la région voisine du contact avec la porcelaine de   zircone,   le cuivre étant   substantiellement   inerte au   métal,alcalin   ou à ses vapeurs, alors que,

   les matières de brasage courantes telles que l'argent, les alliages d'argent et les alliages de cuivre sont facilement décomposées par l'action de césium. 



   Le scellement même est obtenu en prévoyant une surface évasée ou aplatie 10 de façon à pouvoir mettre le métal support et sa couche de cuivre 8 en contact intime avec la surface de la porcelaine de zircone 4.   Afin     d'ob-   tenir une bonne adhérence du cuivre 8 sur la porcelaine de zircone 4, on pré- voit une couche 11 d'hydrure de zirconium ou de titane, de préférence sous la forme d'une poudre en suspension dans de l'alcool. Ce mélange est peint sur. le métal 8 et sur l'isolateur 4. au point, de-contact-ou autour de celui-ci, et le scellement est réalisé en plagant l'ensemble dans un four approprié ayant une atmosphère non oxydante et inerte au zirconium et au titane. 



   Le chauffage est poussé jusqu'à un niveau entre 800 C et 1.000 C ou l'hydrure 11 se décompose en zirconium libre ou titane libre-et en hydrogè- 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 ne naissant qui joue le rôle d'agent de dégraissage et enlève toute trace d'im- puretés sur la surface du cuivreo Le chauffage est prolongé jusqu'à 1.000 C environ où le zirconium ou le titane et le cuivre forment un eutectique qui réunit fermement le joint en cuivre à la surface de la porcelaine de zircone   4,     puis ;jusqu'à   une température de l'ordre de   11000C   de manière que le cuivre fonde et humecte le métal support des parties 5   et-6.   



   Dans la forme d'exécution de la Fig.2, les parties métalliques 5 et 6 sont légèrement évasées en 10 de manière à venir s'emboîter sur la par- tie inclinée de l'isolateur 4. Comme le métal a une caractéristique de dila- tation légèrement supérieure à celle de la porcelaine 4, le métal sera soumis à traction quand le joint est froid, ce qui tend à réduire les tensions dans le scellemento Cependant comme les caractéristiques de dilatation de la por- celaine de zircone et de l'alliage fer-nickel-cobalt sont constantes dans la gamme normale de températures, comme le montrent les courbes 14 et 15 de la   Figo   6 9 il n'y aura pratiquement aucune tension dans le joint en cuivreo Mais, même s'il y a une tension, la ductilité du cuivre se prête à celle-ci et empê- che la cassure du jointe 
Dans la variante de la Figo 3,

   le contact 16 entre les parties mé- talliques 5' et 6' et l'isolateur 4' est   plan. A   cause de la ductilité du cuivre, il n'y a que peu ou pas de tensions dans le joint dans les conditions normales de travail, et la surface plane 16 est plus facile à construire que le joint évasé 10 de la   Figo   20   REVENDICATIONS.   



   ============================= 
1. - Procédé pour l'exécution d'un scellement résistant aux métaux , alcalins à haute température, caractérisé en ce qu'on assemble un isolateur en porcelaine au zirconium et une pièce métallique recouverte de cuivre bout à bout, on recouvre le point de contact des pièces assemblées d'une couche d'hy- drure de zirconium ou de titane, on chauffe les pièces assemblées en atmosphè- re non=oxydante, de préférence de l'hydrogène ou de l'argon, à une température au-dessus de 800 C pour décomposer l'hydrure, et on chauffe ensuite à une tem- pérature de l'ordre de   1000 C   pour former un alliage cuivre-zirconium ou cui-   vre-iitane,   unissant la pièce de métal à la porcelaine au zirconium. 



   2. - Manchon isolant pour dispositif à atmosphère de vapeur de mé- tal alcalin, comprenant une pièce annulaire en porcelaine au zirconium, une paire de pièces métalliques tubulaires en contact avec la pièce en porcelaine et séparées par celle-ci, les pièces métalliques étant recouvertes de cuivre au point de contact avec,la pièce en porcelaine; et un joint   à ,brasure   de cuivre entre chacune des pièces métalliques et la pièce en porcelaine.

Claims (1)

1. 3. - Manchon suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les joints à brasure de cuivre contiennent une couche d'un alliage cuivre-zirconium unissant le cuivre à la porcelaine au zirconiumo 4. - Manchon suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les joints à brasure de cuivre contiennent une couche d'un alliage cuivre-titane unissant le cuivre à la porcelaine au zirconium,, 50 - Manchon et procédé d'exécution d'un scellement pour celui-ci en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexé.5,'