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La présente invention concerne les résistances électriques et, en particulier, les résistances au bore utilisées comme électrodes d'amorr gage ou igniteurs servant à produire une circulation de courant vers les cathodes à mercure de dispositifs à décharge électrique connus, dans l'in- dustrie électrique, sous le nom d'ignitrons.
Les dispositifs à décharge de ce genre ont une cathode de mer- cure et une anode associée. en graphite ou autre matière convenable. Il est bien connu en technique électrique que les arcs qui s'établissent, dans le vide, entre anode et cathode constituent des conducteurs unilatéraux et ont la propriété intéressante, lorsqu'une tension alternative est appliquée entre ces deux électrodes, de permettre l'amorçage rapide d'un courant d'é- lectrons du mercure vers l'anode associée, pendant les demi-périodes où le mercure est négatif, mais d'offrir une résistance relativement élevée au passage des électrons de l'anode au mercure, durant les autres demi-périodes où le mercure est positif. En bref. ces arcs sont largement utilisés comme redresseurs de courant alternatif.
Cependant, même pendant les demi-périodes où le mercure est négatif, il faut "exciter" la surface du bain de mer- cure en l'un ou l'autre point, et cette excitation est produite au début de chaque demi-période où le mercure est négatif, en faisant passer du courant dans une résistance au bore ou autre matière à résistance élevée dont une extrémité est plongée dans le mercure. Des résistances de ce genre sont dénommées "igniteurs". Les tubes à arc et à mercure excités de cette maniè- re sont connus sous le nom d' "ignitrons"o
Le procédé de fabrication d'igniteurs le plus courant connu jusqu'ici est décrit et revendiqué dans le brevet américain n 2.095.769 du 12 octobre 1937. La présente invention est un perfectionnement de celle décrite dans ce brevet.
L'invention ressortira clairement de la description de plusieurs formes d'exécution. donnée ci-après avec référence au dessin annexé, dans lequel s
La figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe. d'un ignitron utilisant un igniteur conforme aux principes de l'invention.
La figure 2 est une vue détaillée en coupe longitudinale de la forme d'un igniteur suivant l'invention. et
La figure 3 est une vue de face. schématique, partiellement en coupe, d'un appareil utilisé pour la fabrication des igniteurs conformes à l'invention.
Comme le dessin le montre, un ignitron comprend une enveloppe hermétique 1 contenant une anode 2 de type classique scellée dans la partie supérieure de la paroi, et contenant, dans sa partie inférieure, un bain de mercure 3 avec un fil d'amenée 4 scellé et traversant la paroi du tube. Un igniteur 5. représenté plus en détail à la figure 2. est fixé à un fil d'amenée de courant 6 scellé dans la paroi de l'enveloppe 1, dont l'extrémité inférieure plonge sous la surface du mercure 2.
L'igniteur 5, comme la figure 2 le montre plus en détail, comprend une âme 7 constituée par un conducteur réfractaire, comme du tantale ou du tungstène, dont la partie proche du mercure 2 est recouverte d'une couche 8 de bore. ou de carbure de bore, ou un mélange de ces deux matières, ou d'une ou deux de ces matières avec du nitrure de bore. ou autres matières semi-conductrices semblables. Ce revêtement peut être appliqué de la manière décrite ci-après, par dépôt de réactifs à l'état gazeux.
Comme la figure 3 le montre, un filament replié 11 ayant, de préférence. un diamètre compris entre 0.020 et 0.050 pouce (0.5 à 1.25 mm) et de type couramment utilisé, est soudé par point à une paire de gros fils d'amenée 12. 13 scellés dans un bouchon en verre qui s'adapte par un joint sphérique poli 14 sur le col 15 d'une ampoule en verre 16.
Un tuyau 17 relie le fond de l'ampoule 16 à une chambre de mélange 18 reliée elle-même
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par un tube 19 à une source de chlorure ou de bromure de bore puro La cham- bre 18 est aussi raccordée par un tube 21 à une source d'hydrogène pur, par un tube 22 à une source d'azote pur et par un tube 23 à une source de toluène puro Des robinets et mesureurs de débit convenables (non représentés) de type classique sont placés dans les tuyaux-19 à 23, de manière à pouvoir régler de façon voulue les débits des différents gazo
Une source de courant de chauffage qui peut comprendre un transformateur à tension variable 25.est connectée aux fils d'amenée 12, 13,
de manière à porter le filament 11 à toute température vouluer Un tuyau d'échappement 26. communiquant avec l'ampoule 16. aboutit à une hotte (non représentée)
Quand l'air a été remplacé, dans l'ampoule 16, par de l'hydro- gène ou un autre gaz non oxydant, le filament 11 est chauffé à une température qui est fonction du revêtement qu'on désire déposero Dans le cas d'un revêtement de bore ou de bore et de carbure de bore, la température néces- s aire, au début de l'opération de revêtement, est comprise entre 1400 C et 1500 C;
quand il s'agit d'un mélange de bore et de nitrure de bore, la tem- pérature initiale est comprise entre 1770 C et 1820 C, et il en est de même pour un mélange de bore. de carbure de bore et de nitrure de bore.
On laisse entrer dans l'ampoule mélangeuse 18. à raison d'en- viron 0.3 litre par minute, de la vapeur de chlorure de bore qui s'y mélange avec d'autres gaz présents en quantités fonction de la nature du revêtement 8 à obtenir sur le filament 11. comme les exemples suivants le montrent., EXEMPLE I.
Un revêtement de bore est obtenu, en laissant entrer, dans l'ampoule mélangeuse 18, de l'hydrogène à raison de 1 à 3 litres par minute, et les gaz mélangés viennent en contact avec le filament 11 porté initialement à une température comprise entre 1400 C et 1500 Ca Le bore se dépose sur la base de tantale constituée par le filament 11, sous la forme d'un revêtement solide adhérant 8. On maintient approximativement le même passage de courant dans le filament, jusqu'à obtention d'une couche épaisse d'au moins 0.035 pouce (0.9 mm)o On coupe ensuite le courant et on arrête le débit de chlorure de bore dès que le filament atteint une température inférieure au rougeo Si on désire un revêtement plus épais, au contraire, on peut maintenir le passage du courant plus longtemps.
L'expérience montre qu'une épaisseur de 0.035 à 0.040 pouce (0.9 à 1 mm). convient pour la plupart des électrodes ; des épaisseurs plus faibles sont cependant satisfaisanteso
La température du filament, chauffé à wattage constant, diminue quand l'épaisseur du revêtement augmente ; néanmoins le procédé ci-dessus donne des revêtements résistants et sa.tisfaisantso Si la température de départ est supérieure à 1500 C. l'âme semble se fissurer et le filament ne convient pas pour un igniteuro EXEMPLE II.-
Cet exemple concerne un mélange de bore et de nitrure de bore.
Un mélange comprenant un débit de 0.3 litre par minute de chlorure de bore. d'un litre par minute d'hydrogène et d'au moins un litre par minute d'azote, est envoyé de l'ampoule mélangeuse 18 dans l'ampoule de réaction 16 et sur le filament 11 porté initialement à une température comprise entre 1770 C et 1820 C Le courant de chauffage est maintenu à une valeur constante jusqu'à ce que le revêtement ait l'épaisseur voulue, épaisseur qui doit être au moins de 0.035 pouce (0,9 mm) pour donner à l'igniteur une durée de vie satisfaisante. Le revêtement obtenu consiste en un mélange de bore et de nitrure de bore.
Quand l'épaisseur correcte est atteinte (un traitement de trente minutes environ s'est avéré correct pour des igniteurs). on coupe les débits de chlorure de bore et d'hydrogène, l'azote continuant à être envoyé sur le filament maintenu à une température entre 1300 C et 1350 C.
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Cette cuisson ou revenu à l'azote. sous un débit d'un litre par minute. est maintenue pendant trente minutes. Le revêtement consiste en de gros cristaux de bore mélangés à du nitrure de bore amorphe. et donne d'excel- lents igniteurs. La résistance à froid de revêtements de ce genre est com- prise entre 1. 000 et 10.000 ohms.
EXEMPLE III.-
Cet exemple concerne un revêtement de bore et de carbure de bore. Le procédé est semblable à celui de l'exemple I. sauf qu'on y ajoute de la vapeur de toluène, sous un débit de 2 à 10 millilitres par minute.
Plus le débit de toluène est grand, plus la résistance du revêtement est faible. Les revêtements appartenant à l'extrémité supérieure de la gamme en question ont une résistance trop faible pour faire de bons igniteurs. dans la plupart des cas, à cause de leur trop faible résistance à froid.
A d'autres points de vue cependant, cela n'a pas d'effet apparent sur le rendement des igniteurs. La température initiale de dépôt doit être comprise entre 14000C et 1500 C.
EXEMPLE IV.-
Cet exemple concerne un mélange de bore, de carbure de bore et de nitrure de bore. Le procédé est semblable à celui de l'exemple 2. sauf que le gaz est amené à raison de 0,3 litre par minute de chlorure de bore, 1 litre par minute d'hydrogène, 1 litre par minute d'azote et de 2 à 10 millilitres par minute de vapeur de toluène. La résistance du revêtement est diminuée quand le débit de toluène est plus grand, et elle est même-trop faible pour la plupart des igniteurs à l'extrémité supérieure de la gamme donnée.
La température initiale de dépôt est comprise entre 1700 C et 1820 C et l'opération continue jusqu'à obtention d'une épaisseur de revêtement d'environ 0.035 pouce (0,9 mm). Après que l'épaisseur voulue est atteinte, on coupe les arrivées de chlorure de bore, d'hydrogène et de toluène et le traitement thermique continue dans une atmosphère d'azote, pendant 30 minutes encore, à environ 1350 C.
Après dépôt du revêtement d'épaisseur voulue, on sépare les parties droites du filament 11 de la partie courbe. La section d'âme mise à nue est ensuite recouve rte d'une matière isolante, comme un ciment ou du verre fondu. Quand l'igniteur est monté dans un ignitron, la surface de mercure recouvre le revêtement au bore. bien au-dessus de la pointe isolée.
Quoique l'agent de réaction décrit soit le chlorure de bore. il peut être remplacé par du bromure de bore avec des résultats satisfaisants. De même l'azote peut être remplacé par de l'ammoniac anhydre, quoiqu'il y ait en pratique un certain inconvénient à cela, parce que le chlorure de bore et l'ammoniac forment un composé solide qui peut boucher les petits orifices de la tuyauterie.
De même, quoique le tantale ait été considéré comme la meilleure matière pour le filament base 11, on peut, en variante, utiliser du molybdène, du tungstène, du carbone, du carbure de bore ou d'autres matières à haut point de fusion et bonne conductibilité électrique. La résistance à froid des igniteurs peut être ajustée en réglant le pourcentage de vapeur d'hydrocarbure dans le débit de gaz. Les caractéristiques de fonctionnement des igniteurs à leur température de travail comprise entre 500 C et 600 C peuvent être mises au point de même, en réglant la température de dépot et le débit d'azote. Il est bon que les igniteurs aient, à leur température de travail, une résistance minimum d'environ 10 ohms entre l'âme et la surface extérieure du revêtement.
Les exemples précédents donnent des débits de gaz correspondant à un débit de chlorure de bore de 0.3 litre par minute. On peut uti-
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liser les mêmes proportions relatives pour d'autres débits de chlorure de bore. quoique 11 ait été constaté qu'avec des débits de chlorure de bore inférieurs à 0.3 litre par minutea les résultats sont généralement moins bons.
Le bore même convient remarquablement bien pour un coefficient de température extrêmement négatif de la résistance électrique; une chute de résistance de 8000000 ohms à 27 C à 40 ohms à 600 C a été constatée, par exemple. La résistance à froid et le coefficient de température du bore di- minuent rapidement quand il se combine au carbone ; la teneur en carbone est élevée, plus la résistance est faible. D'autre part, le nitrure de bore a aussi une résistance élevée à froid, et maintient celle-ci jusqu'à 2000 .
Le mélange de nitrure de bore aux cristaux de bore suivant les procédés des exemples II et IV. fait augmenter la résistance à la température de travail (c'est-à-dire entre 5000C et 600 C) des igniteurs. et on peut régler la résistance à la température de travail de ces igniteurs, en réglant la température de dépôt et le débit d'azoteo De même. le réglage du débit de toluène ou d'autres hydrocarbures permet de régler le contnu en carbone et. par conséquent,. la résistance à froid, On peut obtenir ainsi les caractéristiques électriques de travail voulues pour les igniteurs.
Pour faire ressortir clairement l'inventions le tableau suivant donne une marche type de dépôt suivant le procédé de l'exemple I.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Temps <SEP> de <SEP> Tempo <SEP> Epaisseur <SEP> du <SEP> revê- <SEP> Volume <SEP> de <SEP> revêtement
<tb> réaction <SEP> C <SEP> tement <SEP> en <SEP> pouces <SEP> en <SEP> mm3
<tb> en <SEP> pouces <SEP> mm <SEP> cubes <SEP> par <SEP> par <SEP> mm
<tb> minutes <SEP> pouce <SEP> de <SEP> de <SEP> lonlongueur <SEP> gueur
<tb> 0 <SEP> 1540 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 5 <SEP> 1300 <SEP> 0.0120 <SEP> 0.32 <SEP> 1.4 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 9.0
<tb> 10 <SEP> 1230 <SEP> 0.0145 <SEP> 0.37 <SEP> 1.8 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 11.6
<tb> 15 <SEP> 1190 <SEP> 0.0235 <SEP> 0.6 <SEP> 2.7 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 17.4
<tb> 20 <SEP> 1150 <SEP> 0.0280 <SEP> 0.71 <SEP> 2.8 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 18.1
<tb> 25 <SEP> 1130 <SEP> 0.0300 <SEP> 0.77 <SEP> 2.9 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 18.7
<tb>
Les ignitrons de l'Invention s'avèrent exiger beaucoup moins d'énergie d'igniteur que les
ignitrons à anciens igniteurs courants. A titre d'exemples les igniteurs à revêtement de bore fabriqués comme décrit ci-dessus ont des pointes de courant d'igniteur de 1.5 ampère à 150 volts, alors que les igniteurs ordinaires demandent, pour une opération semblable, des pointes de 12 ampères à 150 volts.
REVENDICATIONS.
1.- Igniteur de dispositifs à décharge électrique dans une atmosphère de vapeur;, comprenant une âme en matière conductrice recouverte d'un revêtement, caractérisé en ce que ce revêtement consiste en bore et/ou carbure de bore auquel on a mélangé du nitrure de bore finement divisé.