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La présente invention se rapporte à des pellicules conductrices de l'électricité et plus particulièrement à des perfectionnements apportés à des articles conducteurs de l'électricité et à leurs procèdes de fabrication.
On place couramment des pellicules conductrices de l'électricité sur des glaces de véhicules, des fenêtres d'instruments, des lentilles et pour d'autres usages;, de manière à ce que les surfaces ou articles puissent être chauffés dans le but de réduire les effets de la buée ou du givre. Pour de nombreuses applications, l'expérience a montré que la résistivité électrique de la pellicule conductrice de l'électricité dpit être inférieure à 100 ohms par carré et de préférence non supérieure à 150 ohms par carré, afin de produire l'effet de chauffage approprié sans voltages excessifs. Pour satisfaire à ces exigences, il est évidemment franchement souhaitable de pouvoir régler la résistivité de la pellicule dans certaines limites, afin de pouvoir adapter la pellicule à des usages différents et variés.
Au surplus, il convient que les pellicules conductrices de l'électricité soient dures, durables et fortement adhérentes aux surfaces de verre. D'autre part, dans le cas où on les utilise dans des applications optiques, il convient que les pellicules conductrices soient très transparentes et exemptes d'imperfections et de distorsions.
Un objet majeur de l'invention est donc d'apporter une pellicule conductrice de l'électricité qui est dure et durable.
Un autre objet de l'invention est d'apporter un procédé pour changer les caractéristiques de résistivité d'une pellicule conductrice de l'électricité.
Un autre objet de l'invention est encore d'apporter un procédé pour augmenter la transmission de lumière d'un article conducteur de l'électricité après que la pellicule conductrice de l'électricité a été appliquée dessus.
Dans les dessins d'accompagnement la figure 1 est une vue schématique montrant un article conducteur de l'électricité portant une pellicule conductrice de l'électricité selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe de l'article prise suivant la ligne 2 - 2 de la figure 1, montrant les enduits respectifs qui comprennent la pellicule conductrice de l'électricité.
Suivant la présente invention, on apporte un procédé de préparation d'un article conducteur de l'électricité qui consiste à déposer une couche adhésive sur un corps ayant une surface continue lisse, à déposer sur cette couche adhésive une pellicule d'un métal choisi dans le groupe consistant en de l'or, de l'argent, du cuivre, du fer et du nickel, à déposer une seconde couche adhésive en contact avec la pellicule de métal, à déposer une seconde pellicule métallique consistant en du chrome, du
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nickel ou un alliage de ceux-ci en contact avec la seconde côuohë'.'adhésie, 00.: à' ottirei ènsui te:::Oèt ; arti cIe a'june ,tetapératare.e-- 6;Levée.
L'invention apporte en outre un article conducteur de l'électricité qui comporte un corps de support ayant une surface continue lisse, une couche adhésive déposée sur ce corps de support, une pellicule continue de métal choisi dans le groupe consistant en de l'or, de l'argent, du cuivre, du fer et du nickel, sur cette couche adhésive, une seconde couche adhésive en contact avec la pellicule métallique, et une seconde pelli-
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cule métallique consistant en du chrome.
du nickel ou un alliage de ceuxci, déposée en contact avec la seconde couche adhésiveo
Se rapportant maintenant aux dessins d'accompagnement, on montre dans la figure 1 un article conducteur de l'électricité, 10, qui comporte un corps de support 11 en verre, en matière plastique, etc., une pellicule conductrice de l'électricité 12 sur une surface de celui-ci et des électrodes 13 qui distribuent de l'énergie à la pellicule conductrice de l'électricité.
Plus particulièrement, la pellicule conductrice comprend, successivement, une couche adhésive 14 en contact avec le support 10, une couche d'or, de nickel, de cuivre, d'argent ou de fer 15, une seconde couche adhésive 16, une couche de chrome ou de matière similaire 17 et, si on le désire, une couche protectrice 18 telle que du quartz, de l'oxyde d'aluminium, du fluorure de magnésium, etco
La couche adhésive 14 est de préférence un composé métallique tel qu'un oxyde métallique, un sulfure métallique, un sulfate métallique, ou un composé métallique similaire. Parmi ces composés, les oxydes métalliques sont typiques; ils adhèrent par des forces moléculaires à la surface lisse de verre ou autres surfaces siliceuses, et ils interviennent aussi, par une forte adhérence moléculaire, pour tenir la pellicule métallique.
Pour avoir les meilleurs résultats, les oxydes métalliques adhésifs sont des oxydes de plomb, argent, aluminium, magnésium, nickel, zinc, thorium et autres oxydes métalliques des terres rarps, et des oxydes de cadmium, antimoine, bismuth, mercure, cuivre, or, platine, palladium et autres oxydes de métaux lourds, lesquels adhèrent fortement aux surfaces siliceuses vitreuses et aux métaux cités plus haut.
Les couches adhésives de composé métallique 14 sont de préférence très minces,ayant seulement quelques molécules d'épaisseur et étant invisibles ou autrement décelables sauf par le fait qu'elles permettent la formation des articles fortement adhérents décrits icio On a trouvé que l'épaisseur de couche nécessaire pour développer des forces adhésives et pour présenter une surface en vue d'y former une couche métallique continue en dépôt n'a besoin d'avoir que quelques molécules d'épaisseur et, sous cette forme, leur présence sur le verre peut ne pas être décelable par des effets optiques quelconqueso
Ces couches adhésives ou enduits peuvent être déposés sur le corps de support par vaporisation thermique directe,
ou bien un métal non oxydé tout d'abord déposé sur le corps de support par vaporisation thermique peut être oxydé pour former un oxyde métalliqueo Une autre manière de produire les couches d'oxyde métallique est d'appliquer tout d'abord un mince enduit sur le corps de support par projection d'un métal dans un vide résiduel qui comporte en partie de l'oxygène, de façon à ce que le métal se combine à l'oxygène demeurant dans l'air pour former un oxyde lorsqu'il est déposé sur le verreo
Après que la couche adhésive 14 a été placée sur le corps de support 11, la couche métallique conductrice de l'électricité 15 est déposée en une épaisseur d'au moins 4 ou 5 molécules par dessus la couche adhésive.
De préférence, la couche conductrice est déposée par vaporisation thermique de manière à pouvoir former un enduit extrêmement uniforme, étant donné que de légères variations d'épaisseur conduiront à des surfaces à conductivité électrique variable et, par conséquent, il y aura développement de points chauds ou d'aires à caractéristique de chauffage inégal sur les portions plus épaisses de la coucheo
Par l'emploi des procédés de vaporisation thermique pour déposer la couche conductrice de l'électricité 15, on dépose une molécule sur l'au-
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tre de manière à former une surface lisse sur la couche adhésive.
La couche adhésive, sur la surface du corps de support, réduit la possibilité d'une réaction chimique ou d'un enchevêtrement se produisant entre la matière du corps de support et le métal de la couche conductrice de l'électricité, et on verra que l'on obtient une couche adhésive extrêmement efficace en raison des forces moléculaires inhérentes d'attraction qui existent entre les matières respectives.
Suivant la présente invention, après que la couche conductrice de l'électricité 15 a été placée sur le corps de support en contact avec la coucheadhésive 14, on dépose une seconde couche adhésive ou enduit 16, de préférence d'un oxyde métallique, généralement d'au moins une 1/2 molécule d'épaisseur, qui peut consister en une couche d'oxyde de fer, etc.
On place alors une couche de chrome 17, généralement de 4à 5 molécules d'épaisseur ou plus, sur la couche d'oxyde métallique 16. On peut la déposer par vaporisation thermique ou par d'autres procédés appropriés.
Si on le désire, on peut placer alors une couche protectrice 18 de quartz, d'oxyde d'aluminium, de fluorure de magnésium ou d'une autre matière convenable sur la couche de chrome.
Des électrodes ou "bus bars" 13, représentées dans la figure 1, peuvent alors être placées sur une paire de portions de bord marginales opposées du corps de support 11, en contact avec la pellicule conductrice de l'électricité. Ces électrodes peuvent être en un certain nombre de ma- tières différentes et on peut les appliquer avant placement de la couche
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Comme exemples de matières appropriées pour les électrodes ou bus bars, celles en cuivre pulvérisé, en alliages de cuivre pulvérisé, des fondants cuits d'or, d'argent, de platine, et des combinaisons de ces matières, ont tous été utilisés avec satisfaction.
Or, on a trouvé, suivant la présente invention, que les caractéristiques de résistivité de la pellicule conductrice de l'électricité 12 peuvent être changées en cuisant la pellicule à des températures élevées.
Spécifiquement, on a trouvé que, par cuisson dela pellicule à des températures élevées, la résistivité de la pellicule diminue progressivement, entre certaines limites, en fonction de la longueur du temps de cuisson. On suppose que ce changement dans la résistivité est occasionné par la croissance des cristaux de la couche métallique conductrice de l'électricité 15 aux hautes températures, laquelle a pour effet de les dilater et de produire un meilleur contact électrique entre eux, ce qui conduit à une augmentation de la conductivité ou, en d'autres termes, à une diminution de la résistivité.
La température à laquelle le changement de résistivité commence
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à se produire s'est avérée être au voisinage de 26"O C comme limite infé- rieure. Toutefois, la température ne doit pas dépasser une température à laquelle les cristaux tendent à se former dans des plans différents, étant donné que cet effet cause apparemment un chevauchement des cristaux les uns sur les autres, rompant ainsi la continuité électrique dans certaines aires et réduisant ou détruisant la conductivité de la couche conductrice 15.
Généralement, cette cristallisation chevauchante se produit lorsque la pellicule est cuîte à des températures en général supérieures à 329,4 C; toutefois il est apparent que, tant la limite supérieure que la limite inférieure peuvent varier suivant la nature de la couche métallique conductrice de l'électricité 15 utilisée.
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Comme seconde particularité de l'invention, on a trouvé que la pellicule conductrice de l'électricité 12 est considérablement plus dure et plus durable que les pellicules conductrices de l'électricité antérieures.
On croit que ceci est dû à un effet de migration qui se produit entre la couche de chrome 17 et la couche conductrice métallique 15 durant le processus de cuisson, migration définie comme étant l'affinité des molécules d'une matière pour s'allier à celles d'une autre matière.
En principe, on suppose que les molécules de chrome et les molécules de la couche métallique 15 émigrent les unes vers les autres et s'enchevêtrent, ceci ayant pour effet que la pellicule devient plus robuste et plus serrée, et plus dure aussi. L'effet de migration est réglé par la couche adhésive 16 entre les couches respectives, laquelle offre une certaine résistance à l'écoulement des molécules les unes vers les autres.
Bien que le chrome ait en fait un certain effet sur les caractéristiques de résistance de la pellicule, il est à signaler que cet effet n'est pas substantiel puisque la quantité de chrome admise à émigrer est relativement petite comparativement à l'épaisseur de la couche métallique conductri- ce de l'électricité 15 qui est à basse résistivité.
Il est supposé également qu'un effet de migration se produit entre la couche de chrome 17 et la couche protectrice 18 et qu'ainsi la couche de chrome assiste l'ancrage de la couche protectrice. Comme conséquence de l'effet de migration entre la couche de chrome et la couche métallique conductrice 15, et entre la couche de chrome et la couche protectrice 18, semblant conduire à un enchevêtrement des molécules des ma- nières respectives, il se forme une croûte dure sur la pellicule, laquelle ne se déforme pas ou ne se défléchit pas aisément comme c'était souvent le cas dans les pellicules d'autrefois; ainsi, la pellicule ne se craquèle pas ou ne pèle pas aisément, ce qui la rend plus dure et plus durable.
Comme autre particularité de l'invention, on a trouvé que la transmission de lumière de l'article augmente généralement après cuisson pendant un certain temps au-dessus de 176,6 C. Cet effet est plus prononcé aux températures supérieures à 260 C et on a trouvé qu'en général l'augmentation en transmission de lumière est de 4 à 10 %, résultat très appréciable et favorable, étant donné qu'il est en général important d'avoir un maximum de transmission de lumière.
A titre explicatif et pour mieux détailler les particularités de l'invention, on donne ci-dessous un certain nombre d'exemples. On notera que les résistances électriques, mentionnées dans tout le texte et dans les exemples à suivre, sont données en ohms par surface carrée;ainsi, lorsqu'une pellicule a une résistivité de 100 ohms par surface carrée, elle possède cette résistivité sans qu'il y ait lieu de tenir compte s'il s'agit d'un pouce carré ou d'un pied carré.
Exemple 1.
Un corps de support, substantiellement carré, est enduit successivement avec une couche d'oxyde de fer d'environ 1 molécule d'épaisseur placée au contact du corps de support, une couche d'or d'environ 9 molécules d'épaisseur, une seconde couche d'oxyde de fer d'environ 1 molécule d'épaisseur, une couche de chrome d'environ 11,3 molécules d'épaisseur, et une couche de quartz d'environ un quart de longueur d'onde d'épaisseur.
On place alors des bus bars en contact avec la pellicule conductrice de l'électricité sur des surfaces où le quartz et le chrome ont été masqués de la couche d'or. L'article ainsi produit est tout à fait mou après qu'il a été enduit, et, une gomme à effacer, passée avec une pression modérée, marque et enlève facilement la pellicule conductrice de l'électrici-
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té.
On constate, après contrôle, que la résistivité de la pellicule conductrice entre les bus bars est de 36,0 ohms par carréo On place alors l'article dans un four et on le ouït pendant trois heures à 287,7 C, après quoi on l'enlève et l'on trouve que la résistivité de la pellicule conductrice de l'électricité est de 29,6 ohms par carrée On place alorsl'article dans le four pendant une nouvelle période de trois heures et on le cuit à 287,7 C; après cette cuisson on constate que la résistivité est de 27,1 ohms par carré. L'article est de nouveau placé dans le four et cuit pendant trois heures à 287,7 C, et l'on note que la résistivité est de 25,2 ohms par carré.
On contrôle alors la dureté de l'article et on trouve que la gomme à effacer utilisée précédemment ne produit pas la moindre déforma- tion ou griffe sur la pellicule conductrice de l'électricité en augmentant la pression.
L'article ainsi enduit possède une transmission de lumière de 63 % avant cuisson, et une transmission de lumière de 70 % après cuisson.
Exemple 2.
On enduit un support siliceux vitreux, de forme substantiellement carrée, de la même manière sensiblement que dans l'exemple 1, si ce n'est que la couche de chrome a approximativement 7 molécules d'épaisseur. La résistivité de la pellicule conductrice de l'électricité en ce moment s'avère être de 52,8 ohms par carré. On place alors 1 article dans un four et on le cuit pendant deux heures à 287,7 C, et l'on trouve que la résistivité est de 56,4 ohms par carré. Après une nouvelle heure de cuisson à 287,7 C, la résistivité est de 43,3 ohms par carré; après de nouvel une heure de cuisson, la résistivité est de 40,0 ohms par carré ; une nouvelle heure encore, la résistivité est de 34,4 ohms par carré et, après huit nouvelles heures, la résistivité est de'34,4 ohms par carré.
L'enduit ainsi produit est extrêmement dur et durable, et la gomme à effacer utilisée plus haut dans l'exemple 1 ne déforme pas ou ne griffe pas l'enduit. La transmission de lumière de l'article est de 64 % avant cuisson et de 71% après cuisson.
Exemple 3.
On enduit un corps de support en verre substantiellement carré comme dans les exemples 1 et 2-, sauf que la couche de chrome a une épaisseur approximative de 5 molécules. Avant cuisson, l'enduit conducteur de l'électricité a une résistivite de 47,0 ohms par carré et une transmission de lumière de 62 %.
On cuit alors l'article pendant une heure à 287,7 C, et l'on trouve qu'il possède .une résistivité de 41,5 ohms par carré. On cuit alors l'article à 315,5 C pendant deux heures, après quoi on constate qu'il a une résistivité de 40,5 ohms par carré et une transmission de lumière de 68 %.
La pellicule conductrice de l'électricité est extrêmement dure et, alors qu'un ruban d'acier déforme aisément la pellicule avant cuisson,il ne le fait plus après cuisson.
Exemple 4.
Un article est produit de la même manière que l'article dans l'exemple 3. Avant cuisson, la résistivité est de 37,5 ohms par carré et la transmission de lumière est approximativement de 64 %. Après chacune des cuissons successives de 45 minutes à 260 C, les résistivités respectives sont de 34,5 ohms par carré, 31,5 ohms par'carré, 29,0 ohms par carré et de 29,0 ohms par carré. La transmission de lumière après les quatre
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cuissons est de 72 %. La pellicule est très dure et ni le frottement avec une gomme comme dans l'exemple 1, ni le trainage du ruban d'acier au travers de la pellicule ne produisent de déformation ou de griffures.
Exemple 5.
Un article est enduit de la même manière que dans l'exemple 3.
Avant cuisson, la résistivité est de 31 ohms par carré avec une transmission de lumière de 63 %. Après cuisson durant 45 minutes à 329,4 C, la résistivité est de 30 ohms par carré, après une seconde période de cuisson de 45 minutes à 298,8 C la résistivité est de 28 ohms par carré, et, après une troisième période de cuisson de 45 minutes, la résistivité est toujours de 28 ohms par carré. La transmission de lumière après cuisson est de 70 %.
Exemple 6.
Un corps de support plat en verre est enduit comme dans l'exemple 1. L'article avant cuisson a une résistivité de 35 ohms par carré.
On le cuit alors pendant 45 minutes à 337,7 C et il a alors une résistivité dé 45:ohms par carré Après de nouveau 45 minutes de cuisson à 357,7 C,la-résistivité est de 60 ohms par carré et, après une troisième période de cuisson de 45 minutes à la même température, la résistivité est de 90 ohms par carré. L'augmentation en résistivité est apparemment causée par un effet de cristallisation qui provoque la formation de cristaux individuels et leur chevauchement les uns sur les autres, rompant ainsi la continuité électrique entre les cristaux.
Exemple 7.
On enduit un article avec des couches semblables à celles de l'exemple 1; il a une résistivité de 33,5 ohms par carré avant cuisson et une transmission de lumière de 63 %. On cuit alors l'article pendant 3 heures à 240 C et il a alors une résistivité de 33,1 ohms par carré. Après deux cuissons supplémentaires successives de 3 heures à 240 C, la résistivité continue à être de 33,0 ohms par carré et la transmission de lumière est de 66 %. La résistivité par conséquent ne tombe pas par paliers comme c'était le cas lorsque l'article était cuît au-dessus de 2600C environ, bien qu'il y ait augmentation de la transmission de lumière.
Exemple 8.
On enduit un article de couches semblables à celles de l'exemple 1; il a une résistivité de 35,1 ohms par carré avant cuisson et une transmission de lumière de 63 %. On cuit alors l'article pendant 4 heures à 176,6 C. Après cette cuisson, la résistivité de la pellicule demeure substantiellement à 35 ohms par carré; toutefois, la transmission de lumière de l'article augmente à 66 % Après une seconde cuisson de 45 minutes, la transmission de lumière et la résistivité de l'article demeurent substantiellement les mêmes.
Exemple 9.
On prépare un article substantiellement de la même manière que dans l'exemple 3. Avant cuisson, la résistivité est de 37,2 ohms par carré et la transmission de lumière est approximativement de 67 %. Après cuisson, durant 2 heures à 176,6 C, la transmission de lumière augmente jusqu'à 64 %, tandis que la résistivité de l'article demeure la même.
Dans les exemples ci-dessus, il ressort aisément que les caractéristiques de résistivité de la pellicule conductrice de l'électricité peuvent être contrôlées par cuisson de la pellicule de manière à ce que les cristauxcdella nellioule croissent et produisent un meilleur contact entre
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eux et diminuent ainsi la résistivité. Comme on peut le voir par les exemples, la résistivité diminue approximativement de 2 à 5 ohms par carré pendant plusieurs périodes de cuisson d'environ 45 minutes ou plus à des températures supérieures à environ 260 C et inférieures à environ 329,4 C.
En outre, on notera aussi que la pellicule conductrice de l'électricité a des caractéristiques de dureté et de durabilité vraiment excellentes après qu'elle a été soumise au traitement de cuissono Ces particularités sont très recherchées du point de vue des usages militaires et civils où, à cause des particules abrasives dans l'air ou à cause des caractéristiques abrasives des chiffons à frotter utilisés par le personnel d'entretien, les pellicules conductrices de l'électricité sur les parebrise ou les instruments sont déforméesou griffées très facilement. Il convient aussi de noter que la transmission de lumière de l'article augmente après cuisson aux hautes températures généralement nécessaires.
Il est évident aussi que, bien que l'on ait utilisé du chrome dans les exemples, on peut utiliser aussi les divers métaux équivalents tels que le nickel ou les alliages de chrome ou de nickel. En outre, bien que l'or ait été utilisé comme couche métallique conductrice de l'électricité, on peut utiliser les autres métaux énumérés précédemment, comme l'argent et le cuivre en particulier, avec le chrome et métaux similaires pour produire les résultats de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication d'un article conducteur de l'électricité, caractérisé en ce que l'on dépose une couche adhésive sur un corps ayant une surface continue lisse, en ce que l'on dépose sur cette couche adhésive une pellicule d'un métal choisi dans le groupe consistant en de l'or, de l'argent, du cuivre, du fer et du nickel, en ce que l'on dépose une seconde couche adhésive en contact avec la-pellicule de métal, en ce que l'on dépose une seconde pellicule métallique consistant en du chrome, du nickel ou un alliage de ceux-ci, en contact avec la seconde couche adhésive, et en ce que l'on cuît ensuite cet article à une température élevée.