Procédé d'amincissement de fils en matière conductrice. La présente invention concerne un pro cédé d'amincissement de fils (de section circu laire, rectangulaire, etc.), en matière conclue- trice, ce procédé consistant en un mordan- Sage de la matière conductrice dans un gaz ou une vapeur à faible pression. Dans la suite du mémoire, cette vapeur ou ce gaz seront appelés gaz de mordançage .
Des traitements mécaniques (tréfilage) permettent de fabriquer des fils conducteurs, en tungstène par exemple, d'une épaisseur de 7 p environ. Le procédé de volatilisation ca thodique dans lequel le fil est, soumis à un bombardement ionique permet d'obtenir des fils plus minces encore; mais l'application de ce procédé suscite des difficultés d'ordre pra tique.
II est aussi connu de fabriquer de minces fils de platine suivant le procédé dit de Wol- laston, procédé dans lequel un fil de platine est recouvert d'une gaine d'argent, l'ensemble constitué par le fil et la gaine est laminé et, la gaine est finalement enlevée par voie chi mique. Ce procédé présente l'inconvénient. que le fil étiré est difficile à manipuler. Aussi, est-il préférable d'utiliser un procédé qui per mette de réduire le diamètre du fil après le montage de ce dernier.
Le mordançage permet d'obtenir ce résul tat. Il est connu de soumettre pendant un cer tain temps un fil de tungstène, d'un diamètre de 50 li, voire moins, à l'effet d'un mordant très actif (voir brevet allemand N 432876). Ce procédé permet de ramener le diamètre du fil à 5' u environ, mais il n'est pas possible d'obtenir des fils plus minces, car pendant. le mordançage ils sont soumis à des efforts assez considérables. On peut éviter ces efforts en effectuant le mordançage dans un gaz ou dans une vapeur à faible pression.
Il est connu de porter au rouge incandescent un fil de tungs tène dans de la vapeur de phosphore à faible pression en faisant traverser le fil par un courant électrique, à la, périphérie du fil les atomes de tungstène se combinent alors avec le phosphore, ce qui entraîne une diminution du diamètre du fil.
L'invention constitue un perfectionnement de ce dernier procédé. On a constaté que l'ap plication du procédé spécifié ci-dessus ne per met pas de réduire le diamètre du fil à moins de 5 ji. Un mordançage plus poussé provoque la rupture du fil.
L'invention fournit un moyen d'obtenir des fils d'un diamètre infé rieur à ;<I>a</I>; elle est basée sur l'idée que, dans le procédé connu de mordançage dans le gaz ou la vapeur à faible pression, la rupture du fil est provoquée par le phénomène suivant Lorsque, par suite de circonstances acci dentelles, le fil est plus fortement mordancé en un point qu'en un autre, la résistance en ce point augmente, de sorte que la tempéra ture croît. A la température assez faible utili sée jusqu'à présent, cet accroissement de tem pérature accélère le mordançage, de sorte qu'à l'endroit considéré, le fil devient encore plus mince, ce qui entraîne un nouvel accroisse ment de la température, etc., jusqu'à la rup ture du fil.
L'invention est basée sur le fait qu'il existe une zone de températures élevées dans laquelle ce phénomène ne se produit pas, parce que dans cette zone le coefficient de température du mordançage est négatif, de sorte que, lorsque la température augmente, le mordançage devient moins rapide.
Aussi, suivant l'invention, le mordançage s'effectue-t-il toujours à une température pour laquelle le coefficient de température du mordançage est au plus égal à zéro (coeffi cient nul ou négatif).
L'existence d'un coefficient de tempéra ture négatif du mordançage peut être expli quée de la manière suivante: Aux temperatures élevées les chocs des molécules du gaz de mor- dançage et du fil à mordancer ont un carac tère nettement élastique, de sorte que les molé cules de gaz ne sont à même de provoquer une combinaison avec les atomes du fil que pendant tus. temps très court. En pratique, la température pour laquelle le coefficient de température est nul. se trouve au voisinage de 1500 C.
C'est pourquoi le procédé conforme à l'invention est appliqué de préférence sur des fils en matière à point de fusion très élevé. Les indications qui suivent concernant la fa çon de mettre en aeuvre le procédé selon l'in vention ne sont données qu'à titre d'exemple.
Pour obtenir un mordancsage régulier du fil, il est désirable qu'en chaque point du fil à mordancer arrivent, par unité de temps, un même nombre de molécules. Ce résultat peut être obtenu en veillant à ce que la chance de choc entre une molécule disparaissant de la combinaison formée par la matière du fil et le gaz de mordançage et -Lu-le molécule du gaz de mordançage soit très faible;
ce choc pour rait, en effet, entraver l'arrivée de la molé cule du gaz de mordançage sur la surface du fil. Aussi, de préférence, la pression du gaz de mordançage sera-t-elle suffisamment faible pour que le parcours libre des molécules de gaz de mordançage soit au moins dix fois plus long que les dimensions du fil à mordancer. En pratique, la pression du gaz de mordan çage est, à cet effet, inférieure à 50 barges.
Pour empêcher les chocs entre les molé cules de la combinaison formée à, la surface du fil et les molécules de gaz de mordançage, il est, en outre, désirable que le parcours libre des molécules du gaz de mordançage soit. long par rapport aux dimensions de la cuve dans laquelle s'effectue le mordançage. Le rapport, par exemple, peut être 10:1. Cependant, il faut que cette cuve ne soit pas si étroite qu'elle puisse être le siège d'effets de capilla rité. A cet effet, il faut que sa forme soit telle que la pression soit uniforme en tous les en droits.
Il y a lieu de noter que la réaction entre un métal incandescent et un gaz a déjà été mentionnée dans les recherches effectuées par Langmuir (voir par exemple Journal of the American Chemical Society, 27 [1915] 1139).
De préférence, pendant le mordançage, la pression du gaz de mordançage sera mainte nue constante. Lorsque le vase dans lequel se déroule le procédé n'est pas suffisamment. grand pour que cette condition soit automati- quement satisfaite, il y a lieu d'ajouter du gaz pendant le mordançage. Ceci peut être obtenu, par exemple, en faisant communiquer le vase avec un second vase qui contient une matière dont le chauffage libère du gaz de mordançage. Lorsque le mordançage est effec tué à l'aide d'oxygène, par exemple, le second vase peut contenir du chlorate de potassium. Il suffit alors de régler le chauffage de ce chlo rate de potassium pour maintenir constante la pression.
Pour le mordançage de fils ou de rubans de tungstène ou de molybdène, on peut utili ser, comme gaz de mordançage, de l'oxygène ou de la vapeur d'eau. Pour le mordançage de fils de tungstène, il y a lieu de veiller à ce que le gaz de mordançage ne contienne pas de carbone, car la présence de ce dernier pour rait provoquer un notable accroissement de la résistivité clu tungstène. Pour le mordançage de fils de platine, le gaz de mordançage peut être du chlore, tandis que les fils de carbone sont, de préférence, mordancés dans l'oxy gène.
I1 y a lieu de noter que les extrémités du fil à mordancer sont plus fortement refroidies (lue le milieu. Lorsque le milieu du fil est porté à la température requise pour laquelle le coefficient. (le température du mordançage est négatif, il se peut que la. température des extrémités soit plus basse d'un montant tel qu'en ces endroits le coefficient de tempéra ture soit positif, de sorte que le fil se rompt à proximité des extrémités. Ce phénomène ne se manifeste pas lors du mordançage de fils métalliques, par exemple de fils de tungstène ou de molybdène, car ces matières constituent. de bons conducteurs de la chaleur, de sorte que le refroidissement des extrémités n'est pas très prononcé.
Par contre, lors du mordançage de fils de carbone, il se produit, en général, une rupture aux extrémités et ce parce que le carbone est mauvais conducteur de la chaleur. Aussi, pour fabriquer de très minces fils de carbone, procède-t-on, de préférence, par pa liers. On part. cl'un fil de longueur plus grande que celle requise et ce fil est d'abord mordancé ,jusqu'à ce qu'une rupture se pro duise aux extrémités.
Ensuite, on utilise la partie centrale et on la soumet à un second mordançage. Eventuellement, on petit procé der à un troisième mordançage.
four l'amincissement de fils de tungstène ou de molybdène, qui subissent le traitement de mordançage sans (lue le phénomène spéei- fié ne se manifeste, le diamètre obtenable est déterminé par les dimensions des cristaux. Il a été constaté que dans le cas d'un mordan çage trop poussé, le fil se rompt. à l'endroit. de jonction de deux cristaux. Pour obtenir de très minces fils, on peut procéder de deux manières. On peut. partir d'un fil qui ne com porte qu'un seul cristal.
A cet effet., le fil est soumis à un traitement préalable pendant. le quel il est d'abord recuit à. une température inférieure à la température de recristallisa tion (1800" C par exemple) et ensuite la tem pérature est lentement portée jusqu'à la tem pérature de recristallisation. (1n peut aussi s'efforcer d'obtenir une structure cristalline aussi fine (lue possible; dans ce cas, les jonctions sont toujours pon tées par d'autres cristaux. A cet effet, on applique un traitement, préalable par lequel le fil est rapidement porté à, la température de recristallisation (2500 C environ).
Le mordançage peut. être effectué sur le fil à l'état monté. Pour la. fabrication de lam pes à incandescence et d'objets analogues, le mordançage peut même être effectué dans l'ampoule qui contiendra le fil. Pour fabri quer des grilles de tubes électroniques, par exemple, on enroule d'abord des fils assez épais que l'on mordance par la suite. En outre, il existe des lampes à incandescence dont le filament est constitué par un conduc teur obtenu par tissage ou par tressage d'un certain nombre de fils minces. Ces filaments peuvent aussi être fabriqués eu partant de fils assez épais que l'on soumet. ensuite à un mor dançage poussé jusqu'au point où les fils ont. acquis le faible diamètre requis.
Les grilles et les filaments spécifiés peuvent être moi- dancés dans l'ampoule qui les contiendra..
De préférence, on chauffe le fil à la. tem- pérature requise à l'aide d'un courant élec trique. Dans ce cas, il est avantageux que la tension reste constante, ce qui peut être ob tenu, par exemple, par l'utilisation d'une résis tance auxiliaire très élevée; l'intensité du cou rant traversant le fil fournit alors une me sure du diamètre obtenu. Le fil peut aussi être chauffé par un champ électrique à haute fré quence.
Les procédés exposés ci-dessus sont très rapides. En général, il suffit de quelques mi nutes pour que le fil atteigne le diamètre requis. Cependant, la durée du procédé aug mente à mesure que la pression du gaz de mordançage est plus faible.
Des fils traités conformément. à l'invention peuvent être utilisés comme filaments dans de petites lampes à incandescence ou comme fils de suspension dans les torsiomèt.res. Les ther mocouples constituent un domaine d'applica tion particulièrement intéressant de l'inven tion. A cet effet, le fil de platine obtenu sui- vaut le procédé de Wollaston, peut être brasé à un fil de tungstène relativement épais; ce dernier peut ensuite être chauffé dans l'am poule du thermocouple contenant. de l'oxy gène, jusqu'au moment où le faible diamètre requis est obtenu.
Les deux filaments du ther- mocouple peuvent être obtenus par le procédé conforme à l'invention.
Des essais ont prouvé qu'un chauffage dans une atmosphère d'oxygène à une pres sion de 10 bayres permet de ramener le dia mètre d'un fil de 10 ju jusqu'à 3 ,u, voire moins, 1,3 ,u par exemple; après le mordançage, le fil ne porte pas de traces de variations ini tiales dans le diamètre du fil.