CH92286A - Filament for electric incandescent lamps and other similar applications. - Google Patents

Filament for electric incandescent lamps and other similar applications.

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  Filament pour lampes électriques à     incandescence    et autres     applications    analogues.    Les filaments pour lampes à incandes  cence et, autres applications analogues, telles  que, par exemple, les tubes à     décharge    d'élec  trons ou tubes à rayons X etc., qui durant  leur fonctionnement normal sont maintenus  à des températures élevées, se volatilisent  graduellement et.

   finissent par     devenir        inu-          tilisables    lorsque leur usure à atteint un de  gré excessif ou lorsque le filament se     rompt     ensuite d'une perte de matière     excessive.     Dans les lampes à incandescence et en par  ticulier, tant dans les lampes à     incandes-          cence    à vide due clans les lampes à gaz, le  tungstène est employé     universellement    pour  former ces filaments.  



  L'objet de la présente invention est un  filament en tungstène pour lampes électri  ques à incandescence et autres applications  analogues où il est destiné à fonctionner à  haute température, dans lequel la tendance  (lu tungstène à se désagréger et. à se vola  tiliser par suite de la température élevée est  réduite et dans lequel il ne se produit pas  d'irrégularités d'épaisseur.

      Ce filament de tungstène renferme une       quaci'ité    appréciable de fer, mais pas     davan-          tage    que 1      ()    (le son poids total, ledit fer  étant combiné de telle manière avec le     tungs-          lèiic,    due la structure     çristalline    du     filainetit          e-t        îc        train    fin     mènie    après     avoir    été soumis       lon.;tenips    à des     températures    élevées..

   Des  corps     filamentaires    établis, suivant l'invention       po(irroiit        conséquèminent    avoir, clans leur  emploi, soit une plus longue durée, si la       température    de     marche    reste la température       liabiiuelle,    soit un fonctionnement plus effi  cace, c'est-à-dire à température plus élevée,  sans     raccourcir    la     durée    du     fonctionnement,,          oii,    si on le désire, ils pourront donner un  effet     tëiiant    à la fois de l'un ou l'autre de  ces     deux    avantages.  



  On sait, qu'il a. déjà été proposé d'ajouter  nu     tungstène    quantités de     matières    telles que  le fer. le nickel, l'uranium     ete.,    mais ces  additions ont     pouf-    diverses raisons manqué  (le     produire    une amélioration clans la durée  du     fonctioimenient        *oit    clans l'efficacité (le la  matière lors (le son emploi comme conclue-           teu.r        incandescent.    Ainsi, par exemple,

   il a  été proposé d'ajouter 5 'et     davantage    (le  fer au tungstène comme métal     auxiliaire     clans la fabrication (les filaments, le fer étant.  éliminé après coup.  



  Il a été trouvé néanmoins, à la suite (le  longues recherches, que clans le cas du fer,  un     filament        considérablement    amélioré peut  être obtenu en produisant une combinaison  ou peut-être une solution solide     du    fer et     clic          tungstène,    de nature telle que le     fer        coristi-          t.ue    seulement une proportion     extrêmement     petite du tout.

   Quand les filaments     ;ont     faits par le procédé de compression de la  matière à l'état pâteux à     travers    une filière,  il a été     trouvé    due les résultats les meilleurs  sont     obtenus    avec des mélanges, contenant.  primitivement environ     '(,    à 1  t en poids de  fer. Après traitement des filaments obtenus  avec ce mélange clans un récipient     ac.l    hoc  pendant un temps considérable à environ       ?9.00          C,    les deux métaux se combinent, de  manière à former un alliage ou une solution       solide    plus ou moins permanente.

   Durant ce  traitement et avant que la combinaison (lu  fer     avec    le tungstène soit complète, une  grande     parue    du fer     primitivement    introduit  est volatilisée. Ainsi, après un traitement par  la chaleur, qui clans certains cas a duré ,jus  qu'à 15 heures, on     aetrouvé    que la terreur  en fer avait baissé jusqu'à environ     0;?         ,,.    Le  traitement par la chaleur produit par con  séquent une réduction de la     teneur    primi  tive en fer.  



  En fabriquant (les     filaments    par le pro  cédé de la. compression d'un mélange, pâ  teux à travers une filière. on peut em  ployer une des méthodes bien connue, le  procédé à. l'amalgame, par exemple, dans le  quel les     poudres    métalliques mélangées sont  amalgamées avec un alliage de     mercure,        de          bismuth    et, de     cadmium,

      ou l'ou peut     eni-          ployer    le procédé à la filière clans lequel on  se sert     commei    liant d'une solution de       cellaïdine    (préparation de     nitro-celluloseï     clans     l'amylacétate    et l'huile (le ricin. Dans  le procédé à l'amalgame la cuisson du fila  ment obtenue à la filière a lied flans le     vide.       (le la. manière usuelle, tandis que dans le  procédé à la     celloidine    elle a lieu clans     l'hy-          firogène.     



       .-1u    lieu d'employer le procédé à la filière  pour     former    les corps.     filamentaires,    on peut.       recotiril-    à un procédé d'étirage par travail       mécanique    tel que celui     (lu    brevet suisse       1V"    5i036.     1-orsque    cet, étirage est employé,  on ajoute la     poudre    de fer à la poudre (le  tungstène et on mélange les deux poudres       (lan#4    un     agiteur    rotatif et le mélange en       résull.ant    est comprimé (le la manière usuelle  =eus forme de tige et ensuite cuit.

   et     por'Lé     après à     incandescence    élevée par le passage  d'un:     courant    électrique à     travers    la tige  dans une     atmosphère    d'hydrogène.  



  Le traitement par la     clraletll'    pour     l'amal-          ganta.tion        convenable    du fer et du tungstène  est obtenu dans ce cas clans la bouteille de  traitement     pendant    le traitement de la tige       flans    l'atmosphère     d'hydrogène.    Comme ce  traitement. a     nécessairement    lieu à une     tem-          l:

  éraiure    très élevée pour     consolider    la ma  tière (le la tige, il faut clans ce cas introduire       primitivement        davantage    de fer pour com  penser la plus. grande perte en fer par     vola-          tilisat.ion.    Ainsi, au lieu de partir, par     exem-          plci    (le     '!2        %    de fer, comme c'est indiqué  clans le cas où est employé le procédé à la  filière, il y a lieu d'ajouter au mélange avec  lequel 1a tige est faite, environ 2 % de fer.

    Après que la tige a été soumise au traite  ment par la chaleur clans la bouteille de  traitement. à atmosphère d'hydrogène, la te  neur en fer se trouve réduite à environ       U.1     ,ô.     1-,es    tiges ainsi produites sont étirées  en fils par un procédé d'étirage semblable à.  celui employé pour l'étirage (les fils de  tungstène.  



  Lorsque les corps     filamentaire.s    sont. faits  comme décrit ci-dessus et contiennent les  faibles     tëneurs    en fer stipulées, le fer y est  probablement dans un état de combinaison  particulièrement stable et ces corps sont ca  pables de fournir des résultats bien     siipè-          rieurs    à ceux obtenus avec les filament  ordinaires en tungstène.

   Ainsi, par     exemple,     lorsque ces filaments     améliol é:s    mil     assez              longtemps    fonctionné à une efficacité égale  à celle des lampes à incandescence     générale-          aient    usitées actuellement pour     présenter     un pouvoir éclairant se trouvant réduit à       80    % de leur pouvoir éclairant initial, on  constate une augmentation de la durée de  fonctionneraient d'environ 30      /o,

          tandis    (lue  la durée (lu fonctionnement du filament jus  qu'à usure complète est à peu près le dou  ble de celle des filaments (le tungstène or  dinaires.     Lorsque    les filaments améliorés  fonctionnent comme filaments de lampes  remplies de gaz telles que celles inventées  par le Dr. J. Langmuir, leur durée de     fonc-          lionnement    jusqu'à usure complète est de  plus de     60     ô plus longue que celle     des    fila  ments (le tungstène ordinaires.  



  Si le filament renferme plus de 1 '% (le  fer-, la durée (le son fonctionnement est  abrégée et. au fur et à mesure que le pour  centage en fer est augmenté, la durée du       fonctionnenierit    jusqu'à usure complète de  viendra plus courte pour tomber même     air-          dessous    (le celle des filaments de     tungstène     ordinaires, tandis qu'en augmentant encore  davantage la teneur en fer, le point. de fu  sion du filament peut arriver à être abaissé       ,jusqu'au-dessous    de celle correspondant au  fonctionnement normal du filament. Quand  la teneur en fer du filament est beaucoup  inférieure à 0,1 %, il n'y a plus aucun effet  utile appréciable à en attendre.

   Il s'ensuit  que. les effets de l'invention     sont,    obtenus  avec.     seulement    de     très    faibles quantités de  fer, le fer étant. clans ces conditions en     com-.          binaison    stable avec le tungstène, ce qui ré  duit     considérablement    la tension (le vapeur  ou la tendance du     filament.    à s'user à tem  pérature élevée     comparativement,    aux     fila-          ineiils    (le tungstène ordinaires.

   Le point de  fusion (lu filament contenant     du    fer est lé  gèrement     abais.séi    par rapport à     celuii    du  tungstène, 'nais comme la température de       fonctionnement    du filament est, même  dans une lampe remplie de gaz, bien     au-          dessous    (lu point de fusion de l'alliage, cette  réduction est sans conséquence.  



       f.orsque    le filament est produit par éti-    rage. il a été     trouve    que l'emploi du fer a       un        important,    effet en empêchant ou rédui  sant les     irrégularités    d'épaisseur du fila  ruent.  



  Les dimensions (les cristaux clans les     fila-          nients    de lampes,     aprës    un essai de     dura-          bilité    de ces filaments, on été reconnue  être les plus grandes     dans    les filaments  ne renfermant point de fer et les plus pe  tites clans les filaments renfermant une te  neur en fer d'environ 0,1     %.     



  En augmentant la teneur en fer, la di  mension du cristal ou du grain     augment     pi     ogressivement    jusqu'à ce que la terreur  en     fei-    soit arrivée à environ 1     %,    à laquelle  le cristal en grain devient à peu près aussi  gros due celui (lu     tungstène    ne     renfermant     point. de fer.  



  Cette même variation dans la grandeur  (lu.     cristal    du filament renfermant     clui        fei-          clans    les limites indiquées se présente à  l'origine clans. les     filaments,    immédiatement       après    leur préparation, et. pour n'importe  duel pourcentage (le fer la     grandeur    du       cristal    ne varie que légèrement, du  rant l'existence du filament, et il a été       trouvé        qu'elIe    n'augmente que légère  ment, par exemple clans.

   des filaments en       lisage    durant 4000 heures dans l'argon à       2600    "     C.    Ce maintien de petits cristaux em  pêche la formation de grands plans de cli  vage     intercristallins    transversalement au       filament    et réduit     conséquemment    la     ten-          clarrce    correspondante du filament à subir  (les irrégularités d'épaisseur pendant le  fonctionnement.

   De plus, comme une petite       dimension    des cristaux ou un grain fin est  généralement associé à. une plus grande ré  sistance à la tension, et à une plus faible  fragilité, ces filaments établis     suivant        l'in-          venlion    et renfermant moins de 0,? % de fer       montrent    une résistance= et une rigidité  extraordinaires.  



  Les petits cristaux signalés se présentent  tant: clans les filaments formés à la filière  due clans les filaments étirés mécanique  ment et il     est.    possible que ce fait est, de  quelque manière connexe avec la tension de      vapeur     réduite    de la matière,     lorsqu'elle    est  employée comme filament pour lampes à  incandescence ou clans les autres     applica-          tions    où la matière doit fonctionner à tem  pérature élevée. La dimension plus petite  des cristaux est une preuve de la     moindre     tension superficielle et cela est un phéno  mène qui, comme dans le cas de mélanges  liquides, est en connexion avec la décrois  sance de la tension de vapeur.

   La volatili  sation d'un métal suit l'équation de Nernst  et. dépend par suite de la constante chimi  que du métal et de sa chaleur de vaporisa  tion.     Cette    dernière dépend des forces molé  culaires clans le métal et la tension intérieure  qui tend à empêcher la séparation des molé  cules.  



  Puisque l'addition d'un autre métal au  tungstène peut, si le métal est     convenable-          ment    choisi, avoir pour effet de changer les  constantes chimiques et la chaleur de vola- .       tilisa,tion    du tout, cette hypothèse peut être  considérée comme montrant, sous leur vrai       joui,    les     résultats    obtenus par     l'addition        d      fer au tungstène.



  Filament for electric incandescent lamps and other similar applications. Filaments for incandescent lamps and other similar applications, such as, for example, electron discharge tubes or X-ray tubes etc., which during their normal operation are maintained at high temperatures, gradually volatilize. and.

   eventually become unusable when their wear has reached an excessive degree of willingness or when the filament subsequently breaks from excessive loss of material. In incandescent lamps, and in particular both in vacuum incandescent lamps due to gas lamps, tungsten is universally used to form these filaments.



  The object of the present invention is a tungsten filament for electric incandescent lamps and other similar applications where it is intended to operate at high temperature, in which the tendency (tungsten to disintegrate and consequently to fly) high temperature is reduced and in which there are no irregularities in thickness.

      This tungsten filament contains an appreciable amount of iron, but not more than 1 () (its total weight, said iron being combined in such a way with the tungsten, due to the crystalline structure of the thread and its train. end after being subjected to high temperatures for lon.; tenips.

   Filamentary bodies established, according to the invention po (it is therefore important to have, in their use, either a longer duration, if the operating temperature remains the usual temperature, or a more efficient operation, that is to say at higher temperature without shortening the operating time, where, if desired, they may give a mitigating effect of both of these two advantages.



  We know he has. already been proposed to add bare tungsten amounts of materials such as iron. nickel, uranium were., but these additions have for various reasons failed (to produce an improvement in the duration of the operation * or in the efficiency (the material during (its use as concluded- teu.r incandescent So, for example,

   it has been proposed to add 5 'and more (iron to tungsten as an auxiliary metal in the manufacture (filaments, iron being removed afterwards.



  It has been found, however, as a result of extensive research, that in the case of iron, a considerably improved filament can be obtained by producing a combination or perhaps a solid solution of iron and tungsten click, of such nature as iron coristit.ue only an extremely small proportion at all.

   When the filaments have been made by the process of compressing the material in a pasty state through a die, it has been found due the best results are obtained with mixtures, containing. originally about '(, to 1 t by weight of iron. After treating the filaments obtained with this mixture in an ac.l hoc container for a considerable time at about? 9.00 C, the two metals combine, so as to form an alloy or a more or less permanent solid solution.

   During this treatment and before the combination (iron with tungsten is complete, a large part of the iron originally introduced is volatilized. Thus, after heat treatment, which in some cases lasted up to 15 hours, The iron terror was found to have dropped to about 0 ° C. Heat treatment consequently produced a reduction in the original iron content.



  In making (the filaments by the process of compressing a pasty mixture through a die, one can employ one of the well known methods, the amalgam process, for example, in which the. Mixed metal powders are amalgamated with an alloy of mercury, bismuth and, cadmium,

      or or can employ the die process in which a cellaidin solution is used as a binder (preparation of nitro-cellulose in amylacetate and oil (castor oil). amalgamates the baking of the filament obtained in the die in a vacuum (the usual way, while in the celloidine process it takes place in the hy- firogen.



       .-1instead of employing the die process to form the bodies. filamentary, we can. recotiril- to a stretching process by mechanical work such as that (see Swiss patent 1V "5i036. 1-When this, stretching is used, the iron powder is added to the powder (tungsten and the two powders are mixed ( In # 4 a rotary stirrer and the resulting mixture is compressed (in the usual way = rod-shaped and then cooked.

   and carried afterwards to high incandescent by the passage of an electric current through the rod in an atmosphere of hydrogen.



  The crystalline treatment for the proper amalgamation of iron and tungsten is in this case obtained in the treatment bottle during the treatment of the rod in the hydrogen atmosphere. Like this treatment. necessarily takes place at one time:

  very high erosion to consolidate the material (the stem, in this case it is necessary in this case to initially introduce more iron to compensate for the greater loss of iron by volatilization. Thus, instead of leaving, for example, plci (the! 2% iron, as indicated in the case where the die process is employed, it is necessary to add to the mixture with which the rod is made, about 2% iron.

    After the rod has been subjected to the heat treatment in the treatment bottle. in a hydrogen atmosphere, the iron content is reduced to about U.1, ô. 1-, The rods thus produced are drawn into threads by a drawing process similar to. the one used for drawing (the tungsten wires.



  When filamentary bodies are. made as described above and contain the stipulated low iron contents, the iron therein is probably in a particularly stable state of combination and these bodies are able to give results much different from those obtained with ordinary tungsten filaments. .

   Thus, for example, when these améliolé filaments: s mil long enough operated at an efficiency equal to that of general incandescent lamps - were used at present to present a lighting power being reduced to 80% of their initial lighting power, we find an increase in the duration of would work of about 30 / o,

          while the duration of the operation of the filament until complete wear is about twice that of the ordinary tungsten filaments. When the improved filaments function as filaments of gas-filled lamps such as those invented by Dr. J. Langmuir, their service life to complete wear is more than 60% longer than that of ordinary tungsten (tungsten.



  If the filament contains more than 1% (the iron, the duration (its operation is shortened and. As the percentage of iron is increased, the duration of operation until complete wear will come more). short to fall even air below (the that of ordinary tungsten filaments, while by further increasing the iron content, the melting point of the filament may get to be lowered, to below that corresponding during normal operation of the filament When the iron content of the filament is much less than 0.1%, there is no longer any appreciable useful effect to be expected.

   It follows that. the effects of the invention are obtained with. only very small amounts of iron, being iron. under these conditions in com-. Stable binination with tungsten, which drastically reduces the tension (vapor or tendency of the filament to wear out at high temperature compared to ordinary tungsten filaments (tungsten.

   The melting point (the iron-containing filament is slightly lower than that of tungsten, but since the operating temperature of the filament is, even in a gas-filled lamp, well below (the point of fusion of the alloy, this reduction is of no consequence.



       f. when the filament is produced by stretching. it has been found that the use of iron has an important effect in preventing or reducing irregularities in the thickness of the filament.



  The dimensions (the crystals in the filaments of lamps, after a test of durability of these filaments, have been recognized to be the largest in the filaments not containing iron and the smallest in the filaments containing a te iron neur about 0.1%.



  As the iron content increases, the size of the crystal or grain increases gradually until the terror has reached about 1%, at which the grain crystal becomes about as large due to the one ( tungsten not containing iron.



  This same variation in the size (the crystal of the filament enclosing it within the limits indicated) occurs originally in the filaments, immediately after their preparation, and for any two percent (iron the size of the crystal varies only slightly, depending on the existence of the filament, and it has been found that it increases only slightly, for example in clans.

   smoothing filaments for 4000 hours in argon at 2600 "C. This maintenance of small crystals prevents the formation of large intercrystalline cleavage planes transversely to the filament and consequently reduces the corresponding tension of the filament to be subjected (the irregularities thick during operation.

   In addition, as a small dimension of the crystals or a fine grain is usually associated with. greater resistance to tension, and lower brittleness, these filaments established according to invention and containing less than 0 ,? % iron show extraordinary strength and stiffness.



  The small crystals reported occur both in the filaments formed in the spinneret due to the mechanically drawn filaments and is. possible that this fact is, in some way related with the reduced vapor pressure of the material, when it is employed as a filament for incandescent lamps or in other applications where the material is to be operated at elevated temperature. The smaller dimension of the crystals is evidence of the lower surface tension and this is a phenomenon which, as in the case of liquid mixtures, is related to the decrease in vapor pressure.

   The volatilization of a metal follows the equation of Nernst et. therefore depends on the chemical constant of the metal and its heat of vaporization. The latter depends on the molecular forces in the metal and the internal tension which tends to prevent separation of the molecules.



  Since the addition of another metal to tungsten can, if the metal is properly chosen, have the effect of changing the chemical constants and the heat of volatility. Using anything at all, this hypothesis can be considered as showing, in its true sense, the results obtained by the addition of iron to tungsten.

 

Claims (1)

REVENDICATION Un filament pour lampes à incandescence et autres applications analogues, caractérisé en ce qu'il est capable de fonctionner<B>à</B> des températures élevées et consiste en un corps (le tungstène renfermant du fer à une: dose ne dépassant pas 1 % du poids total et qui est combiné de telle manière avec le tung stène que le corps en résultant. a une struc ture cristalline stable à grain fin, même après que le filament a été soumis long temps à des températures élevées. CLAIM A filament for incandescent lamps and other similar applications, characterized in that it is capable of operating <B> at </B> high temperatures and consists of a body (tungsten containing iron at a dose not exceeding not 1% of the total weight and which is combined in such a way with the tungsten that the resulting body has a stable fine-grained crystal structure, even after the filament has been subjected to high temperatures for a long time. SOUS-REVENDICATION Un filament suivant la revendication, ca ractérisé en ce qu'il résulte d'un traitement d'un mélange de tungstène et de fer par la chaleur clans lequel le fer ne dépasse pas 1 à 2 %, la teneur finale en fer étant; moins de 1. ,#â. SUB-CLAIM A filament according to claim, characterized in that it results from the treatment of a mixture of tungsten and iron by heat in which the iron does not exceed 1 to 2%, the final iron content. being; less than 1., # â.
CH92286D 1919-07-17 1920-07-10 Filament for electric incandescent lamps and other similar applications. CH92286A (en)

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