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.