<Desc/Clms Page number 1>
" PROCEDE DE SCELLEMENT 4 - @
La présente invention a trait à des perfectionnements aux procédés de scellement.
Dans la pratique courante, on choisit systématiquement un verre et un métal ayant des coefficients de dilatation sensiblement voisins, on chauffe ensuite jusqu'à la température de recuit du verre et on laisse refroidir très lentement. On a coutume aussi d'amincir la pièce métallique, méthode qui permet de sceller des verres et des métaux ayant des coefficients de dilatation très différents du fait que le bord mince du métal peut se déformer aisément et que les tensions dans le verre sont ainsi réduites. La pièce est ensuite ohauffée jusqu'à la température de recuit du verre, puis refroidie très lentement, comme
<Desc/Clms Page number 2>
précédemment. On recouvre aussi la surface métallique d'un revêtement d'oxyde à l'endroit précis où l'on doit le souder au verre.
Conformément à la présente invention, le verre et le métal sont scellés, chauffée ensuite jusqu'à la température de recuit du verre, puis la pièce ayant le plus fort coefficient de dilatation (généralement le métal), est refroidie plus rapidement que l'autre, de façon que les deux pièces se contrac- tent au même régime, ce qui évite l'apparition de tensions mécaniques dans le verre.
Quand le verre est scellé à un métal dont le coefficient de dilatation n'est pas trop élevé, on peut effectuer le refroidissement à l'air libre, à la température ordinaire,, Comme le métal est meilleur conducteur de la chaleur, il se refroidit beaucoup plus rapidement que le verre ce qui pallie aux inconvénients précité,96 Toutefois, si le coefficient de dilatation du métal est de beauooup supérieur à celui du verre, il peut être nécessaire de refroidir le métal plus rapidement en Immergeant une partie de celui-ci dans un liquide. Quand une pièce tubulaire est scellée et noyée dans une prace de verre, les tensions dans celuici peuvent être transformées en compression par refroidissement très rapide de la pièce métallique par immersion.
La rigidité et la qualité du scellement sont considérablement augmentées si la surface métallique est exempte d'oxyde; la surface de scellement est donc de préférence traitée dans une atmosphère réduc- trice par l'emploi d'une flamme d'un gaz réducteur tel que l'hydrogène. Le métal est aussi traité avant scellement dans un four à hydrogène chauffé à environ 1. 000 C
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et au dessin qui l'accompagne, donné simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lequel :
La Fig.l est une élévation, partie en coupe, d'un culot ou support de lampe électrique.
La Fig.2 est une vue analogue montrant les parties de verre et les parties métalliques scellées l'une à l'autre.
La Fig.3 est une coupe verticale d'un four destiné au traitement de la pièce scellée.
La Fig.4 représente une série de courbes de dilatation du verre et de deux alliages que l'on peut utiliser conformément à l'invention.
Sur le dessin, on voit que ta pièce de verre est constituée par un godet renversé 10 comportant deux ouvertures 11, au centre des bossages 12,
<Desc/Clms Page number 3>
et une autre ouverture 13 destinée au passage du queusot. Les branches sont formées par des cylindres métalliques 14 auxquels sont fixées des pièces en for- me de coupe ou de godets 16. Chacun des cylindres 14 comporte une partie externe 17 et une partie 18 à diamètre réduit: la pièce 16 est fixée à l'épaulement cons- titué par la limite des parties intermédiaires 18 et interne 19, de préférence par brasure, de façon à former un joint étanohe.
Quand il s'agit d'une lampe électrique, la pièce 10 est de préférence en verre résistant aux chocs, tel que @ le verr borosilicaté actuellement connu sous le nom de pyrex. Ce verre a un coefficient de dilatation d'environ 32x10-7 Les godets 16 ont une épaisseur de 0,25 mat, environ et peuvent être confectionnés en un alliage de fer, de nickel et de cobalt connu sous le nom de "fernioo". Le fernico a un coefficient de di- latation d'environ 47x10-7. Les bords d'un des godets 16 peuvent être amincis, bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, d'excellents scellements ayant été obtenus sans cette précaution. Les parties 15 sont généralement constituées par de l'acier mis en forme à froid.
Le support 10 et les broches 14 ayant été assemblés, comme on le voit Fig.1 on les chauffe par une flamme d'hydrogène dirigée sur les godets 16 et les parties adjacentes du support 10. On emploie à dessein une flamme réduc- trice, de manière à éviter la formation d'oxyde sur les surfaces des godets 16 On exerce ensuite une pression sur les extrémités supérieures des pièces 15 de telle sorte que, lorsque le verre est suffisamment plastique, les bords de ces dernières s'enfoncent dans la pièce de verre 10 autour des ouvertures 11, comme le montre la Fig.2. Un queusot 21 est alors scellé au godet 10 autour du bord de l'ouverture 13. L'ensemble est traité dans un four à environ 600-650 ce$ après quoi on le laisse refroidir à l'air libre.
Comme le métal est meilleur conducteur de la chaleur que le verre, il se refroidit plus rapidement, ce qui évite les tensions mécaniques radiales dans le verre. Ce procédé permet d'obte- nir un meilleur scellement et supprime le refroidissement lent dans le four à recuire. Il est avantageux d'introduire assez profondément le bord des pièces 16 (sur environ 1 mm.) dans le verre, de faqon à réaliser un scellement solide.
L'augmentation de la section droite du verre contrebalance les tensions dues aux forces extérieures sur les broches 15 et aussi les forces internes.
Quand les godets 16 sont métalliques, en fernico par exemple, la pièce 10 étant en pyrex, les tensions dans le verre peuvent être modifiées et transformées en compression par un refroidissement rapide du métal, en plongeant par exemple les broches 15 dans l'eau, après que le verre a été chauffé jusqu'au
<Desc/Clms Page number 4>
point de recuit. Le refroidissement par l'eau est désirable et même nécessaire quand on emploie un métal ayant un coefficient de dilatation beaucoup plus élevé que le verre.
De cette manière, les godets 16 en alliage tel que celui connu sous le nom dt"Alléghany 66" constitue par du fer qui contient 15 à 18% de chrôme et dont le coefficient de dilatation est de 11010-7, peuvent être scellée de façon satisfaisante à des pièces telles que 10 en pyrex dont le coefficient de dilatation est de 32x10-7
On peut effectuer le refroidissement du métal par l'eau, dans un four tel que celui représenté sur la Fig.3 et comportant une enveloppe 22 garnie de matière isolante et réfractaire 23 et munie d'un élément chauffant 24. Un réservoir 25 est fixé au fond 26 de l'enveloppe 22 et il comporte des orifices d'entrée et de sortie 27 et 28, On a prévu deux pièces tubulaires 29 dans le fond 26 de l'enveloppe 22, et un autre tube 30 traverse le centre du réservoir 25.
Dès qu'on a effectué le scellement des godets 16 sur le culot 10, l'ensemble est placé dans le four suivant une orien tation à angle droit par rapport à celle représentée sur la fig.3, de telle sorte que le queusot 21 est engagé dans le tube 30 et que les broches 15 portent sur le fond 26 du four* Le verre est alors chauffé entre 600 et 650 C l'ensemble 10-15 une fois scellé est ensuite orienté comme le montre la Fig.3, les broches 15 sont insérées à travers les tubes 29, dans le liquide 31 (de préférence de l'eau) contenu dans le réservoir 25, comme le montre la figure, le métal se refroidit rapidement, tandis que le verre 10 est de préférence ramené lentement au point de tension*
Au lieu de fernico,
on peut utiliser des alliages de fer qui contiennent 41% de nickel et dont le coefficient de dilatation est de 60x10-7 On a réalisé des scellements satisfaisants par refroidissement à l'air ou à l'eau On a également soudé au pyrex et dans les m8mes conditions le métal "Alléghany 55 qui est un alliage de fer qui contient environ 29% de chrome et dont le coeffi- oient de dilatation est de 105.10-7, 1'Alléghany 66" qui est aussi un alliage de fer contenant environ 17% de chrbme et ayant un coefficient de dilatation de 110x17-7, et enfin des tôles de fer ayant un coefficient de dilatation de 120x10-7
La Fig.4 montre le principe du procédé de refroidissement confor- mément à l'invention.
On a représenté en abscisses les températures en degrés C et en ordonnées les dilatations linéaires en cm. par cm.x10-6 P représente la courbe de dilatation du pyrex, F celle du fernico et A celle de 1'Alléghany 55"
<Desc/Clms Page number 5>
Avec du pyrex dont le point de tension est de 503 C; la ligne verticale pointillée 32 indique la différence entre la dilatation du verre et celle de l'alliage fernco au point de tension, quand on amène le verre et l'alliage à une température constante, conformément à la pratique antérieure. Ce procédé produit une tension considérable dans le verre et provoque des craquelures.
Suivant l'invention, l'alliage est refroidi beaucoup plus vite que le verre, la condition idéale étant probablement réalisée quand le verre et l'alliage sont refroidis suivant une ligne horizontale de telle sorte que le verre et l'alliage se contractent à la même allure, comme l'indique la ligne horizontale 3, et dans ce cas le verre n'est soumis à aucune tension, On peut réaliser cette condition en maintenant le verre au-dessus du point de recuit (5500 Ce) tandis qu'on refroidit le métal ou alliage jusqu'à ce que sa dilatation soit sensiblement la même que oelle du verre, et on refroidit ensuite en- semble de dernier et le métal, celui-oi se refroidissant plus vite que le verre qui continue à se contracter à la même allure.
Ainsi lorsque le pyrex se trouve au point de tension à 503 ., le fernico serait à environ 360
La ligne 34 représente un refroidissement plus rapide du métal, tel que celui qu'on obtiendrait en le plageant dans l'eau de manière à inverser les tensions et à faire travailler le verre à la oompression.
Il est alors dé- sirable d'utiliser une épaisseur relativement considérable de verre et une section de métal relativement mince, en raison des difficultés évidentes de refroidir le métal et le verre exactement aux régimes respectifs pour produire un scellement dépourvu de toute tension* Le coefficient de dilatation le plus grand de 1'Alléghany 55" (courbe A) indique qu'il doit être refroidi beaucoup plus rapidement que le pyrex dans le but d'obtenir un scellement sans tension, On atteint ce résultat en refroidissant le métal par l'eau à la manière décrite précédemment*
Bien qu'on ait représenté et décrit une seule forme de réalisation de l'invention,
il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention,