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DISPOSITIF A JAILLISSEMENT D'ETINCELLES TEL QUE BOUGIE D'ALLUMAGE ET SON
PROCEDE DE FABRICATION.
Cette invention concerne les dispositifs à jaillissement d'étincelles et plus particulièrement les bougies d'allumage ainsi que leurs procédés de fabrication.
Il existe déjà un dispositif à jaillissement d'étincelles comprenant deux électrodes séparées par un matériau céramique de nature telle qu'il permette à l'étincelle de jaillir en travers de sa surface, entre les électrodes, à un potentiel plus faible que celui qui serait nécessaire si l'intervalle séparant les électrodes était remplacé par de l'airo
Dans une demande de brevet belge jumelle appartenant à la même société est décrit un-matériau céramique réfractaire et isolant comportant une surface formée d'une couche d'oxyde semi-conductrice, par exemple d'oxyde de zinc et de nickel qui permet le passage d'une étincelle aux bas potentiels de fonctionnement, Dans le texte de ce brevet jumeau ;
est dit que des électrodes peuvent être appliquées au matériau céramique, par exemple en déposant du -cuivre par galvanoplastie contre la surface du matériau céramique. Mais les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater que dans la mise en pratique des produits en question, par exemple pour en faire des bougies d'allumage, on éprouve parfois certaines difficultés pour maintenir un contact adéquat entre les électrodes en métal et le matériau céramique en partie à cause d'une différence de dilatation de ces éléments lors de l'échauffement, de sorte qu'il se produit, par manque de courant, des coupures qui écourtent la durée utile de la bougie.
La présente invention concerne spécialement un procédé de constitution d'ensembles ou équipages électrodes-matériau céramique pour la fabrication de dispositifs à décharge ou jaillissement d'étincelles tels qu'éclateurs ou bougies d'allumage dont le contact soit établi fermement et maintenu comme il faut pendant une période de temps prolongée.
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L'invention est matérialisée dans un ensemble électrodes-maté- riau céramique utilisable par exemple pour constituer un élément de bougie d'allumage et comprenant deux éléments conducteurs dont chacun est formé d'un mélange de métal et de particules céramiques frittées pour constituer une masse cohérente comprenant un élément intercalaire formé d'un produit réfractaire et d'une matière isolante, les éléments étant réunis par compacification de manière à former un ensemble cohérent. Les deux éléments conducteurs constituent des électrodes.
En choisissant convenablement la matière'isolante formant l'élément intercalaire, on peut réaliser un équipage tel qu'en appliquant un potentiel électrique convenable aux électrodes, une étincelle jaillisse en travers de la face de la partie isolante intermédiaire qui est en produit céramique.
Grâce à l'invention, une harmonisation très étroite des caractéristiques de dilatation thermique des électrodes et du produit céramique formant l'élément intercalaire peut être réalisée, dans des conditions telles que le risque de débranchement des électrodes soit considérablement réduit et que les produits résultant de cette fabrication puissent servir comme bougies d'allumage de moteurs d'avions ou comme allumeurs de turbines en vue d'un fonctionnement sur un système d'allumage à basse tension, ce qui leur donne des avantages précieux.
Les caractéristiques électriques d'un matériau céramique contenant des particules métalliques varient avec les proportions respectives du métal et du matériau céramique.de base. L'inclusion d'une forte proportion de particules métalliques donne lieu à un produit électriquement conducteur,tandis qu'un matériau céramique ne contenant qu'une faible proportion de particules-métalliques est isolant. On est fondé à croire que cette différence tient à ce que, dans le premier cas,les particules métalliques sont réunies par frittage pour former une masse métallique d'un seul tenant qui est bonne conductrice du courant, tandis que, dans le second cas, c'est le matériau céramique qui forme la phase continue, alors que le métal se présente sous la forme de conglomérats séparés les uns des autres.
Ainsi, par exemple, un mélange fritté d'alumine' et de particules de chrome métallique dans lequel le chrome représente moins de 20% en poids du mélange, est généralement isolant, tandis qu'un mélange analogue contenant 40% ou davantage de chrome métallique est conducteur. Les matériaux isolants renfermant des particules métalliques peuvent être employés, si désiré, pour constituer l'élément intermédiaire enclavé par les éléments formant les électrodes dans les ensembles que prévoit l'invention.
Il est préférable d'employer comme métal dans les éléments formant électrodes un métal connu pour sa résistance à l'érosion due au jaillissement des étincelles. Le chrome convient particulièrement bien à cet égard.
Bien que l'ensemble électrodes-matériau céramique tel que le prévoit l'invention puisse affecter diverses formes générales, il est commode de donner aux éléments la forme de tubes concentriques, celui qui est placé le plus vers l'intérieur (tige) étant constitué par la matière constitutive des électrodes tandis que le tube extérieur est constitué par un matériau isolant, les tubes étant façonnés sur place à l'aide des ingrédients pulvérulents et compacifiés, puis soumis à la cuisson sur place aussi.
Un mode de réalisation de l'objet de l'invention montrant comment le procédé ici prévu peut être mis en oeuvre et représenté par le dessin annexé, dans lequel : -
La figure 1 est une vue en coupe schématisée montrant un ensemble utilisable pour fabriquer une bougie d'allumage.
La figure 2 est une vue en plan correspondant à la figure 3.
La figure 3 est une vue schématique montrant, à plus grande échelle et avec plus de détail, la structure d'une partie de l'ensemble représenté en figure 1.
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Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe montrant les stades successifsde la fabrication d'un ensemble destiné à constituer une bougie d'allumage.
Comme le montre la figure 1, l'ensemble en question comprend une tige 1 formant noyau constituée par une matière bonne conductrice formée d'un mélange fritté d'alumine et de chrome métallique dans la proportion de 40 parties en poids de chrome pour 60 parties en poids d'alumine. La tige 1 est entourée d'un manchon 2 formé des mêmes matières mais dans la proportion de 20 parties de chrome pour 80 parties d'alumine. Ce manchon
2 est lui-même entouré d'un autre manchon 3 qui a la même constitution que la tige 1. L'épaisseur du manchon 2; c'est-à-dire la distance 4 d'éclate- ment, autrement dit de jaillissement de l'étincelle, représente rationnel- lement 10 mm.
En raison de la présence de conglomérats de métal dans le machôn 2,, l'intervalle effectif entre la tige 1 et le manchon 3 est dimi- nué, de sorte qu'un intervalle physique plus grand entre les éléments 1 et
3 est rendu possible tout en maintenant la possibilité d'un jaillissement d'étincelle en travers de l'intervalle en question.
L'extrémité du manchon 2 est pourvue d'une couche surfaciale ou d'une imprégnation d'un oxyde semi-conducteur, par exemple d'oxyde double de zinc et de nickel comme décrit dans une demande de brevet belge jumelle appartenant à la même société.
On voit par la figure 3, qui est une vue grossie, la struc- ture microscopique des éléments 1, 2 et 3.
Un procédé commode pour réaliser un ensemble du type repré- senté par les figures 1 à 3 est mis en évidence par les figures 4 à 6. On utilise (comme représenté) une matrice 5 pourvue d'une tige centrale 6 ayant un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la matrice 5. Dans l'espace annulaire compris entre la matrice 5 et la tige 6 se trouve une poudre d'alumine et de chrome contenant 40% de poudre de chrome métallique capable de passer à travers les mailles d'un tamis de 200 mailles par inch carré et 60% d'alumine ayant une grosseur particulàire d'environ 5 microns.
Des poinçons 7 et 7' sont prévus pour tasser cette poudre et former ainsi le manchon 3.
On enlève ensuite la tige 6 et on la remplace par une tige 8 ayant un diamètre semblable. On verse ensuite de l'alumine ayant une grosseur particulaire de 5 microns environ dans l'espace annulaire ainsi ménagé et on la compacifie à l'aide de poinçons conjugués 9 et 9' pour former le manchon 2.
Or dégage ensuite la tige 8, et on verse dans 1'espace restant la même poudre à base d'alumine et de chrome que celle dont on s'est servi pour former le manchon 3, puis on la tasse à l'aide de poinçons coju- gués10 et 10' pour former un noyau 1.
On retire alors de la matrice la pièce ainsi compacifiée et on la place dans un moule en graphite pourvu de deux poinçons en graphite coopérant de manière à la maintenir sous pression, On l'introduit ensuite dans une bobine chauffante parcourue par un courant à haute fréquence, et on l'y chauffe jusqu'à une température suffisante pour permettre un léger écoulement des matières sous l'action de la pression qui est appliquée.
Cette pression est rationnellement de l'ordre de 80 kg/cm2 à 320 kg/cm2, et la température de frittage est comprise entre 1250 et 1500 C. Quand la masse est entièrement frittée, on laisser refroidir la pièce, puis on la démoule. On peut lui donner la forme requise en broyant à l'aide de roues imprégnées de diamant.
La surface active de l'anneau en alumine 2 est munie d'une couche semi-conductrice formée de bioxyde de titane ou imprégnée de titanate de butyle appliqué contre l'anneau, par exemple par une imprégnation sous vide suivie d'un chauffage de l'ensemble à 800 C. Dans une atmosphère d'hydrogène, ce qui transforme le titanate de butyle et lui donne la forme semi-
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conductrice du bioxyde de titane Ces opérations peuvent être exécutées comme indiqué plus complètement dans la demande de brevet belge jumelle à laquelle il a déjà été faite allusion.
On conçoit que le procédé de fabrication de cet ensemble peut subir des variations considérables. C'est ainsi, par exemple, que le noyau et les deux manchons externes peuvent être conformés à l'avance et disposés concentriquement, après quoi l'ensemble peut être soumis à la cuisson comme décrit ci-rasant .
Les produits obtenus d'après l'invention possèdent une bonne résistance aux chocs thermiques, et les éléments ont une étroite relation mutuelle au point de vue de leurs caractéristiques de dilatation thermique.
Le joint entre les éléments est étanche aux gaz et ne se rompt pas aisément.
Comme indiqué ci-avant, de plus larges intervalles de jaillissement d'étin- celles sont possibles que cela n'a été jugé praticable jusqu'à présent.
Tous ces importants avantages donnent aux produits une valeur spéciale dans la fabrication des bougies d'allumage et des allumeurs; ils peuvent d'ailleurs trouver leur emploi dans n'importe quel système à décharge d'étincelles.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écar- ter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.