Alliage de mercure
La présente invention a pour objet un alliage de mercure utilisable dans les thermomètres et les thermostats du type à colonne de liquide.
L'alliage selon l'invention est un amalgame à trois composants, indium, thallium et mercure, qui reste à l'état liquide à très basse température, mme à des températures plus basses que les alliages de mercure connus. Cet alliage convient particulièrement comme milieu liquide dans des dispositifs à résistance tels que celui décrit dans le brevet des USA No 2906981 et dans des thermostats tels que dé- crits dans le brevet des USA No 2596825. A notre époque d'exploration spatiale, on a besoin de dispositifs thermostatiques pouvant supporter les températures extrmement basses pouvant tre rencontrées dans l'espace ou dans les enceintes à basse température dans lesquelles les appareils peuvent tre emmagasinés.
L'invention vise donc une composition au mercure qui est susceptible de basses températures de congélation et qui conserve les propriétés liquides de mercure à ces basses températures ; un amalgame eutectique de mercure utilisable dans l'appareillage de commande qui se trouve dans les missiles guidés, les dispositifs électroniques de signalisation, les appareils spatiaux et en général les aéronefs, là où des températures extrmement basses peuvent tre rencontrées ; un alliage pour thermostats et thermomètres exposés à des températures de-600 C ou inférieures ; une composition au mercure qui peut tre soumise à des températures extrmement basses et qui conserve ses propriétés physiques lorsqu'elle est portée à des températures plus hautes.
Les caractéristiques de l'alliage sont exposées dans les graphiques annexés, dans lesquels ;
La fig. 1 montre la variation du point de solidification en fonction de la concentration en thallium, et
la fig. 2 montre la variation du point de solidifi- cation en fonction de la concentration en indium.
Le mercure se solidifie à-400 C, et par consé- quent son emploi dans les thermomètres et dans les thermostats est limité par cette température minimum. Dans certaines compositions eutectiques à deux composants, le point de solidification peut tre abaissé à-59 C. Ce résultat est obtenu avec un amalgame mercure-thallium dans lequel le thallium représente 8,75 O/o du poids de l'amalgame.
On a découvert qu'il est possible d'abaisser encore le point de solidification par l'emploi d'un système à trois composants. L'alliage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste en 16,0 O/o d'indium, 13,1 à 15,5 O/o de thallium et 68,5 à 70,9 O/o de mercure. L'alliage préféré est un eutectique qui se solidifie à-63, 30 C.
La composition de cet alliage est :
Indium 16,00/o
Thallium. 14,30/o
Mercure 69,70/o
Il reste plastique jusqu'à-65, 5o C, ce qui a une importance particulière en ce sens que le récipient de l'amalgame ne se brise pas lorsqu'il est échauffé à partir de cette température.
Cet amalgame présente d'autres particularités avantageuses. Son coefficient de dilatation est supérieur à celui du mercure pur. En outre, le point d'ébullition est augmenté par rapport à celui du mercure pur, ce qui étend les possibilités d'utilisation. Les autres propriétés physiques de cet alliage sont les suivantes :
A. Densité (grammes par cm2).
à 26,70 C 11,723
à-17, 80 C 11-, 797
à-45, 60 C 11,842
B. Coefficient de dilatation cubique par oC.
de-17,8 à + 26, 70 C 142 X 10-6
de-45,6 à-17, 80C 138 X 10-6
C. Résistivité à 26, 70 C.
54,06 X 10-6 ohms par cm3
D. Viscosité dynamique.
0,35990 centipoises à 20,00 C
E. Chaleur spécifique.
0,356 calories par gramme
Pour préparer l'amalgame, on pèse les quantités voulues d'indium et de thallium et on les dissout dans une quantité pesée de mercure. On refroidit le mélange jusqu'à la température eutectique de -63,30 C et on filtre pour séparer les compositions éventuelles qui se trouveraient en dehors du domaine eutectique.
Les effets de la variation de la concentration de l'indium par rapport au thallium et vice versa, exprimés par le point de solidification sont indiqués dans les graphiques annexés. Dans les fig. 1 et 2, la courbe supérieure représente la température à laquelle des cristaux commencent à se séparer et la courbe inférieure représente la température à laquelle la solidification est complète. Pour les températures correspondant aux régions comprises entre les courbes, on a un mélange de solide et de liquide. La partie des courbes en dessous de la ligne en pointillé montre la composition admissible si un point de solidification de-62,80 C, est toléré. Cette tempé- rature est de 0,50 supérieure au point de solidification de l'eutectique.
Mercury alloy
The present invention relates to a mercury alloy which can be used in thermometers and thermostats of the liquid column type.
The alloy according to the invention is a three-component amalgam, indium, thallium and mercury, which remains in the liquid state at very low temperature, even at temperatures lower than the known mercury alloys. This alloy is particularly suitable as a liquid medium in resistance devices such as that described in US Patent No. 2906981 and in thermostats such as described in US Patent No. 2596825. In our time of space exploration, we have had need for thermostatic devices able to withstand the extremely low temperatures which may be encountered in space or in low temperature enclosures in which the devices can be stored.
The invention therefore relates to a mercury composition which is susceptible to low freezing temperatures and which retains the liquid properties of mercury at these low temperatures; a eutectic amalgam of mercury which can be used in the control equipment which is found in guided missiles, electronic signaling devices, space devices and in general aircraft, where extremely low temperatures can be encountered; an alloy for thermostats and thermometers exposed to temperatures of -600 C or lower; a mercury composition which can be subjected to extremely low temperatures and which retains its physical properties when it is brought to higher temperatures.
The characteristics of the alloy are shown in the accompanying graphs, in which;
Fig. 1 shows the variation of the solidification point as a function of the thallium concentration, and
fig. 2 shows the variation of the solidification point as a function of the indium concentration.
Mercury solidifies at -400 C, and therefore its use in thermometers and thermostats is limited by this minimum temperature. In certain two-component eutectic compositions, the solidification point may be lowered to −59 C. This result is obtained with a mercury-thallium amalgam in which the thallium represents 8.75 O / o of the weight of the amalgam.
It has been found that it is possible to lower the solidification point further by employing a three-component system. The alloy according to the invention is characterized in that it consists of 16.0 O / o of indium, 13.1 to 15.5 O / o of thallium and 68.5 to 70.9 O / o of mercury. The preferred alloy is a eutectic which solidifies at -63.30 C.
The composition of this alloy is:
Indium 16.00 / o
Thallium. 14.30 / o
Mercury 69.70 / o
It remains plastic down to -65.5o C, which is of particular importance in that the amalgam container does not break when heated from this temperature.
This amalgam has other advantageous features. Its coefficient of expansion is greater than that of pure mercury. In addition, the boiling point is increased compared to that of pure mercury, which expands the possibilities of use. The other physical properties of this alloy are as follows:
A. Density (grams per cm2).
at 26.70 C 11.723
at-17, 80 C 11-, 797
at -45.60 C 11.842
B. Coefficient of cubic expansion per oC.
from -17.8 to + 26.70 C 142 X 10-6
from-45.6 to-17, 80C 138 X 10-6
C. Resistivity at 26, 70 C.
54.06 X 10-6 ohms per cm3
D. Dynamic viscosity.
0.35990 centipoise at 20.00 C
E. Specific heat.
0.356 calories per gram
To prepare the amalgam, the desired amounts of indium and thallium are weighed out and dissolved in a weighed amount of mercury. The mixture is cooled to the eutectic temperature of -63.30 ° C. and filtered to separate any compositions which are found outside the eutectic range.
The effects of varying the concentration of indium relative to thallium and vice versa, expressed by the solidification point are shown in the accompanying graphs. In fig. 1 and 2, the upper curve represents the temperature at which crystals begin to separate and the lower curve represents the temperature at which solidification is complete. For the temperatures corresponding to the regions between the curves, there is a mixture of solid and liquid. The part of the curves below the dotted line shows the allowable composition if a solidification point of -62.80 C is tolerated. This temperature is 0.50 above the solidification point of the eutectic.