Brevet FR2002173A1 — publié le 19691017

La présente invention se rapporte à des tubes à décharge thermoionique et a pour objet de prévoir des cathodes thermoioniques perfectionnées pour ces tubes et des procédés améliorés de fabrication de ces cathodes. On connatt bien les cathodes thermoioniques dans lesquelles de 11 oxyde de baryum, souvent additionné d'oxydes de strontium et de calcium, maintenu dans une matrice de métal est utilisé comme matière à émission d'électrons et on les a considérées très favorablement par suite du pouvoir émissif élevé d'électrons de ces matières. Des cathodes se composant de ces oxydes comprimés avec de la poudre de nickel peuvent fournir des densités élevées de courant. Cependant, ces cathodes connues ont des inconvéntents tels.que la formation d'arc a lieu pour une densité de courant comparativement faible et il y a une tendance pour la matrice à se fritter à la température de travail; si cela se produit, la séparation de la matière d'émission à partir de sa structure de support peut se produire.Il est également bien connu de fabriquer des cathodes thermoioniques avec des oxydes tels que ceue mentionnés ci-dessus, fondus avec de l'alumine et imprégnés dans des matrices de tungstène. Ces cathodes peuvent fournir des densités de courant élevées sans formation d'arc et sont mécaniquement stables, mais leurs températures de travail sont élevées, entraînant une évaporation relativement élevée à partir des cathodes et impliquant également des difficultés dans la conception et la construction des dispositifs de chauffage de cathode, et elles sont difficiles et en conséquence conteuses à fabriquer. La présente invention cherche à éviter ou à réduire les défauts mentionnés précédemment. Selon des caractéristiques de la présente invention, un procédé de fabrication d'une cathode de type thermoionique, dans laquelle une matière formée d'oxyde métallique à pouvoir d'émission élevé d'électrons est contenue dans une matrice métallique, consiste à imprégner une matrice poreuse de métal avec une matière à base de nitrate correspondant à la matière à base d'oxyde métallique, à transformer la matière à base de nitrate en matière correspondante à base de carbonate et à traiter par la chaleur le métal imprégné résultant, dans une atmosphère d'hydrogène, pour décomposer la matière d'imprégnation à base de carbonate sous forme d'oxyde.On doit indiquer que la réalisation de la dernière étape de conversion dans l'hydrogène n'est pas seulement pour obtenir une meilleure pureté et-une plus grande propreté, mais est importante pour l'obtention d'une cathode à fort pouvoir émissif car si cette étape est réalisée sous vide, l'émission de la cathode sera très mauvaise. De préférence, la matrice métallique est imprégnée en l'immergeant dans une solution de la matière à base de nitrate et puis en transformant la matière à base de nitrate en ma tière à base de carbonate, dans une solution de carbonate d'ammonium. De préférence, la matière à base de nitrate est du nitrate de baryum et/ou du nitrate de strontium et/ou-du nitrate de calcium, de préférence un mélange des deux premiers parmi ces trois nitrates. De préférence, la matrice poreuse est une poudre de tungstène fritté, mais on peut utiliser du molybdène ou un alliage tungstène-molybdène. De préférence, la matrice imprégnée est placée dans l'enveloppe du tube thermoionique dans lequel on exige la cathode, et l'étape de traitement thermique est effectuée à l'intérieur de l'enveloppe à travers laquelle on fait passer un courant d'hydrogène et qui, après que la matière se soit refroidie, est mise sous vide et scellés Cependant, à titre de variante, le traitement thermique dans l'hydrogène peut entre effectué à l'ex- térieur de l'enveloppe et la cathode, après formation complète de matière à base d'oxyde à partir de matière à base de carbonate, peut être placée dans l'enveloppe dans une atmosphère sèche, après quoi l'enveloppe est mise sous vide et scellée. le traitement thermique dans l'hydrogène est de préférence effectué à une température d'approximativement 11000C. De préférence, l'achèvement de l'activation de la cathode dans l'enveloppe de tube est effectué par dégazage à une température d'approximativement 11000C dans un bon vide, réduction de la température jusqu'à approximativement 10000C, prise immédiate du courant à partir de la cathode et scellement de l'enveloppe. Après le scellement, le vieillissement à environ 7000C pour des niveaux d'émission d'environ 100 mA/cm2 fournit un perfectionnement appréciable. Suivant une manière de réaliser la présente invention, une matrice poreuse de tungstène fritté est immergée dans une solu tion de nitrate de baryum et de nitrate de strontium. La matrice remplie est alors placée dans une solution de carbonate d'ammo n-ium et puis lavée et séchée. Ce procédé est répété jusqu'à ce que la matrice soit imprégnée avec un mélange de carbonate de strontium et de baryum. La matrice est alors placée dans l'en- veloppe du tube dans laquelle la cathode est exigée, cette enveloppe étant pourvue temporairement de moyens d'admission d'hydrogène sec, pur.La matrice est alors chauffée dans un cou rant åthydrogène jusqu'à ce qu'on atteigne une température de 11Q0 C, cette température étant maintenue jusqu'à ce que les carbonates soient totalement aécomposés en oxydes correspon aants. On-laisse refroidir la matrice et l'enveloppe est mise sous vide. A titre de variante, le chauffage dans l'hydrogène peut être réalisé à l'extérieur de l'enveloppe et la cathode placée dans l'enveloppe dans une atmosphère sèche, après que l'amorçage ait été achevé. L'activation est achevée par dégazage de la cathode à 1-100oC sous un bon vide. La température est réduite jusqu'à 10006C et on prend le courant immédiatement. Après que l'en- veloppe-ait été scellée, on effectue le vieillissement à environ 7000C et pour des niveaux d'émission de 100 mA/cm2.Les avantages dtune cathode selon des caractéristiques de la présente invention--sont les suivants a) le courant thermoionique qui peut être obtenu à n'importe quelle température donnée s'approche de celui fourni par des cat-hodes connues au nickel comprimé (par exemple une cathode avec une-matrice en nickel) b) le courant thermoioniquequipe être obtenu sans forma bon d'arcest sensiblement plus grand que celui qui peut être obtenu à partir de cathodes comparables en nickel comprimé c) le--coefficient d'émission secondaire est sensiblement supérieur à celui ae cathodes classiques avec des matrices en tungstène (par exemple une cathode avec de l'aluminate ae baryum dans du tungstène) d3 la cathode est résistante, mécaniquement stable et ne se fritte pas aux températures de travail. Le-s procédés de fabrication selon des caractéristiques de la présente invention permettent un choix important en ce qui concerne le métal, en tant que matière de la matrice, et égale ment un choix raisonnablement important en ce qui concerne la porosité de la matrice et les produits d'imprégnation utilisés. Des métaux (par exemple le tungstène) qui forment facilement des oxydes qui peuvent "empoisonner" l'émission de l'oxyde de baryum peuvent être utilisés. Les métaux qui peuvent être ainsi utilisés comprennent l'osmium, l'iridium, le rhénium et des alliages de deux (ou davantage) de ces métaux. Puisque, dans les procédés particuliir décrits ci-dessus, l'imprégnation a lieu à la température ambiante et l'activation à environ 11000C, un frittage ultérieur de la matrice après formation ne se produira pas et, en conséquence, on peut utiliser des porosités élevées des matrices avec un bon contre efficace de la porosité. Des procédés selon des caractéristiques de la présente invention sont convenables pour réaliser en pratique et éviter la possibilité considérable de la contamination sérieuse de la matière d'émission qui est présente dans des procédés dans lesquels l'imprégnation a lieu à des températures de 17500C ou au-dessus. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une cathode de tube thermoionique dans laquelle une matière formée d'oxyde métallique à pouvoir d'émission élevé d'électrons est contenue dans une matrice métallique, caractérisé en ce qu'on imprègne une matrice poreuse de métal avec une matière à base de nitrate correspondant à la matière à base d'oxyde métallique, on transforme la matière à base de nitrate en matière correspondante à base de carbonate et on traite thermiquement le métal imprégné résultant 80U8 une atmosphère d'hydrogène, pour décomposer la matière d'imprégnation à base de carbonate sous forme d'oxyde. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice métallique est imprégnée en l'immergeant dans une solution de la matière à base de nitrate et puis en transformant la matière à base de nitrate en matière ài base de carbonate, dans une solution de carbonate d'ammonium. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière à base de nitrate est du nitrate de baryum et/ou du nitrate de strontium et/ou du nitrate de calcium. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière à base de nitrate est un mélange de nitrate de baryum et de nitrate de strontium. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice poreuse est en poudre de tungstène fritté. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice poreuse est en Molybdène. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice poreuse est en alliage tungstène-molybdène. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice imprégnée est placée dans l'enveloppe du tube thermoionique dans laquelle la cathode est exigée, et l'étape de traitement thermique est effectuée à l'intérieur de l'enveloppe à travers laquelle on fait passer un courant d'hydrogène et qui, après que la matrice ait été refroidie, est mise sous vide et scellée. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le traitement thermique dans l'hydrogène est effectué à l'extérieur de l'enveloppe du tube et la cathode, après achèvement de la formation de la matière à base d'oxyde à partir de matière à base de carbonate, est placée dans l'enveloppe sous une atmosphère sèche, après quoi l'enve- loppe est mise sous vide et scellée. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement thermique dans l'hydrogène est effectué à une température d'approximativement 11000C. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que l'achèvement de l'activation de la cathode dans l'enveloppe de tube est effectué par dégazage à une température d'approximativement 110000 sous un bon vide, réduction de la température jusqu'à approximativement 1000 C, prise immédiate du courant à partir de la cathode et scellement de l'enveloppe. 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après le scellement de l'enveloppe du tube, on effectue un vieillissement à environ 700au pour des niveaux d'émission d'environ 100 mA/cm2. 13 - Cathodes de tubes thermoioniques fabriquées par le procédé indiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 12 et tubes thermoioniques ayant de telles cathodes, à titre dè produits industriels nouveaux.