Brevet FR2007388A1 — publié le 19700109

L'invention concerne une électrode à émission thermique comportant un support métallique muni d'un côté d'une couche émettant des électrons ainsi qu'un tube à décharge électrique muni d'une telle électrode. (se^ On connaît dans la littérature un grand nombre de structures pour 5 électrodes à utiliser dans des tubes à décharge électriquess structures ss^ Ion lesquelles on part d'un corps support, par exemple un ruban métalîieue ou une plaque métallique. On préféré utiliser de tels matériaux parce qu'il est avantageux de disposer d'un support de grande superficie et à volusa réduit. D'une façon générale, au moins uns face du corps support est miyaie 10 d*une couche émettant des électrons- A cet effets on connaît un grand sou-» bre de procédés, par exemple projection* immereion? compression ou leurs combinaisons. Avant ou après l'application de la souch® êmissive8 l'électrode est amenée à la forme définitive. 15 D'une façon générale, 1'enceinte à décharge d'un tube à décharge électrique contient plusieurs impuretés gazeuses. De telles impuretés sont partiellement constituées par des gaz résiduels subsistant dans le tube après le pompage, partiellement par des gaz fixés à ou dans la paroi da tube à décharge, aux électrodes 012. aux fils d' alimantatioa de courant et©0 ot 20 libérés lors do, fonctionnement du tube. De telles impuretés gazeuses affectent généralement le bon fonctionnement du tas©, du fait qu'elles peuvent provoquer une contamination de la couohe émissivs. Bans le cas de lassee à décharge dans le gaz à basse pression, les impuretés gazeuses peuvent influer désavantageusement sur le rendament de la lampe. De plus, elles aug» 25 mentent notableraant la tension d*araorçage de la lampe. Afin de fixer ces impuretés de façon qu'allas m paissent p£us eser» cer leur influence perturbatrice dans l'enceinte à décharge, il est cornai d'appliquer, dans ladite enceinte à décharge, des matériaux fixateurs àQ gaz, appelés parfois getters. C'est ainsi qu'il est connu de former une eo&= 30 che appelée à fixer des gaz sur una partie de la paroi du tube ou de dispenser une plaque ou une bande en matériau fisat-eus? de gas près d'une élsetsie=» de. Un matériau fixateur de gaz utilisable dans ua tubs à décharge doit répondre aux exigences suivantes. ®a premier lieu, le matériau doit su:c™ 35 fisamment fixer les gaz indésirables. Puis, il faut qu^uno ûclle fixation des gaz se déroule rapidement» Toutefois, les Estériaus fixateurs d® gas présentent cependant généralement an effet sélectif, ce qui veut dire qu'ils ne fixent que des gaz déterminés dans des quentitéo suffisantes et à vitesse convenable. De plus, l'activité de la plupart des getters est - BAD GR'Q-'MÂL fc. 69 10562 2 2007388 tributaire de la température. C'est ainsi qu'une couche en baryum fonctionne à uiie température asses bassa (inférieure à 100°C), alors qu'une plaquette massive 933, zirconium ou en titaaeaa donne entière satisfaction qu*à des tem-= pératuross notablement plus élevées (supérieures à 600*0). 5 U;se électrode à émission thezmque conforme à l'invention qui est munie d'un support constitué par une plaque métallique, dont une facs comporte un© couche émettant des électrons, est notamment telle que l'autre face du support comporte une couche fixatrice de gaz. Une électrode conforme à l'invention assume d'une façon simple d®ux 10 fonctions, notamment fournir un 0Durant d'électrons à émission thermique et fixer les impuretés gazeuses. Bans les électrodes conformes à l'invention, la couche fixatriea de gaz et la couche ©missive ne se gSnent pas et les deux fonctions sont remplies d'une façon efficaoe. Fait étonnant, on a constaté qu'un choix approprié du matériau fixateur de ga?- permet a§me d*obte*-15 nir une amélioration des propriétés d'émission, du fait que 1® matériau fi— dateur de gaz exerce un effet activant sur le matériau ésissif. C'est qu'à "la "''.ampêratur® élevés à laauells fosotionne 1 ' électrode, une partie du matériau. fixateur de gaz diffus© à trairçcra le support de !*éïeotrod« conforme à vesa la couche émissive o»s par exemple par réduction d'oxyde de 20 bas?roœs Al forme du baryum libre. Orâee à l'amenée continuelle du matériau activant pendant la duré© de vi© â» tube à décharge, les propriétés d'émis-sioa restent optimales» Surtout lorsoiu® l'effet fixateur de gas s'accompagne d'un effet activant, il est possible de réaliser des tubes à décharge présentant une longue durée de vie. 23 L*application d'une couche fixatrice de gaz sur una électrode à émis sion thermique a pour effet que, lors du fonctionnement du tube à décharge, ia coucha est portée à une température élevée, ce qui est très avantageux si l9©n utilise des matériaux fixateurs de gaz, dont les propriétés fixatrices de gaz s'améliorent à mesure que 1s température monte. 30' Gomma matériau fixateur de gag on utilise de préférence an ou plusieurs des éléments sircoaiuis, titr,nes lanthane s cérium ou thorium, fous ces éléments présentent d'excellentes propriétés fixatrices de gaz à una température él3%"éss notamment l'oxygène^ la vr,paur d'eau, le dioxyêe de carbone et le moaoxyde d© carbone soat fisés dans uns mesure suffisante et à vitesse eon-35 venable par ces éléments. Ge sont surtout ces gaz qui sont perturbateurs lors du fonctionnement tu tube à décharge. Lesdits éléments fixateurs de gaz offrent l'avantage de présenter une grande affinité par rapport à l'hydrogène à une température basse. Avant que 1© tube à décharge ne soit allumé, pratiquement toute la quantité d'hydrogène présenta dans l'enceinte à dé-40 charge est fixée à la couche fixatrice de gaz. Comme il est connu, une près- bad original 69 10562 3 2007388 sion d'hydrogène trop élevée dans l'enceinte à décharge provoque une augmentation de la tension d'amorçage. La forme de la couche fixatrice de gaz influe sur les propriétés fixatrices de gaz. C'est ainsi qu'une feuille de par exemple zirconium, appli-5 quée sur le support ou une couche de zirconium à petit volume de pores, présentent un plus faible pouvoir fixateur de gaz qu'une couche contenant des granules en zirconium faiblement frittés. C'est qu'une telle couche a une grande surface active. Le brevet britannique Ho. 995*821 décrit un procédé pour la fabrication 10 d'une anode pour tubes à décharge électriques, anode qui est munie d'une couche fixatrice de gaz. L'application de la couche fixatrice de gaz sur une électrode conforme à 1Tinvention s'effectue de préférence suivant ce procédé connu. À cet effet, on applique, à partir d'un récipient, des particules métalliques sur un ruban métallique, après quoi le ruban ainsi obtenu traverse 15 un four dans lequel les particules sont fixées par frittage au ruban. Puis, on applique un ou plusieurs des susdits matériaux fixateurs de gaz, le plus souvent sous forme d'hydrures dans les interstices compris entre les particules métalliques. La couche ainsi formée est ensuite comprimée, par exemple entre des rouleaux compresseurs en acier, d* sorte que les particules métal» 20 liques se déforment de façon à renfermer la majeure partie du matériau fixateur de gaz qui, de ce fait, est fixé. Une électrode oonforme à l'invention peut ftre obtenue à partir du susdit ruban métallique comportant une couche fixatrice de gaz, par exemple par déformation, soudage, etc. La couche émet-trice peut être appliquée sur l'autre face du ruban, avant ou après le façon-25 nage définitif de l'électrode. Lors de ladite formation et de l'aotivation de l'électrode dans le tube à décharge, le matériau fixateur de gaz n'est que faiblement fritté, de façon qu'une grande surface active soit maintenue. Si le matériau fixateur de gaz est appliqué, dans la couche sous forme d'hydrures, tels que l'hydrure de 30 zirconium, il se dégage de l'hydrogène gazeux lors de la formation, ce qui favorise l'aotivation et la formation de la couche émettricè. On a constaté que l'addition de tungstène et/ou de nickel à l'état pulvérulent au matériau fixateur de gaz influe avantageusement sur les propriétés fixatrices de gaz. Le tungstène en poudre empêche un trop fort frittage 35 du matériau, alors que l'addition du nickel en poudre assure l'absorption d'une plus grande quantité de matériau fixateur de gaz dans les interstices compris entre les particules métalliques. La quantité totale de tungstène et/ou de nickel est comprise entre 20 et 60j6 en poids. Dans une forme de réalisation"préférée d'une éleotrode conforme à l'in-4 tion, la couche émettrioe est appliquée d'une façon analogue à celle 69 10562 4 2007588 décrite ci-dessus pour la couche fixatrice de gaz. Un tel procédé pour l'application de la couche à émission thermique sur lea électrodes est connu du brevet britanique Uo.940.063» On obtient alors une. électrode, dont la couche émettrice présente un faible travail d'extraction, par suite du faible 5 frittage du matériau émissif. L'électrode peut alors fonctionner à une température ne dépassant pas nécessairement environ 900°C» De plus, cette forme de réalisation de l'électrode offre les avantages d'une faible résistance électrique et d'une excellente résistance à la pulvérisation pendant un bombardement par ions se produisant éventuellement. 10 Pour appliquer les deux couches de la façon décrite ci-dessus, il est recomman&able de former d'abord la couche fixatrice de gaz sur une face du ruban et ensuite la couche émissive sur l'autre face, alors que le frittage des particules métalliques pour la formation de la dernière couche doit être effectué dans une atmosphère réductrice, par exemple dans de l'hydrogène ou 15 dans un mélange réducteur dfhydrogène et d'un gaz inerte, afin de protéger les hydrures se trouvant dans la oouche fixatrice de gaz. Il est également possibl* d'appliquer simultanément les deux couches. De bons résultats s'obtiennent avec le molybdène, le fer nickelé, le nickel et le nickel dit à cathodes (nickel contenant de très petites quanti-20 tés d'un ou de plusieurs éléments activants, tels que le magnésium, l'aluminium, le silicium ou le zirconium) comme matériau à utiliser pour le support de l'électrode. Toutefois, on préfère utiliser le nickel et notamment le nickel à cathodes, étant donné que ces matériaux ne sont pas chers et ne contiennent pas d'impuretés non désirées. De plus, ces matériaux se prêtent fa— 25 cilement au façonnage. Les particules métalliques fixées par frittage au support peuvent être en vanadium, molybdène, fer, cobalt ou nickel, du fait que ces métaux peuvent convenablement être fixés par frittage sur une couche métallique sous-jacente. On préfère utiliser, ici aussi, le nickel, entre autres du fait que 30 oe métal est peu coûteux et qu'il peut facilement être appliqué, dans la forme requise, sur le support. C'est que dans le cas d'utilisation de particules en nickel, on peut amener ces particules au ruban à partir d'un réservoir magnétique, les particules étant dirigées de façon à former des agglomérations s'étendant dans une direction perpendiculaire au ruban, agglomérations 35 qui sont séparées entre elles par des interstices. Lors du frittage, il se forme alorê sur le ruban des poils relevés en nickel pouvant renferme* de grandes quantités de matériau fixateur de gaz ou de matériau émettant des électrons. Il est avantageux d'utiliser pour le support des électrodes conformes 69 10562 5 2007388 à l'invention du ruban métallique d'une faible épaisseur, par exemple à5'une épaisseur comprise entre 20 et 100 L'électrode présente alors une fai ble capacité thermique, de sorte que le temps nécessaire pour porter l'électrode à la température d'émission est court. 5 Afin d'obtenir une durée de vie satisfaisante du tube à décharge, l'électrode conforme à l'invention est de préférence munie d'au moins 1 mg 2 de matériau émissif par cm de surface émissive. D'une façon générale, une 2 quantité de matériau émissif supérieure à 10 mg par cm n'est pas nécesaai-» re. Comme matériau émissif on peut utiliser un ou plusieurs des oxydes te 10 métaux alcalino-terreux. Ces oxydes sont généralement formés au cours de la fabrication du tube à partir de carbonates, par exemple un mélange de car=» bonatea de baryum, de strontium et de calcium. Il est avantageux de mélanger le matériau émissif avec, en poids, 1 à 10$ d'un ou de plusieurs des éléments titane, zirconium, hafnium ou thorium» Ces éléments favorisent 1® 15 processus de l'aotivation du matériau émissif, notamment pendant les premières heures de fonctionnement du tube. Au moment où les éléments activants additionnés sont consommés, le processus de diffusion du matériau fixateur de gaz est tellement avancé que des quantités suffisante* d'activants peuvent être fournies. 20 De préférence, une électrode conforme à l'invention utilisable dans un tube à décharge dans le vide est réalisés sous forme d'uno cathode à chauffage indirect comportant un corps support cylindrique oreux. La «souche émissive 9st alors appliquée sur la face extérieurs du cylindre, à 13opposé de l'anode. La couche fixatrice de gaz est fixée sur la face intérieurs du 25 cylindre et est à même de fixer les gaz dégagés par le filaaent, ce qui les empêche de s'infiltrer dans l'enceinte à décharge <> L'extrémité du cylindre comporte une ouverture, de sorte que les gaz dégagés à d'autres endroits dans l'enceinte à décharge peuvent également être fixés par la couche fixa»™ trice de gaz. Dans cette forme de réalisation, l^amené® continuelle d'actif 30 vants à partir de la couche fixatrice de gaz à la couche émissive joue w grand rôle, ce qui permet de réaliser des tubes présentant une très longue durée de vie. Dans le cas d'utilisation d'un® électrode conforme à l'inventioa dans les tubes à rayons cathodiques, par exemple pour d©s fins de télévision3 25 V électrode est de préférence réalisée sous forme d'une eatiiode à chauffage indirect comportant un corps support cylindrique creux, dont une extrésitê est fermée par une plaque métallique, alors qu'une coucha émissive est ap« pliqué sur sa face extérieure. La couche fixatrisa d® gaz est appliquée sur la face intérieure de la plaque et, éventuellement, sur la partis cy-40 lindrique du support. 6 2007388 69 10562 Il est très avantageux d8utiliser une électrode conforme à l'invention dans un tube à déchargo dans le gaz à basse pression, par exemple une lampe à décharge Sans» le ga.% à basse pression^ par exemple usa lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basa® pression» L'électrode est réalisée9 isi 5 aussi, sous forme d'un cylindre oreux, dont au moins une extrémité comporte une ouverture. Dans ce cas3 la couche émissive est appliquée sur la face intérieure du cylindre» Le matériau d*électrode éventuellement pulvérisé par un bombardement par ions ne s'échappe pas facilement de l'électrode» La couche fixatrioe de gaz est appliquée sus la face extérieure du cylindre, ce 10 qui assure un effet fixateur de gass convènable, du fait que la couche fixatrioe de gaz est alors facilement accessible aux impuretés» La description ci-aprèsa en s© référant au desein annexé;, le tout donné à titre d'exemple non limitatif9 fera bien comprendre comment l'invention psut être réalisés, les particularités qui ressortent tant du texte que du 15 dessin faisant, bien entendu; partie de ladite invention» La figura 1 représente 3chématiqs?.e:i'ent une sectioa transversale d'une électrods conforme à l'invention*. La figure 2 représente de le msaQ façon une section transversal® d'une astre for-mo de réalisation d'une électrode conforme à l'invention. 20 La figure 3-est use section d'an ruban en nickel raum d'une couche fixatrices de gaz et d'un© couche émissiv® et destiné à itra utilisé pour la •réalisation d'une, électrode conforme h l'invention. La figure 4 montre une autre forme de réalisation d'une électrode conforme à l'invention utilisable dans les tubes à rayone cathodiques. 25 La figura 5 montre en section un t.i'bs à décharge dans le vide conforme à l'invention. La figure 6 représent© en section aa tube à rayons cathodiques conforme à l'invention. La figure 7 montre une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à 30 basse pression conforme à l'invention» Sur la figure 1, le chiffra d.e référence (1) désigne le corps support à9 us.6 électrode cylindrique cz-euse à utiliser dans les tube» à décharge dans le_vid3j '-jorps support qui est cc-Bstituê par un ruban en nickel» Les dimensions du support sont tributaires d* l'emploi de l'électrode à réaliser. 35 C'est ainsi que dans le cas d'une dioda redresseuse,, la longueur du cylindre peut êtra de 60 mm et la section de 5nm. Dans cet exemple, l'épaisseur du ruban est de 75 ^u. La couche.fixatrice de gaz (2) est appliquée sur la face intérieure et la couche émissive (3) sur la face extérieure de l'électrode. Le chiffre de référence (4) désigne un repli qui, dans cette forme de réali-40 sation, est sit.ué à l'intérieur de l'électrode. BAD ORIGINAL 69 10562 7 2007388 La figure 2 montre la section transversale d'une électrode cylindrique creuse à utiliser dans une lampe à décharge dans la gaz à basse pression. Le corps support (1), qui est en nickel, a une longueur de 15 mm et une section d'environ 2,5mm, alors que l'épaisseur du ruban en nickel est d'envi-5 ron 50 yu • Dans cet exemple de réalisation, la couche fixatrice de gaz (2) est appliquée sur la face extérieure du support et la couche émettriee (3) sur la face intérieure de celui-ci. Le repli (4) s'étend le long de la face extérieure de l'électrode. La figure 3 représente en section, à grande échelle, une partie d'une 10 électrode conforme à l'invention. Le chiffre de référence (1) désigne un ruban réalisé en nickel à cathodes, contenant par exemple en poids 0,03 à 0,095^ de magnésium et servant de support à la couche fixatrice de gaz (2), (5) et à la couche émettriee (3), (6). Sans cet exemple de réalisation, " le ruban a une épaisseur d'environ 50 Les deux couches ont une épais- 15 seur d'environ 10^u. Le matériau fixateur de gaz (2), qui est constitué par du zirconium, additionné d'environ 30$ en poids de nickel, est en majeure partie entouré des poils relevés en nickel (5) et du ruban (1) et est de ce fait fixé. Le matériau émissif (3) est constitué par un mélange d'oxydes de métaux alcalino-terreux additionnés de 1 à 10$ en poids de titane et/ou 20 de zirconium et est entouré en majeure partie des poils relevés en nickel (6) et de la bande en nickel (1). Après quelque temps de fonctionnement de l'électrode, le support en nickel contient une petite quantité de zirconium. La concentration de zirconium se trouvant dans le support décroît à partir de la surface fixatrice de gaz vers la surface émissive. Après quelque temps, 25 il s'établit un équilibre dans lequel l'offre de zirconium à la couche émissive suffit tout juste pour assurer l'effet optimal de cette couche. Sur la figure 4» le chiffre de référence (1) désigne le support, constitué par un ruban en nickel, d'une électrodè à utiliser dans un tube à rayons cathodiques servant par exemple à reproduire des images de télévi— 30 sion. Le support est constitué par un cylindre creux, dont une extrémité est fermée et qui est formé par extrusion d'un seul morceau du ruban en nickel. La couche fixatrioe de gaz (2) s'étend sur toute la surface intérieure de l'électrode. La couche émissive (3) est appliquée sur la face extérieure de l'électrode et s'étend sur pratiquement toute la surface de la 35 partie fermant le cylindre. D'une façon générale, l'électrode est utilisée en combinaison avec une douille métallique qui entoure le filament et qui n'est pas représentée sur le dessin. Sur la figure 5» le chiffre de référence (7) désigne l'enveloppe en verre d'une triode conforme à l'invention. La cathode (1), (2) et (3) a la 'me telle que représentée sur la figure 1 et est chauffée,"par voie in 69 10562 8 2007388 directe, par un filament à incandescence (8). Le chiffre de référence (9) désigne une grille et le chiffre (10) une anode. La figure 6 montre un tube à rayons cathodiques conforme à ^invention servant à reproduire des images. L'électrode à chauffage indirect (1), 5 qui est munie d'une surface émissive (3) et d'une surface fixatrice de gaz (2), est du genre tel que représenté sur la fig.4« Le filament n'est pas représenté sur le dessin. L'électrode est fixée à l'aide du matériau céramique (14) dans un cylindre dit de Wehnelt (15)* Ce oylindré et les autres électrodes qui ne sont pas représentées sur le dessin, sont supportés par 10 les supports (16). Le chiffre de référence (7) désigne l'enveloppe, par exem pie en verre, de l'enceinte à décharge. Sur la figure 7> le chiffre (7) désigne la paroi, par exemple en verre, d'une lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression conforme à l'invention, lampe qui, en régime, dissipe une puissance de 40 15 Watts. Aux deux extrémités de la lampe est formé un pincement (11) que traversent les fils d'alimentation de courant (12). Dans 1'enceinte à décharge, les fils d'alimentation de courant sont connéctés aux électrodes (1), (2), (3) par soudage par points. La figure 2 représente en section de telles electrodes. Le chiffre (13) désigne une couche luminescente. La construction 20 des électrodes est peu oôfiteuse et ne nécessite pas l'utilisation de moyens assurant le chauffage de l'électrode pendant l'amorçage de la lampe» 69 10562 9 2007388 KSVMDI GATIONS 1. Electrode à émission thermique munie à'es support constitué par une plaque métalliques dont une face comporte une couche émettant des électrons^ électrode qui est caractérisée en ce qu© I?autre face du support comporte 5 une eou.sho en matériau fixateur de gaz. 2. Electrode selon revendicatioi; 3S Blâofe-odo eelcn revendi'eation 1 oa 2, caractérisés en ce que le maté» riau fixateur de gaz sert également d'activant è la souche émissive. 10 4» Eloetr-e-Ie selon revendication 1, 2 ou 3S ca^astésiséQ en se que 1© oats-riau fixateur de gaz est constitué par uh oa. plusieurs des éléments ziseo-nium, titaïie, lanthane, césium ou thorium. 5. Electrode selon revendication 1, 2, 3 oa 4» caractérisé en ce que 1© matériau fixateur de gaz est mélangé avec en poids 20 à 6df> de tungstène et/ 15 ou de nickel à l'état pulvérulent. 6. Electrode selon revendication 1, 2, 3, 4 oa 5» caractérisé en ce que la couche fixatrice de gaa est constituée par des particule© métalliques çtii sont fixées pas frittage au support et entre lesquelles se trouve le Bâté" riau fixateur de gaz, particules métalliques qui sont formées de façon à 20 entourer en majeure partie le matériau fixateur de gaz» 7c Electrode selon revendicatioa 1S 2, 3$> 4» 5 ok 6, caraetérisé en os qae la couche émettant les électrons ôst constituée ga® des particules métai=. liques qui sont fixées par frittage au support et entre lesquelles se t5?oa°> ve du matériau émissif dont le travail d8extrae'Sion est inférieur à 2s¥s 25 particules métalliques qui sont f orras es de far. on à entourer en majeure partie le matériau éiaisaif. 8. Electrode selon revendication 1g Ss 3* 4s 5j 6 oa 7s> caractérisé 0» 00 que le support métallique ost ©ntièrëmen.'à oa pa^ti©lissant en nickel oui 0a nickel à cathodes. 30 9» Electrode selon revendication 1, 2, 3, 4> 5> 5? 7 oa 8> caractérisé ss ce que les particules métalliques sont en aickelo 10. Electrode selon l'une des revendications précédentes, cassets-» 2 risé en ce qu'elle contient au moins 1 mg de matériau émissif par cm de 35 surface émissive. 11. Electrode selon l'une des revendications précédentes, earaeté« risé en ce que le matériau émissif est constitué par an ou plusieurs des oxydes de métaux alcalino-terreux. 12. Electrode selon revendication 11, caractérisé en ee que le matériau 40 émissif est mélangé avec 1 à 105É en poids, d'au moins un des éléments titane, zirconium, hafnium et thorium. 69 10562 10 2007388 13» Tube à décharge électrique muni d'une électrode à émission thermique selon l'une de$ revendications 1 à 12. 14c Tube à décharga électrique selon revendication 13s caractérisé en oe qu'il comporte une électrode constituée par un cylindre creux, dont au moins 5 une extrémité comporte une ouverture,, alors que la couche émissive est s.p*» pliquée su» la faoe extérieur® d» ojlinâre0 15® Tube à rayons cathodiques selon rsvmdication 13? caractérisé en ce que l'électrode est constituée par tœ cylindre creux, dont aa moins ane extré*» mité est fermée par une plaque raéteJliqns sur la faoe extérieur© de la-10 quelle est appliquée une soushe ésisaivs et sur la face intérieure d© laquelle est appliquée oa© couche .fixatrice de gaz. 16® Lampe à décharge dans la gaz à "basse pression selon revendication 13-. caractérisée en oe que électrode est constituée par us oyliadrs creux,'dont as noina aae extrémité comporte us© ouverture et sur la faoe' intérieure 15 duquel est appliquée la couche ésisEivSo