Brevet FR2262398A1 — publié le 19750919

L'invention concerne une cathode à chauffage indirecte constituée par une gaine cathodique contenant un élément chauffant, l'espace compris entre latine cathodique et l'élément chauffant étant au moins partiellement rempli d'un matériau assurant la conduction de la chaleur provenant de l'élément chauffant vers la gaine cathodique. L'invention est également relative à un tube à décharge électronique muni d'une telle cathode. Une telle cathode est connue du brevet français ne 1 469 999 qui décrit cette cathode et son procédé de fabrication. Dans cette cathode, l'espace compris entre la gaine cathodique et l'élément chauffant est rempli d'une masse frittée céramique mousseuse, qui adhète tant à la surface de l'élément chauffant qu'a' la surface intérieure de la gaine cathodique. Ainsi, une bonne transmission de la chaleur par conduction entre ces deux surfaces est assurée et le temps s'écoulant entre le moment où le courant électrique traverse l'élément chauffant et le moment ou la gaine cathodique reçoit une puissance telle que l'émission requise soit atteinte, c'est-à- dire le temps d'enclenchement est plus court. Dans la cathode dans laquelle l'espace compris entre ltélément chauffant et la gaine cathodique n'est pas rempli, la chaleur est essentiellement transportée par rayonnement de l'élément chauffant vers la paroi intérieure de la gaine cathodique et ensuite vers la surface intérieure thermionique de la gaine cathodique. Dans les cathodes contenant une substance de remplissage, la masse est petite par suite du caractère por- de la masse mousseuse. La résistance d'isolation électrique entre l'élément chauffant et la gaine cathodique reste élevée. L'invention vise à fournir une cathode présentant une transmission thermique interne meilleure entre l'élément chauffant et la gaine cathodique ainsi qu'une petite capacité thermique et, de ce fait, un emps d!enclenchement plus court. Conformément à l'invention, une telle cathode du genre mentionné dans le premier alinéa est caractérisée en ce que l'espace compris entre l'élément chauffant et la gaine cathodique est au moins partiellement rempli d'un cermet. Par "cermet'1 il y a lieu d'entendre, dans la suite du présent mémoire, un matériau réfractaire constitué par une combinaison hétérogène d'au moins un métal et ou des alliages avec au moins une phase céramique de préférence un oxyde métallique (par exemple A1203). L'invention est basée sur l'idée que pour une cathode présentant un temps d'enclenchement court, une petite capacité thermique de la cathode, y compris le matériau appliqué entre l'élément chauffant et la gaine cathodique doit s'accompagner d'une basse résistance thermique (bonne conduction thermique) dudit matériau. Or, l'utilisation d'un cermet permet d'abaisser notablement la résistance thermique et la chaleur spécifique du cermet par suite de particules métalliques, présentes dans le cermet, et qui ont une-très bonne conduction thermique, tandis que la capacité thermique n'augmente pas trop par addition des particules métalliques. Lors du temps d'enclenchement, de l'énergie est amenée à la cathode.Or, lorsque l'élément chauffant s'échauffe du fait que la chaleur ntest pas suffisamment évacuée vers la gaine cathodique, la résistance électrique de l'élément chauffant augmente en général fortement, ce qui a pour effet une réduction du courant électrique traversant l'élément chauffant et, partant, de 1' énergie amenée. Cela constitue un ralentissement additionnel, qui prolonge le temps d'enclenchement, ce qui peut être évité par application d'un cermet. En effet, un cermet présente une basse résistance thermique et l'énergie amenée à l'élément chauffant est rapidement évacuée sous forme de chaleur vers la gaine cathodique.De ce fait, il se produit également une plus plus petite différence en température entre l'élément chauffant et la gaine cathodique dans le cas d'une cathode sans matériau de remplissage (bonne conduction, petit gradient de température). La différence en température se produisant entre l'élément chauffant et la gaine cathodique est de 50, alors que sans matériau de remplissage, elle est de 250 Un avantage additionnel réside dans le fait qu'un choix rigoureux des métaux à utiliser dans le cermet permet d'obtenir une meilleure adhérence entre le cermet et l'élément chauffant et la gaine cathodique par scellement de l'un des métaux du cermet avec les métaux de ltélément chauffant, de la gaine cathodique et des autres particules métalliques dans le cermet. De ce fait, il se forme un bon contact conducteur de la chaleur. L'inclusion de l'élément chauffant dans ou à l'aide d'un matériau de remplissage offre en outre l'avantage d'obtenir une grande résistance aux chocs et aux vibrations, ce qui se traduit par une durée de vie prolongée de la cathode, ce qui est intéressant pour certaines applications. Des tubes électroniques à décharge comportant des cathodes présentant un temps d'enclenchement court sont intéressants entre autres dans des circuits en combinaison avec des transistors et des circuits intégrés. Ces cathodes constituent alors les composants les plus inertes dans les circuits de ce genre, ce qui importe entre autres pour les récepteurs de télévision comportant des transistors. Dans les cathodes en tungstène conformssà l'invention, ledit cermet est constitué par exemple par une combinaison hétérogène de poudre de vanadium, poudre de tungstène et un oxyde métallique (par exemple A1203). Le cermet s'obtient par application de cette composition pulvHerulente à trois composants, sous forme d'une poudre sèche à l'aide d'un adhésif sur l'élément chauffant et la gaine cathodique, ou bien par application, à l'aide d'un liquide-support, par immersion, injection (par exemple comme pâte) ou à l'aide d'un pinceau entre l'élément chauffant et la gaine cathodique suivi d'un chauffage dans une atmosphère réductrice (par exemple H) à une température d'environ 1 650' C, chauffage lors duquel se produit le frittage, le cermet se forme et, de ce fait,s'établit le bon contact avec l'élément chauffant et la gaine cathodique. Dans le cas d'un corps cathodique en molybdène et un corps chauffant, au moins partiellement en tungstène, un bon résultat s'obtient avec un cermet constitué par un mélange contenant 15 % de poudre de tungstène et 85 % de poudre de vanadium, additionné d'un oxyde métallique jusqu'à obtention d'un poids comprenant 10 à 80 I de la totalité. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, La figure 1 représente une forme de réalisation de la cathode conforme à l'invention La figure 2 représente une image schématique de la composition de la cathode. La figure 1 représente une forme de réalisation de la cathode conforme à l'invention, Ltélément chauffant 1 est noyé dans le cermet 2 de la gaine cathodique 3. De plus, il se peut que le cermet ne rem- plisse qu'une partie de l'espace compris entre la gaine cathodique et l'élé- ment chauffant, par exemple au-dessus de la ligne I - I ou quiil présente des cavités. - Le fil chauffant 4 de l'élément chauffant est muni d'une couche électro-isolante 5 (par exemple A1203) et d'une couche supérieure obscure 6 contenant de la poudre de tungstène. Suivant la quantité de métal etlou d'alliage dans le cermet, ce dernier est électroconducteur, ou non. Si le cermet est élec- troconducteur, le fil chauffant 4 doit comporter au moins la couche électro-isolante 5. Par contre, si le cermet n'est pas électroconducteur, l'élément chauffant ne peut être cons- titué que par un fil de chauffage nu, de sorte que la couche isolante 5 et la couche supérieure obscure 6 peuvent être omises. La figure 2 représente schématiquement une image de la composition d'une forme de réalisation d'une cathode à réserve conforme à l'invention. La partie de la cathode représentée sur le dessin contient ainsi toutes les pièces et leur composition. Le fil de chauffage en tungstène 4 est recouvert d'une couche électro-isolante 5 en A1203 et d'une couche supérieure obscure 6, qui contient les particules en tungstène 7. Les particules en tungstène 8 dans le cermet sont scellées à l'aide de particules 9 en vanadium fondu pendant le frittage du cermet aux particules en tungstène 7 dans la couche supérieure obscure 6. De plus, les particules en tungstène dans le cermet sont scellées, à l'aide du vanadium 9, à la gaine cathodique en molybdène 3. Du reste, le cermet contient des particules en oxyde métallique 10. Il est évident que l'invention peut également être appliquée aux cathodes présentant une autre forme et un autre matériau et qu'elle n'est pas limitée aux cathodes cylindriques. C'est ainsi que la cathode peut être sous forme de cuvette, la forme de ltélément chauffant étant évidemment adaptée à la cathode. Les dimensions d'une cathode représentée sur la figure 2 sont pàr exemple les suivantes diamètre : 1,3 mm, épaisseur de paroi supérieure 0,5 iman, longueur du cylindre 2,4 mm, diamètre extérieur 1,9 ma, épaisseur de paroi du cylindre 0,05 "'m. Une autre application du cermet dans une cathode constitue un cermet à base Ni - Si dans une cathode en oxyde, dont le corps cathodique est en nickel ou en un alliage de nickel. REVENDICATIONS 1. Cathode à chauffage indirecte constituée par une gaine cathodique dans laquelle se trouve un élément chauffant, l'espace compris entre la gaine cathodique et l'élément chauffant étant au moins partialement rempli de matériau assurant la conduction de la chaleur provenant de l'élément chauffant à la gaine cathodique, caractérisée en ce que ce matériau constitue un cermet. 2. Cathode à chauffage indirecte selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit cermet constitue une combinaison hétérogène d'au moins : a) l'une des substances choisies dans le groupe des métaux et leurs alliages, z une des phases céramiques, de préférence un oxyde métallique, dont au moins l'une des substances choisies dans les groupes des métaux et leurs alliages adhère convenablement à une gaine cathodique et à ltélément chauffant. 3. Cathode selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit cermet est constitué par une combinaison hétérogène de poudre de tungstène, poudre de vanadium et un oxyde métallique. 4. Cathode selon l'une des revendication 1à 3 caractérisée en ce que le cermet est constitué par un mélange contenant environ 15 : de poudre de tungstène et environ 85 % de poudre de vanadium, additionné de 10 à 80 % en poids dtoxyde métallique, de préférence A1203, jus qutà 100 :. 5. Cathode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit cermet est constitué par une combinaison hétérogène de poudre de nickel, poudre de silicium et un oxyde métallique. 6. Cathode selon l'une des revendications 1, 2 et 5, caractérisée en ce que ledit cermet est constitué par un mélange contenant 11,5 5 de poudre de silicium, 88,5 5 de poudre de nickel additionné de 10 à 80 X en poids d'oxyde métallique, de préférenceA1203, jusqu'à 100 X. 7. Cathode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau de la gaine cathodique est constitué par au moins l'un des métaux choisis dans un groupe de Mo et Wo. 8. Cathode selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en cc que la gaine cathodique est du nickel ou un alliage de nickel. 9. Tube à décharge électronique muni d'une cathode selon l'une des revendicationb 1 à 8.