Brevet FR2259434A1 — publié le 19750822

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tube cathodique et plus particulièrement un procédé de fabrication de tubes cathodiques pourdes récepteurs de télévision en couleur. L'invention concerne également les tubes cathodiques ainsi réalisée. Dans un récepteur de télévision classique, travaillant suivant le procédé ditde "pre-, chauffage", on chauffe la cathode du récepteur même si le récepteur est encore fermé, de façon à obtenir une image instantanément, lorsqu'on ferme le commutateur de puissance du ré récepteur. Selon ce procédé, on a relié une résistance au circuit de chauffage de la cathode du tube récepteur et la puissance électrique consommée dans le dispositif de chauffage est pratiquement la méme que celle consommée lorsque le récepteur de télévision travaille normalement. Â titre d'exemple dans le cas d'un récepteur de télévision en couleur, on consomme toujours plusieurs centaines de watts électriques, méme si le récepteur de télévision en couleur est coupé. Récemment, la consommation de puissance des récepteurs de télévision ne fonctionnant pas, pose un problème du point de vue de l'économie d'énergie. Fin outre, l'alimentation des récepteurs qui ne fonctionnent, pose également un problème de sécurité. Ainsi, il est particulièrement souhaitable d'éviter le préchauffage du tube cathodique, à l'avenir. Selon la figure 1, on connaît déjà un dispositif de chauffage dit "indirects pour le tube cathodique d'un récepteur de télévision en couleur, ce dispositif comprenant un dispositif de chauffage 2 logé dans un manchon de tube cathodique I. Le manchon de tube cathodique 1 est en un métal dont la composition est principalement à base de nickel Ni et de quelques pourcentages de tungstbneW mélangé au nickel pour conserver la résistance au manchon 1. On a une coupelle 4 fixée au manchon de cathode 1 pour recouvrir 1 l'es- trémité ouverte.La coupelle 4 est formée d'une plaque d'extrémité 4a en métal de base, qui est revêtue d1un matériau d'oxyde de cathode 3 comme par exemple BaO SrO, CaO etc pour former une surface d'émission thermique électronique ainsi que d'une paroi latérale cylindrique 4b réunies à la plaque d'extrémité 4 et s'étendant à partir de cette dernière dans une direction pratiquement à angle droit par rapport au plan de la plaque d'extrémité 4a. La coupelle 4 est soudée par points au manchon 1 de la cathode suivant les points P de la paroi latérale 4b. La coupelle 4 est en un matériau contenant prin cipalement du nickel Ni et des agents réducteurs tels que du magnésium Mg et du tungstène W comme éléments aditionnels. La coupelle 4 ou le manchon 1 ont le brillant métallique. Le manchon 1 et la coupelle 4 sont reliés électriquement et mécaniquement aux fiches 6 plantées dans le disque de support 5 en un matériau isolant tel que de la céramique. Cela signifie que l'on a précédemment soudé au manchon 1 par l'intermédiaire d'axes 6, des organes de support ou pattes 7. Dans un récepteur de télévi- sion ayant une cathode du type ci-dessus, si la cathode n'est pas préchauffée un certain temps avant de mettre en oeuvre le bouton d'alimentation du téléviseur ou pendant un temps permettant à la cathode d'arriver à une température prédé- terminée par exemple 7100C pour l'émission thtfflizuSe de ectronSX il faut compter entre dix et plusieurs secondes. Une telle période de temps n'est pas considérée comme avantageuse pour un téléspectateur habitué à recevoir instantanément l'image sur son téléviseur. C'est pourquoi, il existe actuellement un problème très important concernant le chauffage rapide de la cathode d'un tube de récepteur de télévision et l'augmentation brutale de la température de la cathode lors de la fermeture du commutateur d'alimentation du récepteur de télévision. Â cet effet, on peut tout d'abord envisager un premier procédé consistant à faire passer un courant plus important à travers le dispositif de chauffage, temporairement, lors de la fermeture du commutateur. Cependant, dans ce cas, le dispositif de chauffage s 'use rapidement et sa durée de vie est très courte. Un second procédé consiste à rendre aussi réduite que possible la capacité thermique de la cathode. A cet effet, le manchon de la cathode et la coupelle sont réalisés en un matériau très mince. Toutefois cela ne permet pas d ' arriver à un manchon de cathode dont la résistance mécanique soit suffisante. De plus, l'épaisseur de la coupelle qui sert d'élément métallique de base du blanc d'émis- sion thermique d'électrons doit titre choisie de l'ordre de 130 microns, à cause de sa durée de vie, c' est-à-dire qu'il est plut8t difficile d'augmenter brusquement la température de la cathode en diminuant simplement la capacité thermique de la cathode. Un troisième procédé consiste à rendre noire ou à assombrir la surface intérieure du manchon de la cathode pour absorber efficacement énergie rayonnée par le dispositif de chauffage. Â cet effet, comme l'énergie rayonnée par le dispositif de chauffage peut ttre absorbée efficacement par le manchon de la cathode, la température de celle-ci au gente rapidement. Cependant, la surface extérieure du manchon de la cathode étant une surface brillante, il en résulte un très faible rayonnement thermique du manchon de la cathode.C'est pourquoi, une puissance électrique suffisamment importante doit titre envoyée dans le dispositif de chauffage au moment de la montée en température de la cathode, de sorte que sa température ne reste pas maintenue à une valeur prédé- terminée, mais augmente. Dans ces conditions, on rend noire la surface intérieure et la surface extérieure du manchon et on alLmenhe le dispositif de chauffage, de façon adéquate en énergie électrique. Comme la surface intérieure du manchon est noire, ce manchon absorbe efficacement l'énergie rayonnée par le dispositif de chaffage, de sorte que la température de la cathode augmente rapidement.En outre, comme-la surface exté- rieure du manchon est noire, l'énergie calorifique du manchon chauffé, rayonne de façon à maintenir la température de la cathode à une valeur prédéterminée. On peut envisager un procédé consistant à noircir la surface intérieure et la surface exté- rieure du manchon de la cathode en appliquant une peinture noire ou un revêtement d'un matériau, sur ces surfaces. Cependant, il est difficile d'appliquer une peinture noire sur la surface intérieure et la surface extérieure de la cathode, suivant une épaisseur uniforme et d'arriver à unefabrication en grande série de tels manchons de cathode. Pour cette raison, on envisage d'oxyder la surface du manchon en nickel Xi usqu'à l'amener au noir, plutat que de prévoir une peinture de revu tement noire sur le manchon.Cependant dans ce cas, il est plutôt difficile d'oxyder le nickel Ni et la surface du manchon se couvre d'une couche d'oxyde, de sorte que l'on risque que si l'on emmanche une coupelle sur le manchon et qu'on soude ces deux organes par points, cette soudure par points ne puisse se faire suffisamment bien. Pour remédier à cet inconvénient, Si la coupelle est soudée par points sur le manchon de nickel, puis Si à la suite de cela, on oxyde le manchon de nickel, la coupelle est également oxydée. Il en résulte que Si un matériau à base d'oxyde pour la cathode est appliqué sur la coupelle, cela abaisse la résistance de fixation du matériau de la cathode. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un procédé de fabrication de structure de cathode pour tubes électroniques, afin que la structure de cathode donne un tube cathodique permettant d'afficher une image en moins de cinq secondes à partir du moment où on a fermé le commutateur de puissance du tube cathodique. Â cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une structure de cathode pour tubes électroniques, cette structure de cathode étant formée d'un métal de base essentiellement du nickel, soudé à un manchon formé principalement de nickel et de chrome, un revêtement émetteur d'électrons à la surface du métal de base et un'organe de support étant soudés'au manchon, procédé caractérisé en ce qu'on soude le métal de base et l'organe de support, sur le manchon, puis on oxyde sélectivement le chrome du manchon pour assombrir la surface du manchon. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma partiellement en coupe d'une structure de cathode selon l'art antérieur, l'ensemble étant vu à échelle agrandie. - la figure 2 est une vue de cEté à échelle agrandie d'une structure de cathode partielle ment en coupe transversale selon l'invention. - la figure 3 est un schima servant à expliquer le traitement d'oxydation selon le procédé de l'invention. - la figure 4 est un diagramme de phase du chrome - la figure 5 est un graphique montrant la relation entre le point de rosée de l'eau et la pression de vapeur. - la figure 6 est un diagramme de phase du nickel. - la figure 7 est un diagramme de phase du tungstène. - la figure 8 est un diagramme de phase de l'oxyde de chrome. Selon l'invention, comme représenté à la figure 2, on prépare un manchon de cathode 1 s à cet effet, on utilise une coupelle 4 qui est constituée par la plaque d'extrémité 4a, une paroi cylindrique latérale 4b sldtendant dans la direction perpendiculaire au plan de la plaque de base 4a que l'on fixe au manchon de cathode I pour recouvrir l'extrémité ouverte et la fermer avec la plaque de base 4a la paroi latérale cylindrique 4b de la coupelle 4 est soudée par points sur le manchon I comme représenté par les point8 P à la figure 2. Avant ou après que la coupelle 4 ne soit fixée au manchon 1, on soude des pattes ou organes de support 7 en forme de V, à l'autre extrémité du manchon I. La coupelle 4 peut titre réalisée en un matériau dont la composition soit telle que le ronsti- tuant principal soit du nickel Ni contenant de faibles quantités de magnésium Mg et de tungstène W ajoutées à ce nickel Ni. Dans ce cas, il est préférable du point de vue de la capacité thermique, que la paroi latérale 4b de la coupelle 4 soit mince et que les organes de support 7 soient réalisés en alliage diffusé sous le nom bastelloy B (marque déposée) ayant une faible conductivité thermique, cet alliage se composant de 28 de molybdène Mo, de 5 % pondéraux de fer Fe, le restant étant du nickel Ni. Selon l'invention, le manchon de cathode I est réalisé en un alliage de nickel Ni et de chrome Cr contenant par exemple 80 ffi de nickel Ni et 20 ffi de chrome Cr. Comme l'alliage Ni-Cr a une grande résistance mécanique, on arrive à un manchon 1 de résistance suffisante meme Si le manchon 1 a une épaisseur de l'ordre de 30 microns. La structure de cathode 8 qui est formée du manchon 1, de la coupelle 4 et des organes de support 7, est assemblée comme décrit ci-dessus, puis est soumise à un traitement a 'oxydation, particulier, afin d'oxyder seulement le chrome Cr contenu dans le manchon 1 de façon sélective, pour que la surface du manchon 1 soit sombre. A titre d' exemple, le traitement d'oxydation particulier ci-dessus sera décrit ci-après en relation avec la figure 3. On dispose d'un certain nombre de structures de cathode 8 dans un four de chauffage 9 dans lequel on souffle de la vapeur d'eau contenant de l'hydrogène gazeux, puis on chauffe à une température comprise entre 5000C et 1100oC de façon à effectuer l'oxydation thermique décrite cidessus. Dans l'exemple représenté, on fait passer lthydrogène à travers de l'eau contenue dans un récipient 10 pour humidifier l'hydrogène gazeux. Ce gaz est alors envoyé dans le four de chauffage 9 à travers une conduite.A la figure 3, la référence 10' se rapporte au couvercle du récipient 10 servant à envoyer l'hydrogène gazeux contenant de 1 'eau dans le four de chauffage 9. La pression du gaz dans le four de chauffage 9 est légèrement supérieure à la pression atmosphérique par exemple 103 torr. Le traitement thermique des structures de cathode 8 dans le four de chauffage 9 à l'aide d'hydrogène gazeux chargé d'eau, est différent suivant les températures de chauffage ; si la température de chauffage est comprise entre 500OC et 1100oC, on poursuit le traitement thermique pendant un intervalle de temps de 1 minute à 1 heure ou de préférence de 5 à 30 minutes. La figure 4 représenté le diagramme de phase montrant les conditions d'oxydation de Cr par rapport à la température de chauffage T et la pression partielle de vapeur d'eau P 26 dans le four 9, la pression partielle de l'hydrogène dans le four étant choisie égale à 103 torr. Dans le diagramme de phase de la figure 4, les abscisses représentent la température oe en degrés C et les ordonnées représentent la pression partielle de l'eau Pue28, en torr et les unités des grandeurs sont choisies én puissance.Dans la zone se trouvant sous la ligne a à la figure 4, le chrome n'est pas oxydé et reste tel quel alors que dans la zone au dessus de la ligne on obtient de l'oxyde de chrome Cr2O3 Cependant, comme au voisinage de la ligne a, une partie du chrome Cr n'est pas oxydée et reste telle quelle, alors qu'une autre parie est oxydée sous forme de Cr203 qui est instable, le traitement thermique de la structure de cathode 8 se fait dans les conditions représentées par la ligne en tiretés a' au-dessus de la ligne a à la figure 4 de façon à oxyder le chrome Or du manchon 1 en prenant la fluctuation ou l'instabilité supérieure. Dans ce cas, la température de chauffage du traitement de chauffage est choisie entre 5000C et 1100 . la raison du choix d'une température supérieure à 5000C est que si la température est supérieure à 5000 C, l'oxydation de Or se fait seulement à la surface du manchon t et c'est pourquoi, l'assombrissement du manchon 1 n'est pas suffisant et la vitesse de réaction est faible, ce qui ne permet pas une production en masse. La raison pour laquelle la température est choisie inférieure à 1100 C est que si la température est supérieure à 11000 C, l'organe de support 7 se ramollit ou le moyen de chauffage présente un encombrement très grand.Il en résulte que le traitement dtoxydatiofl qui satisfait à la condition ci-dessus correspond à la surface hachurée à la figure 4 ctest-i-dire la surface au-dessus de la ligne a', entre une ligne b parallèle aux ordonnes et passant par le point de température 500 C et une ligne c parallèle aux ordonnées et passant par le point correspondant à la température de 11000C. Cependant, si la pression partielle de l'hydrogène PE2 dans le four 9 est choisie égale à 103 torr, la pression partielle saturée de l'eau PH2O dans la pression partielle de l'hydrogène est représentée par la ligne en tirette d à la figure 4 (log PH20 = 2,88). ainsi, le traitement d'oxydation se fait dans la surface entourée par les lignes a', d, d et c, En pratique, la pression partielle de l'eau est choisie inférieure à la pression de vapeur de l'eau 23,8 torr pour le point de rosée en-dessous de la température ambiante (250C) de façon à éviter que de la vapeur d'éau ne se fixe sur le manchon 1 sous forme de buée lorsque la structure de cathode 8 est sortie du four 9 et est amenée dans la pièce. Une telle pression partielle d'eau est avanta geusement choisie inférieure à celle représentée par la ligne e (log PH2O = 1,38) à la figure 4. te graphique de la figure 5 montre la relation entre le point de rosée de la vapeur dteau st la pression de vapeur de l'eau. Lorsque la structure de cathode 8 est soumise à un traitement d'oxydation dans les conditions indiquées ci-dessus, seul le chrome Gr contenu dans le manchon 1 est oxydé sélectivement à la surface du manchon 1 et c'est pourquoi, la surface s 'assombrit. Dans ce cas, le degré d'assombrissement de la surface du manchon 1 est relativement important. La raison peut résulter du fait que le chrome Cr à la surface du manchon 1 est oxydé aussi bien que le chrome Cr au coeur du manchon est diffusé par chauffage et se rapproche de la surface du manchon 1, puis est oxydé. Il est certain q3xe le nickel Ni du manchon 1 n'est pas oxyde méme si la structure de ea- thode 8 est soumise à un traitement d'oxydation différent de ce qui est indiqué ci-dessus. "a figure 6 représente un diagramme de phase de Ni t dans ce diagramme, f indique la limite entre Ni et l'oxyde de nickel NiO lorsque la pression partielle de l'hydrogène 9 est fixée à 103 torr.Dans la surface en dessous de la ligne f, le nickel Ni n'est pas oxydé et reste inchangé, de sorte que le nickel Ni du manchon 1 n'est pas oxydé quelles que soient les conditions d'oxydation de Cr ou les conditions entourées par les lignes a', b, d et c selon la figure 4. C'est pourquoi, la coupelle 4 de la structure de cathode 8 qui contient du nickel Ni mais pas de chrome Cr, n'est pas oxydée, c'est pourquoi, n'est pas assombrie pendant le traitement d'oxydation du chrome Or du manchon 1. La figure 7 représente le diagramme de phase du tungstène W t dans ce diagramme, g représente la limite entre le métal W et l'oxyde WO3 lorsque la pression partielle de l'hydrogène PH2 dans le four 9 est égale à 1Q) torr. Dans la surface se trouvant sous la ligne g, W n'est pas oxydé et reste tel quel. Dans ce cas, dans les conditions ot la surface entourée par les lignes at, b, d et c décrites en relation avec la figure 4, une partie de W est oxydée. Cependant, comme la vitesse d'oxydation de W est beaucoup plus faible que celle de Cr, il n'y a aucun problème en pratique. Le magnésium Mg est également oxydé lorsque Cr est oxydé, mais il n'y a aucun problème moine Si Mg est oxydé. En fait, pendant l'opération de fabrication dune cathode selon l'art antérieur, le magnésium Mg est oxydé pendant le procédé d'annelage de la cathode, avant ltopération de fixation du matériau de la cathode ; le fonctionnement de la cathode n'est pas détérioré et la résistance de fixation du matériau de cathode à la coupelle 4 n'est pas diminuée par l'oxydation de Mg. La figure 8 est un diagramme de phase de Cr2O3 obtenu par le traitement d'oxydation décrit ci-dessus, par rapport à la pression partielle de l'oxygène 002 et à la température T. Il ressort clairement de la figure 8 que Cr2O3 peut rester en phase sous un vide très poussé t10 8 - 10'10torr) comme dans le cas du vide qui règne dans le tube à électrons d'un tube cathodique. Après avoir soumis la structure de cathode 8 ou le manchon 1 à un traitement d'oxydation, on introduit ce manchon 1 dans l'orifice réalisé dans le disque de support 5 en matière céramique, puis on fixe des organes de support ou pattes 7 en forme de V au manchon 1 à l'aide d'axes 6 fixées au disque 5 par soudure. Si l'on fabrique une cathode d'un tube de récepteur de téléviseur de couleur, on fixe trois structures de cathode sur un méme disque en céramique (non représenté) suivant une répartition prédéterminée. Puis, on soumet l'ensemble à une opération de rinçage, puis à un traitement par annelage par chauffage dans de l'hydrogène gazeux sec et enfin on applique le matériau oxydé 3 de la cathode sur la plaque d'extrémité 4a de la coupelle 4. Dans ce cas, comme la coupelle 4 n'est pas oxydée, le matériau de cathode 3 peut ttre fixé solidement à la plaque d'extrémité 4a. Dans l'exemple ci-dessus, on effectue l'oxydation du chrome Cr du manchon 1 avant de fixer la structure de cathode 8 au disque 5 ; toutefois, il est également possible le cas échéant, d'effectuer ce traitement d'oxydation après avoir fait l'assemblage des deux parties, puis de revêtir la cathode d'oxyde. Comme décrit ci-dessus, selon l'invention, le manchon I de la structure de cathode 8 est en alliage Ni-Cr et seul Or est oxydé sélectivement 9 la cou pelle 4 sur laquelle est appliqué le matériau de la cathode n'est pas oxydée, de sorte que la résistance de la fixation du matériau de cathode à la coupelle n'est pas abaisa8e et la durée de vie de la cathode est augmentée. En outre, comme le traitement d'oxydation se fait après avoir fixé la coupelle 4 et les organes de support 7 au manchon 1, par soudage, ce soudage n'est pas détérioré par le traitement d'oxydation. La structure de cathode selon le procédé de l'invention, décrit ci-dessus, se compose d'un manchon 1 dont la surface extérieure et inférieure sont oxydées, de sorte que lorsque le dispositif de chauffage reçoit une puissance électrique déterminée, le manchon 1 absorbe l'énergie thermique fournie par le dispositif de chauffage alimenté en puissance électrique, de sorte que la température du matériau constitutif de la cathode augmente rapidement et lorsque la température du matériau de la cathode est suffisamment élevée, le manchon 1 émet un rayonnement thermique du fait de sa partie sombre à la surface extérieure, ce qui évite que le matériau de la cathode ne soit chauffé au-delà de la température nécessaire comme décrit précédemment. in outre, comme le manchon 1 de la structure de cathode 8 est en alliage Ni-Cr, qui présente une très grande résistance mécanique, on peut avoir un manchon 1, mince, et ainsi sacapaéité thermique est réduite d'autant. il est certain qu'un récepteur de télévision à structure de cathode selon le procédé de l'invention peut donner une image 5 secondes après la fermeture du commutateur d'alimentation. L'exemple ci-dessus correspond au cas où la présente invention est montée de façon à réaliser une structure de cathode de récepteur de télévision ; il est toutefois clair que l'invention pet également s 'utiliser pour réaliser des structures de cathode susceptibles de servir dans d'autres tubes à électrons, sans en modifier le résultat. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus d écrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEDIOÂTIO$ 10) Procédé de fabrication d'une structure de cathode pour tubes électroniques, cette structure de cathode étant formée d'un métal de base essentiellement du nickel, soudé à un manchon formé principalement de nickel et de chrome, un revêtement émetteur d'électrons à la surface du métal de base et un organe de support étant soudés au manchon, procédé caractérisé en ce qu'on soude le métal de base et l'organe de support, sur le manchon, puis on oxyde sélectivenient le chrome du manchon pour assombrir la surface du manchon 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation sélective sous une atmosphère comprenant essentiellement de 1 'hy drogène et de la vapeur d'eau, la température et la pression partielles de la vapeur d'eau étant déterminées de façon à seulement effectuer une oxydation du chrome du manchon. 30) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température est comprise entre 5000C et 11000C, la pression de la vapeur d'eau étants choisie entre 2,5 et 1,38 en terme de puissance de cette pression en torr. 4 ) Tube cathodique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une structure de cathode réalisée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3.