Brevet FR2303372A1 — publié le 19761001

L'invention concerne un procédé de préchauffage des cathodes en tungstène thorié. Ces cathodes sont utilisées en particulier dans les tubes de puissance, triodes d'émission des installations de radiodiffusion et de télévision par exemple. Elles sont généralement du type en cage, et consistent en un treillis de fils roulé en cylindre fixé à deux bordures servant de support au treillis et par lesquelles est amené le courant de chauffage. On rappelle que ces fils sont obtenus en mélangeant au matériau du fil,du tungstène en poudre, environ 1% d'oxyde de thorium (ThO2) ; ces fils sont portés en fonctionnement normal a une température comprise entre 16000 O et 18000 C environ. Lors de la mise sous tension des: ces cathodes, leur partie centrale se trouve, du fait de leur structure, momentanément portée à une température plus élevée que le reste de la pièce et-se dilate davantage ; il s'en suit une déformation mécanique de la cathcde d'autant plus importante que le courant circulant dans celle-ci au moment de cette application est plus important; ceci se répère à chaque mise sous tension et peut aboutir à une déformation permanente de la cathode qui s'accentue avec le nombre d'allumages. On sait que de telles déformations sont à éviter dans toute l-a mesure du possible, cas celle sont nuisibles à un fonctionnement convenable du tube etpeuvent même constituer un danger pour sa vie. ae phénomène se trouve accentué par le fait que les cathodes en question subissent un traitement, appelé carburation, au cours duquel est.formé sur une certaine profondeur dans les fils de ces cathodesune couche de carbure de-tungst.ené destinée à favoriser leur émissivité. Or cette carburation obtenue par chauffage ' plus de 2Q000 C des fils de cathode dans uné atmosphère - d'hydro- carbure, ne se fait pas de façon très régulière sur toute la longueur des fils,par suite notamment des courants de convection qui prennent naissance au sein de la masse de gaz et des différences de température (bouts froids) entre les différentes parties d'un même fil.La profondeur de carburation est plus ou moins grande suivant les endroits, les parties les plus carburées étant les parties les plus resistantes. A ces inégalité s de résistance correspondent des inégalités sensibles de température sous l'effet des courants importants parcourant les fils lors de la mise sous tension de la cathode. Ces différences de température surajoutent des déformations locales de la surface cathodique à celles mentionnées plus haut. Pour éviter ces inconvénients, on a proposé dans l'art antérieat de laisser en permanence le filament sous tension. Ce procédé présents évidemment l'inconvénient de la dépense dténergie qu+ii entraîne, qui peut être très importante dans le cas des gros émetteurs, où la puissance de chauffage se compte par plusieurs dizaines de kilowatts. Il oblige aussi a maintenir en service permanent les moyens de refroidissement forcé nécessaires avec ces tubes dès la mise sous tension de la cathode. On a proposé aussi dans l'art antérieur de procéder à la mise sous tension de la cathode par paliers, ce qui évite les très forts courants de démarrage et limite d'autant les déformations précédentes ce procédé a 1'inconvénient de demander plusieurs minutes et d'interdire les démarrages rapides. le procédé selon l'invention consiste à maintenir en permanence un préchauffage de la cathode à une température comprise entre sa température à froid et sa température normale de fonctionnement, suffi samment basse pour permettre de se passer de tout refroidissement forcé du tube et suffisamment élevée pour éviter les fortes intensités de courant lors de la mise sous tension de fonctionnement normale. La température normale de fonctionnement des cathodes en tunstène thorié étant voisine de 16000 C, selon l'invention des moyens sont prévus maintenant en permanence celles-ci à 8000 C à 1000Q C environ De ce fait, lors de la mise sous tension pour porter la cathode à sa température normale d'émission aux environs de 16000 C, celle-ci présente une résistance en gros cinq fois plus forte que la résistance qu'elle présente à froid (00 C) comme le montrent les chiffres du tableau ci-dessous. Ceci limite le courant de démarrage lors de cette mise sous tension et les déformations qui s'en suivent. En outre, comme le montre le même tableau, l'effet des inégalités de carburation sur le chauffage de la cathode et sur les déformations mécaniques de celle-ci qui peuvent en résulter, d'après ce qui précède, se trouve masqué par les différences entre les variations de la résistivité du tungstène et du carbure de tungstène entre OOC et 8000 C. On voir à partir des chiffres de ce tableau que l'augmentation de la résistance d'une portion de fil de cathode due à une carburation s'étendant sur une profondeur égale aux 2/10e de son rayon (valeur couramment pratiquée), par rapport à celle d'un tronçon de fil de meme longueur non carburé, est plus importante à zéro degré qu'à 8000 centrigrades. Ce dernier fait associé au précédent montre que, lors de la mise sous tension de la cathode pour son fonctionnement normal, l'écart entre les températures de tronçons de fils de carburations inégales au moment de cette mise sous tension est avec la cathode préchauffée de l'invention sensiblement inférieur à celui des cathodes de l'art antérieur non préchauffées. Ceci limite les déformations locales dont il a été question plus haut Il est ainsi possible d'appliquer en une seule fois le complément de chauffage nécessaire au fonctionnement normal du tube sans avoir à eraindre les effets néfastes des forts courants de démarrage mentionnés plus haut. On notera en outre que la puissance nécessaire à ce préchauffage est très sensiblement inférieure à celle consommée en fonctionnement normal. Aux températures indiquées, la puissance de préchauffage est dans certains cas de l'ordre du dixième de celle en fonctionnement normal, et l'emploi de refroidissement forcé peut etre évité pendant ce préchauffage. Tableau OOC 8000C 16000C Tungstène (W) : 5,5 10-6Q /cm/cm2 27,5 55 Oarbure tungstène (W2C) : 80 . 10 6Q /cm/cm2 97 120 REVENDICATIONS 1. Procédé de préchauffage des cathodes en tungstène thorié de tubes électroniques de puissance, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir en permanence lesdites cathodes par des moyens de chauffage partiel à une température intermédiaire comprise entre leur température à froid et leur température normale de fonctionnement, suffisamment basse pour éviter la nécessité d'un refroidissement du tube et suffisamment élevée pour permettre l'application en unie seule fois des moyens de chauffage complémentaire nécessaires pour porter lesdites cathodes à leur température normale de fonctionnement. 2. Procédé de préchauffage des cathodes en tungstène thorié suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite température normale de fonctionnement étant supérieure à 16000 C, ladite température intermédiaire est comprise entre 8000 et 10000 C. 3. Tube électronique de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte un préchauffage conformément au procédé de la revendication 1