Brevet FR2400253A1 — publié le 19790309

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage de cathode destiné à un tube cathodique et en particulier un procédé de fabrication d'un tel assemblage destiné à un tube électronique tel qu'un tube cathodique ayant une • 5 longue durée de vie pour l'émission d'électrons par voie thermo-ionique. On connait déjà des tubes cathodiques tels que des tubes de récepteur de télévision, dans lesquels les caractéristiques d'émission électroniques par thermo-ions, et la durée de vie de ÎO l'assemblage de la cathode du canon à électrons constituent le facteur principal déterminant les caractéristiques et la durée de vie du tube cathodique» L'assemblage de cathode d'un canon à électrons d'un tube cathodique tel que celui d'un tube de récepteur de télévision 15 usuel, comporte un dispositif de chauffage indirect de la cathode formé d'un manchon de cathode 1 et d 'une bobine de chauffage 2 logée dans le manchon. Un capuchon 4 par exemple en un métal, forme le métal de base de la cathode ; ce capuchon est fixé à une extrémité du manchon 1 ; un matériau tel que de l'oxyde 3, émettant des 20 électrons par effet thermoionique, est appliqué comme revêtement sur la base 4a du capuchon 4 pour former une surface ou une couche d'émission d'électrons par effet thermoionique » Le capuchon 4 est fixé au manchon cathodique 1 par une soudure ponctuelle sur la paroi cylindrique 4b le long du cercle P du manchon cathodique 1» 25 Le capuchon 4 c'est-â-dire le métal de base de 1'assemblage de cathode a une composition contenant comme élémentsessentiels du nickel Ni et entre 0,04 - 0,5 pour cent en poids de magnésium et 0,0 - 25 % en poids de tungstène W, comme agent de réduction ou d"activation„ Le manchon cathodique 1 comportant un capuchon 4 30 fixé à une extrémité est relié électriquement et mécaniquement à plusieurs broches 6 placées dans la plaque de support 5„ Cette plaque 5 est en céramique ou analogue. La liaison entre le manchon cathodique 1 et les broches 6 est effectuée de façon que les pattes en forme de V, c'est-à-dire les organes de support 7 soient 35 soudés au manchon cathodique 1 et que chacune des pattes 7 soit soudée à chacune des broches 6. Récemment, dans "un tel assemblage de cathode, pour obtenir un début d'émission électronique par effet thermoionique, aussi rapidement que possible à partir de l'instant du branchement 40 de l'alimentation ou de l'équilibre thermique de la cathode à la 2 2400253 température voulue, et à un état de fonctionnement stable, on a réalisé le manchon de cathode 1 en un alliage Ni-Cr et on a procédé à un traitement thermique dans une atmosphère d'hydrogène gazeux H2 contenant de l'eau à une température comprise entre 700°C et 5 900°C pendant environ 30 minutes pour oxyder et ainsi noircir le chrome Cr à la surface du manchon 1 ou encore pour que la surface du métal de base sur lequel le matériau constitutif de la cathode est appliqué, soit soumise à un nettoyage. Cependant si l'on effectue le traitement thermique ci-dessus, pour le manchon 1, les 10 caractéristiques d'émission électroniques par effet thermoionique deviennent instables, ce qui ne permet pas d'avoir une durée de vie importante de la structure de la cathode» La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients résultant de la limite des grains formés dans le 15 métal de base contenant du nickel Ni„ Il faut pour cela que l'émission d'électrons par effet thermoionique à partir de la cathode soit stable et augmente la durée de vie pour que la diffusion de l'agent réducteur ou de l'agent d'activation du métal de base tel que le magnésium Mg de la cathode soit maintenue pen-20 dant une durée de vie longue» Cependant, le refroidissement ou la trempe après le chauffage pendant l"e traitement thermique ci-dessus se font généralement par un refroidissement naturel qui est relativement lent, de sorte que les grains de nickel de dimensions relativement importantes, se forment dans le métal de 25 base pendant ce refroidissement lent ou progressif= Le magnésium Mg constituant l'agent réducteur ou agent d'activation, est susceptible de diffuser à travers la frontière des grains dans la matière de la cathode et cela de façon extrêmement rapidement, de sorte que la qu*antité fournie d'agent réducteur ou d'activation 30 par le métal de base augmente, ce qui augmente la consommation de l'agent réducteur par rapport à la quantité prévue_ Il en résulte que pendant le traitement thermique ci-dessus, les caractéristiques d'émission électroniques par effet thermoionique, deviennent instables et réduisent la durée de vie de la cathode„ 35 En particulier le traitement thermique ci-dessus par exemple pour le noircissement se fait en fixant le manchon 1 sur la base céramique 5 pour que la capacité thermique de l'ensemble soit relativement importante» De plus, la base céramique 5 peut se craqueler sous l'effet des contraintes thermiques, de sorte 40 qu'il est nécessaire d'effectuer soigneusement le traitement 3 2400253 thermique» Il en résulte que si le traitement thermique en vue du noircissement se fait dans les conditions indiquées ci-dessus avec un refroidissement naturel, ce refroidissement se fait suivant un schéma de refroidissement relativement progressif comme représenté 5 dans le graphique de la figure 2 ? dans ce graphique,, les ordonnées représentent la température en degrés C et les abscisses le temps en minutes j il en résulte l'amplification des inconvénients cités ci-dessus « La présente invention a pour but de remédier à ces 10 inconvénients et se propose de créer un procédé de fabrication d'un assemblage de cathode pour un tube électronique destinant à éviter la formation des grais limites dans un métal à base de nickel Ni, de façon à augmenter la durée de vie de la cathode et à stabiliser les caractéristiques d'émission électroniques par 15 effet thermoionique de cette cathode„ A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage de cathode destiné à un tube êlectro-' nique dans lequel l'assemblage est formé d'un capuchon métallique composé essentiellement de nickel Ni qui est soudé à un manchon 20 formé essentiellement de nickel Ni, une couche de revêtement d'émission d'électrons formée à la surface du métal de base étant soudée au manchon de la cathode, le procédé se caractérisant en ce qu'on traite ou on conduit le capuchon métallique dans une solution de traitement» 25 La présente invention sera décrite plus eh détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté partiellement coupée d'un assemblage de cathode servant à expliquer la présente inven~ tion» 30 = la figure 2 est un graphique montrant la courbe thermique pendant un procédé de noircissement» - la figure 3 est un graphique montrant la courbe thermique au cours du procédé de traitement en solution Selon 1'invention» 35 - la figure 4 est un schéma d'un exemple d'appareil de traitement en solution pour un métal de base» —• - la figure 5 est une photographie au microscope d'un métal de base soumis à m traitement en solution* ■= la figure 6 est une photographie au microscope 40 montrant un métal de base avarit le traitement en solution „ 4 2400253 - la figure 7 est une photographie au microscope d'un métal de métal soumis à un traitement en solution, puis à un traitement de noircissement„ - la figure 8 est une photographie au microscope d'un 5 métal de base non soumis à un traitement en solution, mais déjà soumis à un traitement en noircissement» - la figure 9 est une vue de côté d'un tube cathodique avec un assemblage de cathode selon l'invention, DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL DE L'INVENTION s ÎO La description ci-après concerne un exemple d'un procédé de fabrication d'un assemblage de cathode pour un tube électronique tel qu'un tube cathodique selon l'invention, en se reportant aux figures 1,3 et 4.» Selon l'invention, pendant la fabrication d'un tube 15 cathodique, on fait subir un traitement en solution au moins au métal de base de l'assemblage de cathode ou du capuchon 4, dans le cas d'une cathode à chauffage indirect selon la figure L Ce traitement en solution se fait de façon que le métal de base c'est-à-dire le capuchon 4 soit composé d'un alliage de nickel Ni, 20 de tungstène W et de magnésium Mg que l'on chauffe à une température supérieure au solidus de l'alliage Ni-W-Mg mais inférieure au liquidus de cet alliage, puis, on trempe rapidement. Cette température de chauffage se situe de préférence entre 1000°C et 1400°C et notamment entre 1080°C et 1250°C» Dans ces conditions, la 25 vitesse de montée en température est choisie relativement élevée par exemple-de façon que le capuchon 4 se trouve à la température ci-dessus en moins de 10 minutes, puis on maintient ce capuchon à cette température pendant une durée supérieure à 1 minute par exemple 1 à 10 minutes et en particulier de 3 à 5. minutes- Puis, 30 on trempe le capuchon 4 à une température inférieure à 100°C par exemple à la température ambiante pendant 5 minutes et de préférence 1 minute- La durée nécessaire à la trempe du capuchon 4 est de préférence aussi courte que possible» La figure 4 est un graphique d'un exemple de schéma 35 thermique d'un traitement en solution ? dans ce graphique, les ordonnées représentent la température en degrés C et les abscisses le temps en minutes» Ce traitement en solution est par exemple appliqué seulement au métal de base c'est-à-dire au capuchon 4 avant sa 40 fixation sur le manchon 1 de la cathode^ Un exemple d'appareil pour 5 2400253 la mise en oeuvré de ce traitement en solution ci-dessus est représenté à la figure 4» Cet appareil se compose d'un four vertical '8 contenant une atmosphère gazeuse non oxydante telle que de l'azote gazeux N2„ un gaz rare ou de l'hydrogène gazeux H2» Dans la partie . 5 supérieure du four 8 se trouve un dispositif de chauffage 9 formant une zone de chauffage 10 qui est maintenue à la température de chauffage nécessaire au traitement en solution» Dans la partie inférieure du four de chauffage 8, il est prévu une zone 11 qui sert au passage du gaz non oxydant de trempe tel que Ngj ou un 10 gaz rare» Le métal de base du capuchon 4 de l'assemblage de la cathode se trouve dans la zone de chauffage ÎO, puis est soumis au traitement thermique ci-dessus» A la suite de cela,, on fait tomber le capuchon 4 dans la zone inférieure 11 pour le tremper rapidement» 15 La figure 5 est une photographie au microscope avec un grossissement de 1000 du capuchon 4 qui a déjà subi un traite-ment en solution ; la figure 6 est une photographique au microscope analogue à la précédente du capuchon 4 avant le traitement en solution» La comparaison des deux photographies -montre que le 20 capuchon 4 soumis à un traitement•en solution a une structure homogène non cristalline» Le capuchon 4 qui a déjà été traité en solution comme indiqué ci-dessus est fixé au manchon 1 de la cathode suivant sa partie supérieure comme indiqué à la figure 1 ? puis, on fixe le 25 manchon 1 au support de base 5 et on procède au noircissement» La figure 7 est une photographie au microscope avec un grossissement de 1000, montrant le métal de base (ou capuchon 4) déjà soumis à un traitement de noircissement j la figure 8 est une photographie au microscope analogue à la précédente du métal de 30 base soumis à un noircissement sans avoir été soumis au préalable à un traitement en solution, ce qui correspond au métal de base d'un tube cathodique classique» La ligne nette, blanche, qui apparait à la photographie correspond à MgO ? cette déduction a été confirmée par l'analyse» On peut considérer que le composé MgO 35 résulte de la diffusion anormale de Mg à la frontière des grains» Après le noircissement du manchon 1, on applique un matériau oxydant émetteur d'électrons ou on le pulvérise sur la surface inférieure 4a du capuchon 4 pour former la couche de matière oxydante 3, émettant des électrons par effet thermoionique„ 40 L'assemblage de cathode selon l'invention, réalisé 6 2400253 comme indiqué ci-dessus est relié mécaniquement aux autres électrodes telles que les cinq premières électrodes de grille, avec une relation prédéterminée pour former un canon à électrons» Le canon à électrons ainsi réalisé, est scellé dans la partie de col 12n 5 d'une enveloppe de tube cathodique 12 comme indiqué par la référence 13 à la figure 9 ? puis, on évacue le gaz de l'enveloppe pour obtenir le tube cathodique» Le tube cathodique ainsi formé présente une caractéristique d'émission d'électrons par effet thermoionique, stable 10 et sa durée de vie est plus grande que celle des tubes cathodiques connus réalisés en utilisant un noircissement sans traitement en solution. Cela peut résulter du fait que tout grain se développe difficilement dans le métal de base qui est d'abord soumis à un traitement en solution, même s'il est refroidi progressivement 15 après le traitement thermique, pour procéder au noircissement etc. La description ci-dessus constitue un exemple de l'invention» Dans cet exemple, le traitement en solution est effectué avant le noircissement ? toutefois, on peut arriver au même résultat en inversant les opérations» 20 II est également possible d'effectuer un traitement en solution différemment des deux exemples ci-dessus, indépendamment l'un de l'autre de façon que le traitement en solution se fasse avec d'autres traitements thermiques que l'on peut effectuer avec élévation à haute température et trempe rapide» Le métal de base 25 du capuchon 4 qui est soudé au manchon 1 est partiellement ou localement chauffé pour effectuer le traitement en solution„ Ce traitement particulier peut se faire par exemple en irradiant aux infrarouges, à la lumière laser ou en procédant un chauffage par induction» 30 Le traitement en solution partielle peut en outre se faire en introduisant un dispositif de chauffage qui peut élever la température à une température permettant d'effectuer le traitement en solution, dans le manchon 1, puis en fournissant par exemple une tension supérieure à la tension de fonctionnement du 35 dispositif de chauffage pour chauffer le métal de base à une température élevée telle que 1000°C pendant 1 minute, puis d'abaisser progressivement la tension appliquée au dispositif de chauffage (résistance chauffante). Dans ces conditions, le dispositif de chauffage chauffe le métal de base par exemple jusqu'à 1000cC 40 pendant 1 minute, par alimentation électrique, puis on coupe 7 2400253 complètement l'alimentation électrique du dispositif de chauffageo Ainsi, le métal de base c'est-à-dire le capuchon 4 est trempé à -une température inférieure à 100°C par exemple à la température ambiante en moins d'une minute.» Dans ces conditions,, comme le métal 5 de base est soudé par la chaleur dégagée par le dispositif de chauffage, en un temps court et que la durée de chauffage est réduite, même si la capacité calorifique de l'assemblage de cathode est importante, le chauffage du métal de base est terminé avant que tout l'assemblage de cathode ne soit chauffé» En d'autres termes, 10 on effectue un chauffage localisé, de sorte que l'assemblage de cathode n'est pas chauffé à une température trop élevée et le métal de base est trempé rapidement par la simple coupure de l'alimentation électrique du dispositif de chauffage» Cela permet en conclusion d'effectuer effacement un 15 traitement en solution» 8 2400253 REVENDICATIONS 1°) Procédé de fabrication d'un assemblage de cathode pour un tube électronique, cet assemblage étant composé d'un capuchon métallique formé essentiellement de nickel Ni, ce capu-5 chon étant soudé à un manchon de cathode formé essentiellement de Nickel Ni, un revêtement d'émission d'électrons étant appliqué à la surface du métal de base et l'organe de support est soudé au manchon de la cathode, procédé caractérisé en ce qu'on traite au moins le capuchon métallique par un traitement en solution, ÎO 2°) Procédé selon la revendication 1„ caractérisé en ce que le traitement consiste à chauffer le chapuchon métallique dans une atmosphère non oxydante à une température comprise entre le solidus et le liquidus de la solution solide constituant le capuchon métallique, à maintenir le capuchon métallique dans cette 15 atmosphère à une température suffisante pour modifier au moins la surface du capuchon métallique à l'état de solution solide, et on trempe le capuchon métallique dans une atmosphère non oxydante pour en abaisser la température à moins de 100°C en moins de 5 minuteso 20 3°) Procédé selon la revendication 2„ caractérisé en ce que l'atmosphère non oxydante est de 1 *hydrogènede l'azote ou un gaz rare. 4°) Procédé selon la revendication 2„ caractérisé en ce qu'on maintient la durée pendant 1 à lO minutes et notamment 25 entre 3 et 5 minutes« 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon métallique est essentiellement formé de nickel avec entre 0,0 et 25 pour cent en poids de tungstène et 0,04 - 0,5 pour cent en poids de magnésium, 30 6°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase de chauffage du traitement en solution est faite par application d'u rayon laser, 7°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération de chauffage pendant le traitement en solution 35 se fait à l'aide d'un dispositif de chauffage placé au voisinage du capuchon métallique, 8°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le chauffage pour le traitement en solution est assuré par induction, 40 9°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en 9 2400253 ce que le chauffage se fait à une température comprise entre 1000 et 1400°C et notamment entre 1080 et 12500C„ 10°) Procédé de fabrication d'un assemblage de cathode pour un tube électronique, cet assemblage étant formé d'un capuchon-5 métallique d'un alliage comprenant essentiellement du nickel, ce capuchon étant soudé à un manchon en un alliage à base essentiellement de nickel et de chrome, un revêtement d'émission électrons étant appliqué à la surface du capuchon métallique et le manchon comportant un organe de support, soudé, procédé caractérisé en ce 10 qu'on traite au moins le capuchon métallique par un traitement en solution, on soude ce capuchon et l'organe de support sur le manchon et on oxyde sélectivement le chrome du manchon pour avoir une surface de manchon sombre.