Brevet FR2397714A1 — publié le 19790209

La présente invention concerne les dispositifs de chauffage de matériaux sous vide, et se rapporte plus précisément à un canon à électrons avec une cathode thermoélectronique rectiligne pour le chauffage des matériaux par bombardement électronique. Elle peut Qtre appliquée au chauffage, à la fusion et à la vaporisation des matériaux sous vide. Dans les canons électroniques largement connus possédant une cathode thermoélectronique rectiligne à chauffage direct la cathode thermoélectronique est fixée à des porte-cathodoe de telle façon que la tension longitudinale de la cathode est assurée soit à l'aide d'un système de leviers, soit au moyen d'amenées de courant réalisées sous forme de lames élastiques. Dans les canons à électrons précités les systèmes de fixation de la cathode thermoélectronique n1 assurent pas une stabilité suffisante de la position de cette dernière par rapport à l'électrode de concentration associée à la cathode au cours du fonctionnement, oe qui, dans une certaine mesure entraine la dégradation des paramètres d'optique électronique du canon à électrons. Ainsi, la modification des conditions initiales de formation du faisceau électronique, provoquée par la modification de la position de la cathode thermoélectronique entrain une modification de l'angle de convergence du faisceau électronique, un accrotssement du courant de dépôt sur l'anode accélératrice, et, par conséquent, une modification de la forme de la tache focale sur la surface chauffée et de la puissance spécifique du faisceau électronique dans la tache focale. Une telle modificationcdes paramètres d'optique électronique du canon à électrons réduit sensiblement la stabilité des processus technologiques de chauffage, de fusion et de vaporisation des maté- riaux. On connaît un canon à électrons avec une cathode thermoélectronique rectiligne pour le chauffage des matériaux par bombardement électronique. Ce canon comporte un ensemble cathodique et une anode accélératrice, liés entre eux au moyen d'un isolateur. L'ensemble cathodique comporte une cathode thermoélectronique rectiligne disposée dans le canal d'une électrode de concentration fixée à la carcasse de 11 ensemble cathodique. La cathode thermoélectronique est fixée par ses extrémités dans des porte-cathodesraccoraés.par des ressorts plats, conducteurs de courant des bornes d'amenée de courant. les bornes d'amenée de courant sont disposées sur l'isolateur de la carcasse de 11 ensemble cathodique. Dans le canon à électrons décrit ci-dessus, les ressorts conducteurs de courant sur lesquels la cathodes thermoélectronique est fixée à l'aide des porte-cathodessiallongent au cours du chauffage. Il en résulte que la position de la cathode thermoélectronique par rapport à ladite électrode de concentration associée à la cathode subit une certaine variation. La rnodiication Ae la position de la cathode thermoélectronique et son fléchisement joint dus au fait, que lors de l'allongement de la cathode thermodélectronique sous l'effet de l'échauffement, son point de fixation sur les porte-cathodes se déplace suivant un ar dont le rayon est égal à la longueur des ressorts conducteurs de courant.On sait que la modification de la position de la cathode thermoélectronique par rapport a l'électrode de concentration, même de quelques dixièmes de millimètre, modifie sensiblement la concentration du faisceau électronique. D'autre part, on sait que le ehamp magnétique formé par le courant de chauffage parcourant la cathode thermoélectronique modifie la trajectoire initiale du faisceau cathodique formé par le canon électronique. Par conséquent, le réglage de la puissance du canon à électrons par variation de l'intensité du courant de chauffage réduit la stabilité de la position de la trajectoire du faisceau électronique et la présence de pulsations de tension de la source de chauffage de la cathode provoque un balayage rncontrdlable de la surface chauffée par le faisceau électronique. les faits cités réduisent notablement la stabilité des paramètres d'optique électronique d'un canon à électrons. L'invention vise à mettre au point un canon à électrons avec une cathode thermoélectronique rectiligne pour chauffage de matériaux par bombardement électronique, dans lequel la réalisation de l'électrode de concentration et des porte-cathodes, ainsi que la disposition de la cathode thermoélectronique rectiligne dans l'ensemble cathodique, assurent une amélioration de la stabilité des paramètres d'optique électronique du canon à électrons. Elle a donc pour objet un canon à électrons à cathode thermoé lectronique rectiligne pour le chauffage de matériaux par bombardement électronique, dans lequel I1 ensemble cathodique comporte une cathode thermoélectronique rectiligne, une électrode de concentration desti née à former, en combinaison avec une anode d'accélération un fais ceau électronique à partir du flux d'électrons émis par une partie de la surface émissive de la cathode thermoélectronique rectiligne orientée vers l'anode accélératrice, l'autre partie de ladite surface émissive étant disposée avec un espacement par rapport à l'électrode de concentration et des bornes montées sur un isolateur porté par la carcasse de l'ensemble cathodique et auxquelles sont fixés par une de de leurs extrémités deux ressorts plats, conducteurs de courant, le- dit canon à électrons étant caractérisé en ce que ladite électrode de concentration est réalisée en deux parties montées avec un espa cement entre elles, et entre les faces d'extrémité opposées desquel les sont fixées les autres extrémités des dits ressorts plats conduc teurs de courant et en ce qu'il y est prévu deux ressorts plats sup plémentaires fixés par une de leurs extrémités sur les autres faces d'extrémité des parties de l'électrode de concentration, les autres extrémités desdits ressorts plats supplémentaires étant fixées sur l'isolateur de la carcasse, les flèches de cintrage dea ressorts plats conducteurs de courant et des ressorts plats supplémentaires fixés sur les parties différentes de l'électrode de concentration étant dirigées dans des sens opposés et des serre-cathodes étant pla cés sur celles des faces d'extrémité des parties de l'électrode de concentration sur lesquelles sont fixés les ressorts supplémentaires. T1 est avantageux que la cathode thermoélectronique rectiligne soit placée dans l'espacement entre les parties de l'électrode de concentration et que ces parties soient disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la cathode. I1 est aussi avantageux que les autres extrémités des ressorts plats supssémentaires soient fixées sur 1' isolateur de la carcasse de l'ensemble cathodique par l'intermédiaire de moyens de fixation. On peut également réaliser sur les surfaces d'extrémité oppo sées des parties de l'électrode de concentration des encoches dans -lesquelles seront placées les extrémités de la cathode thermoélec tronique rectiligne, et de réaliser chaque serre-cathode sous la for me d'une pièce rapportée en contact avec l'extrémité correspondante de la cathode thermoélectronique linéaire correspondante en la fixant dans cette encoche à l'aide d'une vis. L'invention proposée pentes d'amEliorer la stabilité des paramebs d'optique électronique d'un canon à électrons ce qui assure sa sta- bilité et permet de reproduire les paramètres des processus de fusion et de vaporisation des matériaux sous vide. La réalisation proposée améliore sensiblement la fiabilité de fonctionnement du canon à électrons, simplifie le remplacemert de la cathode thermoélectronique, permet d'utiliser des cathodes thermoélectroniques ayant les formes les plus simples, telles que des tronçons de fil ou de ruban en matériau à émission thermoélectroni- que. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemples;fai- te en se référant aux dessins donnés annexés, sur lesquels - la Fig. 1 représente en coupe partielle, un canon à électrons avec une cathode thermoélectronique pour le chauffage par bombardement électronique, suivant l'invention; - la Fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Fiv.1; - la Fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Pig.l; - la Fig. 4 représente un canon à électrons avec une cathode thermoélectronique rectiligne placée dans l'espacement entre les parties de l'électrode de concentration suivant l'invention; - la Fig. 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la Fig. 4,. - la Fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la Fig. 4; Le canon à électrons comporte un ensemble cathodique 1 (Sig.l) et une anode accélératrice 2, reliés par des montants isolants 3. L'ensemble cathodique 1 comporte une cathode thermoélectronique rectiligne 4 et une électrode de concentration 5. Comme le montre la Pig. 2 l'électrode de concentration 5 est réalisée en deux parties 6 et 7 montées avec un espacement entre elles. Chacune des parties 6, 7 possède respectivement, une encoche 8 9 et dans lesquelles est placée la cathode thermoélectronique rectiligne. L'ensemble cathodique 1 possède aussi une carcasse 9a portant un isolateur 10 sur lequel sont fixées des bornes 11 et deux paires de ressorts parallèles plats 12, 13 et 14, 15. Par une de leurs extrémités les ressorts plats 12, 13, 14, 15 sont fixés aux bornes 11 à l'aide de vis 16. Par leurs autres extrémités les ressorts 12, 13 sont fixés sur les faces d'extrémité de la partie 6 de l'électrode de concentration 5, à 11 aide de vis 17, et les ressorts 14, 15 sont fixés sur les faces d'extrémité de la partie 7 de celle-ci à l'aide de vis 18. Les floches de cintrage des ressorts 12, 13 sont dirigées dans un sens opposé par rapport aux flèches des ressorts 14, 15. Sur les faces d'extrémité opposées des parties 6,7 de l'électrode de concentration 5 sont aménagées des encoches 19 dans lesquelles sont placées les extrémités de la cathode thermoélectronique rectiligne 4. Ces extrémités sont fixées dans ces encoches 19 à l'aide de serre-cathodes. Chaque serre-cathode est réalisé sous la forme d'une pièce rapportée 20, en contact avec 11 extrémité correspondante de la cathode thermoélectronique rectiligne 4, et d'une vis 21. Selon une variante de réalisation du canon à électrons, représentée sur la Fig. 4, à la différence du mode de réalisation décrit Ci-dessus, l'électrode de concentration 5 est réalise en deux parties 22, 23 montées avec un espacement entre elles. La cathode thermoélectronique rectiligne 4 est disposée dans cet espacement et les parties 22, 23 sont disposées symétriquement par rapport à son axe longitudinal, comme représenté sur la Fig. 5. Les ressorts 12, 14 Le fonctionnement du canon à électrons pour le chauffage par bombardement électronique décrit ci-dessus, se déroule d'une façon connue. Au cours du fonctionnement du canon à électrons, lors de la dilatation linéaire de la cathode thermoélectronique 4 (six. 2) en résultat de son échauffement jusqu'aux températures de fonctionnement (dépassant 2000 C), les parties 6, 7 ou 22, 29 (Fig. 4) de l'électro- de de concentration 5, sous l'action des ressorts plats fixés paral llement 12, 13 (Fig. 2, 6) 14, 15, en tendant la cathode thermoélectronique 4, se déplacent parallèlement à un plan le long de l'axe de cette dernière, en empêchant sa déformation transversale. Les ehamps magnétiques formés par le courant qui parcourt les deux parties 22, 23 de l'électrode de concentration 5, ont une direction opposée à la direction dn champ magnétique formé par le courant de chauffage parcourant la cathode thermoélectronique 4 et créent une compensation partielle de celui-ci. Ceci est obtenu grâce à une disposition symétrique des parties 22, 23 de ltélectrode de concentration 5 par rapport à l'axe longitudinal de la cathode thermoélectro- nique rectiligne 4, qui se trouve dans l'espacement entre lesdites parties. La compensation mentionnée due au champ magnétique assure une position plus stable de la trajectoire du faisceau électronique pour diverses intensités du courant de chauffage de la cathode thermoéleetronique 4 au cours du réglage de la puissance du canon et réduit 1'influence des pulsations du courant de chauffage sur les paramètres d'optique électronique du faisceau électronique. Le canon à électrons proposé permet d'améliorer la stabilité de ses paramètres d'optique électronique. - REVENDICATIONS 1 - Canon à électrons à cathode thermoélectronique rectiligne destiné au chauffage par bombardement électronique, dont 11 ensemble cathodique comporte une cathode thermoélectronique rectiligne, une électrode de concentration, prévue pour former en combinaison avec une anode d'accélération, un faisceau électronique à partir du flux d'électrons émis par une partie de la surface émissive de la cathode thermoélectronique rectiligne dirigée vers l'anode d'accélération, une autre partie de la surface émissive de ladite cathode étant disposée avec un espacementpar rapport à ladite électrode de concentra tio4, et des bornes fixées sur un isolateur porté par la carcasse de l'ensemble cathodique et sur lesquelles sont fixés. par une de leurs extrémités deux ressorts plats, conducteurs de courant, ledit canon étant caractérisé en ce que l'électrode de concentration est réali sée en deux parties montées avec un espacement entre elles, sur les faces d'extrémité opposées desquelles sont fixées les autres extrémités desdits ressorts plats conducteurs de courant et en ce qu'il y est prévu deux ressorts plats supplémentaires dont des premières extrémités sont fixées sur les autres faces d'extrémité desdites parties de l'électrode de concentration, les autres extrémités desdits ressorts plats supplémentaires étant fixées sur l'isolateur de la carcasse, les flèches de cintrage des ressorts plats conducteurs de courant et supplémentaires fixés sur les parties différentes de l'électrode de concentration, étant dirigées dans aes sens opposes et des serre-eathodes étant disposées sur celles des faces d'extrémité desdites parties de 11 électrode de concentration sur lesquelles sont fixés lesdits ressorts supplémentaires. 2 - Canon à électrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parties de l'électrode de concentration sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la cathode thermoélectronique rectiligne placée dans l'espacement entre ces parties. 3 - Canon à électrons selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les autres extrémités des ressorts plats supplémentaires sont fixées sur l'isolateur du corps de l'ensemble cathodique par l'intermédiaire de moyens de fixation. 4 - Canon à électrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur les surfaces itextrdmité opposées des parties de l'électrode de concentration sont aménagées des encoches dans lesquelles sont placées les extrémités de la cathode thermoélectronique rectiligne, chaque serre-cathode étant réalisée sous la forme d'une pièce rapportée en contact avec l'extrémité correspondante de la cathode thermoélectronique rectiligne et la fixant dans cette encoche à l'aide d'une vis.