Brevet FR2462018A1 — publié le 19810206

Cathode à réserve. L'invention concerne une cathode à réserve comportant un élé- ment chauffant et un élément cathodique consti lé par un corps métallique po- retcdanslespcresd qoelsetrcuvemcomposé fournissant du baryum, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de scandium. De telles cathodes sont utilisées entre autre dans les tubes de prise de vues et les tubes reproducteurs, des tubes d'émission, des klystrons et des tubes de propagation d'onde. Une telle cathode à réserve est connue du brevet des Etats- Unis d'Amérique NI 3.358.178. Ce brevet décrit une cathode à réserve comprimée, dont le corps cathodique est constitué par de la poudre de tungstène et du Ba ScS409 Le corps cathodique comprend en poids 5 à 30 % de Ba3 Sc409. Une telle cathode permet d'obtenir, pendant plusieurs milliers d'heures, une densité de courant de 1.5 à 4 A/cm à une température de 1000 à 11000C. Toutefois, la nécessité s'imposait de disposer de cathodes présentant une plus longue durée de vie et une émission plus perfectionnée. C'est pour cette raison que le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI. 4.007.393 décrit une cathode à réserve imprégnée présentant, comme composées de réserve, BaO,-CaO, Ai203 et Sc 203 Cette cathode présente une densité de courhant dre 5 A/cm à 1000C pendant environ 3000 heures. L'invention vise à indiquer une cathode à réserve comprimée convenablement reproductible présentant une densité de courant supérieure avec des températures plus basses que 10000C et une durée de vie plus longue. L'invention est également relative à une cathode à réserve comprimée du genre compact présentant une faible capacité ther- mique comme décrite dans le brevet français NO. 1.288.133, qui se prête à une réalisation avec de très faibles dimensions et qui convient aux tubes de prise de vues de télévision. Conformément à l'invention, une cathode à réserve du genre mentionné dans le préambule est caractérisée en ce que le corps cathodique est susfformedeo mposésde Ba2Sc205 fournissant du baryum, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de scandium contient éventuel- lement, en solution solide, du BaO à raison de 1 à 15 % du poids, du corps cathodique, le composé comprenant, en poids, 68 à 72 % de BaO et 32 à 28 % de Sc 203 L'article "Compounds in the system BaO-Sc 20" Mat.Res. Bull, volume 9, pages 1623 à 1630, 1974 mentionne que des composés de BaO et de Sc 203 et des composés de BaO et de Y 203 peuvent être intéressants comme substances d'émission actives dans des catho- des thermiques. Toutefois, fait étonnant, une quantité de 1 à % en poids de Ba 2c20c pur ou de Ba 2Sc205 contenant en solu- tion solide BaO dans une matrice de W, permet d'obtenir des cathodes, convenablement reproductibles, présentant, outre une très grande densité de courant d'émission (supérieure à 6 A/cm 2), une très longue durée de vie. Un avantage secondaire réside dans le fait qu'il faut moins d'oxyde de scandium que dans la cathode à réserve connue contenant Ba 3Sc409, de sorte que les cathodes se prêtent à une réalisation moins chère. Ledit article ne mentionné que le frittage d'un mélange de BaO et de Sc 203 dans un très grand nombre de rapports de mélange à plusieurs tempéra- tures, après quoi les composés ainsi formés sont soumis à une analyse à rayons X révélant, outre les scandates de baryum Ba3 Sc.09 et de BaSc2O., composés connus, également les composés Ba2 Sc205 et Ba6Sc6015* De plus, à l'aide de variations dans la structure cirstalline de Ba2Sc205 on trouva que BaO peut se dissoudre, dans une mesure limitée dans du Ba2Sc205. Lorsque le composé de remplacement pour une cathode con- forme à l'invention s'obtient à partir d'une partie de mé- lange de BaO et de Sc203 contenant, en poids, plus de 68 % et moins de 72 % de BaO, cet excès stoéchiométrique se dis- sout en effet dans le Ba2Sc205 formé. Des quantités -tou- jours égales de composés de remplacement permettent d'obte- nir des cathodes pratiquement identiques. Le BaO, qui ne se dissout pas dans du Ba2Sc205, provoque une mauvaise reproduc- tibilité et affecte les propriétés d'émission de la cathode, le BaO étant hygroscopique. 24620 1 8 Les cathodes à réserve peuvent s'obtenir entre autres de la façon suivante: des quantités, en poids, de 68 à 72 % de BaO et de 32 à 28 % de Sc2 03 furent mélangées dans un fluide, par exemple de l'hexane, et, après évaporation du solvant, chauffées pendant environ 16 heures à 1000'C. Il en résulte du Ba2Sc205 pur ou du Ba 2Sc2 05 présentant du BaO en solution solide. Ensuite, une quantité de 3 mg d'une poudre de cette substance, la grosseur des particules étant essentiellement comprise entre 2 et 15/um, fut mélangée à de la poudre de tungstène jusqu'à 100 mg et mélangée. A partir de ce mélange, on comprima des corps cathodiques sous une pres- 3 2 sion de 10.10 kg/cm. Ensuite, les corps cathodiques furent frittés dans de l'hydrogène. La surface d'émission est ensuite polie de façon connue à l'aide d'un disque de A1203 par exemple. Ensuite, le corps cathodique est fixé sur une tige cathodique en Mo, tige sur laquelle est appliqué un élément chauffant. Cette cathode présente une émission à O volt de 6.2 A/cm2 à 10000C, mesurée sur le molybdène. Un second essai révéla qu'une cathode conforme à l'invention présente une émission à O volt de 7.5 A/cm à 1000 C, émission qui ne diminuera que jusqu'à 6,0 A/cm à 9001C. Cette émission est notablement supérieure à celle de la cathode décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO. 4,007.393. De plus, la durée de vie est notablement supérieure à 3000 heures. 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 cathode conforme à l'invention. La figure 2 montre une cathode du genre compact conforme à l'invention. La figure 3 montre un tableau dans lequel la cathode conforme à l'invention est comparée avec l'état de la technique. La figure 4 montre un graphique donnant l'émission d'une cathode connue en fonction de celle conforme à l'invention et, La figure 5 dans 2 tableaux, l'émission à O volt et celle àcharge d'implusion de 1000 V pour trois températures tant pour le Ba3Sc409que pour le Ba2Sc205O La figure-1 présente une cathode conforme à l'invention. Le corps cathodique 1 est entouré d'un cylindre de molybdène 2. Dans ce cylindre est appliqué un élément chauffant 3 et une cloison 4, qui est également en molybdène pour empêcher la diffusion de produits du corps cathodique vers l'émément chauffant. Le corps cathodique 1 est réalisé de la façon décrite ci-dessus et contient du Ba2Sc205 pur ou une solution solide de BaO dans du Ba2Sc205 dans une matrice de tungstène. Il est évident que d'autres matériaux de matrice peuvent être utilisés comme par exemple le molybdène, le tantale, le groupe de platine et leurs mélanges et/ou alliages. La-figure 2 représente une autre forme de réalisation d'une cathode conforme à l'invention. Le corps cathodique 6, qui est constitué par une matrice de tungstène présentant du Ba 2Sc-0 O5 dans lequel est éventuellement dissous du BaO, contient un élément chauffant 8 recouvert d'une couche 7 en A 203 et un fil de suspension 9. Cette cathode présente un diamètre de 0,9 mm, une épaisseur de 0,45 mm. A 9850C, la puissance nécessaire était de 0,39 watt et la durée de chauffage était d'environ 3 secondes. Une telle cathode convient notamment à un tube de prise de vues de télévision. La figure 3 montre, dans la colonne 1, la composition du corps cathodique en % en poids et les propriétés de la cathode à réserve dudit brevet des Etats-Unis d'Amérique NO. 3.358.178. La colonne II donne la composition en % en poids de l'imprégnai et les propriétés de la cathode à réserve imprégnée selon le susdit brevet des Etats-Unis d'Amérique NI. 4.007.393. et la colonne III la composition du corps cathodique en % en poids et les propriétés de la cathode à réserve comprimée conforme à l'invention. De ce tableau il ressort qu'une cathode obtenue conformément à l'invention présente une plus grande densité de courant à 1000 C et une plus longue durée de vie que la cathode connue. De plus, les cathodes sont convenablement reproductibles, même dans la réalisation compacte. 24620 1 8 La figure 4 est un graphique donnant la courbe d'émission A d'une cathode selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0. 4.007.393 en fonction de la courbe d'émission B d'une cathode conforme à l'invention. L'émission à zéro volt à la température de brillance de 10001C est d'environ respectivement 5,1 et 6,2 A/cm. Comme on le sait, l'émission à zéro volt se trouve à l'aide du point d'intersection de la ligne tangente à la courbe d'émission et l'axe de densité de courant (Log Ampères/cm). De la courbe d'émission mesurée, il ressort également la supério- rité des cathodes conformes à l'invention. Les courbes d'émission sont mesurées de façon usuelle, comme décrite par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO. 3.719.856. La figure 5 comprend 2 tableaux donnant plusieurs mesures de cathodes présentant en poids 7 % de scandate de baryum (Ba3 Sc40 et Ba2Sc205). Le tableau I montre l'émission à 0 volt en A/cm pour trois températures, déterminée de la façon décrite pour la figure 4. De ce tableau il ressort que tant la décrois- sance relative, que la décroissance absolue de l'émission de cathodes contenant du Ba2Sc 205 sont notablement plus faibles aux températures plus basses. Les cathodes présentant le Ba2 Sc205 offrent donc l'avantage de présenter toujours une bonne émission à une température plus basse (par exemple 9001C). Le tableau Il fournit l'émission dans le cas d'une charge d'impul- sion à champ de 1000 vol", valeur fréquemment adoptée en pratique. Dans ce cas aussi, l'émission des cathodes à Ba 2Sc205 est étonnament élevée. REVENDICATIONS 1. Cathode à réserve comportant un élément chauffant et un élément cathodique constitué par un corps métallique poreux, dans les pores duquel se trouve un composé fournissant du baryum, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de scandium, caractérisée en ce que le corps cathodique estscoefrow de composé de Ba2Sc205 fournissant du baryum, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de scandium contient éventuellement, en solution solide, du BaO à raison de 1 à 15 % du poids du corps cathodique, le composé comprenant, en poids, 68 à 72 % de BaO et 32 à 28 % de Sc203. 2. Cathode à réserve selon la revendication 1, caractériséèen ce que l'élément chauffant est constitué par un noyau métallique entouré d'une gaine isolante, l'élément chauffé étant noyé dans un corps cathodique contenant du Ba2Sc205 3. Cathode à réserve selon la revendication 2, caractérisée en' ce que le corps cathodique est en forme de disque et son diamètre est inférieur à 0,5 mm. 4. Tube à décharge électrique comportant une cathode Delon l'une des revendications 1 à 3. 5. Tube à décharge électrique selon la revendication 4, caràC- térisé en ce que le ttbe est un tube de prise de vues de télévision.