Brevet FR2475796A1 — publié le 19810814

La présente invention a pour objet une cathode pour tube électronique haute fréquence, et plus particulièrement une cathode à émission thermo-électronique à chauffage direct. Elle a également pour objet un tube électronique comportant une telle cathode. Dans les tubes électroniques haute fréquence du type triode, tétrode, ou pentode, qui comportent une cathode, une anode et une, deux, ou trois grilles, il est avantageux de réaliser les grilles en graphique pyrolytique, matériau connu pour ses qualités mécaniques et thermiques. Toutefois, dans ces mêmes tubes les cathodes sont géné- ralement réalisées en fils de tungstène ou de tungstène thorié pour des raisons d'émissivité thermo-électronique, la température de fonctionnement est alors comprise entre 1900 et 20000 C. I1 se pose alors, en fonctionnement, des problèmes mécaniques du fait de la différence de comportement thermique de ces matériaux, problèmes résolus imparfaitement par des rnontages mécaniques coûteux.On a proposé d'éviter les problèmes thermo-mécaniques à l'intérieur du tube tout en assurant une bonne émissivité thermo-électronique en introduisant un chauffage direct à partir d'un support en graphite pyrolytique et en déposant à la surface du graphite un matériau émettant à plus basse température que le tungstène ou le tungstène thorié tel l'hexaborure de lanthane La B6 par exemple. Une telle structure permet d'obtenir l'émission électronique à une température comprise en 1400 et 150qu C. Toutefois, un inconvénient de matériaux émissifs tels l'hexaborure de lanthane est leur grande activité chimique vis-à-vis du graphite à chaud, qui peut conduire à la destruction de la cathode.On est contraint de ce fait à introduire une couche intermédiaire entre le graphite et l'hexaborure de lanthane formant barrière de diffusion entre ces deux matériaux. La présente invention a pour objet une cathode à chauffage direct pouvant fonctionner à une température plus basse que celle admise dans les cathodes couramment utilisées dans l'art antérieur, pour une même densité de courant. Les principaux avantages entrat- nés par cette diminution de la température de fonctionnement sont: - une diminution de la puissance électrique consommée, - un meilleur rendement thermique - une diminution des problèmes de réactivité entre les revêtements et le graphite. La cathode selon l'invention comporte un support en graphite pyrolytique et un revêtement émissif constitué d'une couche de tungstène frittée imprégnée d'aluminates de baryum et de calcium, et recouverte d'une couche d'un métal réfractaire à haut travail de sortie, le support en graphite et le revêtement émissif étant séparés par un film mince d'un métal réfractaire à haut travail de sortie ne réagissant pas avec le carbone, ce film jouant le rôle de barrière de diffusion entre le graphite et le revêtement émissif. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante annexée par la figure 1 qui représente, vue en coupe, un mode de réalisation de la cathode selon l'invention. Celle-ci comporte un support 1 en graphite pyrolytique sur lequel on dépose, par réaction chimique en phase vapeur, un film 2 de métal qui ne réagit pas avec le carbone, par exemple l'iridium ou le rhénium. L'épaisseur du dépôt est comprise entre 50 et 100 microns. Sur ce dépôt on réalise un revêtement épais 3 constitué de tungstène ou d'un mélange de tungstène et d'un métal réfractaire à haut travail de sortie tels l'osmium, l'iridium, le rhénium, le ruthénium. L'épaisseur du revêtement est de 200 microns environ et sa porosité comprise entre 25% et 30%. On le fritte sous hydrogène à une température de brillance comprise entre 2000 et 23000 CB, de manière à lui donner une bonne tenue mécanique. Après frittage, on imprègne le corps poreux d'aluminates de baryum et de calcium en les chauffant sous hydrogène à 17500 CB par exemple. Après nettoyage de l'excédent d'aluminates par attaque chimique, on pulvérise à la surface une couche 4 de métal réfractaire à haut travail de sortie tel l'un de ceux cités au début de la description. La structure de cathode ainsi obtenue permet un fonctionnement à plus basse température (1000 à 1100 C) que celle obtenue pour les cathodes à chauffage direct dont le revêtement émissif est à base d'hexaborure de lanthane (1400 à 15000 C). REVENDICATIONS 1. Cathode à chauffage direct, caractérisée par le fait qu'elle comporte un support (1) découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule, et un revêtement émissif constitué d'une couche (3) de métal fritté imprégnée d'aluminate de baryum et de calcium, et recouverte d'une couche (4) d'un métal réfractaire à haut travail de sortie, le support (1) en graphite et le revêtement émissif étant séparés par un film mince (2) d'un matériau non réactif chimiquement au carbone. 2. Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le métal constituant la couche (3) est du tungstène pur. 3. Cathode selon la - revendication 1, caractérisée en ce que le métal constituant la couche (3) est un mélange de tungstène et d'un métal réfractaire à haut travail de sortie. 4. Cathode selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit métal réfractaire à haut travail de sortie est de l'osmium. 5. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau constituant la couche (2) est de l'iridium. 6. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau constituant la couche (2) est du rhénium. 7. Procédé de fabrication d'une cathode selon la revendication 1, comportant les étapes successives suivantes: a) Dépôt chimique en phase vapeur sur un support en graphite pyrolytique (1) d'un film (2) d'un matériau non réactif chimiquement avec le carbone, b) Dépôt sur la couche (2) d'un revêtement émissif (3), c) Frittage sous hydrogène à une température comprise entre 2000 et 23000 CB, d) Imprégnation d'aluminate de baryum et de calcium, e) Elimination de l'excédent d'aluminate présent à la surface par un procédé chimique, f) Dépôt sur la couche (3) d'une couche (4) d'un métal réfrac taire à haut travail de sortie. 8. Procédé de fabrication d'une cathode selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement émissif (3) est constitué de tungstène. 9. Procédé de fabrication d'une cathode selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement émissif (3) est constitué d'un mélange de tungstène et d'un métal réfractaire à haut travail de sortie. 10. Tube électronique pour hyperfréquences comportant une cathode, une anode et au moins une grille, caractérisé par le fait que ladite cathode est une cathode selon l'une des revendications 1 à 8.