Brevet FR2509090A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tube à rayons cathodiques, et elle vise plus particulièrement un procédé de traite- ment du système de monture d'un tube à rayons cathodiques pour supprimer la luminescence résiduelle qui existe généralement après le fonctionnement du tube à rayons cathodiques, ce traitement mettant en oeuvre un chauffage cri- tique du système de monture, avant la fermeture et le scellement du tube. Un tube à rayons cathodiques comprend un col, une partie tronconique en forme d'entonnoir, et une plaque frontale Un écran d'observation et di- vers revêtements sont appliqués sur les surfaces internes de l'enveloppe du tube Un système de monture, supporté par une tige de verre, et qui comprend un ou plusieurs canons électroniques, est scellé dans le col de l'enveloppe. Après avoir scellé la monture dans le col, le tube à rayons cathodiques (qui est ouvert sur l'atmosphère par l'intermédiaire d'une partie tubulaire en verre reliée à la tige) est cuit à une température de l'ordre de 300 à 450 '0, et, simultanément, on y fait le vide jusqu'à l'obtention d'une pression relati- -4 vement faible, inférieure à 10 torr, au travers de la partie tubulaire en verre Durant cette cuisson, la température du système de monture s'élève jusqu'à 250 à 300 'C Ensuite, le tube à rayons cathodiques est obturé, c'est- à-dire que la partie tubulaire est scellée Un peu avant la fin du cycle de Z O cuisson, et avant la phase d'obturation, lorsque le tube est mis sous vide à faible pression, on applique une énergie à haute fréquence pour dégazer les structures métalliques, notamment les électrodes du système de monture. L'énergie à haute fréquence chauffe les structures métalliques à une tempé- rature maximale supérieure à 4500 C, généralement comprise entre 600 et 750 'C, afin d'éliminer les gaz occlus et adsorbés Aprts obturation du tube, la monture est soumise à un traitement d'élimination de spots, pour réduire les émissions d'électrons parasites et pour stabiliser le fonctionnement du tube à rayons cathodiques. Un tube à rayons cathodiques terminé, installé dans un châssis et fonctionnant de manière habituelle, peut continuer à émettre de la lumière à partir de l'écran d'observation après suppression des tensions normales de fonctionnement du système de monture Cet effet, qui peut subsister pendant une durée allant de quelques minutes à quelques heures, est appelé "lumi- nescence résiduelle", et il est attribué à la conjonction de deux facteurs En premier lieu, une charge électrostatique résiduelle importante demeure sur 2 2509090 le condensateur de filtre (qui fait partie intégrante du tube à rayons catho- diques), et, par conséquent, il subsiste une tension résiduelle, sur l'anode du tube, qui est élevée par rapport aux tensions sur les autres électrodes du système de monture En second lieu, il existe des sites,sur les électrodes du canon électronique, à partir desquels peuvent être émis des électrons lorsque ces sites sont sous l'influence du champ électrique produit par la charge résiduelle sur le condensateur -filtre Sous l'influence du champ élec- trique, les électrons émis sont dirigés vers l'écran d'observation qu'ils viennent frapper, ce qui produit cette luminescence résiduelle. Selon la présente invention, le nombre et le rendement des sites d'émission de champ sont sensiblement réduits, de manière qu'il se produise moins d'émissions de champ et qu'on observe peu ou pas de luminescence ré- siduelle Le procédé selon l'invention, comme les procédés selon la technique antérieure, consiste à effectuer une cuisson jusqu'à une température de l'ordre de 450 'C, à réaliser une mise sous vide du tube jusqu'à une faible pression, à effectuer un chauffage à haute fréquence, jusqu'à une température maximale supérieure à 450 'C, et à réaliser l'obturation du tube Cependant, à la différence des procédés connus, avant d'avoir obtenu la faible pression, lors de la mise sous vide, une partie au moins du système de monture est sélectivement chauffée à des températures supérieures à la température maxi- male, dans une atmosphère comportant une pression partielle d'oxygène (typiquement de l'ordre de 1 à 3 torr), pendant une période de temps suffi- sante pour produire une décoloration visible, lorsqu'on la refroidit à tempé- rature ambiante, mais insuffisante pour produire une couche électriquement isolante. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, la partie chauffée de la monture est constituée par la partie de l'électrode qui fait-face à l'autre élec- trode qui doit supporter la tension d'anode Le chauffage à des températures supérieures peut être effectué avant ou après que le système de monture ait été scellé dans le col du tube à rayons cathodiques De préférence, ce chauf- fage est effectué après cette étape d'obturation par scellement, et pendant les stades initiaux de mise sous vide de l'enveloppe. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé, qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif Sur le dessin 3 2509090 la Figure 1 est une vue en arrachement, en élévation, d'une partie d'une machine de mise sous vide modifiée pour la mise en oeuvre de l'inventi la Figure 2 est une vue à plus grande échelle du système debobine à haute fréquence de la machine représentée sur la Figure 1, cette bobine étant positionnée pour effectuer le chauffage de parties sélectionnées de la monture, peu avant le début de l'opération de mise sous vide d'un tube à rayons cathodiques la Figure 3 est une vue à échelle agrandie du système de bobine à haute fréquence de la machine illustrée par la Figure 1, positionnée pour réa liser le chauffage de parties sélectionnées de la monture, un peu avant la fin de l'opération de mise sous vide du tube. Selon un exemple de mise en oeuvre préféré, le procédé de l'invention peut être réalisé dans une machine de mise sous vide fixe ou dans un disposi- tif continu, tel que décrit dans le brevet américain no 3 922 049 Un dispositif continu comprend un train de chariots de mise sous vide se déplaçant selon une boucle fermée allongée Un four-tunnel, ayant en plan la forme générale d'un U, est situé au-dessus d'une partie du train de chariots, de manière à contenir les panneaux frontaux et les parties tronconiques en forme d'enton- noir du tube à rayons cathodiques en cours de traitement, mais avec les tiges et les parties adjacentes des cols situées à l'extérieur de l'enceinte Le tun- nel est divisé en zones qui sont chauffées aux températures prescrites, de manière que le panneau frontal et la partie tronconique de chaque tube à rayons cathodiques, se déplaçant au travers du tunnel, subissent un chauf- fage ayant la configuration voulue Près de l'extrémité d'entrée, et égalemen prbs de l'extrémité de sortie de la partie interne du tunnel, l'énergie haute fréquence est appliquée au col du tube à rayons cathodiques qui est à l'exté- rieur du tunnel, comme décrit ci-après. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-après, un chariot unique de dispositif continu de mise sous vide fonctionne comme machine fixe et pério- dique de mise sous vide. Comme on l'a représenté sur les Figures 1 à 3, un chariot ou une machine fixe de mise sous vide 19 peut recevoir un tube à rayons cathodiques 21 Le tube 21 comprend une enveloppe comportant un panneau frontal 23, scellé sur une partie tronconique en forme d'entonnoir 25, ayant un col en verre 27 Le col 27 est fermé à une extrémité par une tige de verre 29 (Fig. 4 2509090 2 et 3), qui forme le culot du tube et qui est traversée par des conduc- teurs métalliques 31, et une partie tubulaire en verre 33, s'étendant vers l'extérieur Les conducteurs 31 s'étendent également vers l'intérieur, et ils supportent le système de monture 35 (Fig 2) du tube Le système de monture 35 comporte trois canons électroniques, chacun de ces canons comprenant une cathode à chauffage indirect et plusieurs électrodes séquentiellement espacées, comprenant une électrode de focalisation G 3 (Fig 2 et-3) La monture 35 peut être de tout type pouvant être employé dans un tube cathodique, par exemple du type décrit dans les brevets américains N O 4 234 814 et N O 3 873 879. La conception de la machine de mise sous vide 19 est identique à celle décrite dans le brevet américain n' 3 115 732 Le tube cathodique est suppor- té dans la machine 19, dont une partie est visible sur la Figure 1, sur les bras 41 d'un berceau, qui sont supportés par le bâti 43 monté sur deux sup- ports 45, fixés sur une plateforme thermiquement isolante 47 La machine 19 comprend des moyens de mise sous vide (non représentés) qui sont connec- tés à une tête de compression 49 qui s'étend au travers d'une ouverture pra- tiquée dans la plateforme 47 L'extrémité supérieure de la tête de compres- sion 49 est pourvue d'un syst>me d'orifice d'évacuation 51 qui est conçu de manière à recevoir la partie tubulaire 33, de manière temporairement étanche au vide Un système de chauffage électrique radiant 53, pour effec- tuer le scellage du tube, est supporté par la plateforme 47, par l'intermé- diaire d'un pied 55 et d'un bras 56 Le système de chauffage radiant 53 en- toure la partie tubulaire 33 adjacente à la tige 29, et son but est de ramollir et d'obturer la partie tubulaire 33, et, par conséquent, d'obturer et de scel- ler le tube cathodique après la fin du stade de mise sous vide Un système de bobine de chauffage à haute fréquence 57 est supporté par la plateforme 47 par l'intermédiaire d'un pied 59 et d'un bras 60 Le systrme 57 est en forme de tore, et il comporte une ouverture centrale dans laquelle le col 27 du tube cathodique 21 peut être positionné Le système 57 comprend une bobine to- rique 61 et une pièce de ferrite magnétique d'adaptation torique 63, disposée sur la bobine 61, l'ensemble étant disposé dans un conteneur résistant à la chaleur et électriquement isolant, constitué par exemple de "transite". Comme on peut le voir sur les Figures 2 et 3, le conteneur comprend une plaque inférieure 65, une plaque supérieure 67, et une bague d'espace- ment (entretoise) 69 Le système 57 comprend une bobine de refroidissement 2509090 (non représenté) alimentée par une circulation d'eau par l'intermédiaire de conduites 71 La bobine de chauffage à haute fréquence 61 est conçue de ma- nière à être excitée pendant des périodes de temps sélectionnées, pendant le cycle de chauffage, afin d'induire de l'énergie à haute fréquence dans des par- ties métallique sélectionnées du système de monture 35. Dans le procédé selon cette invention, il est nécessaire de chauffer différentes parties sélectionnées du système de montures partir de l'énergie de haute fréquence, au début et à la fin du cycle A cette fin, on prévoit des moyens pour régler la longueur du pied 59 au-dessus de la plateforme 47, et donc pour régler la position du systmrne de bobine 57, à l'opposé du col 27. Les composants décrits ci-dessus fonctionnent de la façon usuelle La machine 19 comprend une enveloppe thermiquement isolante 81, qui est conçue et réalisée de manière à pouvoir être soulevée de la plateforme 47 et abaissée sur celle-ci En pratique, l'enveloppe 81 est soulevée, et un tube à rayons cathodiques 21 est mis en place sur les bras 41 du bâti de la machine 19 On règle la hauteur au-dessus de la plateforme du tube à rayons cathodiques, et le syst>me d'ouvertures d'évacuation 51 est temporairement scellé à la partie tubulaire 23 Ensuite, on abaisse l'enveloppe 81, et le panneau frontal 23 ainsi que la partie tronconique en forme d'entonnoir 25 sont chauffés jusqu'à des températures situées entre 3000 et 450 C environ Pendant le cycle de chauf- fage, la partie interne de tube cathodique est mise continuellement sous vide par l'intermédiaire de la partie tubulaire 33. Au début du cycle de mise sous vide, lorsque la pression partielle de l'oxygène dans l'enveloppe du tube est de l'ordre de 1 à 3 torr, le système de bobine 57 est positionné de la manière représentée sur la Figure 2, et il est excité pendant deux minutes avec une énergie de haute fréquence de l'ordre de 1, 2 k Hz On réalise ainsi effectivement le chauffage de la partie supérieure de l'électrode G 3 (opposée à l'anode), jusqu'à une température de l'ordre de 750 'C Si l'électrode G 3 est constituée d'un alliage de chrome, ce chauffage produit une oxydation des surfaces des parties qui sont chauffées, ce qui pro- duit une couche d'oxyde de chrome qui résiste à un chauffage pouvant aller jusqu'à une température de 900 'C au moins Le but du chauffage est d'oxyder la surface de l'électrode G 3, notamment en en modifiant la coloration, qui passe d'un gris métallique à un jaune paille lorsqu'on l'observe ensuite à la température ambiante Près de la fin du cycle de chauffage, la bobine 61 est 6 2509090 positionnée de la manière représentée sur la Figure 3, et elle est excitée avec une énergie de haute fréquence de l'ordre de 1, 2 k Hz pendant environ 5 mi- nutes Ceci induit des courants parasites dans les parties métalliques de la monture 35, qui chauffent les parties métalliques situées entre la tige 29 et l'électrode 63 à des températures comprises entre 5000 et 850 'C, qui dé- pendent de la durée du chauffage. Après avoir terminé l'excitation en haute fréquence, à la fin du cycle de chauffage, le système de chauffage et de scellage 53 est mis en action de manière à chauffer une petite zone de la partie tubulaire 33, afin de ramollir le verre, qui, en raison de la pression atmosphérique, s'affaisse et se soude sur lui-même, ce qui scelle la partie interne du tube cathodique 21, en l'iso- lant de l'atmosphère On laisse refroidir le tube cathodique 21, et on élimine par écrasement les portions en excès de la partie tubulaire 33 Ensuite, on relève l'enveloppe 81, on dégage le tube cathodique, et on l'enlève de la ma- chine Une embase (non représentée) est ensuite fixée aux conducteurs 31, un produit (getter) pour éliminer les dernières traces de gaz dans le tube est introduit dans ce dernier, et la monture 35 est soumise à un programme de traitement d'électrodes qui comporte une activation de cathode, un vieillisse- ment électrique et un traitement d'élimination de spots ou taches. Dans cet exemple, le chauffage à haute fréquence effectué près du dé- but du cycle de chauffage est utilisé pour oxyder la partie supérieure d'élec- trode G 3 Il s'est avéré que le processus(de chauffage de la portion de l'élec- trode G 3, pendant le stade initial de mise sous vide, lorsque la pression par- tielle de l'oxygène est de l'ordre de 1 à 3 torr) produit un pourcentage re- marquablement faible de tubes cathodiques présentant une luminescence ré- siduelle Les raisons de ce résultat n'ont pas été totalement élucidées Le procédé selon l'invention produit une mince couche d'oxyde métallique sur des portions de la monture qui sont supposées être des sites pour les émis- sions de champ. Au cours d'une série d'essais, la partie supérieure de l'électrode G 3 (faisant face à l'anode) a été chauffée pendant deux minutes à une tempéra- ture de 7000 C, dans un vide préliminaire, pendant le pompage de mise sous vide du tube cathodique, et ensuite, on l'a amenée à la température et à la pression ambiantes Lors de l'étape de chauffage, la pression était de l'ordre de 10 torr (pression gazeuse), avec une pression partielle d'oxygène de 7 2509090 l'ordre de 2 torr Ces conditions ont entra Dné une lég Ere décoloration brune de la surface de l'électrode G 3, lorsqu'elle était observée à la température ambiante Après un traitement classique ultérieur, comprenant une mise sous vide et un scellement du tube cathodique, la décoloration a subsisté, et la tension d' extinction était d'environ 35 k V La tension d'extinction est la ten- sion résiduelle la plus élevée entre l'électrode G 3 et l'anode, pour laquelle on n'observe pas de luminescence résiduelle à l'oeil nu Le test de tension d'extinction a été effectué dans une pièce sombre, l'oeil étant accommodé à l'obscurité Lorsque le tube cathodique présente une luminescence résiduelle, la tension d'extinction est généralement inférieure à 25 k V Ensuite, après les essais, l'électrode G 3 a été réchauffée, sous un vide inférieur à 10 torr, à 8000 C pendant environ 15 minutes Ce traitement n'a provoqué aucune modi- fication manifeste de la couleur de l'électrode G 3. Il est connu que la présence d'une pellicule d'oxyde sur une surface métallique augmente le travail d'extraction de la surface, ce qui élève le seuil d'énergie de l'émission électronique, et réduit, par conséquent, la luminescence résiduelle Certains oxydes sont volatils aux températures de chauffage normales à haute fréquence sous vide, ce qui entraiîe une perte de l'oxyde et augmente la luminescence résiduelle Le procédé selon l'invention produit une couche d'oxyde métallique,sur l'électrode G 3, qui est sensible- ment non volatil sous vide, dans ces températures normales de chauffage à haute fréquence Ce procédé peut être appliqué à tout métal et à tout alliage qui produit un oxyde qui ne s'évapore pas pendant le traitement ultérieur. Dans le cas d'électrodes constituées d'acier inoxydable -un matériau couramment utilisé pour réaliser des électrodes de tubes cathodiques des oxydes de fer sont produits de façon prépondérante, lors du traitement normal à des températures inférieures à 500 'C A cet égard, on pourra se reporter à l'article de Betz et al, dans "Journal of Applied Physics", 45, 5312-5316 ( 1974) Ces oxydes de fer s'évaporent sous vide à des températures situées au-dessus de 500 'C, et, par conséquent, ils sont éliminés lors des derniers stades du traitement classique du tube cathodique, le tube résultant montrant une luminescence résiduelle accrue La pellicule d'oxyde formée à très haute température (par exemple 700 ' à 800 'C) est principalement de l'oxyde de chrome, qui ne s'évapore pas dans les conditions usuelles de mise sous vide et de chauffage en haute fréquence Un tube cathodique produit selon le pro- 8 2509090 cédé de l'invention conserve donc une pellicule d'oxyde métallique, et il pré- sente donc une luminescence résiduelle réduite. Afin de classer le degré d'oxydation utilisé pour un acier inoxydable G 3, une série d'échantillons d'électrodes G 3 a été chauffée dans l'air pendant 30 minutes, à différentes températures, comme indiqué dans le tableau suivant. Les tubes ont été assemblés, et l'électrode G 3 de chaque tube a été oxydée dans un vide préalable, par chauffage en haute fréquence, afin d'adapter la couleur de la surface aux échantillons N O 1, 3 et 5 Les échantillons ont tous présenté des tensions d'extinction de 34 k V ou plus Par conséquent, toute décoloration de surface, obtenue par le procédé selon l'invention, est considérée comme bénéfique. Tableau Echantillon Chauffage dans l'air pendant 'Couleur aprs chauffage No 30 minutes, a: 1 3500 C Jaune clair 2 402 C Jaune 3 4480 C Brun clair 4 5040 C Cuivre 5560 C Pourpre La mince couche d'oxyde, sur l'électrode G 3, est facilement endom- magée en y faisant glisser sur sa surface un outil métallique, par exemple un gabarit d'alignement, utilisé pour fabriquer les canons électroniques Il est donc préférable que l'oxydation soit effectuée après avoir terminé l'as- semblage de la monture L'épaisseur de la couche d'oxyde est fonction de la température de chauffage, de la durée de chauffage et de la pression partielle d'oxygène Si l'oxydation à ces températures élevées était effectuée à la pression atmosphérique, il se formerait une couche d'oxyde en un temps trop court pour permettre un contrôle efficace du procédé Une couche d'oxyde trop épaisse, sur l'électrode G 3, se traduit par la formation d'une couche électriquement isolante, ce qui est indésirable, étant donné qu'une telle couche peut interférer avec le fonctionnement convenable du canon électro- 9 2509090 nique Par le terme "électriquement isolante", on désigne une couche qui conserve une charge pendant plusieurs minutes Par ailleurs, si la pression d'oxygène est trop faible, une durée trop importante est nécessaire pour pro- duire la couche désirée Il est préférable de poursuivre l'oxydation jusqu'à ce qu'une couche d'oxyde jaunâtre soit produite Ce résultat peut être obtenu en effectuant un chauffage à 8000 C pendant une durée d'environ 2 minutes, à une pression d'air de 10 torr ( 2 torr d'oxygène) L'oxydation peut être également effectuée dans un four classique, à la pression atmosphérique ( 760 torr), dans un mélange de 10 torr d'air et de 750 torr d'argon, par exemple. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits ou représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un tube à rayons cathodiques qui comprend une enveloppe et un syst;me de monture comportant une pluralité d'électrodes séquentiellement espacées, scellées dans ladite enveloppe, ce procédé consis- tant à assembler ledit système de monture, à sceller ce système de monture dans ladite enveloppe, à évacuer les gaz de l'enveloppe jusqu'à une faible pression, inférieure à 10 torr, et à chauffer les parties conductrices du système de monture, à ladite faible pression, à une température maximale située au-dessus de 450 'C environ, ce procédé étant caractérisé en ce que, avant d'obtenir ladite faible pression, une partie au moins de l'une desdites électrodes (G 3) du système de monture ( 35) est sélectivement chauffée à des températures supérieures, dépassant ladite température maximale, dans une atmosphère comportant une pression partielle d'oxygène gazeux, pendant une période de temps suffisante pour oxyder la surface de ladite électrode afin de produire une décoloration visible de cette électrode lorsqu'elle se refroidit, mais insuffisante pour produire une couche électriquement isolante sur ladite surface. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite por- tion d'électrode est chauffée sélectivement, par application d'une énergie à haute fréquence, lors des stades initiaux de l'étape de mise sous vide. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion d'électrode est sélectivement chauffée,par application d'une énergie à haute fréquence, avant de réaliser la mise sous vide. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion d'électrode fait face à une électrode qui doit supporter la tension d'anode dudit tube ( 21). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion d'électrode est sélectivement chauffée à des températures supérieures, situées dans une gamme comprise entre 700 et 8000 C. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite électrode est constituée d'un alliage métallique comprenant une proportion relativement importante d'un métal qui forme un oxyde présentant une faible pression de vapeur, auxdites températures supérieures. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pression partielle d'oxygène est comprise entre 1 et 3 torr. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion d'électrode est chauffée à une température d'environ 8000 C pendant 2 minutes, et en ce que ladite pression partielle d'oxygène est de l'ordre de 2 torr.