Brevet FR2525810A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne d'une façon générale un procédé de fabrication d'appareils à décharge d'électrons et les produits obtenus par ce procédé, et en particulier un procédé de fabrication d'une électrode de cathode perfection- née pour un magnétron. Une façon connue de réaliser une électrode de cathode pour un magnétron est représentée et décrite dans le US 3 027 480 Selon ce brevet on peut utiliser en particules fine- ment broyées, du tungstène, du tétraborure de thorium ( ou d'autres composés de thorium ne contenant pas d'oxygène) et du rhénium pour former un matériau d'émission d'électrons uti- lisé comme électrode de cathode pour un magnétron En fonction- nement dans un radar à onde entretenue, la modulation de fré- quence aléatoire due à l'oxygène dégagé est presque éliminée et "la dérive de fréquence" due à l'émission secondaire est considérablement diminuée. Malheureusement, il est extrêmement difficile de réa- liser une électrode de cathode satisfaisante selon l'enseigne- ment du brevet cité car les meilleurs rendements obtenus ont été seulement de 50 à 60 57 En outre, même avec des électrodes de cathode satisfaisantes initialement, les magnétrons réali- sés selon le brevet cité doivent fonctionner avec une commande précise du courant de chauffage pour maintenir la température de l'électrode à une valeur o la dérive de fréquence est in- signifiante Pour un emploi normal, le degré nécessaire de com- mandede la température de l'électrode de cathode peut seule- ment être obtenu par une commande précise du courant du fila- ment de l'électrode; ce degré ne peut de toute façon, rare- ment être atteint et maintenu. Compte tenu de ce qui précède, le but principal de l'invention est de fournir une électrode de cathode perfection- née pour un magnétron et un procédé de fabrication de cette é- lectrode. Un autre but de l'invention est de fournir un maté- riau d'émission d'électrons perfectionné pour une électrode de cathode de magnétron. Ces buts et d'autres encore sont atteints d'une façon générale en réalisant, sous la forme souhaitée d'une électrode de-cathode, un matériau d'émission d'électrons dans lequel des particules de tungstène sont recouvertes d'un mélange eutecti- que de thorium et de tungstène, l'épaisseur de la couche étant déterminée de telle façon qu'en fonctionnement, le taux de dif- fusion du thorium à la surface de l'électrode de cathode soit maintenu à une valeur permettant une grande durée de vie et une dérive de fréquence presque négligeable. D'autres caractéristiques de l'invention apparaissant au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé sur le- quel la figure unique représente schématiquement le procédé envisagé, étant entendu qu'il est évident que le produit obte- nu pourrait apparaître identique à leélectrode représentée dans le brevet précité. En'se référant au dessin annexé, de l'hydrure de tho- rium (Th H 3) et du tungstène (W) finement broyés sont ajoutés à un liant tel que le xylène et le polystyrène, en atmosphère inerte, par exemple de ltazote, pour former une suspension. Les matériaux sont secs, c'est-à-dire que chacun contient une proportion de moins de trois parties par million d'eau La tail- le de la particule de l'hydrure de thorium et de tungstène est de préférence de l'ordre de 2,6 microns La proportion, en poids, de l'hydrure de thorium et de tungstène ajoutés est de préférence de 2 à 98 %, bien que la proportion puisse aller jusqu'à 6 à 94 % La quantité de liant peut varier dans de larges limites tant que la suspension est relativement épais- se, c'est-à-dire qu'elle peut être appliquée à une surface maillée (comme représenté dans le US 3 027 480) ou formée en cylindre creux toujours en atmosphère inerte Après l'applica- tion ou le formage, l'ensemble recouvert est séché sous atmos- phère inerte jusqu'à ce que les parties volatiles du liant se soient évaporées Pour accélérer l'évaporation, il est recom- À": - - 2525810 = 3 mandé de chauffer l'ensemble jusqu'au point d'ébullition du liant choisi. L'ensemble (qui est maintenant une électrode de ca- thode partiellement durcie) est enlevé de l'atmosphère inerte et placé à l'endroit prévu (conjointement avec un chauffage de filament de dimensions appropriées) dans le magnétron dans lequel elle doit être utilisée et l'ensemble chauffage-catho- de est alors scellé d'une façon classique Un vide (le même que celui d'un appareil achevé) est alors créé, toujours d'une O fanon classique, de sorte que l'électrode de cathode en partie urcie se trouve dans le vide avec le magnétron On remarquera Mu passage, que bien que le temps écoulé entre le retrait de l'électrode partiellement durcie de l'atmosphère inerte jus- qu'a ce qu'elle soit dans le vide ne soit pas critique, il est commandé que moins de deux heures s'écoulent pour éviter la contamination de l'électrode par l'humidité ou par oxygène de ilair. L'électrode partiellement durcie étant disposée à son emplacement définitif un courant électrique traverse le chauf- 29 fage de filament pour porter la température de l'électrode à une valeur entre 1750 C et 1800 C L'hydrure de thorium est alors dissocié en thorium et hydrogène d'o il résulte la for- mation de thorium métallique et de gaz hydrogène Au fur et à mesure que le gaz hydrogène se dégage, il est évacué par la pompe à vide (non représentée) En outre, tout résidu du liant est séparé en composants gazeux qui sont enlevés d'une façon analogue Il en résulte alors un mélange de particules de tho- rium pur et de tungstène pur Le temps pris pour la réduction précédente des matériaux dans l'électrode partiellement durcie n'est pas critique, mais il est recommandé, que ce temps soit de l'ordre d'au moins quatre heures pour réaliser l'achèvement de la dissociation de l'hydrure de thorium. Après l'étape précédente, le courant électrique dans le chauffage du filament est augmenté pour porter approximati- vement la température de l'électrode de cathode partiellement traitée à 1898 ÈC Les particules de thorium diffusent alors dans les particules de tungstène et les deux métaux agissent l'un sur l'autre pour former un mélange eutectique liquide de thorium et de tungstène sur les surfaces des particules de tungstène Le temps nécessaire pour cette étape peut varier entre trois et six minutes. Après l'étape précédente, le courant électrique est supprimé du filament de la cathode et l'électrode qui est tou- jours partiellement durcie est refroidie de sorte que le mé- lange eutectique liquide se solidifie pour former une électro- de de cathode complètement durcie Le magnétron peut alors ê- tre complètement scellé d'une façon classique. Les techniciens familiers de cette technique compren- dront que les paramètres tels que le diamètre moyen (et la variation autour de la moyenne) des particules de thorium et de tungstène finement broyés, les températures réelles, et le temps de traitement écoulé (particulièrement lors de l'étape finale) influeront sur le taux de diffusion du thorium à la surface de l'électrode de cathode pendant l'opération C'est pourquoi, pour chaque application particulière, certaines adap- tations peuvent etre nécessaires. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'une électrode de catho- de pour un appareil à décharge d'électrons, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) mélanger, en atmosphère inerte, du tungs- tène et de l'hydrure de thorium finement broyés avec un liant pour produire une suspension. (b) à donner à la suspension la forme de l'é- lectrode de cathode souhaitée et à sécher pour enlever les particules volatiles du liant pour former une électrode partielle- ment durcie; (c) à placer l'électrode à son endroit défini- tif dans l'appareil à décharge d'électrons; (d) à provoquer la décomposition sous vide de l'hydrure de thorium pour former du tho- rium et de l'hydrogène et enlever toutes traces restantes du liant; (à) à chauffer, sous vide, l'électrode partiel- lement durcie pour former, sur les parti- cules de tungstène, un mélange eutectique de thorium et tungstène; et (f) à sceller l'appareil à décharge d'électrons de manière à maintenir le vide à l'inté- rieur. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la taille moyenne des particules de l'hydrure de tho- rium et du tungstène finement broyés est approximativement de 2,-6 microns. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion, en poids, de l'hydrure de thorium et du tungstène varie, respectivement, de 2 à 6 % et de 98 à 94 5 o. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant est formé par le xylène et le polystyrène. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la décomposition de l'hydrure de thorium est obtenue en chauffant l'électrode de cathode partiellement durcie & une température comprise entre 1700 C et 1780 C pendant au moins quatre heures. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mélange eutectique est obtenu en chauffant l'élec- trode de cathode partiellement durcie à une température de 1772 O centigrades pendant trois à six minutes.