Brevet FR2557356A1 — publié le 19850628

_1 _ "Cathode à oxyde". La présente invention concerne une cathode à oxyde compor- tant une base qui est essentiellement constituée par du titane et un élément de chauffage recouvert d'oxyde d'aluminium servant à chauf- fer ladite base, base sur laquelle est appliquée une couche poreuse contenant un oxyde métallique alcalino-terreux. Une telle cathode à oxyde est connue de la demande de bre- vet européen mise à la disposition publique 0059491 (PHN 9965), qui peut être considérée comme incorporée dans le présent mémoire. On y remarque que pour l'isolation électrique entre l'élément de chauffa- ge et la base, on utilise en général de l'oxyde d'aluminium, maté- riau qui n'est pas chimiquement stable lorsqu'il est mis en contact avec le titane, ce qui entraîne le risque de défauts d'isolation pendant la durée de vie de la cathode. Du point de vue stabilité et autres propriétés électriques, l'oxyde de beryllium est un isolant très approprié. Toutefois, ce matériau présente le désavantage d'g- tre très toxique. Un autre isolant approprié est l'oxyde d'yttrium, qui présente cependant le désavantage que son application sur un élément de chauffage en tungtène est beaucoup plus difficile que dans le cas d'oxyde d'aluminium. Ainsi, l'invention vise à indiquer une cathode à oxyde présentant une base qui est essentiellement constituée par du titane et un élément de chauffage recouvert d'oxyde d'aluminium, pour la- quelle ne se produit pas la réaction entre l'oxyde d'aluminium et le titane. Conformément à l'invention, une cathode à oxyde du genre mentionné dans le premier alinéa est caractérisée en ce que du côté de l'élément de chauffage, la base de titane présente une couche constituée par au moins un métal ou un alliage de métaux choisi dans le groupe du platine (Pt), molybdène (Mo), tantale (Ta) et tungptène (W). Un brevet néerlandais 153.018 décrit une cathode à chauf- -2- fage indirect, qui est munie d'un élément de chauffage recouvert d'oxyde d'aluminium et d'une base, dont la face du côté de l'élément de chauffage est constituée par du molybdène. Afin d'empêcher que le molybdène ne diffuse dans l'oxyde d'aluminium et ne provoque des défauts d'isolation, surtout dans le cas d'une différence de poten- tiel supérieure à 400 V entre la base et l'élément de chauffage, la base étant positive par rapport à l'élément de chauffage, une couche d'une épaisseur d'au moins 3/um constituée par l'un des métaux du groupe du platine est appliquée sur le molybdène de la base. Toute- fois, dans ce brevet, il ne s'agit pas uniquement d'une base de ti- tane, mais on donne en outre une solution pour un tout autre problé- me, notamment la diffusion du molybdène dans l'oxyde d'aluminium. La présente invention donne une solution au le problème qui se produit dans le cas de cathodes en titane par le caractère chimiquement non stable du titane en contact avec l'oxyde d'alumi- nium. A la température de fonctionnement relativement faible des cathodes en titane, 700 C au lieu de 800 C ou une température plus élevée, le molybdène qui risque de donner des problnèmes d'isolation aux températures plus élevées, comme il ressort de la demande de brevet néerlandais 153.018, convient pour servir de couche de sépa- ration entre l'oxyde d'aluminium et le titane. L'avantage d'un métal comme couche de séparation consiste dans son application simple, par exemple par évaporation, par pulvérisation cathodique ou par voie galvanique. Lesdits métaux sont stables par rapport à l'oxyde d'alu- minium (Al203) et conviennent ainsi comme couche de séparation entre le titane et le filament afin d'empocher la réduction de l'i- solation du filament en oxyde d'aluminium. La diffusion des métaux dans le titane de la base cathodique, généralement en forme de douille, pendant la durée de vie, risquerait d'aboutir d'un c8té à une couche constituant barrière affectant l'émission entre le titane et l'oxyde alcalino-terreux et, de l'autre côté, à une disparition de la couche de séparation entre le titane et le filament. Etant donné la faible diffusion du tungtène dans le titane, il est parti- culièrement avantageux d'utiliser du tungtène pour la couche de séparation obtenue par dépôt chimique en phase vapeur ("Chemical 255?356 -3- Vapour Deposition"), la couche peut être appliquée d'une façon sim- ple sur la face intérieure de tiges cathodiques en titane. Un autre avantage inhérent au recouvrement par dépôt chimique à partir de vapeur est que jusqu'à l'épaisseur de couche relativement notable d'environ 10/un, il ne se produit pas de problèmes provoquées par la différence de dilatation pendant le chauffage (entre le titane et le tungstène). La couche plus au moins poreuse convenablement adhé- rente est suffisamment flexible pour compenser cette différence, ce qui évite l'écaillement. Il y a lieu de noter que les avantages de cette texture ne sont évidemment pas limités au tungstne. Comme il a été déjà mentionné ci-dessus, toute base catho- dique peut être munie d'une telle couche. Une autre méthode consiste dans l'utilisation d'une base en tôle de titane recouverte d'une couche en un métal ou en un alliage choisi dans ledit groupe. C'est ainsi qu'il est possible d'utiliser une base en forme de gobelet obtenue par un processus d'emboutissage avec ladite tôle. Toutefois, une base en forme de gobelet en titane peut également être munie à l'intérieur d'une couche par dépôt chimique à partir de vapeur, ce qui réduit le risque d'endommagement. Il s'est avéré que des couches d'une épaisseur à 1 à 10/um sont particulièrement appropriées. 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 unique montre en coupe une cathode conforme à l'invention. Exemple 1 Cette cathode est constituée par une base 1 en titane, qui est sous forme d'un gobelet d'une longueur de 2,2 mm et d'un diamètre de 1,8 mm. L'épaisseur de la paroi 2 de ce gobelet est de 40/um et l'é- paisseur du fond 3 de ce gobelet est de 40/um. Après chauffage et activation sous vide, la face extérieure du fond 3 présente une cou- che poreuse 4 en oxyde de baryum (BaO) et en oxyde de strontium (SrO) et éventuellement en oxyde de calcium (CaO). Dans la base en forme de gobelet est appliqué un filament de chauffage 5, qui est recouvert d'oxyde d'aluminium 6. La face intérieure de la base en -4- forme de gobelet 1 est recouverte par dépôt chimique de vapeur, d'une couche de tungstène 7 d'une épaisseur de 2/unm, de sorte que le titane de la base ne peut pas réduire l'oxyde d'aluminium. La diffusion du tungstène dans le titane de la base est si faible qu'il ne se forme pas de couche constituant barrière entre la couche 4 et le fond 3 de la base en forme de gobelet pendant la durée de vie de la cathode. Exemple 2 Il est également possible de réaliser la cathode représentée sur le dessin en tAle de titane recouverte, de préférence par voie galvani- que, d'une couche de platine d'une épaisseur de 5/um. Après embou- tissage de la base en forme de gobelet 1 à partir de la tôle recou- verte, la cathode s'obtient par application de l'émetteur et du ser- pentin de chauffage 5 recouvert d'oxyde d'aluminium 6. Ia couche de platine empêche que le titane de la base 1 ne réduise l'oxyde d'alu- minium 6. 255 7 3 5 6 -5- REVEDICATIONS: 1. Cathode à oxyde comportant une base, qui est essentielle- ment constituée par du titane et un élément de chauffage recouvert d'oxyde d'aluminium servant à chauffer ladite base, sur laquelle est appliquée une couche poreuse contenant un oxyde métallique alcalino- terreux, caractérisée en ce que du côté faisant face à l'élément de chauffage, la base de titane présente une couche constituée par au moins un métal ou un alliage de métaux choisi dans le groupe de pla- tine (Pt), molybdène (Mo), tantale (Ta) et tungtène (W). 2. Cathode à oxyde selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche est constituée par du tungtène pur. 3. Cathode a oxyde selon la revendication 1 ou 2, caractéri- sée en ce que ladite couche est appliquée par dépôt chimique de va- peur. i 5 4. Cathode à oxyde selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que la couche présente une épaisseur compri- se entre 1 et 10/um.