Brevet FR2563942A1 — publié le 19851108

La présente invention concerne un nouveau tube à rayons cathodiques com- portant un écran d'observation ou de visualisation métallisé muni d'une couche de particules de carbone, et elle vise également unprocédé de fabrication d'un tel tube cathodique. Les brevets américains n 3 703 401 (Deal et al) et n 4 025 661 (Moscony et al) décrivent chacun un tube cathodique qui comporte un support d'écran, un écran de visualisation luminescent sur ledit support, une couche métallique ré- fléchissant la lumière sur l'écran, et une couche de particules de carbone amorphe et/ou de graphite sur la couche métallique. La couche de particules de carbone peut absorber la chaleur qui est rayonnée à partir d'un masque perforé associé, ou elle peut absorber des -électrons qui/ont diffusés, ou engendrés, à partir du ou des faisceaux électroniques qui excitent l'écran d'observation. La couche de particules de carbone ne comporte pas de liant permanent, bien que l'on utilise généralement un liant organique temporaire,qui est éliminé lors d'une étape de cuisson prévue pour oxyder ou volatiliser les matières organiques provenant de toutes les couches du support d'écran. On a découvert que la couche de particules de carbone est une source de particules libres après l'étape de cuisson. Après l'assemblage de la structure pour réaliser un tube à rayons cathodiques opérationnel, de telles particules libres peuvent causer des problèmes de stabilité, à haute tension, dans le tube cathodique. Il est donc préférable d'inclure un liant permanent dans la couche de particules de carbone. Le brevet américain n 4 025 661, cité cidessus, pré- cise les raisons pour lesquelles un résidu ion-métal, dans la couche de particules de carbone, est indésirable. De même, toute addition dans la couchede particules de carbone qui réduit la brillance de luminescence de l'écran de plus de 5 % est indésirable. Par conséquent, les choix évidents d'un liant permanent pour la couche de particules de carbone sont inacceptables. Un tube à rayons cathodiques selon la présente invention présente une structure similaire à celle d'un tube cathodique selon la technique antérieure décrite ci-dessus, sauf que la couche de particules de carbone contient des par- ticules de silice, comme liant pour les particules de carbone. Les particules de silice préférées sont préformées par pyrolyse d'un composé de silicium sous forme de vapeur, tel qu'un tétrachlorure de silicium, présentant une granulométrie moyenne inférieure à 0,1 p. La silice se présente sous la forme d'une poudre sèche, et elle doit être distinguée de la plupart des liants à base de silice, qui sont gélatineux, et également de la plupart des poudres de silice préformées, qui possèdent une granulométrie bien plus importante. Le procédé objet de cette invention est similaire aux procédés décrits dans les brevets cités ci-dessus, sauf en ce qui concerne la présence de poudres 2 2563942 de silice préformées, qui peuvent être appliquées avant, pendant ou après l'ap- plication de particules de carbone, de préférence par pulvérisation d'une suspen- sion aqueuse de ces particules. Par conséquent, les particules de silice peuvent constituer une couche sous les particules de carbone, ou bien elles peuvent être mélangées avec les particules de carbone dans une couche unique, ou encore elles peuvent constituer une couche sur les particules de carbone. Dans tous les cas, le rapport en poids silice/particules de carbone est compris entre 0,9 et 1,1. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé, dont la figure unique est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un tube cathodique selon l'invention. Le tube à rayons cathodiques représenté sur la Figure unique est un cinés- cope à masque perforé du type décrit dans le brevet américain n0 3 423 621 (Royce). Ce tube cathodique comprend une enveloppe mise sous vide 21, qui comporte un col 23 faisant partie intégrante d'une partie tronconique 25 en forme d'entonnoir, et un panneau de plaque frontale 27, muni d'une fenêtre d'observation 27A et d'une paroi latérale périphérique 27B, qui est raccordée à la partie tronconique par un joint 29 de verre dévitrifié. Un écran d'observation luminescent 31, comprenant une mosaïque de zones de points ou de lignes de luminophores à émissions lumi- nescentes de couleurs différentes, est disposé sur la surface interne de la fe- nêtre d'observation 27A. Une couche de métal réfléchissant la lumière 33, en alu- minium métallique, recouvre l'écran 31, et une couche de particules de carbone 35 est prévue sur la couche métallique 33. Un système de monture de canons électro- niques 37 est situé dans le col 23. Trois doigts métalliques 39 espacent le sys- tème de monture 37 de la paroi du col et assurent la liaison du système de monture 37 avec un revêtement conducteur interne 40, prévu sur la surface interne de la partie tronconique 25. Un masque perforé métallique 41 est étroitement espacé de la couche métallique 33. Ce masque 41 est soudé sur un bâti métallique 43, qui est supporté par des ressorts 47 sur des goujons 45, faisant partie intégrante du pan- neau 27. Un ou plusieurs faisceaux électroniques, provenant du système de monture 37, produisent, lorsqu'ils sont convenablement balayés sur l'écran 31, une image luminescente qui peut être observée au travers de la fenêtre 27A. A l'exception de la couche de particules de carbone 35, les structures de ce tube, ainsi que leurs procédés de fabrication, sont décrits en détail dans la littérature technique cor- respondante, et, par conséquent, on ne les décrira pas ici en détail. La couche de particules de carbone 35 présente une épaisseur de l'ordre de 0,0025 mm, et elle est essentiellement composée de parties en poids sensiblement égales de particules de silice colloïdale préformées et de particules de carbone (sous la forme de carbone et de graphite amorphe) par unité de surface. La couche de particules de carbone 35 peut gtre préparée en mettant en oeuvre le procédé typique suivaj;t, apres avoir déposé la couche d'aluminium métallique 33, sous forme de vapeur, sur l'écran 31, et avant l'élimination des matières organiques de la structure. On a ruaiiié une première suspension, présentant la composition suivante 68,2 grammes de graphite colloldal, tel que!l"Aqua Dag E" (22 % de matières solides), commercialisé par la firme américaine "Acheson Colloids Company", Port Huron, MI; - 15 grammies dt carbone amorphe (granulométrie moyenne d'environ 0,021 p), tel que le "VTulcan XC-72", commercialisé par la firme americaine "Cabot Cor- poration", Boston, MA - 1,5 gramme d'un dispersant, tel que le "Marasperse CBX-2", vendu par la firme amecicaine "Reed Lignin Company", Rothschild, W!; - 0,3 gramme d'un agent mouillant, tel que!e "Brij 35", commercialisé par la firme américaine "ICI Americas Inc.", Wilmington, DE; et, - 1,915 grammes d'eau distillée ou désionisée. Cette composition a été mélangée dans un appareil de dispersion pendant environ 15 minutes. La premiere suspension a âté ensuite additionnée d'un volume ég.1 de la seconde susDensîon suivante, le mélange ayant été réalisé pendant cinq minutes dans un appareil de dispersion - 15 grammes de silice colloidale (granulométrie moyenne environ 0,014 p), telle que la "Mab-0-Si! M-5", vende par la firme américaine "Cabot Corporation" Boston,,A; - 985 grammes d'eau *Js;ti!lêe óu dsionimée. La suspension mél-ngàe resultante est alors prate pour son application par pilvtcrsation sur l'écran aluminisé. Le panneau et la structure intermédiaire pour un tel panneau ont été placés dans u:n four qui a été p-rêchauffé à une température comprise entre environ 85 et 'C, et maintenus dana ce four pendant environ 15 minutes, jusqu'à ce que le panneau atteigne sensiblement la température du four. Le panneau est enlevé du four, et l'on masque "es cordons de scellement du panneau et les parois latérales nternes du panneau, y compris les goujons de montage du masque, à l'aide d'un -cran, sensibincmat jusqu'à la ligne de raccord du moule, en laissant cependant a docouver: toute la zone d'observation ou de visualisation. Par conséquent, le penneau étant encore préchauffé, on pulvérise une dispersion aqueuse d'un matériau vc]tJiisablc:, formant une pellicule, sur la couche d'aluminium métallique non arnaquée. rnge dispersion préfér&r, qui est sensiblement exempte de substances qui, lorsqn'ei!es sont caacinées, donnent naissance à des résidus contenant des ions- meraux, -.st -,réparôe en mélangeant 250 millilitres d'une émulsion aqueuse de ré- sne acrylNque (cnmuenant environ 46 % en poids de matières solides) et de 14 grammes de polyvinyl pyrolidone, avec 2050 millilitres d'eau désionisée. Une émulsion de résine acrylique préférée est constituée par du "Rhoplex AC-234", vendu par la firme américaine "Robm and Haas Company", Philadelphie, PA, qui est constituée, semble-t-il, principalement d'acrylate d'éthyle copolymérisé avec de petites quantités de monomères et de-polymères acryliques et méthacryliques. La pulvérisation est effectuée pendant environ 1 à 3 minutes, à l'aide d'un canon de pulvérisation à l'air, fonctionnant sous une pression de l'ordre de 3,5 bars, et l'on réalise environ dix passes de pulvérisation sur la surface. Le matériau pulvérisé sèche en moins d'une minute, en partie parce que la chaleur, dans le panneau préchauffé, forme une couche barrière ou un revêtement étanche. Ensuite, le panneau étant encore préchauffé à une température supérieure à 50 C, et l'écran étant toujours en place, on a pulvérisé la suspension mélangée décrite ci-dessus, comprenant des particules de silice, de graphite et de noir de carbone, sur les portions non masquées de la couche de métal revêtue. La pulvéri- sation a été effectuée pendant environ 2 à 5 minutes, à l'aide d'un canon à pul- vérisation à air fonctionnant à une pression de l'ordre de 3,5 bars, et on a ef- fectué environ vingt passes de pulvérisation sur la surface, de manière à obtenir un poids de revêtement de l'ordre de 0,15 mg/cm2. Le matériau pulvérisé sèche en moins d'une minute, en partie en raison de la chaleur dans le panneau préchauffé, et il forme un sur-revetement absorbant la chaleur. On a enlevé l'écran, et le panneau revêtu a été traité ensuite de façon classique. Ce traitement usuel comprend une étape classique de cuisson du panneau dans l'air à une température de l'ordre de 400 à 450 C, pour éliminer, par vapo- risation et oxydation, les matières volatiles et organiques de la structure. Du- rant cette dernière étape de cuisson, la pellicule et le revêtement de matériaux volatils situés au-dessus et au-dessous de la couche métallique d'aluminium, les liants de l'écran d'observation en mosaïque et tous les agents dispersants et les agents mouillants de la structure ont été éliminés. Après la cuisson, la struc- ture comportait une couche réfléchissante d'aluminium métallique sur l'écran d'ob- servation de mosaique de luminophores, et un sur-revêtement silicecarbone- graphite, absorbant la chaleur, qui adhérait à la couche d'aluminium. Diverses modifications peuvent être apportées à l'exemple de mise en oeuvre ci-dessus, sans sortir du cadre de cette invention. La plupart de ces variantes sont décrites dans les brevets américains n 3 703 401 et n 4 025 661, et on ne les décrira pas à nouveau ici. On peut utiliser soit du graphite, soit du carbone amorphe, ou une combi- naison de ces deux éléments, comme carbone dans le sur-rev tement. Le carbone amorphe peut être sous la forme de noir de lampe, de noir de carbone, ou sous d'autres formes provenant d'une combustion incomplète de matériaux porteurs de carbone. Le graphite peut être synthétique ou naturel. On a observé que des par- ticules de graphite sont plus résistantes à l'oxydation, et qu'elles ont une plus faible tendance à pénétrer l'écran de visualisation que les particules de carbone amorphe. Des particules de carbone amorphe produisent des couches qui absorbent davantage de chaleur et qui résistent moins à la pénétration des électrons. On préfère utiliser un mélange de ces deux types de carbone. La granulométrie des particules de carbone n'est pas critique; cependant, il est préférable d'utiliser une dimension colloïdale, de manière à faciliter la préparation et la conservation d'une suspension appropriée, et pour réduire l'at- ténuation du faisceau électronique. Le carbone peut être maintenu en suspension dans tout véhicule liquide qui n'affecte pas de façon nuisible l'écran de lumino- phores. Cependant, il est préférable de disperser le carbone dans de l'eau. Lorsque des particules de carbone sont dispersées dans de l'eau,il est préférable d'incor- porer des agents mouillants et dispersants, afin de produire une suspension stable. De même, il est préférable de ne pas prévoir, dans la suspension, des liants or- ganiques pour les particules. Lorsque des liants sont inclus dans la suspension, on a découvert que les particules de carbone pouvaient s'oxyder de manière exces- sive lors de l'étape suivante de cuisson, ce qui rendait plus difficile le con- trôle du procédé. Les particules de silice sont préformées, et elles doivent présenter une granulométrie inférieure à 0,1 p, avec une moyenne de granulométrie située bien en-dessous de 0,1 p. On a préparé des particules de silice appropriées en pyro- lisant des composés de silicium sous forme de vapeur, de manière à obtenir le matériau désiré. Une famille de silices appropriée est commercialisée par la firme américaine "Cabot Corporation", Boston, MA, sous la marque "Cab-O-Sil". Des silices obtenues par broyage et précipitation dans un milieu humide ne paraissent pas donner satisfaction. Les particules de silice sont maintenues en suspension dans un véhicule liquide permettant une pulvérisation par l'air ou d'autres procédés d'application. La suspension de silice peut être mélangée avec la suspension de particules de carbone et déposée sur la couche de métal, comme décrit dans l'exemple. La structure obtenue est désignée par A, dans le tableau donné ci-après. En variante, la suspension de silice peut être déposée sur la couche métallique, et ensuite, la couche de particules de carbone peut être déposée sur la couche de particules de silice. La structure produite est désignée par B, dans le tableau. Selon en- core une autre variante, la couche de particules de carbone peut être déposée sur la couche métallique, et ensuite la couche de particules de silice est déposée sur la couche de particules de carbone. La structure obtenue est désignée par C, dans le tableau. Dans les structures ainsi réalisées, le rapport en poids des particules de silice aux particules de carbone, par unité de surface, dans le tube cathodique terminé, est de l'ordre de 0,9 à 1,1. Il convient de noter qu'une certaine partie du poids des particules de carbone est perdue par oxydation, lors du traitement du tube cathodique. On a effectué des essais de comparaison entre les structures décrites cidessus et une structure similaire selon la technique antérieure, comportant une couche de particules de carbone (sans silice) sur la couche métallique, cette structure étant désignée par D dans le tableau. Dans ce tableau, la sortie de lumière luminescente relative de l'écran de visualisation de chaque tube électro- nique en fonctionnement a été obtenue par comparaison avec la sortie de lumière d'un tube cathodique en fonctionnement comportant une couche métallique réfléchis- sant la lumière non revêtue, dont la sortie de lumière était supposée être de %. La génération de particules relative a été déterminée en frappant violem- ment sur le panneau inversé, et en comparant le nombre relatif de particules li- bérées. On a déterminé l'émissivité relative en mesurant l'absorption relative du rayonnement infrarouge à la surface de la structure. Ces données montrent que des modifications peuvent être apportées à la conception de la structure tout en res- tant dans le cadre de l'invention. Tableau A B C Sortie de lumière: % 97,6 93,4 98,6 97,5 Génération de particules Bonne Meilleure Faible Faible Emissivité 0,62 0,68 0,59 0,60 Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les va- riantes. REVENDICATIONS 1 - Tube à rayons cathodiques qui comprend un support d'écran, un écran de visualisation luminescent sur ledit support, des moyens pour exciter ledit écran,afin de le rendre ium.nescent; à l'aide d'au moins un faisceau électronique, une couche métallique réfléchissant la lumière sur ledit écran, et une couche de particules de graphite et/ou de carbone amorphe sur ladite couche réfléchissant la lumière, ce tube étant caractérisé en ce que la couche de particules de car- bone (35) contient en outre une addition de particules de silice préformées, en tant que liant pour les particules de carbone. 2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport en poids desdites particules de carbone aux particules de silice est compris entre 0,9 et 1,1. 3 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de carbone et les particules de silice sont présentes dans un mélange unique sensi- blement uniforme. 4 - Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites parti- cules sont présentes sous la forme d'un ensemble composite de souscouches, com- portant une sous-couche de particules de carbone déposée sur ladite couche réflé- chissant la lumière. et une sus-ouche de particules de silice déposée sur ladite sous-couche dA paiticules de carcone. - Tube sel l a revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules sont présentes sous la forme d'un ensemble composite de souscouchescomprenant une sous-touche de particules de silice déposée sur ladite couche réfléchissant la lumière, et une sous-couche de particules de carbone déposée sur ladite sous- couchba de particules de silice. - 6 - Tube salon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite silice est une poudre sèche produite par pyrolyse d'un composé de silicium sous forme de va- peur. 7 - Tube se]on la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de particules ide carbone (;35' est déposée par pulvérisation d'une suspension aqueuse d-sditcc particules sur ladite touche réfléchissant la lumière (33), ledit support d'écran {2A) "tant préchauffé à des températures comprises entre 50 et 75 C. 8 - Procédé de fabrication d'un tube à rayons cathodiques qui comporte un cupp-ort d'écran, un écran de visualisation sur ledit support, et une couche métal- ï.ique ±dflêéc[issant la lumière déposée sur ledit écran, qui consiste, après la production dduit: cran, à préchauffer ledit support avec l'écran et sa couche mé- 3i':!qlc à une tempéracure comprise entre 50 et 75'C, et à déposer sur ladite coucle métal]ique préchauffée une pellicule de matériau organique volatilisable ar la chale r ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dépose sur ladite pelli- 8 2563942 cule une couche (35) de particules de carbone et de particules de silice pré- formées. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites par- ticules de carbone et lesdites particules de silice sont déposées à partir d'une suspension aqueuse sensiblement uniforme. - Procédé selonla revendication 8, caractérisé en ce que ledites parti- cules de carbone sont déposées sur ladite couche métallique (33) à partir d'une suspension aqueuse de telles particules de carbone, et ensuite, lesdites parti- cules de silice sont déposées sur les particules de carbone à partir d'une sus- pension aqueuse. 11 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites par- ticules de silice sont déposées sur ladite couche métallique (33) à partir d'une suspension aqueuse de telles particules, et ensuite, lesdites particules de car- bone sont déposées sur les particules de silice à partir d'une suspension aqueuse de telles particules.