Brevet FR2656954A1 — publié le 19910712

Cathode pour tube électronique et son procédé de fabrication La présente invention a trait à une cathode destinée à 'être utili- sée dans un tube électronique et à son procédé de fabrication. La cathode d'un tube à rayons cathodiques est fabriquée en mettant en place un tricarbonate contenant du baryum en tant qu'ingrédient principal dans une cuvette métallique notamment en nickel avec une plaque transversale et ensuite, en effectuant un traitement d'oxydation. La résolution de l'image d'un tube à rayons cathodiques dépend de la dimension du diamètre des faisceaux d'électrons émis depuis le canon à électrons, et par conséquent, plus le diamètre des faisceaux d'élec- trons est petit, plus l'image sur l'écran est nette Cependant, pour obtenir une image nette la densité de courant de la cathode doit être très élevée. Or, la densité de courant fournie par la cathode d'un tube électro- nique classique n'est pas supérieure à l A par cm', ce niveau de densité de courant étant bien insuffisant pour obtenir une résolution élevée. Récemment, les efforts ont été concentrés sur des téléviseurs de haute qualité, et pour satisfaire cette tendance, plusieurs procédés ont été proposés. Deux exemples typiques de ceux-ci sont représenté sur la Figure 4 A: l'un de ceux-ci est du type à distributeur constitué de telle sorte que du carbonate de baryum 12 contenu dans une cuvette 11 telle qu'une cuvette en molybdène A est revêtu d'une couche de métal poreux 13 de telle manière que des électrons thermiques soient émis à travers la couche de métal poreux 13: l'autre exemple est du type à imprégnation constitué de telle sorte que seulement une couche de métal poreux 13 est contenue dans ladite cuvette 11, et celle-ci est imprégnée d'un composé contenant de l'oxyde de baryum (Ba O), de l'oxyde d'aluminium (A 1203) et de l'oxyde de calcium (Ca O). -2 2656954 Un autre exemple est représenté sur la Figure 4 B Dans celui-ci une couche de métal imprégnée 14 réalisée en imprégnant d'un composé d'imprégnation la couche de métal poreux 13 est disposée dans la cu- vette 11, et une couche de métal poreux 13 est appliquée sur le sommet de celle-ci formant ainsi un type à division d'espace Dans cet exem- ple, se pose le problème qu'il est difficile de contrôler l'épaisseur de la couche de métal imprégnée 14 lors de sa fabrication et par consé- quent, celui-ci n'a pas encore été commercialisé. Les cathodes perfectionnées telles que décrites ci-dessus présen- tent l'avantage que, lorsque la densité de courant est accrue par rap- port au chauffage du carbonate, la perte par évaporation du baryum due à la chaleur par effet Joule peut être empêchée, assurant ainsi une espérance de vie suffisante de la cathode Cependant, par suite du fait que des pores sont formés dans la couche de métal poreux supérieure, la période d'activation initiale est prolongée, c'est-à-dire que le temps jusqu'à ce que les matériaux produisant des électrons thermiques soient diffusés depuis la partie inférieure jusqu'à la partie supérieure est prolongé, provoquant ainsi l'inconvénient qu'une caractéristique de mise en route rapide est insuffisante De plus, la couche de métal poreux contient habituellement du tungstène en tant qu'ingrédient prin- cipal, et par conséquent, si des matériaux émettant des électrons ther- miques, tels que l'oxyde de baryum, subsistent, alors se pose le pro- blème qu'un sous-produit de réaction défini par la formule suivante est généré: W + 3 Ba 3 Al 206 + 6 Ca O 3 Ba 2 Ca A 1206 + 3 Ba + Ca 3 WO (l) Le sous-produit de réaction peut remplir les pores de la couche de métal poreux, et par suite de ce phénomène cumulatif, la vitesse de diffusion des électrons thermiques peut être plus ou moins abaissée. Par conséquent, selon la tendance la plus récente, les efforts sont concentrés sur le revêtement par de l'iridium, de l'osmium, du rhénium et analogue de la couche de métal poreux, ou le développement -3- d'un composé d'imprégnation, mais aucun résultat satisfaisant n'a en- core été obtenu. La présente invention a pour objet de surmonter les inconvénients des cathodes classiques perfectionnées telles que décrites ci-dessus. Un des buts de la présente invention est par conséquent de propo- ser une cathode pour un tube électronique et un procédé pour sa fabrica- tion, dans laquelle une quantité de courant élevée est assurée, et une caractéristique de mise en route rapide obtenue. En vue d'atteindre le but précité, le procédé de fabrication de la présente invention comporte une première étape de remplissage d'un agent de réduction pulvérulent dans une cuvette notamment en molybdène dans un volume de 10 à 100 % par rapport à la capacité totale de la cuvette, et de scellement du sommet de la cuvette avec une couche de métal poreux par soudage, une seconde étape d'imprégnation d'un composé d'imprégnation fondu dans l'agent de réduction contenu dans le réci- pient d'imprégnation sous vide de manière à réduire le baryum et une troisième étape de remplissage d'un gaz inerte à travers la couche de métal poreux supérieure de manière à ouvrir les pores fermés. Dans le procédé ci-dessus décrit, la couche de métal poreux est constituée de tungstène fritté possédant une porosité de 10-40 %, ou de tungstène fritté contenant l'un quelconque ou plusieurs des métaux tels que du nickel, de l'acier et du cobalt selon une quantité de 0,05-10 % en poids, tandis que l'agent de réduction est constitué par une composi- tion contenant de la poudre de tungstène pur à 99 % selon une quantité de 80-100 %, de la poudre de silicium selon une quantité de 0-20 % en poids, et de la poudre de magnésium selon une quantité de 0-20 % en poids, les dimensions moyennes des particules des poudres étant de 1-20 Nom. Dans le cas du tungstène fritté précité, si la teneur en tungstène dépasse 10 % en poids, le rendement de réduction est diminué, tandis que si la teneur est inférieure à 0,05 % en poids, la température de frit- tage est trop élevée Normalement, la température de frittage de tung- stène pur est de 2000 'C, tandis que la température de frittage du tung- stène selon le procédé de la présente invention est comprise entre 1200 et 15000 C. On peut utiliser les composés d'imprégnation conventionnels conte- nant de l'oxyde de baryum, de l'oxyde de calcium et de l'oxyde d'alumi- nium selon des quantités appropriées, et un exemple particulier est représenté dans le tableau ci-après. Tableau 1 (Rapport molaire/Z en poids) Classification Oxyde de baryum Oxyde de calcium Oxyde d'aluminium A 4/79,5 1/7,3 1/13,2 B 3/74,4 1/9,1 2/17,9 C 5/67,3 3/14,8 2/17,9 La caractéristique principale de la cathode selon la présente invention est qu'une partie convexe est prévue à la base de la cuvette, et la partie supérieure de l'élément chauffant est disposée à l'inté- rieur de la partie convexe de telle manière que la conduction thermique au matériau émettant des électrons thermiques soit rapidement effectuée. Le but qui précède et autres avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation préféré de la présente invention en référence aux dessins annexés. La Figure 1 représente le procédé de fabrication de la cathode selon la présente invention; la Figure 2 représente la structure de la cathode selon la pré- sente invention; la Figure 3 est un graphique représentant les améliorations des performances de la cathode selon la présente invention; et la Figure 4 A représente une structure de cathode du type à distributeur; et la Figure 4 B représente une structure de cathode du type à division d'es- pace. (Première étape) Comme représenté sur la Figure 1, une cuvette 2, notamment en molybdène, munie d'une partie convexe 1 à sa partie inférieure, est fixée à un manchon 3 par soudure par points On verse ensuite un agent de réduction 4 contenant de la poudre de tungstène de pureté supérieure à 99 % selon une quantité de 80 % en poids; de la poudre de magnésium selon une quantité de 10 % en poids, et de la poudre de silicium selon une quantité de 10 % en poids, et possédant une dimension de particule moyenne de 1-10 im, dans la cuvette 2 selon une quantité s'élevant à % de la capacité totale de la cuvette Ensuite, une couche de métal poreux 5 constituée de métal fritté possédant une porosité de 30 % est placée sur le sommet de la cuvette 2 pour la sceller par soudure, for- mant ainsi une électrode. (Seconde étape) Un composé d'imprégnation 8 est placé dans un réservoir d'imprégna- tion 7 dans un four à vide 6, et ensuite, le composé est fondu, le composé d'imprégnation 8 étant le matériau A indiqué dans le tableau précédent. Après fusion du composé d'imprégnation 6, l'électrode obtenue au cours de la première étape est placée dans le réservoir d'imprégnation 7 en position renversée, et ensuite le composé d'imprégnation 8 est imprégné de telle manière que le composé 8 traverse la couche de métal poreux 5 et fasse contact avec l'agent de réduction 4 versé dans la cuvette 2. -6 2656954 Grâce à ce processus, l'agent de réduction 4 et le composé d'impré- gnation 8 réagissent entre eux, avec pour résultat que les éléments baryum libre 4 ' sont réduits dans un état reçu dans la cuvette 2, tan- dis que le composé d'imprégnation résiduel 7 dans un grand nombre de pores de la couche de métal poreux 5 provoque l'abaissement de la poro- sité. (Troisième étape) L'électrode qui a subi l'imprégnation est placée au-dessus d'une buse de gaz 9, et un gaz inerte est injecté pour ouvrir les pores fer- mes. Dans ce processus, le gaz inerte est injecté soit à travers la buse de gaz 9 avec une pression appropriée ou injecté de telle manière que tout d'abord la couche de métal poreux 5 à ouvrir est soumise à la buse de gaz 9 sous vide, et ensuite, le vide est supprimé de manière à injecter le gaz inerte dans la couche de métal poreux à la pression atmosphérique, et ainsi les pores fermés sont ouverts. Lorsque le gaz inerte est injecté dans la couche de métal poreux 5 au cours du processus précité, le composé d'imprégnation introduit dans les pores se retire des pores ayant de grand diamètres. Le taux de réouverture des pores sous l'effet du gaz inerte dépend de différents facteurs tels que l'espace à l'intérieur de la cuvette, la vitesse d'introduction du gaz, le degré de vide, la viscosité du composé d'imprégnation, la porosité et la répartition des pores de la couche de métal poreux, et la surface d'occupation du composé d'impré- gnation à l'intérieur de la couche de métal poreux. L'électrode qui a subi le processus ci-dessus décrit présentera des alvéoles dans lesquelles le composé d'imprégnation résiduel adhé- rant à la surface de la couche de métal poreux, de la cuvette ou du manchon, est solidifié Ce composé d'imprégnation solidifié doit être -7éliminé par un processus de soufflage court habituel en utilisant de l'alumine. L'électrode fabriquée selon le processus décrit ci-dessus consti- tue une cathode pour un tube électronique dans son ensemble en introdui- sant l'élément chauffant 10 vers le manchon 3 comme représenté sur la Figure 2. L'élément chauffant 10 possède une partie de tête supérieure 10 ' qui est disposée à l'intérieur de la partie convexe 1 de la cuvette 2, et comprend un filament. Par conséquent, la conduction thermique est effectuée depuis l'élé- ment chauffant 10 à travers la partie convexe de la cuvette 2 jusqu'à l'intérieur de la cuvette 2 d'une manière uniforme, raccourcissant ainsi considérablement le temps nécessaire d'activation initiale, avec pour résultat que la cathode selon la présente invention présente une caractéristique de mise en route brève. Si nécessaire, une couche isolante peut être déposée sur le fond de la partie convexe 1 de la cuvette 2 et de la partie de tête supé- rieure de l'élément chauffant 10, cette couche isolante ayant pour but d'empêcher un contact électrique quelconque entre la cuvette et le filament de l'élément chauffant. Une comparaison des performances de la cathode de la présente invention et des cathodes du type à distributeur ou du type à division d'espace classiques comme représenté sur les Figures 4 A et 4 B est repré- sentée graphiquement sur la Figure 3. Selon cette représentation graphique, la cathode du type à impré- gnation présente un rapport d'évaporation très élevé durant le stade initial, et ensuite, le rapport est brusquement réduit, rendant ainsi sa durée de vie très courte Le type à division d'espace possède une longévité prolongée, mais par contre, le rapport d'évaporation du ba- ryum durant le stade initial est extrêmement lent, et par conséquent, -8 2656954 elle présente un problème de mise en oeuvre pratique, tandis que la cathode selon la présente invention présente un rapport d'évaporation du baryum relativement élevé durant le stade initial, et établit un rapport d'évaporation uniforme à l'intérieur d'une courte période de temps, avec pour résultat que sa longévité est prolongée et qu'elle conserve toutes les caractéristiques nécessaires en tant que cathode pour un tube électronique. Selon la présente invention telle que décrite ci-dessus, l'agent de réduction et le composé d'imprégnation réagissent à l'intérieur de la cuvette pour produire des atomes de baryum libres à l'état concen- tré Les pores bloqués durant l'imprégnation sont réouverts à l'aide d'un gaz inerte durant le processus final, et l'élément chauffant as- sure une conduction uniforme de chaleur à travers la partie convexe prévue au fond de la cuvette, avec pour résultat que les inconvénients des cathodes classiques, tels que l'évaporation rapide de baryum durant le stade initial et la dégradation des performances ainsi que le rac- courcissement de la longévité par suite du sous-produit de réaction produit dans la couche de métal poreux, peuvent être surmontés, et qu'une caractéristique de mise en route brève est obtenue grâce à la diffusion rapide du baryum. De plus, selon la présente invention, des atomes de baryum libres sont émis durant le processus d'imprégnation et demeurent à l'intérieur de la cuvette, et par conséquent, on obtient l'avantage que le temps nécessaire pour effectuer le vieillissement thermique après la fabrica- tion peut être grandement abrégé. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'une cathode pour tube électronique, produisant du baryum en imprégant un agent de réduction ( 4) dans un composé d'imprégnation ( 8), ca- ractérisé en ce qu'il comporte: une première étape d'introduction dudit agent de réduction ( 4) dans une cuvette ( 2) en molybdène selon une quantité de 10 à 100 % de la capacité totale de ladite cuvette, et de formation d'une électrode en soudant une couche de métal poreux ( 5) au sommet de ladite cuvette pour fermer hermétiquement celle-ci; une seconde étape d'imprégnation de ladite élec- trode avec ledit composé d'imprégnation produit et contenu dans un réservoir d'imprégnation ( 7) à l'intérieur d'un four à vide ( 6) de manière que ledit agent de réduction et ledit composé d'imprégnation soient mis en contact l'un de l'autre et réagissent entre eux, en produisant ainsi des atomes de baryum libres; et une troisième étape d'injection d'un gaz inerte dans la couche de métal poreux ( 5) de l'électrode imprégnée pour ouvrir les pores bouchés de la couche de métal poreux. 2 Procédé de fabrication d'une cathode pour tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit agent de réduction ( 4) contient de la poudre de tungstène de pureté supérieure à 99 % selon une quantité de 80-100 % en poids, de la poudre de silicium selon une quan- tité de 0-20 % en poids et de la poudre de magnésium selon une quantité de 0-20 % en poids. 3 Procédé de fabrication d'une cathode pour tube électronique selon la revendication 1, caractéri-sé en ce que ladite couche de métal poreux ( 5) est réalisée en tungstène fritté, ou en tungstène fritté conte- nant un ou plusieurs des métaux tels que du nickel, de l'acier ou-du cobalt selon une quantité comprise entre 0,05 et 10 % en poids. _ 9 _ 4 Cathode pour tube électronique caractérisée en ce qu'elle comporte une cuvette ( 2) en molybdène possédant une partie convexe ( 1); des atomes de baryum libres produits par la réaction avec un composé - d'imprégnation ( 8) contenu dans ladite cuvette; une couche de métal poreux ( 5) soudée de façon hermétique au sommet de ladite cuvette; et un élément chauffant ( 10) possédant une tête supérieure ( 10 ') introduite dans l'espace inférieur de ladite partie convexe de ladite cuvette.