Brevet FR2673037A1 — publié le 19920821

La présente invention concerne les cathodes de réserve et, en particulier, une cathode de réserve de type à réservoir à cavité, dans laquelle la durée du vieillissement d'activation est fortement réduite. Une cathode de réserve de type à réservoir peut comprendre un matériau d'émission d'électrons réalisé par moulage sous pression de tungstène et d'aluminate de calcium et de baryum, un corps métallique poreux de base placé sur la partie supérieure du matériau d'émission d'électrons et pourvu d'une cavité de diffusion pour diffuser du Ba, un récipient contenant le matériau d'émission d'électrons, et un manchon supportant et fixant le récipient et renfermant un élément chauffant. Certains additifs peuvent être ajoutés au corps métallique poreux de base et au matériau d'émission d'électrons disposés suivant la structure ou le matériau de base précités, afin de réduire la température de fonctionnement de la cathode ou d'accroître la densité du courant Par exemple, comme décrit dans le brevet américain ne 4 823 044 attribué à Ceradyne, Inc, une quantité appropriée d'Ir, Os, Ru, Re, etc, peut diffuser à l'intérieur du corps métallique poreux de base Cette cathode de réserve de type à réservoir à cavité a un coût de fabrication réduit et une densité de courant supérieure à 10 A/cm 2. 2 2673037 Cependant, la cathode de réserve précitée, de type à réservoir à cavité, peut présenter un inconvénient dans la mesure o le temps nécessaire au vieillissement d'activation c'est-à-dire à la formation d'une couche monoatomique sur la paroi interne et sur la surface de la cavité du corps métallique poreux de base est d'environ à 30 heures, ce qui nuit à la productivité La raison pour laquelle le vieillissement d'activation prend beaucoup de temps est que le Ba diffus issu du matériau d'émission d'électrons diffuse progressivement à travers la cavité du corps métallique poreux de base placée sur le matériau d'émission d'électrons avant d'atteindre finalement la surface du corps métallique poreux de base D'une façon plus détaillée, lorsque le Ba diffus produit par une énergie thermique issue de l'élément chauffant traverse la cavité et que la couche monoatomique se forme progres- sivement à la surface du corps métallique poreux de base, la couche monoatomique ne se forme pas à la surface du corps métallique poreux de base tant que la couche de Ba n'est pas suffisamment formée sur la paroi interne de la cavité (c'est-à-dire tant que la concentration de celui-ci n'atteint pas un état de saturation). Pour surmonter ces problèmes, il existe un procédé pour accroître la quantité de Ba produite Cependant, ce procédé a tendance à accroître la quantité de chaleur produite par l'élément chauffant et risque par conséquent d'abréger la durée de vie de l'élément chauffant et de vaporiser des quantités excessives de Ba Ainsi, la durée de vie de la cathode elle-même, c'est-à-dire le temps pendant lequel elle peut entretenir une émission d'électrons thermiques, risque d'être courte En outre, si le Ba vaporisé qui ne contribue pas à former la couche mono- atomique se fixe à une partie du pourtour de la cathode, cela risque d'occasionner une baisse des performances et une dégradation du produit lui-même. La présente invention vise à réaliser une cathode de réserve qui émet pendant plus longtemps des électrons et qui raccourcit fortement la durée du vieillissement d'activation. Pour atteindre l'objectif précité, la cathode de réserve selon la présente invention comprend un matériau d'émission d'électrons et un corps métallique poreux de base, et dans cette cathode ledit matériau d'émission d'électrons contient une quantité appropriée de Ba Al et de Ni et comporte de préférence de l'aluminate de calcium et de baryum comme matière de base. Les objectifs précités et autres avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description de la forme préférée de réalisation de la présente invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de cathode de réserve du type à réservoir à cavité; la Figure 2 A est une vue partielle en coupe transver- sale d'un corps métallique poreux de base placé sur la partie supérieure du matériau d'émission d'électrons dans la cathode de réserve du type à réservoir de la Figure 1, sur laquelle des couches monoatomiques ne sont formées ni sur la paroi interne ni sur la surface de la cavité du corps métallique poreux de base; la Figure 2 B est une vue partielle en coupe transversale du corps métallique poreux de base placé sur la partie supérieure du matériau d'émission d'électrons placé dans la cathode de réserve du type à réservoir de la Figure 1, sur laquelle des couches monoatomiques sont formées sur la paroi interne et sur la surface de la cavité du corps métallique poreux de base; et la Figure 3 est un graphique comparatif de la densité de courant par rapport au temps et à la température lorsqu'est effectué le vieillissement d'activation d'une cathode -de réserve telle que celle représentée sur la Figure 1 et d'une cathode de réserve classique. La Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de cathode de réserve du type à réservoir à cavité mettant en oeuvre la présente invention Sur le dessin, la cathode de réserve comprend un matériau émissif 2 contenu dans un réservoir 3, un corps métallique poreux 1 de base en tungstène disposé sur le dessus du matériau 2 d'émission d'électrons, et un manchon 4 supportant et fixant ceux-ci et renfermant un élément chauffant 5. Le matériau 2 d'émission d'électrons est réalisé en mélangeant de l'aluminate de calcium et de baryum avec de la poudre de Ba A 14, de la poudre de Ni et de la poudre de W, puis en moulant sous pression le mélange afin de lui donner une forme prédéterminée, la proportion de ladite poudre de Ba Al 4 +Ni dans ce mélange étant de préférence de 5 à 30 % en poids et, à des pourcentages intermédiaires entre ces chiffres, les propriétés de ladite matière 2 ne varient pas Cependant, si la proportion de ladite poudre de Ba Al 4 +Ni dépasse 30 % en poids, la caractéristique de la cathode en souffre car une réaction produisant du Ba survient brusquement au début de l'activation, et de la matière fondue se forme du fait d'une élévation de température provoquée par la chaleur de la réaction L'aluminate de calcium et de baryum est préparé en mélangeant des poudres de Ba CO 3, Ca CO 3 et A 12 C 03 dans des proportions molaires de 4/1/1 et en les cuisant. Un mélange de poudres métalliques dans ces proportions de mélange est moulé à l'aide d'un appareil de compression pour prendre la forme d'un matériau 2 d'émission d'électrons contenue dans le réservoir 3. Le corps métallique poreux 1 disposé sur le dessus du matériau 2 d'émission d'électrons est fabriqué en moulant sous pression et en frittant une poudre de métal résistant à la chaleur tel que du tungstène, puis est fixé par soudage au réservoir 3. Le matériau d'émission d'électrons ainsi formé comprend de la poudre de Ba A 14 et de Ni, de façon à pouvoir produire rapidement une couche monoatomique grâce à un vieillissement d'activation. La Figure 2 A représente le corps métallique poreux de base avant le vieillissement d'activation, dans lequel la cavité la du corps métallique poreux 1 de base conserve sont état initial réalisé pendant la phase de fabrication. La Figure 2 B représente le corps métallique poreux de base après le vieillissement d'activation, dans lequel une couche 6 a de Ba se forme dans la paroi interne de la cavité la et une couche monoatomique 6 constituée de Ba-W-O se forme sur sa surface. D'une façon plus détaillée, le Ba A 14 et le Ni inclus dans le matériau d'émission d'électrons pendant ce vieillissement d'activation réagissent brusquement, à une température d'environ 700 'C, et produisent du Ba évaporé et 4 Al Ni La réaction de l'aluminate de calcium et de baryum avec le tungstène, qui est un agent de réduction, du fait de l'énergie thermique produite par un élément chauffant et la réaction de Ba A 14 avec Ni, produisent du Ba évaporé. A ce stade, la formule de la réaction chimique est la suivante: Ba A 14 + 4 Ni 4 Al Ni + Ba t Ainsi, la couche 6 a de Ba se forme du fait d'une vaporisation suffisante de Ba à travers la cavité la du corps métallique poreux 1 de base, et la couche monoatomique 6 est formée par du Ba vaporisé jusque sur la surface du corps métallique poreux 1 de base. La Figure 3 représente sous forme de diagramme comparatif des courbes de la densité de courant par rapport au temps et à la température, lorsqu'est effectué le vieillissement d'activation d'une cathode de réserve selon la présente invention et d'une cathode de réserve classique. Comme on peut le voir d'après la Fig 3, la durée du vieillissement d'activation de la cathode de réserve classique, nécessaire pour que la densité du courant atteigne plus qu'environ 2,4 A/cm 2, est de 10 heures, et celle de la forme de réalisation représentée de l'invention est de 2 heures. Comme décrit plus haut, la cathode de réserve représentée peut raccourcir le temps de vieillissement en favorisant la fonction de vieillissement d'activation de Ba A 14 et de Ni, grâce à quoi la production horaire de la cathode est accrue et la durée de vie est augmentée du fait de l'augmentation de production de Ba. REVENDICATIONS 1 Cathode de réserve comprenant un matériau ( 2) d'émission d'électrons, un corps métallique poreux ( 1) de base et un manchon ( 4), caractérisée en ce que ledit matériau ( 2) d'émission d'électrons contient du Ba A 14 et du Ni. 2 Cathode de réserve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la proportion de Ba Al 4 +Ni est de 5 à % en poids par rapport au poids total dudit matériau d'émission d'électrons. 3 Cathode de réserve selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau d'émission d'électrons contient comme matériau de base de l'aluminate de calcium et de baryum et du tungstène (W).