Brevet FR2673036A1 — publié le 19920821

La présente invention concerne une cathode de resserve, et, en particulier, une cathode de réserve de type à réservoir à cavité à courant de faisceau de forte densité et ayant une longue durée de vie. Une cathode de réserve peut en général être classée selon son type : type à réservoir à cavité (cf. Figure 1), type imprégné (cf. Figure 2), type fritté, etc., ces différents types ayant comme caractéristiques communes un courant de faisceau de forte densité et une longue durée de vie. Cependant, ces cathodes de réserve posent beaucoup de problemes lorsqu'il s'agit de les employer dans des tubes électroniques tels que des tubes de Braun, parce qu'ils fonctionnent sous une température élevée comprise entre 1 100 C et 1 2000C. Ces cathodes de réserve doivent en effet avoir un élément chauffant à forte puissance calorifique, parce qu'il faut beaucoup d1énergie thermique pour permettre une émission d'électrons thermiques, et que leurs éléments doivent être faits en matériaux présentant une déformation thermique sous 11 effet de l'élément chauffant. En outre, les parties au voisinage de la cathode, par exemple une pièce de support pour le corps de la cathode, et les composants de la source de production du faisceau d'électrons tels qu'unie grille de commande et une grille-écran, doivent être réalisées en matériaux résistant à la chaleur. Des efforts continus de recherche et développement ont été menés afin de surmonter ces problèmes. Dans le brevet US 4 823 044 est décrit un exemple, représenté sur la Figure 1, dans lequel un corps métallique poreux la de base contenant des éléments du groupe du platine, à savoir Os, Ir, Re, Ru, etc., et du tungstène est disposé sur la surface d'un matériau 2a démission d'électrons contenu dans un réservoir 3a. La température de fonctionnement d'une cathode de réserve de ce type est d'environ 1 000"C, qui est bien supérieure à celle dtune cathode à oxyde fonctionnant environ entre 7500C et 8000C, si bien que les problèmes précités demeurent non résolus. Par ailleurs, le brevet japonais nO 86-13526A, ouvert à l'inspection publique, décrit une cathode de type imprégné au Sc à faible température de fonctionnement comprise entre 8000C et 9000C. Dans cette cathode de type imprégné représentée sur la Figure 2, une fine couche pelliculaire lb principalement composée de tungstène et de scandium est appliquée sur la surface d'un matériau 2b émissive d'électrons. Les cathodes imprégnées de ce type ont comme inconvénient qu'un effet préjudiciable est provoqué par la réaction d'un oxyde de Ba et d'un oxyde de Sc. Lorsqu'un oxyde de Ba et un oxyde de Sc de la source d'émission d'électrons thermiques réagissent l'un avec l'autre, il se forme comme sous-produit du Ba3Sc409 qui s'accumule sur la surface supérieure du matériau émettant des électrons thermiques. il en résulte que la caractéristique d'émission d'électrons thermiques devient partiellement instable. En outre, le temps nécessaire pour former sur la surface émissive d'électrons une couche monoatomique contenant Ba-Sc-0, c'est-à-dire le temps de vieillissement de l'activation, devient très long, ce qui entrante une faible productivité et une hétérogénéité locale des caractéristiques d'émission d'électrons thermiques. La présente invention vise à réaliser une cathode de réserve dans laquelle un ocurant de faisceau de forte intensité peut être obtenu même à basse température, et dont les caractéristiques d'émission d'électrons peuvent être maintenues d'une façon stable pendant plus longtemps. La présente invention vise aussi à réaliser une cathode de réserve qui raccourcit fortement le temps de vieillissement d'activation et améliore la productivité. Pour atteindre les objectifs précités, une cathode de réserve selon la présente invention comprend un matériau d'émission d'électrons comportant au moins un matériau choisi dans le groupe constitué de Ba et d'oxyde de Ba, et un corps métallique poreux de base à l'intérieur duquel se trouvent des cavités de diffusion et qui est disposé sur ledit matériau émissif d'électrons, caractérisée en ce qu'une source d'alimentation en Sc est prévue sous ledit corps métallique poreux de base. De préférence, un tungstate de scandium tel que Sc2W3012 ou Sc6W012 est utilisé comme matériau de source d'alimentation en Sc. Les objectifs précités et d'autres avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description des formes préférées de réalisation de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels la Figure 1 est une vue en coupe transversale d'une cathode de réserve classique de type à réservoir à cavité la Figure 2 est une vue en coupe transversale d'une cathode imprégnée de Sc classique la Figure 3 est une vue en coupe transversale d'un exemple de cathode de réserve de type à réservoir à cavité selon la présente invention. Sur la Figure 3 est représentée une cathode de réserve de type à réservoir à cavité qui comporte un réservoir 3c de type godet, un matériau 2c d'émission d'électrons contenu dans le réservoir, un corps métallique poreux 1c de base disposé sur la partie supérieure du matériau 2c d'émission d'électrons, et un manchon 4c qui supporte et fixe le réservoir 3c et renferme un élément chauffant 5c. Le réservoir 3c et le manchon 4c sont en métal à haut point de fusion tel que Mo, Ta, etc., et le matériau 2c d'émission d'électrons est principalement composé d'aluminate de calcium et de baryum et contient en quantité appropriée Sc2W4O12 et/ou Sc6Wo12. Le corps métallique poreux 1c de base est réalisé par frittage d'une poudre de métal résistant à la chaleur tel que du tungstène et, si nécessaire, ledit corps peut contenir sélectivement des éléments du groupe du platine, tels que Ir, Os, Ru, Re, etc. Le matériau 2c d'émission d'électrons précité peut être fabriqué selon le procédé suivant. BaC03, CaCO3 et Al203, après avoir été mélangés dans des proportions molaires de 4/1/1 ou 5/3/2, sont cuits pendant 8 heures à une température comprise entre 1 2000C et 1 4000C. Après la cuisson, le corps en aluminate de calcium et de baryum cuit est mélangé à de la poudre de tungtène selon un rapport de 20 à 50% en poids. Des poudres de W et de Suc 203 sont mélangées dans des proportions appropriées, puis sont cuites sous atmosphère oxydante, afin de réaliser Sc2W3 012 ou Sc6WO12 ou un nié lange de ceux-ci. Le mélange d'aluminate de calcium et de baryum et de poudre de W est ensuite mélangé avec la poudre de Sc2W3O12 et/ou de Sc6WO12, selon un rapport de 2 à 30% en poids. Le mélange final de poudres métalliques, fabriqué selon les étapes précitées, est placé dans le réservoir 3c, puis est moulé sous pression à l'aide d'un appareil de compression, en formant ainsi le matériau 2c d'émission d'électrons contenu dans le réservoir 3c. Le corps métallique poreux Ic de base ci-dessus est fabriqué par moulage sous pression et frittage de poudre de W à particules d'un diamètre moyen de 5 Vm, puis est fixé au réservoir 3c par soudage par points. il peut contenir des éléments du groupe du platine tels que Ir, Os, etc. Comme décrit plus haut, la cathode de réserve de type à réservoir à cavité selon la présente invention a un élément produisant une couche monoatomique de Ba-Sc-O à fonction énergétique inférieure à celle de la source d'alimentation en Sc située au bas du corps métallique poreux de base. Avec cette configuration, des sous-produits de la réaction des osides de Sc et des Oxydes de Ba n'ont pas la possibilité de se former sur la surface du matériau d'émission d'électrons, comme expliqué en détail ci-après. Lorsque le matériau d'émission d'électrons est chauffé par l'élément chauffant, la réaction du tungstate de scandium et du Ba placés au niveau du corps métallique poreux de base produit du scandium (Sc) selon la formule de réaction suivante Sc2W3012 + 3Ba-t3BaFJO + 2Sc Par conséquent, le Sc, avec du Ba diffus, diffuse à travers les cavités du corps métallique poreux de base, et une couche monoatomique contenant Ba-Sc-O se forme sur la surface du corps métallique poreux de base. Les sous-produits de la réaction de l'oxyde de Ba et de l'oxyde de Sc pendant ce processus sont créés au niveau de la partie inférieure du corps métallique poreux de base, mais ne parviennent pas à atteindre la surface du corps métallique poreux de base. De la sorte, une couche monoatomique ayant une structure uniforme peut être formée sur la surface du corps métallique poreux de base, ce qui permet d'émettre pendant plus longtemps des électrons thermiques. Le temps de vieillissement d'activation de la cathode de réserve selon la présente invention est d'environ 2 heures, ce qui raccourcit fortement le temps de vieillissement nécessaire en comparaison de la cathode imprégnée en Sc classique, dont le temps de vieillissement d'activation est de 10 heures. Dans la cathode imprégnée en Sc classique, une mince couche pelliculaire contenant W et Sc203 est formée sur la surface de la matière de la cathode, ce qui ne facilite pas le transfert de chaleur et retarde de ce fait la production de tungstate de scandium. D'autre part, la cathode de réserve selon la présente invention peut rapidement produire du Sc vaporisé, car le tungstate de scandium est inclus ou se trouve sur la partie supérieure du matériau d'émission d'électrons. En outre, la source d'alimentation en Sc n'est pas disposée sur la surface du corps métallique poreux de base qui subit un bombardement ionique intensif, mais elle est placée au niveau de la partie inférieure de celui-ci, de telle sorte que les pertes de Sc dues au bombardement ionique ne surviennent pas, avec pour résultat une émission stable d'électrons thermiques. REVENDICATIONS 1. Cathode de réserve comprenant un matériau d'émission d'électrons comprenant au moins un matériau choisi dans le groupe constitué de Ba et d'oxyde de Ba, et un corps métallique poreux de base à l'intérieur duquel se trouvent des cavités de diffusion et qui est placé sur ledit matériau d'émission d'électrons, caractérisé en ce que ledit matériau (2c) d'émission d'électrons comprend en outre un tungstate de scandium. 2. Cathode de réserve selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit tungstate de scandium est choisi dans le groupe constitué de Sc2W3012 et Sc6WO12. 3. Cathode de réserve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la teneur dudit tungstate de scandium est de 2 à 30% en poids par rapport au poids total dudit matériau d'émission d'électrons.