Brevet FR2672425A1 — publié le 19920807

Cathode de réserve pour tube électronique La présente invention concerne une cathode de réserve pour tube électronique tel qu'un tube cathodique, et en particulier une cathode de réserve améliorée qui a une densité de courant élevée et une grande durée de vie du fait d'un fonctionnement à basse température. Récemment, la taille des tubes électroniques tels que les tubes de projection et des télévisions de projection et à haute définition tend à augmenter, et cela nécessite de nouveaux types de cathodes adaptés à de tels tubes électroniques. Les cathodes satisfaisant cette demande doivent inclure une cathode de réserve ayant une densité de courant plus élevée que celle des cathodes à oxyde et ayant une durée de vie plus importante, ce qui fait l'objet d'un effort de recherche et développement soutenu. Ces cathodes de réserve sont divisées en un type imprégné et un type réservoir à cavité. Toutefois, ces cathodes de réserve ont une température de fonctionnement comprise entre 9000 et 11000C ce qui est supérieur de 200 environ à celles des cathodes à oxyde conventionnelles.Une température de fonctionnement aussi élevée impose à la cathode de recourir à un élément chauffant ayant un pouvoir calorifique important, de sorte que la cathode elle-même et les parties environnantes doivent être fabriquées en un matériau résistant à la chaleur. En outre, une température de fonctionnement plus élevée augmente la quantité de Ba ou de BaO évaporée de la cathode. Ainsi le Ba évaporé se fixe sur les parties environnantes en particulier à une grille de commande disposée au voisinage de la cathode, de sorte que une émission secondaire dite émission de grille endommageant la cathode est engendrée.Une cathode remédiant à ce défaut causé par une température de fonctionnement plus élevée comporte une cathode de réserve "de type M" divulguée dans le brevet U.S. 3.373.307 ou une cathode imprégnée "de type Sc" dix liguée dans le brevet U.S. n" 4.737.639. Une cathode de réserve "de type M" comporte un corps de base en tungstène poreux revêtu avec un élément du groupe du platine tel que Os, Ir, Re, Ru ayant une fonction énergétique plus élevée que celle du tungstène. La concentration de Ba à la surface de la cathode est augmentée à cause du matériau déposé à la surface du corps de base en tungstène en réduisant ainsi une fonction énergétique. Dans une cathode de réserve "de type Sc" une couche contenant du Sc est déposée à la surface d'un corps de base poreux de manière à réduire la température de fonctionnement. Cependant, ces cathodes de réserve ont une température de fonctionnement supérieure d'environ 100 à 200"C à celle d'une cathode à oxyde conventionnelle. Il en résulte des problèmes de sélection du matériau comme décrit ci-dessus dûs à la courte durée de vie suite à l'évaporation du matériau d'émission thermoélectronique et à une durée importante nécessaire pour le vieillissement. Le but de la présente invention est de créer une cathode de réserve qui peut fonctionner sous faible température de manière à augmenter la durée de vie et fournir une émission thermoélectronique continue et stable. Dans ce but, la cathode de réserve selon la présente invention, comprend un matériau d'émisssion électronique, un corps de base poreux contenant du tungstène et un réservoir pour recevoir le corps de base poreux et se caractérise en ce que ledit corps de base poreux comprend du TiO2 et/ou du Zr02. De préférence une fine couche métallique d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant Os, Ir, Re et Ru est formée sur la surface supérieure du corps base poreux. La présente invention a un effet de réduction de fonction de travail du fait que du Ti02 ou du ZrO2 sont contenus dans ledit corps de base poreux, et peut ainsi être appliquée soit à une cathode de type imprégné soit à une cathode de type à réservoir. En particulier, une cathode de réserve selon la présente invention, dans laquelle une couche déposée comprenant un élément du groupe du platine précité est formée à la surface dudit corps de base poreux, a une densité de courant élevée à une température de fonctionnement légèrement supérieure à celle d'une cathode à oxyde. Le but et les avantages précités de la présente invention apparaitront mieux à la description des modes de réalisation préférés de la présente invention en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation de la cathode de réserve selon la présente invention. La figure 2 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la cathode de réserve selon la présente invention. La figure 1, illustre une cathode de réserve de type imprégné selon l'invention qui comporte un réservoir 4a, un corps de base poreux la imprégné d'un matériau 2a d'émission électronique et à la surface duquel une mince couche 3a pelliculaire métallique est formée, et un manchon Sa pour supporter et fixer ledit réservoir 4a et contenir l'élément chauffant 6a. La mince couche métallique pelliculaire 3a est faite en au moins un élément choisi dans le groupe du platine comprenant Os, Ir, Re et Ru. Une des caractéristiques de la présente invention consiste dans le fait que le corps de base poreux la est principalement composé de tungstène choisi comme métal résistant à la chaleur et contient en outre une quantité adéquate de TiO2. Une cathode de réserve selon la présente invention peut être fabriquée par le procédé suivant. De la poudre de tungstène pur ayant un diamètre de particules compris entre 3 et 8 pm et une quantité de Ti02 équivalente à une quantité comprise entre 10 et 50% en poids de la poudre de tungstène pur sont mélangées sufisamment pour préparer la poudre mélangée. La poudre mélangée est ensuite moulée sous pression en un barreau d'une certaine longueur par un procédé connu. Ensuite le barreau moulé sous pression est fritté à une température comprise entre 1500 et 20000 C sous vide ou sous une atmosphère d'hydrogène pour préparer une matière moulée sous pression solidifiée ayant une porosité comprise entre 15 et 40%. La différence entre les points de fusion du tungstène et du TiO2 est importante et leur température de frittage est élevée. C'est pourquoi on ajoute une trace de nickel comme agent d'assistance au frittage lorsqu'on les fritte. Le matériau fritté, moulé sous pression à cette étape est coupé à la dimension désirée pour préparer un corps de base poreux. On imprègne le corps de base poreux d'un matériau de cathode par un procédé ordinaire, et un métal choisi dans les éléments du groupe du platine est déposé à la surface du corps de base poreux pour former une couche de revêtement. Dans la cathode de réserve de la présente invention lorsque le Ba libre (ou le BaO), obtenu par la réaction de réduction du matériau d'émission électronique avec le tungstène, diffuse dans la surface de la couche de revêtement composée d'un élément du groupe du platine, des molécules (telles que BaTiO3) ayant une structure stable sont formées à partir de BaO et du TiO2 contenu dans le corps de base poreux. C'est pourquoi la force de liaison du Ba ou du BaO diffusés dans la surface de la couche de revêtement par lesdites molécules augmente, et c'est pourquoi leur concentration augmente nettement en comparaison de celle d'une cathode conventionnelle. C'est pourquoi des électrons thermiques sont émis même sous faible température. La cathode de type imprégné selon la présente invention a été vieillie pendant environ une heure et la densité de courant mesurée à une température de fonctionnement comprise entre 750 et 8000C soit SA/cm2 est supérieure à la valeur exigée. On voit sur la figure 2 un deuxième exemple de cathode de réserve, de type à cavité, selon la présente invention. Cette cathode comporte un réservoir 4b, un manchon 5b pour supporter et fixer ledit réservoir 4b et pour entourer l'élément chauffant 6b. Un matériau moulé sous pression 7 fait en aluminate de baryum et de calcium, choisi comme matériau d'émission électronique, et de tungstène (W) est contenu dans le réservoir 4b. Un corps de base poreux lb constitué de TiO2 et de tungstène est placé sur le matériau moulé sous pression 7. Le procédé pour préparer un corps de base poreux est le même que celui du premier exemple à l'exception du fait que le matériau de cathode n'est pas mis en place par imprégnation dans le corps de base poreux. La surface du corps de base poreux lb est couverte d'une couche de revêtement 3b composée d'un élément du groupe du platine. La cathode de réserve à cavité selon la présente invention produit le même effet que celle du premier exemple. Ainsi, quand du Ba libre (ou du BaO) est produit par ledit matériau de cathode chauffé par l'élément chauffant et diffuse vers la surface de la couche déposée 3b, la concentration en Ba (ou en BaO) à la surface de la couche de revêtement augmente et la fonction énergétique est abaissée selon le même principe opératoire que dans l'exemple 1 et, en conséquence, on obtient la même capacité d'émission électronique que dans l'exemple 1. Selon les expériences, la cathode de l'exemple 2 est activée dans un temps très court en comparaison des cathodes de réserve conventionnelles. La cathode de réserve à cavité obtenue dans 1 t exemple 2 et la cathode de réserve imprégnée obtenue dans l'exemple 1 sont similaires l'une à l'autre en ce qui concerne la température de fonctionnement ou la densité de courant. Cependant, du fait de leur différence de structure, le temps d'activation de l'exemple 1 est supérieur d'environ 1 heure à 1 heure et demie à celui de l'exemple 2. La cathode de réserve selon la présente invention est préparée en utilisant du tungstène et du TiO2 comme composants principaux du corps de base poreux. On peut remplacer le Ti02 par du ZrO2 selon le même pourcentage en poids en obtenant des performances similaires. Ainsi, à la différence des cathodes de réserve conventionnelle ayant une densité de courant d'environ 4A/cm à une température comprise entre 950 et 12O00C, la cathode de réserve selon la présente 2 invention a une densité de courant élevée de 5 A/cm à une température de fonctionnement entre 750 et 8O00C, qui est un peu plus élevée que celle d'une cathode à oxyde conventionnelle. Dans la cathode de réserve de la présente invention la déformation thermique des composants de la cathode est notablement réduite à cause de la température de fonctionnement basse et la durée de vie augmente en raison de la diminution du pouvoir calorifique de l'élément chauffant. Comme décrit ci-dessus, la cathode de réserve selon la présente invention possède un corps de base poreux ayant un point de fusion élevé et dans lequel le tungstène et l'oxyde de titane (TiO2) sont les composants principaux, et peut remplir les conditions de luminance et de définition élevée exigées par des écrans de grande taille. De plus le temps de fabrication de la cathode est réduit de par la réduction du temps d'activation, ce qui entraîne une amélioration de la productivité. REVENDICATIONS 1. Cathode de réserve comportant un matériau d'émission électronique, un corps de base poreux contenant du tungstène, un réservoir recevant le corps de base poreux et un manchon pour supporter le réservoir et pour loger l'élément chauffant, caractérisée en ce que ledit corps de base poreux (la, lb) contient au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant Ti02 et ZrO2. 2. Cathode de réserve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface dudit corps de base poreux est couverte d'une mince couche pelliculaire métallique (3a, 3b) composée d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant Os, Ir, Re et Ru. 3. Cathode de réserve selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la quantité de TiO2 ou Zr02 est d'environ 10 à 50% en poids par rapport au poids de tungstène.