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Cathode à incandescence activée.
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La présente invention a pour objet une cathode à incandescence activée destinée à être utilisée dans un tube à décharges et ayant un fil-noyau métallique, de préférence en métal réfractaire, bobiné en hélice d'un mince fil métal- lique de manière à augmenter sa capacité de retenir les ma- tières émettrices.
Une construction usuelle des cathodes à incandescen- ce de ce genre est décrite dans le brevet n .340.880 et le brevet n .343.812. Le fil-noyau d'une cathode ainsi agencée est en métal réfractaire et est entouré de nombreuses spires de fil de même métal ou de métal différent.
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Les étroits interstices entre les spires conviennent particulièrement bien à retenir les matières émettrices, mais en relativement faible quantité.
Les fentes partiellement capillaires ainsi produites ont une grande importance surtout dans les tubes à décharges ioniques, où les ions de gaz ou de vapeur suppriment la charge spatiale négative près de la cathode à incandescence et permettent ainsi même aux particules émettrices logées le plus profondément dans les interstices de participer à l'émission électronique. De plus, l'augmentation de la quantité de matière émettrice en provision exerce un effet favorable.
Il y a donc grand intérêt à réaliser pour ces tubes des corps cathodiques à plus grande quantité de cavités, fentes et canaux fins capables de loger une provision de matière émettrice ou de matières émettrices.
L'invention a pour but d'améliorer la construction de la cathode. Suivant l'invention, le fil métallique enroulé en hélice est bobiné sur le noyau d'une manière telle que le bobinage constitue plusieurs couches métalliques laissant entre elles des interstices capables de loger les matières émettrices.
A cet effet, on peut effectuer le bobinage de manière à obtenir une ou plusieurs couches de fil hélicoïdal à spires très rapprochées.
Il peut y avoir avantage à utiliser pour le bobinage un fil hélicoïdal obtenu par un procédé connu en lui-même, consistant à enrouler un fil sur un noyau de matière différente désigné ci-après sous le nom de "mandrin" et à enlever le mandrin subséquemment, par exemple par voie chimique. Les spires étant très rapprochées, l'hélice enroulée se place sur
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On a constaté qu'un fil hélicoïdal de ce genre bobiné sur le noyau de la cathode constitue une très grande amélioration par rapport aux cathodes déjà connues, ce qui est probablement favorisé entre autres par les facteurs suivants.
Le fil hélicoïdal enroulé sur le noyau de la cathode peut être comparé en ce qui concerne sa forme externe, en premier lieu au fil massif bobiné connu dont il remplit tous les offices. Cependant, il constitue en outre un conducteur creux ayant des fentes dans sa surface de sorte qu'il permet à une grande quantité de matière émettrice de se déposer à l'intérieur du corps creux et des fentes (c'est-à-dire les interstices entre les spires). Même si les interstices ne sont pas remplis de matière émettrice, mais qu'il ne se produit qu'une pellicule de cette matière sur toute la surface, la nouvelle forme du fil enroulé constitue un perfectionnement appréciable grâce à l'accroissement de surface très considérable qui en résulte.
En vue d'obtenir que la matière émettrice soit fermement retenue et que le fil hélicoïdal soit bien fixé sur le noyau de la cathode, il y a avantage à donner audit fil un diamètre de 300 microns au plus. De plus, le diamètre et le pas du fil hélicoïdal sont subordonnés à l'épaisseur du filnoyau de la cathode.
Pour réaliser une économie sensible sur les dépenses que ce procédé entraîne en matière de noyau, en frais de fabrication du fil hélicoïdal, en produits chimiques pour l'extraction du noyau etc., sans cependant sacrifier l'accrois. sement de la capacité de la cathode de loger des matières émettrices, qui est dü à la construction mentionnée, on peut monter le bobinage hélicoïdal en enroulant sur le noyau du fil métallique ordinaire par le procédé usuel, mais en plu-
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sieurs couches au lieu d'une seule couche.
Ces couches successives constituent également un . revêtement en matière très réfractaire pour le noyau qui sert au chauffage et à l'amenée du courant, ce revêtement étant très riche en cavités et interstices et convenant particu- lièrement bien pour retenir les matières émettrices, mais les frais de fabrication sont sensiblement moindres du fait que le bobinage des couches successives sur le fil-noyau peut être effectué par une opération continue et qu'on ne doit plus procéder à l'extraction chimique d'un noyau métallique.
Il peut être avantageux que chaque couche soit bo- binée avec un pas inverse de celui de la couche précédente, en ce sens que les tensions des couches bobinées dirigées en sens contraires déterminent un meilleur maintien sur le noyau commun et que l'entrecroisement des spires individuel- les par rapport à celles des couches bobinées voisines ac- croït la capacité de loger des matières émettrices, grâce au fait que les spires individuelles des couches bobinées sont empêchées par cet entrecroisement de tomber entre celles des couches précédentes, ce qui arriverait si toutes les couches étaient bobinées dans le même sens.
La capacité de logement de la cathode est encore aug- mentée quand on bobine le fil avec un pas supérieur à son diamètre; en effet, les interstices ainsi produits peuvent également se remplir de matières émettrices. Il est avanta- geux que le pas soit égal au moins au double du diamètre du fil.
On a constaté qu'il est possible d'établir des catho- des activées conformes à l'invention, d'excellente qualité, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser comme revêtement du bo-
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matières émettrices adhèrent particulièrement bien. On peut donc utiliser un métal hautement réfractaire, par exemple le tungstène. Dans les cas où la fusion du revêtement en nickel par suite de températures élevées n'est pas à crain- dre, on peut encore améliorer les propriétés de la cathode par l'utilisation du nickel, en exécutant, par exemple, aussi bien le fil-noyau que le bobinage de fil en tungstène nickelé.
Comme, cependant, ainsi qu'on le sait, la matière émettrice adhère dans la plupart des cas mieux au nickel qu'aux métaux hautement réfractaires qu'on utilise le plus souvent pour constituer les cathodes à incandescence (le tungstène ou le molybdène par exemple), mais que ces der- niers résistent mieux aux effets destructeurs de la décharge, il peut y avoir avantage à revêtir d'une couche de nickel une ou plusieurs parties séparées de la cathode, ce terme "par- ties séparées de la cathode" désignant le fil-noyau à haut point de fusion et les divers bobinages.
Pour le même motif il peut convenir aussi d'exécuter en fil de nickel une partie au moins des couches bobinées.
Les propriétés de la cathode activée se manifestent particulièrement, lorsqu'elle est utilisée dans un tube à dé- charges ionique, parce que dans ce dernier cas les matières émettrices qui, par suite de la nouvelle forme de la cathode, se trouvent dans les creux de celle-ci, peuvent aussi parti- ciper amplement à l'émission.
Le terme "tube à décharges ionique" est pris ici dans un sens très large pouvant comprendre non seulement des tubes remplis d'un gaz ou d'une vapeur, telle que la vapeur de mercure, mais aussi ceux remplis d'un mélange de gaz et de vapeur.
La description des dessins annexés, donnés à titre @
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d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est une vue d'une partie d'une cathode.
Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de cette cathode.
La figure 4 représente à très grande échelle un filnoyau bobiné.
La figure 5 est une vue d'une cathode établie au moyen dudit fil-noyau.
La figure 6 est une vue en coupe 4 très grande échelle d'une partie d'une cathode de ce genre.
Sur la figure 1, le fil-noyau 1 qui est en tungstène et enroulé en hélice, est bobiné d'un fil hélicoïdal. 2. La couche émettrice 3 n'est pas représentée sur la figure 1. La figure 2 montre que lorsque cette couche remplit tous les interstices,fentes et cavités, elle constitue une couche épaisse renfermant l'hélice de fil 2 comme pièce d'adhérence.
Si les interstices ne sont pas complètement remplis, mais que la matière émettrice recouvre d'une mince couche toute la surface disponible, on obtient la forme qui est montrée sur la figure 3.
En général les deux formes existent dans la même cathode activée, surtout lorsque la matière activante qui se trouve dans les creux et fentes a disparu, par chute ou par volatilisation, en de nombreux points après un usage prolongé de la cathode. Pour autant que la surface disponible soit revêtue en partie de matière émettrice, il subsiste une cathode à forte puissance d'émission et il est en outre évident qu'on peut obtenir ainsi une cathode ayant une très grande durée de service. Aussi a-t-on constaté en pratique dans de
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celle d'une cathode de dimensions identiques utilisée dans des conditions analogues, mais dont le bobinage de fil est massif.
Pour exécuter la cathode, on pourrait enrouler en hélice le fil-noyau séparément, puis bobiner sur un mandrin du même diamètre que le fil-noyau le fil de bobinage préala- blement enroulé en hélice pour ensuite, après enlèvement du mandrin, enfiler ce fil hélicoïdal sur le fil-noyau.
On peut cependant, aussi exécuter la cathode en en- roulant l'hélice sur le noyau même de la cathode, encore sous la forme d'un fil droit et servant alors de mandrin, puis donner à ce fil-noyau la forme hélicoïdale définitive montrée sur la figure 1.
Il est évident que pour l'exécution de très grandes cathodes on peut réitérer cette opération une ou plusieurs fois.
Pour la préparation du fil hélicoïdal lui-même qui doit être bobiné, on peut mettre en oeuvre des procédés connus en enroulant, par exemple, un fil de tungstène sur un fil- noyau de molybdène, puis en enlevant ce mandrin de molybdène, par exemple au moyen d'un mélange d'acide sulfurique concen- tré et'd'acide nitrique actif.
Il va sans dire que l'enlèvement du mandrin hors de l'hélice et, le cas échéant, également l'application d'une couche de nickel peuvent s'effectuer dans une des diverses phases de la préparation de la cathode hélicoïdale activée, le cas échéant même comme dernière opération avant l'applica- tion de la matière émettrice.
L'application de la couche émettrice s'effectue, par exemple, par immersion de tout le corps obtenu de la manière ci-dessus décrite dans un bain d'hydroxyde de baryum fondu (Ba(OH)2)- Après la mise en place de la cathode dans le tube à
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décharges cet hydroxyde de baryum est converti, par chauffage, en oxyde de baryum.
On peut aussi utiliser d'autres bains, par exemple une pâte faite de carbonate de baryum, de carbonate de strontium et d'un liant.
Une gâte de ce genre peut aussi être appliquée au pinceau.
Deux exemples de dimensions utilisées en pratique sont donnés ci-après:
EXEMPLE 1.
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On enroule du fil de tungstène ayant une épaisseur de 75 microns sur un mandrin de molybdène ayant une épaisseur de 120 microns, le pas de l'hélice étant de 200 microns.
Le corps ainsi obtenu est enroulé avec un pas de 400 microns sur un fil de tungstène ayant une épaisseur de 450 microns.
Ce fil de tungstène est enroulé avec un pas de 5000 microns sur un mandrin ayant une épaisseur de 3000 microns.
Une fois ce mandrin extrait et le noyau de molybdène enlevé par voie chimique, la couche émettrice peut être appliquée.
Si une cathode de ce genre comporte 6 spires, la grandeur de la surface métallique est de 6 cm2.
EXEMPLE II.
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On enroule du fil de tungstène ayant une épaisseur de 125 microns avec un pas de 200 microns sur un noyau de molybdène ayant une épaisseur de 250 microns. Ce corps est enroulé avec un pas de 600 microns sur un fil de tungstène avant une épaisseur de 1800 microns.
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On constitue au moyen du corps ainsi obtenu une hélice ayant un diamètre de 8500 microns et un pas de 4000 microns. Huit spires de cette hélice ont donc une surface d'environ 1 cm2.
La figure 4 montre le bobinage successif d'un filnoyau 1, par exemple en tungstène ayant un diamètre de 0,5 à 2 mm, avec de minces fils métalliques 4 et 5, par exemple en tungstène ayant un diamètre de 0,1 à 0,5 mm. dont 4 est enroulé avec pas à droite et 5 avec pas à gauche. On donne ensuite à un fil-noyau de ce genre la forme de l'hélice cathodique 6 qui est montrée sur la figure 5 et qu'il présente aussi en fin d'opération. Les chiffres de référence de la figure 5 correspondent, de même que ceux de la figure 6, aux chiffres utilisés sur la figure 4 pour les mêmes parties.
La figure 6, qui est une vue en coupe d'une partie de la cathode, montre comment la couche émettrice 5 est traversée par le bobinage 4-5 du noyau 1, savoir d'une manière telle qu'un contact mécanique et électrique extrêmement intime en même temps qu'une augmentation sensible de la surface émettrice de la cathode et de sa provision de matière émettrice ont été obtenus.
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Incandescent cathode activated.
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The present invention relates to an activated incandescent cathode for use in a discharge tube and having a metallic core wire, preferably of refractory metal, helically wound from a thin metallic wire so as to increase its strength. ability to retain emitting materials.
A typical construction of such incandescent cathodes is described in Patent No. 340,880 and Patent No. 343,812. The core wire of a cathode thus arranged is made of refractory metal and is surrounded by numerous turns of wire of the same metal or of a different metal.
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The narrow interstices between the turns are particularly suitable for retaining the emitting materials, but in relatively small quantities.
The partially capillary slits thus produced are of great importance especially in ion discharge tubes, where the gas or vapor ions remove the negative space charge near the incandescent cathode and thus allow even the emitting particles lodged deepest in the interstices to participate in the electronic broadcast. In addition, the increase in the amount of emitting material in reserve has a favorable effect.
There is therefore great interest in producing cathode bodies for these tubes with a larger quantity of cavities, slits and fine channels capable of accommodating a supply of emitting material or emitting materials.
The object of the invention is to improve the construction of the cathode. According to the invention, the metallic wire wound in a helix is wound on the core in such a way that the coil constitutes several metallic layers leaving between them interstices capable of accommodating the emitting materials.
For this purpose, the winding can be carried out so as to obtain one or more layers of helical wire with very close turns.
It may be advantageous to use for winding a helical wire obtained by a process known per se, consisting in winding a wire on a core of different material referred to hereinafter as the "mandrel" and removing the mandrel. subsequently, for example chemically. The turns being very close together, the wound propeller is placed on
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It has been found that a helical wire of this type wound on the core of the cathode constitutes a very great improvement over the cathodes already known, which is probably favored among others by the following factors.
The helical wire wound on the core of the cathode can be compared with regard to its external form, in the first place with the known coiled solid wire of which it fulfills all the offices. However, it further constitutes a hollow conductor having slits in its surface so that it allows a large amount of emitting material to deposit inside the hollow body and the slits (i.e. interstices between the turns). Even if the interstices are not filled with emitting material, but only a film of this material occurs over the entire surface, the new shape of the wound wire constitutes an appreciable improvement thanks to the very considerable surface increase. resulting.
In order to obtain that the emitting material is firmly retained and that the helical wire is well fixed on the core of the cathode, it is advantageous to give said wire a diameter of 300 microns at most. In addition, the diameter and pitch of the helical wire are subordinate to the thickness of the cathode core wire.
To achieve a substantial saving in the expenditure which this process entails in the matter of the core, in the cost of manufacturing the helical wire, in chemicals for the extraction of the core etc., without however sacrificing the increase. In view of the capacity of the cathode to accommodate emitting materials, which is due to the mentioned construction, the helical winding can be mounted by winding ordinary wire around the core by the usual method, but in addition.
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several layers instead of a single layer.
These successive layers also constitute one. coating of highly refractory material for the core which is used for heating and for supplying the current, this coating being very rich in cavities and interstices and particularly suitable for retaining emitting materials, but the manufacturing costs are appreciably less the fact that the winding of the successive layers on the core wire can be carried out by a continuous operation and that one no longer has to proceed to the chemical extraction of a metal core.
It may be advantageous for each layer to be wound with a pitch opposite to that of the preceding layer, in the sense that the tensions of the wound layers directed in opposite directions determine a better hold on the common core and that the intersection of the turns individual with respect to those of neighboring coiled layers increases the capacity to accommodate emitting materials, due to the fact that the individual turns of the coiled layers are prevented by this intersection from falling between those of the preceding layers, which would happen if all the layers were wound in the same direction.
The housing capacity of the cathode is further increased when the wire is wound with a pitch greater than its diameter; in fact, the interstices thus produced can also be filled with emitting materials. It is advantageous that the pitch is equal to at least twice the diameter of the wire.
It has been found that it is possible to establish activated cathodes according to the invention of excellent quality without the need to use bo- as coating.
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emitting materials adhere particularly well. It is therefore possible to use a highly refractory metal, for example tungsten. In cases where the melting of the nickel coating as a result of high temperatures is not to be feared, the properties of the cathode can be further improved by the use of nickel, for example by making the wire -core as the coil of nickel-plated tungsten wire.
As, however, as is known, the emitting material adheres in most cases better to nickel than to the highly refractory metals which are most often used to form incandescent cathodes (tungsten or molybdenum for example. ), but since the latter are more resistant to the destructive effects of the discharge, it may be advantageous to coat with a layer of nickel one or more separate parts of the cathode, this term "separate parts of the cathode" designating the high melting point core wire and the various windings.
For the same reason, it may also be appropriate to make at least part of the coiled layers of nickel wire.
The properties of the activated cathode are particularly evident when it is used in an ion discharge tube, because in the latter case the emitting materials which, owing to the new shape of the cathode, are found in the hollow of the latter, can also participate fully in the program.
The term "ion discharge tube" is taken here in a very broad sense which may include not only tubes filled with a gas or vapor, such as mercury vapor, but also those filled with a mixture of gases. and steam.
The description of the accompanying drawings, given as @
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example, will make it clear how the invention can be implemented.
Figure 1 is a view of part of a cathode.
Figures 2 and 3 are sectional views of this cathode.
FIG. 4 shows on a very large scale a wound wire core.
Figure 5 is a view of a cathode established by means of said core wire.
FIG. 6 is a very large scale sectional view 4 of part of such a cathode.
In Figure 1, the core wire 1 which is tungsten and helically wound, is wound with a helical wire. 2. The emitting layer 3 is not shown in Figure 1. Figure 2 shows that when this layer fills all the interstices, slits and cavities, it constitutes a thick layer enclosing the wire helix 2 as part of adhesion. .
If the interstices are not completely filled, but the emitting material covers the entire available surface with a thin layer, the shape which is shown in figure 3 is obtained.
In general both forms exist in the same activated cathode, especially when the activating material which is in the pits and slits has disappeared, by dropping or by volatilization, at many points after prolonged use of the cathode. As long as the available surface is partially coated with emitting material, a high transmitting power cathode remains and it is further evident that a cathode having a very long service life can thus be obtained. It has therefore been observed in practice in
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that of a cathode of identical dimensions used under similar conditions, but the wire winding of which is solid.
To make the cathode, we could wind the core wire in a helix, then wind on a mandrel of the same diameter as the core wire the winding wire previously wound in a helix and then, after removing the mandrel, thread this wire. helical on the core wire.
One can however, also carry out the cathode by winding the helix on the core of the cathode itself, still in the form of a straight wire and then serving as mandrel, then to give to this wire-core the definitive helical shape shown in figure 1.
It is obvious that for the execution of very large cathodes this operation can be repeated one or more times.
For the preparation of the helical wire itself which is to be wound, it is possible to carry out known methods by winding, for example, a tungsten wire on a molybdenum core wire, and then removing this molybdenum mandrel, for example. using a mixture of concentrated sulfuric acid and active nitric acid.
It goes without saying that the removal of the mandrel from the helix and, if necessary, also the application of a nickel layer can be carried out in one of the various phases of the preparation of the activated helical cathode, the even as the last operation before the application of the emitting material.
The application of the emitting layer is carried out, for example, by immersing the whole body obtained in the manner described above in a bath of molten barium hydroxide (Ba (OH) 2) - After placement of the cathode in the tube
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discharges this barium hydroxide is converted, on heating, to barium oxide.
Other baths can also be used, for example a paste made from barium carbonate, strontium carbonate and a binder.
A treat of this kind can also be applied with a brush.
Two examples of dimensions used in practice are given below:
EXAMPLE 1.
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Tungsten wire having a thickness of 75 microns is wound on a molybdenum mandrel having a thickness of 120 microns, the pitch of the helix being 200 microns.
The body thus obtained is wound with a pitch of 400 microns on a tungsten wire having a thickness of 450 microns.
This tungsten wire is wound with a pitch of 5000 microns on a mandrel having a thickness of 3000 microns.
Once this mandrel has been extracted and the molybdenum core chemically removed, the emitting layer can be applied.
If such a cathode has 6 turns, the size of the metal surface is 6 cm2.
EXAMPLE II.
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Tungsten wire having a thickness of 125 microns with a pitch of 200 microns is wound on a molybdenum core having a thickness of 250 microns. This body is wound with a pitch of 600 microns on a tungsten wire before a thickness of 1800 microns.
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By means of the body thus obtained, a propeller having a diameter of 8500 microns and a pitch of 4000 microns is formed. Eight turns of this helix therefore have a surface area of approximately 1 cm2.
Figure 4 shows the successive winding of a core wire 1, for example of tungsten having a diameter of 0.5 to 2 mm, with thin metal wires 4 and 5, for example of tungsten having a diameter of 0.1 to 0 , 5 mm. of which 4 is wound with pitch to the right and 5 with pitch to the left. A core wire of this type is then given the shape of the cathode helix 6 which is shown in FIG. 5 and which it also presents at the end of the operation. The reference numerals in Fig. 5 correspond, like those in Fig. 6, to the numerals used in Fig. 4 for the same parts.
Figure 6, which is a sectional view of part of the cathode, shows how the emitting layer 5 is traversed by the coil 4-5 of the core 1, namely in such a way that an extremely mechanical and electrical contact. At the same time, a substantial increase in the emitting surface of the cathode and its supply of emitting material has been obtained.