<Desc/Clms Page number 1>
Cathode à incandescence activée.
@
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.
<Desc/Clms Page number 2>
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
<Desc/Clms Page number 3>
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-
<Desc/Clms Page number 4>
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-
EMI4.1
binalle un m 6n narf-i n"'1 i ". -s --i #..- -< - - -
<Desc/Clms Page number 5>
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 @
<Desc/Clms Page number 6>
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
EMI6.1
..".",1,.".........., --. - 1 - .. a¯¯ L ¯ ¯ ¯ ---¯-J¯- ---' i
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
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.
-----------------
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.
------------------
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.
<Desc/Clms Page number 9>
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.