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Cathode pour tube à décharges électriques.
La présente invention a pour objet une cathode pour tube à décharges électriques, c'est-à-dire une cathode à chauffage direct ou indirect.
Un des problèmes les plus importants qui se présen- tent dans la construction de cathodes pour tubes à décharges électriques est le problème du drainage de la chaleur aux extrémités de la cathode. Par suite de ce drainage la tempéra- ture aux extrémités de la cathode est toujours sensiblement inférieure à celle au milieu ; sil'on représente graphiquement la température de la cathode en fonction de sa longueur, on obtient une courbe qui présente un maximum à peu près au milieu et diminue plus ou moins graduellement aux extrémités. Le milieu acquiert ainsi une température excessivement élevée.
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Si, par contre, le milieu est maintenu à la température à peu près correcte, le refroidissement considérable des deux extremités a pour effet de rendre certaines parties inutili- sables, parce qu'elles ne contribuent pas ou pas suffisamment à l'émission. Outre que le chauffage est déjà inéconomique du fait que de grandes quantités de chaleur drainée et de cha- leur émise par les extrémités non recouvertes sont perdues sans aucune utilité, l'inégalité de la distribution de la température le long de la partie recouverte de la cathode contribue également à cet inconvénient.
On a déjà proposé de réduire les difficultés ainsi produites par l'utilisation de constructions particulières.
Il est connu, par exemple, d'entourer les extrémités d'une cathode incandescente à chauffage direct d'un filament de chauffage distinct, pour que la perte de chaleur provoquée par drainage soit compensée au moyen d'une amenée supplémen- taire de chaleur. On a appliqué une mesure analogue aux ca- thodes à chauffage indirect, en faisant en sorte que la cathode comporte à ses extrémités, par centimètre de longueur, une quantité de fil dudit élément de chauffage plus grande qu'au milieu. On obtient ainsi une température plus uniforme à la surface du corps cathodique.
Toutefois, ces construc- tions ont l'inconvénient que l'amenée d'énergie du filament à la cathode est rendue inégale et, dans le cas de cathodes à chauffage indirect, il se présente en outre le fait indé- sirable Que l'énergie supplémentaire est amenée précisément aux extrémités non recouvertes de matière émettrice, produi- sant ainsi localement une augmentation considérable des pertes.
On a en outre proposé d'établit le corps cathodique d'une cathode à chauffage indirect en deux couches, c'est-à- dire une couche sousjacente d'une matière à faible conductibi-- lité thermique et une couche susjacente d'une matière à faible
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émission de chaleur, cette couche ne recouvrant pas les extrémités de la couche sousjacente à laquelle est fixé le support de la cathode. Pour la couche sousjacente on utilise un alliage de fer et de nickel, avec lequel on peut, si on le désire, allier du chrome; pour la couche susjacente on propose d'utiliser du cuivre.
La Demanderesse a exécuté un certain nombre de recher- ches à ce sujet et a trouvé que des matières très spéciales conviennent pour lès cathodes dans lesquelles le drainage de chaleur aux extrémités doit être très faible. Conformément à l'invention, à cet effet une cathode à chauffage direct, ou une couche du corps cathodique d'une cathode à chauffage in- direct et/ou des organes de fixation ou d'amenée de courant connexes à ces corps sont constitués par un alliage de tungstène ou de molybdène d'une part et de nickel, de cobalt ou de fer d'autre part, éventuellement avec addition d'un ou plusieurs autres composants, le pourcentage atomique de tungstène ou de molybdène étant d'au moins 10, s'il s'agit d'alliages constitués par deux composantes(c'est-à-dire tungstène ou molybdène avec du fer, du nickel ou du cobalt) et d'au moins 5,
si on utilise des alliages contenant plus de deux composantes. Comme limite supérieure, on doit main- tenir dans les deux cas pour le tungstène 25% d'atomes et pour le molybdène 35% d'atomes.
Le composant à allier avec ces alliages est constitué de préférence, par un ou plusieurs des éléments aluminium, silicium, manganèse, magnésium, zirconium ou thorium. Comme la Demanderesse l'a trouvé, un alliage très convenable dans le but de l'invention est constitué par 16% d'atomes de tungstène et 84% d'atomes de nickel, tandis qu'on peut également obtenir de bons résultats avec un alliage de trois composants, constitué par 9% d'atomes d'aluminium, 13% d'atomes de molybdène et 78% d'atomes de nickel, ou bien avec un alliage constitué par 16% d'atomes de fer, 14% d'atomes de A -
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molybdène et 70% d'atomes de nickel. En effet, au lieu de tungstène ou de molybdène et d'un des composants fer, nickel ou cobalt, les alliages selon l'invention peuvent contenir deux de ces derniers éléments.
Comme on l'a expliqué plus haut, la conduction ther- mique des matières utilisées joue le rôle le plus important; à ce sujet il faut également faire attention à l'épaisseur de paroi du corps constitué en cette matière, car on peut ré- duire la conduction thermique de la même matière en lui donnant une épaisseur plus faible. L'épaisseur est limitée par la rigidité ou la dureté de la matière, ces propriétés à leur tour étant limitées pa.r la plus ou moins grande aptitude de la matière à être travaillée. C'est précisément cette dernière propriété qui ne permet pas d'utiliser des alliages dont les pourcentages atomiques en tungstène ou en molybdène sont supérieure à 25 et 35 respectivement.
Un avantage très important des alliages selon l'in- vention consiste en ce qu'ils présentent, avec une bonne aptitude à être travailles, une grande dureté, de sorte qu'on obtient une amélioration non seulement du fait que la con- duction thermique elle-même est plus faible que celle des matières jusqu'ici utilisées, mais encore du fait que ces matières, grâce à leur plus grande dureté qui, sous l'action du tungstène ou du molybdène à point de fusion élevé, se trouve être très stable envers la chaleur, peuvent être plus minces que les matières connues, quand on les utilise dans le même but. Pour les différents alliages selon l'invention, cette circonstance constitue également un avantage important par rapport aux alliages indiqués plus hauts comme étant con- nus, c'est-à-dire les alliages chrome-nickel et nickel-fer.
Ainsi, on a. trouvé, par exemple, que la dureté d'un alliage de tungstène et de nickel, dont le pourcentage atomique de tungstène est de 17, est stable envers la chaleur et est à
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peu près deux fois plus grande que celle d'un alliage de fer-nickel ou de chrome-nickel, alors que la conductibilité thermique est du même ordre de grandeur. La dureté sensible- ment plus grande et stable envers la chaleur ainsi que la bonne aptitude à être travaillée, permettent d'utiliser une plus faible épaisseur de la matière selon l'invention que de nickel-fer ou de chrome-nickel, ce qui fait qu'on obtient, en outre, une amélioration de la conductibilité thermique.
Dans un alliage contenant 7% d'atomes d'aluminium, 16% d'atomes de tungstène et 77% d'atomes de nickel, la dureté est à peu près trois fois plus grande que celle d'un alliage de fer- nickel ayant les mêmes pourcentages atomiques, tandis que la conductibilité thermique de la matière elle-même est aussi déjà plus faible que celle du fer-nickel et du chrome-nickel.
Toutefois, en travaillant avec cet alliage d'aluminium, de tungstène et de nickel, on trouve que dans des buts déter- minés on a déjà presque atteint la limite de la bonne apti- tude de l'alliage à être travaillé. Pour les alliages alumi- bium- molybdène- nickel et fer- molybdène- nickel, qui sont mentionnés plus haut, la dureté est à peu près une fois et demie plus grande que celle des alliages de fer-nickel ou de chrome-nickel, tandis que la conductibilité thermique est plus faible. Par rapport aux alliages de fer-nickel et de chrome-nickel, les matières selon la présente invention pré- sentent, en outre, l'avantage de dégager moins de gaz que les alliages connus, tels que le fer-nickel et le chrome- nickel.
Le fait que dans la littérature ces derniers alliages sont cités et non pas ceux selon la présente invention, bien que le tungstène et le molybdène soient déjà utilisés pour des cathodes à chauffage direct ou pour des éléments de chauffage de cathode à chauffage indirect, s'explique selon toute vraisemblance par le fait que, d'une part, on était
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d'avis que ces alliages, par suite de leur grande dureté, ne pouvaient être travaill.és que difficilement et que, d'autre part, on s'était a.ttendu à ce que la conduction thermique soit assez grande. En effet, la conductibilité thermique du tungstène est au moins dix fois plus grande que celle du fer- nickel et du chrome-nickel, tandis que la dureté du tungstène est à peu près 20 à 30 fois plus grande que celle de ces alliages connus.
Aussi est-il évident que, si l'on désire des matières présentant une bonne aptitude à être travaillées et en même temps une faible conductibilité thermique, on ne pensera pas immédiatement à utiliser, au lieu de ces alliages connus, les alliages contenant du tungstène ou du molybdène.
Les recherches effectuées par la Demanderesse ont révélé qu'on peut beaucoup réduire la conductibilité thermi- que et que, d'autre part, ces matières peuvent être bien travaillées, du fuit qu'elles sont utilisables en forme de corps de très faible épaisseur. Cette dernière circonstance joue particulièrement un rôle dans la fabrication de corps cathodiques pour des cathodes à chauffage indirect, qu'on peut établir au moyen de la matière selon l'invention, par exemple par enroulement.
Ainsi, les cathodes à chauffage in- direct de formes connues en soi peuvent avantageusement être établies en un noyau pour le tube cathodique fabriqué d'un alliage conforme à l'invention et recouvert d'une couche en matière à plus faible pouvoir d'émission que le corps sous- jacent, par exemple du nickel ou du cuivre ; lesorganes de support de la cathode s'engagent alors avec le noyau, la couche extérieure ne recouvrant pas ce noyau sur toute sa longueur. La fabrication d'une telle cathode peut s'effectuer d'une manière simple en utilisant deux plaques minces qui sont superposées et ensuite enroulées ensemble jusqu'à obte- nir un corps cathodique tubulaire.
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La combinaison de la grande rigidité avec la faible conductibilité thermique fait que les matières précitées sont aussi particulièrement convenables pour des corps' servant à la fois d'organes de fixation et d'amenée de courant pour une cathode à chauffage indirect. De façon très générale, l'emploi des matières selon la présente invention permet d'obtenir également une simplification de la construction de cette cathode, parce que dans certaines conditions le centrage de la cathode peut être effectué sans expédients en passant le corps cathodique lui-même à travers une ouverture d'une pla- que consti,tuée en mica ou autre matière analogue et en le supportant dans ce mica sans avoir à craindre un drainage excessif de chaleur à la surface de contact entre la cathode et.le mica.
D'autres modes de fixation sont en outre possi- bles dans l'utilisation d'une cathode selon la présente in- vention..