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CATHODES POUR APPAREILS ELECTRIQUES A DECHARGE SPATIALE.
La présente invention est relative à des cathodes pour appareils électriques,4 décharge spatiale et, plus particuliè- rement, à une méthode et à des organes permettant d'appliquer auxdites cathodes des couches émissives. La présente invention est particulièrement applicable à des cathodes creuses qui sont habituellement du type à chauffage indirect.
Lorsqu'on utilise des couches de haute émissivité électro- nique on rencontre certaines difficultés ; craquelures, des écaillements et la séparation du revêtement et du noyau se pro- duisent fréquemment. En outre, il est difficile d'obtenir un re- vêtement de section uniforme, ce qui est important pour l'obten- tion d'une émission uniforme à partir de toutes les parties de la surface revêtue de la cathode. Fréquemment, l'émission tend à varier dans une mesure considérable au cours de l'utilisation de la cathode.
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L'un des objets de l'invention est d'obtenir une méthode et des organes pour le revêtement d'une âme cathodique de matières émissives, de telle façon que l'on obtienne une couche fortement adhérente permettant une émission relativement uniforme.
Un autre objet encore de l'invention est l'établissement d'une méthode et d'organes permettant d'obtenir une cathode présentant une haute émissivité électronique par unité de surface et en même temps une durée plus longue et un fonctionnement plus stable.
On a constaté antérieurement qu'il était nécessaire, après le dépôt de la couche émissive sur l'âme, de recouvrir ladite cou- che d'une laque de protection, telle que par exemple un liant de nitrocellulose ou d'acétate de cellulose, pour éviter l'endommage- ment de la couche fragile, lors de manipulations ultérieures, au cours de l'assemblage dans le tube. Après le montage de telles cathodes dans le tube, on les chauffe pour volatiliser la couche protectrice. Ce processus affecte souvent, de façon nuisible, la couche émissive.
Un autre objet encore de l'invention est l'établissement d'une méthode et d'organes permettant d'obtenir un revêtement d'une so- lidité telle qu'il puisse être manié sans risques d'endommagements.
De cette manière, il devient inutile d'utiliser une couche ou sub- stance liante de protection, la couche produite suivant certaines caractéristiques de l'invention est,très lisse et présente l'aspect de l'émail et elle est exempte de pores. En conséquence, les dé- faillances de la cathode, dues à des points à température plus é- levée, sont moins susceptibles de se produire.
Pour l'obtention d'une telle couche, il est préférable de déposer la matière de revêtement sur l'âme pour électrophorèse.
La matière de revêtement, sous la forme de particules infimes, est suspendue dans un milieu de dispersion convenable, tel que l'al- cool méthylique ou l'alcool butylique normal. Après le dépôt du revêtement sur l'âme de la cathode, ladite cathode peut être re- tirée de la suspension ou encore ladite suspension peut être
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évacuée de l'élément électrolytique. On a remarqué que l'une des raisons.de la non-uniformité du revêtement dans la technique de @ dép8t par électrophorèse est dûe aux difficultés rencontrées quand la cathode revêtue est retirée de la suspension.
En raison de l'attraction par tension superficielle du liquide de dispersion destiné au revêtement de la cathode, le liquide en cours d'évacua- tion tend à adhérer au revêtement et si l'évacuation a lieu à une vitesse'supérieure à une vitesse critique donnée, le revêtement s'écoule en laissant des traînées, ce qui se traduit par une non- uniformité de section.
L'invention envisage encore, suivant une autre de ses carac- téristiques, l'obtention d'une méthode et d'organes pour le re- trait du suspensoïde de la cathode revêtue, d'une façon telle que ce retrait ne nuise pas à l'uniformité du revêtement ni à l'éga- lité de sa. surface.
Un autre objet de l'invention est l'obtention d'une méthode et d'organes pour le chauffage de la cathode pendant l'évacuation du suspensoïde, de manière à assurer l'évaporation rapide dudit suspensoïde et le séchage de la couche émissive, ce qui évite l'é- coulement et le striage de ladite couche. Ce chauffage présente l'effet additionnel d'abaisser la tension superficielle du milieu de dispersion, ce qui diminue encore les risques d'entraînement du revêtement par le liquide.
Lors du revêtement des cathodes creuses, on préfère en gé- néral nelpas revêtir les surfaces intérieures de la cathode. En outre, il est souvent désirable que certaines parties de la sur- face extérieure d'une cathode soient également non revêtues. Les parties non revêtues peuvent servir, par exemple, à faciliter la soudure par points de connexions à la cathode ou constituent des 'zones d'émissivité négligeables, dans les régions où l'émission n'est pas désirable.
Un'autre objet encore de l'invention est l'obtention d'une
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méthode et d'organes permettant d'éviter le revêtement de certai- nes parties de la surface d'un cathode et particulièrement le dé- pôt de la matière de revêtement sur les surfaces intérieures d'une cathode creuse.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui re- présentent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de mise en oeuvre de ladite invention.
La figure 1 est une élévation en coupe partielle d'un élément utilisé pour le dépôt par électrophorèse de la matière de revête- ment sur l'âme de la cathode.
La figure 2 est une vue analogue d'un élément montrant une modification des organes de masquage.
La figure 3 est un détail montrant la disposition de petites cathodes creuses dans l'élément.
Dans la mise en pratique de l'invention, une suspension col- loidale de matière émissive est préparée à partir d'un mélange de revêtement emmagasiné à l'avance. Ce milieu.de suspension est a- lors placé dans l'élément de revêtement et le revêtement est dé- posé sur la cathode par électrophorèse. Des régions données de la surface de la cathode sont masquées de telle manière que le revê- tement n'ait pas lieu sur lesdites régions. Après le dépôt d'une couche ayant l'épaisseur et le poids désirés, le suspensoide est évacué de l'élément à une vitesse donnée. Au cours de la période d'évacuation, la cathode est chauffée de telle façon que lorsque le suspensoide est entièrement éliminé, le milieu de dispersion qui reste dans le revêtement soit évaporé.
Le chauffage est pro- longé jusqu'à ce que le revêtement soit fortement adhérent à l'âme.
Après cette opération, on retire la cathode revêtue, on la passe au four et on l'assemble dans un tube où elle est activée.
Suivant l'une des réalisations de l'invention, le mélange est préparé à l'avance par broyage d'un mélange en masses égales
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de carbonates de métaux de terre alcaline dans un milieu de sus- pension de glycoléthylène. Le glycoléthylène est, de préférence, purifié par distillation dans le vide. On peut y parvenir en ajou- tant approximativement 25 grammes de protoxyde de baryum anhydre fraîchement pulvérisé, qui sert comme agent de déshydratation, pour 500 ce de glycol éthylène. Ce mélange est agité pendant deux heures dans une bouteille à bouchon de verre de 500 cc et, après agitation, on laisse déposer le mélange jusqu'à ce qu'il ne conserve plus qu' une légère turbidité.
Ledit mélange est alors versé dans un dis- tillateur de 1000 cc et distillé à pression;réduite d'un cm de mer- cure et à une température d'environ 60 C. La vitesse de distilla- tion est approximativement de 25 cc de glycol éthylène par heure. La conductibilité du glycoléthylène purifié doit être de l'ordre de 4 x 109 ohms.
Après la purification du glycolèthylène, le mélange de réserve est préparé par addition de 85 grammes de carbonates de baryum, de strontium et de calcium (BaC03) (S2CO3) (CaC03) en masses égales, à 235 grammes dudit glycol. Ce mélange est placé dans une bouteille à bouchon de verre de 500 cc remplie à moitié de cailloux de silex.
Le mélange est broyé, par rotation, dans un broyeur à boulets, à la vitesse de 150 tours par minute et cette opération se poursuit pendant au moins 400 heures pour assurer une très forte concentra- tion de particules de dimension colloïdale. Lorsque le broyage est terminé,'60% des particules en poids doivent avoir un diamètre at- teignant 'au plus 0,5 micron. Bien qu'on ait constaté que le dia- mètre maximum des particules puisse être de deux microns, il est pré- férable que le diamètre maximum ne soit que d'environ un micron étant donné que si cette dimension est dépassée dans une mesure ap- préciable, le revêtement ne présente pas la surface désirée analo- gue à 1'émail.
Le 'suspensoide à partir duquel les carbonates sont déposés sur la cathode est préparé en ajoutant 6 grammes du mélange emma- gasiné à 100 cc d'alcool méthylique anhydre. Le suspensoïde est
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alors prêt pour le revêtement de la cathode et l'opération sui- vante consiste à verser ledit liquide dans la cellule de revêtement.
L'une des formes de cellules utilisée dans la mise en pra- tique de l'invention est représentée, à titre d'exemple, sur la figure 1. La cellule 10 est composée d'un récipient de verre de préférence résistant à la chaleur 11, qui peut être sous la forme d'un vase à filtration chaude et comporte une tubulure d'évacua- tion 12, sur laquelle peut être prévu un robinet de vidange 13.
La cellule est conçue de telle manière que le suspensoïde puisse être évacué à une vitesse donnée. Suivant l'une des réalisations de l'invention, la profondeur de la cellule est approximativement de 20 cm avec un diamètre intérieur de 10 cm et un robinet d'l mm.
Des cellules de plus grandes dimensions peuvent être utilisées si on le désire.
Un couvercle de bakélite 14 est prévu, avec une ouverture centrale 15, qui est entourée par une pièce métallique cylindrique 16. A travers l'ouverture 15, un tube de quartz 18 est inséré et ledit tube est maintenu en place au moyen d'une vis de blocage 19, qui s'adapte dans la pièce 16. La pièce 16 peut être en laiton nickelé ou en un autre métal conducteur convenable quelconque. Une paire de conducteurs très fins 20 s'étendent longitudinalement au tube 18 et sont reliés électriquement à la pièce 16. Lesdits con- ducteurs 20, en forme de ruban peuvent être de nickel ou d'un mé- tal analogue, de telle façon qu'ils assurent le contact avec la cathode 21 qui est glissée sur l'extrémité de base du tube de quartz 18 et sur les conducteurs en forme de ruban 20.
Le tube de quartz 18 est d'un diamètre convenable, de telle faço que, lorsque la cathode 21 est glissée sur ledit tube, ladite cathode soit maintenue en place par friction et, en même temps, que pra- tiquement aucune particule en suspension ne pénètre à l'intérieur de la cathode. De cette manière, aucun revêtement n'est formé sur l'intérieur de la cathode. L'âme peut être en nickel ou en un autre métal désirable. La. cathode sert également de cathode pour
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la cellule. Une anode convenable 22 pour la cellule peut être obtenue à l'aide d'un treillis métallique cylindrique de nickel, de préférence suspendu au couvercle de bakélite 14.
La cathode à revêtir est plongée dans le suspensoide lorsqùe le courant passe, de telle façon qu'aucune des particules ne pé- nètre à l'intérieur de la cathode. La profondeur de l'immersion est telle que la surface supérieure qui ne doit pas être revêtue soit au-dessus du niveau du suspensoïde. Pour faciliter un revê- tement et une évacuation uniformes, il est préférable que la cat- hode soit perpendiculaire à la surface du suspensoide et ne puisse être inclinée.
Comme établi précédemment, il est souvent désirable de mas- quer certaines parties de la cathode pour empêcher leur revêtement.
Dans l'élément représenté à titre d'exemple sur la figure 1, ce masquage peut être réailisé en disposant des anneaux de nickel ou autres éléments de masquage de forme convenable quelconque autour de la cathode à proximité des zones à masquer, lesdits anneaux étant espacés d'une distance de préférence égale à 1 mm desdites zones. Evidemment, la forme des éléments de masquage est déter- minée par celle des zones à masquer. Pour assurer un espacement précis et uniforme, on peut utiliser plusieurs bâtis 24. Lesdits bâtis sont, de préférence, suspendus au couvercle 14 et sont iso- lés électriquement de l'anode 22.
Un potentiel positif, prove- nant d'une source de courant continu 25, est appliqué à l'anode 22, cependant que la borne négative de ladite source est reliée à la cathode 21, au moyen des rubans conducteurs 20. De plus, une sour- ce de courant alternatif 26 est montée entre les anneaux 23 et la cathode 21. Etant donné que le suspensoïde contient des particu- les colloïdales chargées positivement, lesdites particules sont attirées'vers la cathode 21. D'autre part, le courant alternatif passant entre les anneaux 23 et la cathode 21, empêche les parti- cules en suspension d'adhérer aux parties de la cathode 21 fai- sant face directement auxdits anneaux. De cette manière, on peut voir que'les anneaux et la nature alternative du courant alterna-
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tif servent à masquer les parties prédéterminées de la cathode.
Il est préférable que les potentiels maxima de la source d'ali- mentation alternative soient égaux ou légèrement supérieure à ceux du courant continu appliqué à l'anode.
Le courant, passant entre l'anode et la cathode, détermine la vitesse à laquelle les particules se propagent vers la cathode. On préfère utiliser une densité de courant d'un milliampère par cen- timètre carré de la surface de cathode à revêtir, de manière à dé- poser environ 5 milligrammes de revêtementen environ2 1/2 minutes.
Il existe une gamme critique pour les potentiels qui doivent être appliqués entre cathode et anode. Si un potentiel nettement infé- rieur à 30 volts est utilisé, la nature du revêtement est modifiée et la profondeur à laquelle les particules sont noyées dans les po- res d'une âme de cathode est réduite dans une mesure importante, ce qui produit une adhérence plus médiocre du revêtement à l'âme. On a obtenu d'excellents résultats en faisant usage d'un potentiel d'environ 60 volts. Avec un tel potentiel on a obtenu un revête- ment particulièrement bon avec des qualités d'adhérence extraordi- naires. Des potentiels supérieurs à 60 volts peuvent également être utilisés avec succès.
Après l'application de l'épaisseur de revêtement désiré, le suspensoide est évacué de l'élément à une vitesse prédéterminée.
Pour surmonter la. tension superficielle du suspensoide à la surface de la cathode, de telle manière que ledit suspensoide n'entraîne pas le revêtement et pour lier le revêtement à la cathode le plus tôt possible, on préfère utiliser un filament de chauffage 27, dis- posé à l'intérieur du tube de quartz 18. Il est désirable que la cathode soit chauffée dès que l'évacuation commence. Etant donné qu'il existe un intervalle de temps entre l'instant ot le filament de chauffage est allumé et l'instant où la chaleur traverse le tube de quartz vers la cathode, on préfère allumer le filament de chauf- @ fage environ 1/2 minute avant le commencement de l'évacuation.
A- près la production du poids de revêtement désiré, le suspensoïde est évacué hors de l'élément par ouverture du robinet'de vidange 13.
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Ledit robinet est de dimension telle que lorsqu'il est ouvert entièrement, le suspensoide est évacué de l'élément à une vi- tesse telle qu'environ 1 cm de longueur de cathode soit libéré @ à / toutes les trois secondes. Il n'est pas désirable d'évacuer le suspensoide à une vitesse plus grande en effet, la tension super- ficielle du suspensoide en cours d'évacuation pourrait provoquer l'écoulement du revêtement et son striage. En outre, le milieu de dispersion doit être évaporé lorsque la surface revêtue n'est plus en,contact avec le suspensoîde. Des résultats satisfaisants sont également obtenus si l'évacuation se produit un peu plus lentement qu'à la vitesse indiquée ci-dessus. Toutefois, si la vitesse,est trop faible, le revêtement peut être partiellement détaché de l'âme métallique.
On a constaté que la vitesse minimum désirable pour l'évacuation correspond à la libération d'environ
1 cm de cathode toutes les 6 secondes. Au cours de la période d'évacuation, le filament de chauffage est maintenu en circuit et sert à évaporer le milieu de dispersion du revêtement, en di- minuant l'attraction capillaire entre le suspensoïde en cours d'évacuation et les parties du revêtement avec lesquelles ledit suspenspide est encore en contact. Le filament de chauffage est mis hors circuit 15 à 20 secondes environ après l'instant où la masse du suspensoîde n'est plus en contact avec la cathode. La cathode'est ensuite retirée de l'élément, puis,passée au four à une température d'environ 100 C, insérée dans un tube et activée à une température de 850 C.
Il est à noter qu'il résulte de la méthode'de revêtement, conforme à certaines caractéristiques de l'invention, que cette activation peut être obtenue à des tempé- ratures plus basses. Ceci constitue indubitablement un avantage désirable.
On considérera maintenant la figure 2. Ladite figure repré- sente une méthode différente de masquage de la partie désirée de la cathode. Au lieu des anneaux 23, représentés sur la figure 1, un écran de treillis de nickel 30 est disposé à une distance
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d'environ 1 mm de la cathode autour des surfaces de celle-ci qui ne doivent pas être revêtues. L'écran 30 peut être fixé à la cat- hode par insertion dans l'ouverture qu'on trouve généralement à l'une des extrémités des cathodes de ce type. On préfère utiliser comme écran un treillis métallique à 32 mailles au cm. On peut voir que l'écran 30 est au même potentiel que la cathode 21.
Dans ces conditions, la surface extérieure du treillis est revêtue tan- dis que la surface de la cathode qui se trouve en face de la sur- face intérieure de l'écran n'est pas revêtue. Ceci est dû au fait que les particules colloïdales positives sont déposées avant qu'el- les puissent se transporter-sur la cathode.
On considèrera maintenant la figure 3. Sur ladite figure, on a représenté de quelle manière l'élément peut être adapté au re- vêtement de petites cathodes creuses 31, comportant une ouverture ovale ou rectangulaire. Lesdites cathodes peuvent être glissées sur les rubans 21 et, étant donné que lesdits rubans sont en con- tact avec le tube de quartz 18, lesdites cathodes 31 sont ainsi maintenues en place. On remarquera que l'intérieur des cathodes 31 n'est pas revêtu, non plus que le côté desdites cathodes qui s'ap- puie contre les parois du tube de quartz 18, étant donné que le colloïde ne peut atteindre lesdites parties, le dépôt ayant lieu sur les surfaces disposées en face de l'électrode positive.
Les cathodes revêtues, obtenues suivant la méthode décrite ci-dessus, offrent une durée de fonctionnement extraordinairement longue, avec une émissivité stable pendant toute cette durée et l'on obtient un degré d'émissivité plus élevé qu'on ne pouvait l'espérer.
En outre, l'émissivité des différentes parties de la surface de la cathode est tout à fait uniforme, le revêtement est très lisse et adhère fortement à l'âme. Aucune couche de protection n'est uti- lisée, ni nécessaire, pour éviter l'endommagement de la cathode au cours de son montage dans le tube.
Bien que différente, détails de la méthode aient été décrits ci-dessus, il apparaîtra, clairement à l'homme de l'art que cer- tains de ces détails peuvent être modifiés sans s'écarter des carac-
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téristiqùes de l'invention. Par exemple, les proportions des com- posés de métaux de terre alcaline utilisés peuvent être modifiées et la séquence des phases de l'opération peut être également mo- difiée. 'Il est évident que les dimensions de la cellule peuvent également varier et qu'on peut utiliser dans ladite cellule un type d'anode différent de celui décrit. De nombreuses autres mo- difications se présenteront d'elles-mêmes d'après la description qui précède.
En conséquence, bien entendu, l'invention est susceptible @ de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.