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GRILLE NON EMISSIVE PERFECTIONNEE POUR TUBES ELECTRONIQUES.
La présente invention concerne des grilles non-émissives perfec- tionnées, particulièrement appropriées aux tubes électroniques à cathode de tungstène thorié, et elle vise également des méthodes perfectionnées pour la fabrication de telles grilles.
L'émission électronique des grilles de tubes électroniques a depuis longtemps, posé des problèmes ardus dans la fabrication de ces grilles, Elles peuvent émettre des électrons du fait d'une contamination des matières actives provenant de la cathode; il peut même arriver que le métal de la gril- le soit suffisamment émissif à la température de fonctionnement de la grille.
De nombreux essais ont été faits pour résoudre ce problème, en utilisant di- vers matériaux.
Quand il s'agit de grilles de grandes dimensions et qu'il n'est pas nécessaire que la grille présente de petites ouvertures, on a utilisé le graphite avec un succès considérable. On a aussi utilisé très avantageusement le molybdène et le molybdène revota, de platine, pour des températures de gril- le ne dépassant pas 1200 C, par exemple.
L'accroissement de la puissance des tubes et des fréquences aux- quelles ils doivent fonctionner à conduit à l'utilisation des cathodes en tungstène thorié ou en tungstène recouvert de thorine afin d'assurer une émis- sion électroniqueappropriée, et à faire fonctionner les grilles à des tempé- ratures relativement élevées. I1 en est résulté diverses conditions relati- ves à l'émission des grilles et jusqu'alors le problème n'avait pas été réso- lu de manière satisfaisante.
La présente invention concerne des grilles perfectionnées qui fonctionnent très bien dans les tubes à cathodes en tungstène thorié et à des températures atteignant 1600 C. Ces grilles ne contaminent pas la cathode qui conserve son émission électronique normale., pendant la durée utile du tube.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se référant à la des-
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cription qui suit et au dessin qui 1 accompagne a titre d'exemple non limita- tif et dans lequel - la figure 1 représente le fil d'une gril-le conforme à l'invention,
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- la figure 2 montre une grille complète conforme à l'3nventior.J - la figure 3 montre schématiquement un appareil pour le recouvre- ment du fil de grille, conformément à 1-'invention., la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 pour recouvrir des grilles préfabriquées.,
En se reportant figure l,
on voit la coupe d'un fil 1 de gril- le comportant un revêtement extérieur de graphite 2 et un revêtement intermé- diaire 3 en un carbure ou un sous-carbure du métal dont est fait le fil. 1.
Bien que on puisse employer, pour le fil de la grille;, des métaux réfractai-
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res comme le molybdène, le tantale, le tungstène., le colin.bzum9 on a trouvé que le tantale est plus facile à traiter et semble être à utiliser de préfé- rence.
Pour obtenir un conducteur de grille non émissif, du type ci-des- sus décrite on précède comme suit :
En générale la grille ou le fil qui sert à la fabriquer, est
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chauffée jusqu'à une température élevée : lo400 à 200000C 0' et soumise à une vapeur saturée d'un, hydrocarbone ou deun dérivé hydrocarboné, qU se vaporise sans se décomposer La vapeur est entraînée par un gaz inerte approprié qui lui sert de support, comme l'hydrogène, l'azote ou 1?argon, par exemple; la grille.,ou le fil, chauffés, sont exposés à cette vapeur pendant un temps suf- fisant pour obtenir un revetement extérieur de graphite., d'une épaisseur nota- ble.
Dans l'exemple non limitatif suivante on s'est proposé de munir un fil de tantale d'un revêtement de graphite d'une épaisseur de 25 à 125 mi- crons. On a opéré comme suit : l'appareil est représenté figure 3. Un fil de tantale 4 est partiellement enfermé dans une enceinte appropriée 5 ayant une cuverture d'échappement 60 Le fil y est chauffé par le passage d'un cou-
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rant jusqu'à une température de l'ordre de lo4C0 à 2flC7pGo Le fil traverse l'enceinte et est supporté par deux coupelles 7 contenant du mercure et munies de guides en verre 8, pour guider le passage du fil. Comme le mercure 8a ne mouille pas le verre,, il ne coule pas le long du fil.
Le courant de chauffage est amené au fil par les coupelles 7.il provient d'une source alternative 9
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par l'intemédiaire d'un dispositif de transformation 10, la température du fil étant déterminée par l'intensité du courant qui le traverse. Pour un fil relativement fin, la température estde préférence., supérieure à le 5000 , car il se pose un certain problème de transfert de chaleur lors de l'échauffement
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de la vapeur de l'hydromcarbo2ev L'enceinte 5 est fermée et communique par un conduit 11 avec un récipient 12 contenant 1 hydrocarbrtne qui., de préférence est du benzène- liqui- de.Le benzène est chauffé jusque à une température de 1 ordre de 50 à 80 C. afin de donner naissance à une vapeur sensiblement saturée;
celle-ci est ame-
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née dans 1(enceinte 5 contenant le fil de tantale chauffé 4, grâce aux bulles du gaz de supporta par exemple l'hydrogène, qui traverse le benzène liquide.
Le récipient 12 est chauffé par une plaque 13 et l'hydrogène est amené par un tube 14 qui se termine en-dessous du niveau de benzène. L'hydrogène peut avoir une pression d'une atmosphères par exemple, et il se dégage en bulles, à rai- son de 1 à 5 litres à la minute. L'hydrogène agit simplement comme un gaz inerte et entraîne la vapeur de benzène dans l'espace qui entoure le fil chauf- fé de tantale.
Lors du contact avec le fil chaude le benzène se décomposé et, dans les conditions ainsi remplies, il forme sur le fil une couche fortement adhérente de graphite. Le graphite semble être uni au fil de tantale par une couche intermédiaire de carbure de tantale. L'épaisseur de la couche de graphi- te est facilement,contrôlée, par le temps pendant lequel on laisse le fil chaud
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exposé à la vapeur. Par exemple. de 5 à 15 minutes, dans les conditions exposées ci-dessus, permettent d'obtenir un revêtement d'environ 25 microns, alors qu'une exposition de 30 minutes à 1 heure produirait un revêtement de 125 microns environ.
On voit que, pour une opération continue de revêtement, le temps d'exposition est déterminé par la longueur du fil exposé et par sa vitesse de translation.
Un fil, revêtu à la manière ci-dessus, présente des propriétés supérieures, non seulement au point de vue de la faible émission électronique de la grille, mais aussi au point de vue de l'adhérence du carbone au fil.
La couche de carbone devient une couche de carbure qui se joint au métal même et cette couche intermédiaire de carbure unit mécaniquement l'âme de tantale à la couche extérieure de graphite.
Le columbium, le molybdène et le tungstène peuvent être également revêtus suivant le procédé ci-dessus. Le tantale est préférable à cause de la plus grande stabilité des carbures de tantale. Il est clair que la formation progressive de carbure sur l'âme de métal pourrait rendre, éventuellement, le fil trop cassant pour être commercialement utilisable. La rapidité de la formation de la couche de graphite, résultant du contact du fil avec la vapeur de l'hydrocarbone, limite l'absorption d'hydrogène par le métal du fil.
On peut utiliser d'autres hydrocarbones que le benzène, de même que des dérivés hydrocarbonés,. à condition qu'ils produisent une vapeur qui puisse déposer une couche de carbone, avant de se décomposer. Par exemple, le tétrachlorure de carbone convient parfaitement. Comme la décomposition du tétrachlorure de carbone est exothermique, le procédé peut être exécuté en ne chauffant le fil que jusqu'à une température un peu inférieure à celles indi- quées plus haut; on a utilisé avec succès des températures de l'ordre de 1100 C., avec du tétrachlorure de carbone. Dans le cas de cet hydrocarbone, on doit . utiliser l'hydrogène comme gaz de transport, car il entre en réaction chimique.
On peut aussi employer d'autres hydrocarbones, comme le propane, le méthane, l'acétylène.
Dans ce qui précède, on a décrit des moyens de préparer de simples fils. Comme ces fils, après traitement, ne peuvent pas facilement être courbés, sans endommager le revêtement, il est également avantageux de revêtir la struc- ture de grille terminée.
La figure 2 représente une telle structure de grille qui peut être munie d'un revêtement, afin d'obtenir finalement une grille conforme à l'inven- tion. Comme on le voit, la grille comporte deux tiges latérales 15, entourées d'un enroulement en forme d'hélice aplatie, de préférence en fil de tantale.
Ainsi que le montre la figure 4, cette structure est placée dans une enceinte 16 ayant la forme d'une cloche 17 et elle est chauffée par une bobine haute fréquence 18, par exemple. La structure de grille est supportée par le crochet 19 d'une tige de verre 20. La cloche 17 repose sur un support 21 présentant une ouverture 22, par laquelle les grilles sont introduites et enlevées. Cet- te ouverture sert aussi à l'échappement du gaz amené dans la cloche depuis un récipient 23, qui correspond au récipient 12 de la figure 3.
Un problème se pose lors du revêtement de telles grilles, en ce qui concerne la difficulté d'en chauffer toutes les parties à la même tempéra- ture. Cependant, en faisant attention aux caractéristiques de transfert de la chaleur que présente une telle grille et en prévoyant, en conséquence, la bobine de chauffage H.F. ou toute autre source de chauffage. On peut obtenir une uniformité raisonnable du revêtement.
Bien qu'on ait donné ci-dessus deux exemples particuliers de pro- cédés de revêtement, il est entendu qu'on peut aussi employer d'autres procé- dés, qui permettent d'obtenir la nature désirée du dépôt de graphite, lié à une ame de métal, par l'intermédiaire d'une couche de carbure de ce métal,
Un important avantage des grilles réalisées suivant l'invention est qu'elles sont très solides et durables,par rapport à celles que l'on a- vait tenté de fabriquer antérieurement en appliquant du carbone libre à la surface de la grille.
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Des grilles conformes à la présente invention ont présenté des émissions de l'ordre de 1/200ème de celle du molybdène à des températures de 1200-1600 C.dans un tube à cathode en tungstène thorié.
Ces revêtements de grille sont stables à des températures de 1400 C.,après 10000 heures de fonctionnements, et ils sont encore stables, pendant . de plus courtes périodes de fonctionnement à des températures atteignant 1. 600 C.
On voit donc que ces revêtements résolvent pratiquement le pro- blème de l'émission des grilles, en particulier dans les tubes à cathode de tungstène thorié, et à des températures de fonctionnement de 1.200 à 1.600 C. et même au-dessus.