Procédé pour la fabrication de la cathode pour dispositifs électriques à vide et appareil pour la réalisation de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour la fabrication -de la cathode pour dispositifs électriques à vide et un appareil pour la, réalisation de ce procédé.
Il est. bien connu que lorsqu'une cathode est recouverte de certains oxydes, la capacité d'émission électrique à. une température quel conque est grandement augmentée.
Plusieurs méthodes ont été proposées pour appliquer de pareils recouvrements d'oxydes. Suivant une première méthode, une cathode en platine-iridium est plongée ou trempée un certain nombre de fois dans une solution de nitrates de métaux appropriés et chauffée après chaque trempage pour convertir les ni trates en oxydes. Suivant une autre mé thode, une cathode est recouverte d'un mé lange -de carbonates de baryum et de stron tium au moyen d'un liant organique solide aux températures ordinaires et la cathode est ensuite chauffée pour convertir les carbonates en oxydes.
L'emploi de sels solubles tels que des ni trates dans la première méthode exige un très grand nombre .de trempages pour réaliser un recouvrement de l'épaisseur voulue. Dans la seconde méthode, l'emploi -d'un liant or ganique est indésirable attendu qu'il convient généralement de l'éliminer de la cathode aussi complètement que possible et que cette élimi nation n'est pas facile.
Or, le procédé pour la fabrication de la. cathode pour dispositifs électriques à vide consiste à enduire l'âme formant le corps de la cathode d'une suspension d'au moins un carbonate de métal alcalino-terreux .dans un liquide inorganique pouvant être facilement éliminé par un chauffage de courte durée sans laisser un résidu organique appréciable, à éliminer ce liquide par chauffage et à .con vertir -cet enduit en oxyde. Cette conversion peut être effectuée par exemple en Chauffant la cathode dans un .dispositif électronique sans introduire de substances inutiles autres que du dioxyde ,de carbone dans, le récipient évacué de ce dispositif.
De préférence, on se servira .d'une suspen sion .de carbonates de baryum et. * strontium clans de, l'eau ou autre liquide inorganique approprié, inerte vis-à-vis des carbonates et qui peut facilement être éliminé par un chauffage - de courte durée, sans laisser un résidu organique appréciable, f:
t on passera le corps filamentaire de façon continue à tra vers cette suspersien, et puis on le soumettra a, un chauffage pour sécher celle-ci et la faire adhérer au corps fila.mentaire. Ce chauffage peut s'efféctucr dans un tube de chauffage élecliique qui renferme de préférence une at mosphère de .dioxyde de carbone pour empê cher une décomposition indue des carbonates. Ce procédé peut être répété un certain nombre de fois jusqu'à ce que l'épaisseur voulue du recouvrement soit obtenue sur le filament.
Lorsqu'on emploie certains filaments, par exemple ceux ayant des surfaces très lisses, auxquelles la suspension n'adhère pas facile. ment, il peut être désirable de nettoyer le filament d'impuretés nuisible à l'adhésion en le faisant passer par exemple à travers un tube de chauffage électrique pour brûler toutes impuretés à la surface .du filament avant de le faire passer à travers la suspen sion de carbonate. On peut obtenir un re couvrement de carbonates adhérant plus fer mement au filament en ajoutant à la suspen sion une faible quantité d'un chlorure ou d'un nitrate, par exemple du chlorure de baryum ou du nitrate de baryum, ces substances agis sant comme liant inorganique, mais leur @ad- dition n'est ordinairement pas nécessaire.
Un filament préparé comme décrit ci-des sus se maintiendra indéfiniment clans l'air le carbonate y déposé pourra être converti en oxyde .après le montage du filament clans un dispositif électronique soit avant ou après le scellement et détachement de celui-ci de la pompe d'évacuation. Dans le premier cas, le carbonate -est converti en oxyde pendant l'o pération d'évacuation en faisant passer un courant électrique à travers le filament.
Dans le second -cas, du courant électrique 'est en- voy6, par le filament .après le scellement du dispositif. des moyens convenables étant em ployés pour l'élimination du dioxyde de car- boue formé par la décomposition du carbonate sur le filament.
Le dessin schématique annexé, donné à titre d'exemple, sert à. expliquer un exemple du procédé de fabrication précité ainsi qu'un appareil servant à la réalisation de celui-ci.
Un filament 1 se déroule d'une bobine et passe sur une poulie à gorge 3 pour l'ap plication d'une couehe de la, suspension de carbonate -1 qui se trouve contenue dans une cuvette 5, celle-ci .avec la poulie 3 pouvant être de toute construction connue.
L2 filament 1 peut être un ruban de pla- tine-iridium, de nichel-chrome ou de toute autre matière convenablement réfractaire. La. forme et les dimensions du filament .déter- mineront" dans une certaine mesure, la con centration -de la suspension de rarbona.te: ainsi par exemple, plus le ruban sera large, moins sera, concentn'e la suspension de car bonate.
Le recouvrement est appliqué, géné ralement, au filament en le faisant passer un ,ertain nombre de fois à travers la suspension et en le chauffant après chaque trempage. bien que l'application de la couche de car bonate puise aussi avoir lieu par une seule opération de trempage.
La suspension de carbonate peut être pré parée de la. manière suivante: En employant un filament de 3 mm d'é- paisseur, on pourra, se servir d'une suspen sion aqueuse bien épaisse. On mélangera it cet effet 9 br de carbonate de baryum pul- véris6 pur avec. 10 gr de carbonate de stron tium pulvérisé pur, de préférence dans un mortier, en ayant soin de bien réduire avec la.
spatule les amas qui auraient tendance à se former, puis on ajoute à la masse 18 cm-' d'eau, .d'abord seulement une faible portion de cette eau pour en faire une pâte épaisse. et le reste de l'eau pour diluer graduellement la. pâte. On obtient de la, sorte une suspen sion de .carbonates de baryum et de stron tium, dans laquelle les ingïédient; solides sont finement divisé; et incapables de se déposer trop rapidement.
Cette suspension est avanta- geusement introduite rapidement lotis la cu- vette 5 et la poulie 3 est amenée à y tourner à l'aide de moyens appropriés. La rotation dé la poulie 3 maintient en même temps la sus pension en agitation et empêche les particules solides de se déposer. Lorsqu'on emploie un ruban relativement large, par exemple d'une largeur de 10 mm et .d'une épaisseur de 0,3 mm, une suspension plus fluide ou plus diluée est admissible et peut par exemple être préparée au moyen de 35 cm' d'eau pour le même poids des carbonates.
On passera alors le ruban plusieurs fois à travers cette suspen sion .et produira une cuisson -de celui-ci après chaque passage. Pour obtenir le recouvrement par un seul passage dans la suspension, celle- ci sera rendue plus concentrée en diminuant l'addition d'eau. .Si l'on emploie' par exemple seulement 18 cm' d'eau, au lieu de 35, on obtiendra de bons résultats avec un seul pas sage du ruban .à travers la suspension.
Lors que, cependant le ruban est relativement étroit, par exemple de 2'/, mm de largeur et de '/4 mm d'épaisseur, il convient d'em ployer une suspension d'environ la même con sistance que celle utilisée avec un filament de 3 mm d'épaisseur, c'est-à-dire que plus sera petit et étroit le filament ou ruban, plus la, suspension devrait être .concentrée, bien qu'il ne soit pas désirable d'employer moins- d'eau que 18 c,m' :avec la quantité de carbonates sus -mentionnée.
Si le corps filamentaire à recouvrir est tellement lisse à sa surface que le carbonate pur ne puisse y adhérer suffisamment ferme ment, on pourra ajouter :à la suspension en viron il. à 2 gr de chlorure de baryum ou de nitrate de baryum.
Cette .addition .augmente la, fluidité de la suspension -des carbonates et permet ainsi, dans certains cas, l'emploi d'une quantité inférieure d'eau, tout en obligeant le recouvrement de carbonates, lorsqu'il est chauffé, d'adhérer plus fermement et de fa çon plus cohérente au corps fil_.amentaire que lorsque la suspension est employée sans cette addition.
A titre,de variante, .on peut pr6pa- rer une suspension de carbonates en se ser vant d'une solution d'un .nitrate. par .exemple, i,'gmme véhicule liquide, L'emploi d'un pa <B>l</B> rëil véhicule liquide peut aussi occasionner une meilleure adhérence du recouvrement au fila ment. Le recouvrement produit à l'aide de chlorure de baryum, après sa fixation à la cuisson, a la forme d'une pellicule presque transparente.
Le filament 1, après être sorti .du bain de suspension 4, passe par des moyens pour le sécher et y fixer le recouvrement par cuis son. Ces moyens comprennent un tube de chauffage électrique 6, d'une longueur .d'en viron 225 mm et d'un .diamètre intérieur d'en viron 25 mm, alimenté de courant d'une source d'électricité appropriée (non représentée) de façon à le chauffer .à son intérieur nu rouge vif. Le corps filamentaire traverse ce tube de .chauffage à une vitesse modérée,, par exem ple avec une vitesse de 16 à 18 mètres par minute, et la .chambre intérieure du tube ren ferme avantageusement une .atmosphère de dioxyde -de carbone.
A cet .effet, on peut lais ser passer un courant-de dioxyde .de .carbone par le tube de chauffage à partir d'un réser voir 7 par une soupape de réglage 8 ,et le tube 9 se raccordant à une extrémité du tùbe -de chauffage, le dioxyde de carbone s'échappant à l'autre extrémité de celui-ci. A sa sortie du tube de .chauffage, le filament 1 peut s'enrou ler sur une bobine 11 .qui est .actionnée à la vitesse voulue pour l'enroulement du filament.
La bobine 11 ,avec le filament y enroulé peut .alors prendre la place de la bobine 2 et vice versa et l'opération de traitement peut être répétée, cette répétition pouvant avoir lieu autant de fois qu'on le désire, ou bien si<B>la</B> concentration .du bain de suspension est suffisante pour réaliser le résultat voulu avec un seul passage du filament par ledit bain,, le filament sera alors prêt à être employé dans un dispositif électronique.
On a trouvé qu'il est avantageux, surtout avec un corps filamentaire en platine-iridium, de faire passer .celui-ci une première fois par le tube de chauffage précité pour brûler les impuretés qui pourraient se trouver @à sa sur face, avant de le passer par<U>le</U> bain de sus, pension de carbonate, Pour que toute la longueur du corps fila- mentaire à recouvrir soit recouverte avant son passage par le tube de chauffage,
il con vient de relier le filament à un fil auxiliaire de toute matière voulue enfilé à travers le tube de chauffage et de tirer ensuite, au moyen de ce fil, le filament à. travers le bain de suspension de carbonate et le tube de chauffage.
Après la cuisson -du recouvrement sur le filament, .celui-ci est prêt â être introduit clans un dispositif électronique, ou bien le fila ment pourra être activé encore par chauffage dans un milieu ambiant inerte à une tempéra ture suffisamment élevée pour transformer les carbonates en oxydes. Si le filament est in troduit dans un dispositif électronique pen dant que le recouvrement .est encore à l'état de carbonates, il pourra être chauffé pour dé composer les carbonates pendant que le dis positif est encore relié à la pompe d'évacua tion, celle-ci aspirant en même temps le di oxyde de carbone formé.
Si, d'autre part, lie filament n'est pas chauffé avant que le dis positif soit scellé et détaché de la pompe d'é vacuation, il convient d'introduire dans celui- ci une substance de nettoyage, telle que par exemple de l'aluminium ou du magnésium ou les deux à la fois, pour éliminer le dioxyde de carbone libéré.
Cette substance de net toyage, qui peut être en forme de plaque ou de feuille, peut être fixée à l'ano,de du dis positif électronique et ensuite être vaporisée en chauffant l'anode par des .courants d'induc tion produits au moyen .d'un champ magné tique variable de fréquence élevée ou par un bombardement électronique, après que le dis positif a. été évacué, scellé et détaché de l;c pompe d'évacuation, grâce a quoi des gaz ré siduels et occlus peuvent être éliminés.
Process for the manufacture of the cathode for electrical vacuum devices and apparatus for carrying out this process. The present invention comprises a method for the manufacture of the cathode for electrical vacuum devices and an apparatus for carrying out this method.
It is. well known that when a cathode is covered with certain oxides, the electrical emission capacity to. any temperature is greatly increased.
Several methods have been proposed for applying such oxide coatings. According to a first method, a platinum-iridium cathode is immersed or soaked a number of times in a solution of nitrates of suitable metals and heated after each soaking to convert the nitrates into oxides. In another method, a cathode is covered with a mixture of barium and stron tium carbonates by means of an organic binder which is solid at ordinary temperatures and the cathode is then heated to convert the carbonates to oxides.
The use of soluble salts such as nitrates in the first method requires a very large number of soaks to achieve a coating of the desired thickness. In the second method, the use of an organic binder is undesirable since it generally needs to be removed from the cathode as completely as possible and this removal is not easy.
However, the process for the manufacture of. cathode for electrical vacuum devices consists in coating the core forming the body of the cathode with a suspension of at least one alkaline earth metal carbonate in an inorganic liquid which can be easily removed by short heating without leaving an appreciable organic residue, to remove this liquid by heating and to .con vertir -cet oxide coating. This conversion can be carried out for example by heating the cathode in an electronic device without introducing unnecessary substances other than carbon dioxide into the container discharged from this device.
Preferably, a suspension .de barium carbonates and. * strontium in the form of water or other suitable inorganic liquid which is inert towards carbonates and which can easily be removed by heating - for a short time, without leaving an appreciable organic residue, f:
t we will pass the filamentary body continuously through this suspersian, and then we will subject it to a heating to dry it and make it adhere to the filamentary body. This heating can take place in an electronic heating tube which preferably contains a carbon dioxide atmosphere to prevent undue decomposition of the carbonates. This process can be repeated a number of times until the desired thickness of the covering is achieved on the filament.
When certain filaments are employed, for example those having very smooth surfaces, to which the suspension does not easily adhere. It may be desirable to clean the filament of impurities detrimental to adhesion by, for example, passing it through an electric heating tube to burn off any impurities on the surface of the filament before passing it through the suspension. carbonate concentration. A covering of carbonates adhering more firmly to the filament can be obtained by adding to the suspension a small amount of a chloride or a nitrate, for example barium chloride or barium nitrate, these substances acting as an inorganic binder, but their addition is usually not necessary.
A filament prepared as described above will remain indefinitely in the air the carbonate deposited therein can be converted into oxide. After the assembly of the filament in an electronic device either before or after the sealing and detachment of the latter from the pump evacuation. In the first case, the carbonate is converted to oxide during the discharge operation by passing an electric current through the filament.
In the second case, electric current is sent through the filament after the device has been sealed. suitable means being employed for the removal of the carbon dioxide formed by the decomposition of the carbonate on the filament.
The attached schematic drawing, given by way of example, is used to. explain an example of the aforementioned manufacturing process as well as an apparatus for carrying out the same.
A filament 1 unwinds from a spool and passes over a grooved pulley 3 for the application of a layer of the carbonate suspension -1 which is contained in a bowl 5, the latter with the pulley 3 can be of any known construction.
The filament 1 may be a ribbon of platinum-iridium, nichel-chromium or any other suitably refractory material. The. Shape and dimensions of the filament. Will determine "to a certain extent the concentration of the suspension of the rarbona.te: thus for example, the wider the ribbon, the less will be, the concentration of the suspension. bonate.
The coating is applied, generally, to the filament by passing it a number of times through the slurry and heating it after each soak. although the application of the carbonate coat can also take place by a single dipping operation.
The carbonate suspension can be prepared from the. as follows: By using a 3 mm thick filament, it is possible to use a very thick aqueous suspension. 9 br of pure barium carbonate pulverized with this effect will be mixed. 10 gr of pure pulverized stron tium carbonate, preferably in a mortar, taking care to reduce well with the.
spatula the clumps which would tend to form, then we add to the mass 18 cm- 'of water,. first only a small portion of this water to make a thick paste. and the rest of the water to gradually dilute the. dough. In this way, a suspension of barium and stron tium carbonates is obtained, in which they are ingredient; solids are finely divided; and unable to settle too quickly.
This suspension is advantageously introduced rapidly apart from the bowl 5 and the pulley 3 is caused to rotate therein by means of suitable means. The rotation of the pulley 3 at the same time keeps the suspension in agitation and prevents solid particles from settling. When using a relatively wide tape, for example 10 mm wide and 0.3 mm thick, a more fluid or more dilute suspension is permissible and can for example be prepared by means of 35 cm. 'of water for the same weight of carbonates.
The ribbon will then be passed several times through this suspension. And will produce a baking thereof after each pass. To obtain coverage by a single pass in the suspension, the latter will be made more concentrated by reducing the addition of water. If, for example, only 18 cm of water are used, instead of 35, good results will be obtained with a single step of the tape through the suspension.
When, however, the tape is relatively narrow, for example 2 '/. Mm wide and' / 4 mm thick, a suspension of about the same consistency as that used with a suspension should be used. filament 3 mm thick, i.e. the smaller and narrower the filament or ribbon, the more concentrated the suspension should be, although it is not desirable to use less water that 18 c, m ': with the quantity of carbonates mentioned above.
If the filamentary body to be covered is so smooth on its surface that the pure carbonate cannot adhere to it firmly enough, we can add: to the suspension in approximately 11. to 2 gr of barium chloride or barium nitrate.
This addition increases the fluidity of the carbonate suspension and thus allows, in some cases, the use of less water, while forcing the carbonate recovery, when heated, to. adhere more firmly and more consistently to the filamentary body than when the suspension is used without this addition.
Alternatively, a suspension of carbonates can be prepared by using a solution of a nitrate. for example, a liquid vehicle. The use of a liquid vehicle can also cause better adhesion of the coating to the filament. The coating produced with the aid of barium chloride, after its fixing during firing, has the form of an almost transparent film.
The filament 1, after leaving the suspension bath 4, passes through means to dry it and fix the covering thereon by cooking. These means comprise an electric heating tube 6, with a length of about 225 mm and an internal diameter of about 25 mm, supplied with current from a suitable source of electricity (not shown). so as to heat it up to its bare bright red interior. The filamentary body passes through this heating tube at a moderate speed, for example with a speed of 16 to 18 meters per minute, and the inner chamber of the tube advantageously closes an atmosphere of carbon dioxide.
For this purpose, a current of carbon dioxide can be allowed to pass through the heating tube from a tank or even 7 through a control valve 8, and the tube 9 connecting to one end of the tube. -heating, the carbon dioxide escaping at the other end of it. On leaving the heating tube, the filament 1 can be wound up on a spool 11 which is actuated at the speed desired for winding the filament.
The spool 11, with the filament wound therein, can then take the place of the spool 2 and vice versa and the treatment operation can be repeated, this repetition being able to take place as many times as desired, or else if < B> the concentration of the suspension bath is sufficient to achieve the desired result with a single pass of the filament through said bath, the filament will then be ready for use in an electronic device.
It has been found that it is advantageous, especially with a filamentary body made of platinum-iridium, to pass the latter once through the aforementioned heating tube in order to burn off any impurities which could be found on its surface, before to pass it through <U> the </U> bath of sus, carbonate deposit, so that the entire length of the filamentary body to be covered is covered before it passes through the heating tube,
it is necessary to connect the filament to an auxiliary wire of any desired material threaded through the heating tube and then to draw, by means of this wire, the filament to. through the carbonate suspension bath and the heating tube.
After curing the coating on the filament, the latter is ready to be introduced into an electronic device, or the filament can be further activated by heating in an inert ambient medium to a temperature high enough to transform the carbonates. in oxides. If the filament is introduced into an electronic device while the covering is still in the carbonate state, it can be heated to decompose the carbonates while the device is still connected to the evacuation pump, the latter sucking at the same time the carbon dioxide formed.
If, on the other hand, the filament is not heated before the device is sealed and detached from the drain pump, a cleaning substance, such as, for example, should be introduced therein. aluminum or magnesium, or both, to remove the released carbon dioxide.
This cleaning substance, which can be in the form of a plate or sheet, can be attached to the ano of the electronic device and then be vaporized by heating the anode by induction currents produced by means of. .a variable magnetic field of high frequency or by electronic bombardment, after the positive a. been evacuated, sealed and detached from the evacuation pump, whereby residual and occluded gases can be removed.