Dispositif à décharge électrique à vide. La présente invention concerne un dis positif à décharge électrique à vide, compor tant au moins deux électrodes, dont celle for mant cathode renferme un élément actif émetteur d'électrons à pouvoir d'émission électronique affecté par de l'oxygène, comme c'est par exemple le cas dans une cathode à ingrédient thorique.
Dans les dispositifs à décharge em ployant une cathode contenant du thorium ou des composés de thorium par exemple, on a eu jusqu'à présent des difficultés pour maintenir le thorium dans une condition ac tive et la présente invention résulte de la découverte que cet inconvénient est dû à la facilité avec laquelle la petite quantité de thorium contenue dans la cathode se com bine avec des gaz, en particulier avec l'oxy- g;ène, dégagés par la ou les autres électro des ou les parties métalliques du dispositif sous l'effet du bombardement d'électrons émanant de la cathode.
Dans la fabrication de dispositifs à dé charge avec cathode à ingrédient thorique, il est d'usage général de recuire l'enveloppe à une température élevée pendant. l'éva cuation et de chauffer la plaque ou anode et les autres électrodes à une température élevée, par exemple à l'aide de courants d'induction à haute fréquence, en vue d'expulser les gaz et les vapeurs y con tenus. Il est également d'usage de recuire les électrodes dans de l'hydrogène avant de les sceller dans une enveloppe afin d'en expulser l'oxygène.
Cependant, une petite quantité d'oxygène ef; d'oxydes métalliques ou de l'un des deux sera toujours contenue dans les électrodes à la fin du traitement à l'hydrogène et à la suite de l'exposition des électrodes à l'at mosphère après ce traitement, et avant que les anodes puissent être scellées dans l'enve loppe, une mince couche d'oxyde se forme à leur surface. En dépit. des précautions em ployées pour en éliminer toutes traces d'oxy gène, il y a ordinairement suffisamment d'oxygène libre ou sous forme d'oxy des, dans et sur. les électrodes pour anéantir ou réduire l'émission cathodique.
Ceci est en particulier le cas dans des tubes avec des filaments ayant une faible consom mation d'énergie, tels que par exemple des tubes à piles sèches, à cause de la grandeur limitée du filament de ces tubes et .de la quantité excessivement petite de matière ac tive émettrice d'électrons y contenue.
Pendant le temps que les anodes sont chauffées par -des courants d'induction à haute fréquence pour expulser les gaz occlus, il est aussi d'usage de faire évaporer un agent de nettoyage métallique tel que du ma gnésium ou du mélange de métaux de terres rares connu sous le nom de "Mischmetall" sur l'anode en vue de faire absorber les gaz résiduels contenus dans le tube. La tempé rature, à laquelle les électrodes sont chauf fées pendant le traitement au courant d'in duction à haute fréquence, est limitée à en viron<B>1000'</B> C.
Au-dessus de cette tempéra ture il se produit des dérangements par suite d'un gauchissement et d'une déformation de l'assemblage des électrodes et d'un surchauf- fage des parties en verre du tube. Cette tem pérature n'est toutefois pas suffisamment élevée pour décomposer les oxydes de la ma tière d'anode tels que par exemple l'oxyde de nickel, et, par conséquent, les électrodes contiennent, lorsque le traitement à la haute fréquence est terminé, encore des oxydes mé talliques. Ces oxydes sont décomposés par le bombardement subséquent des électrodes lorsqu'une décharge passe par le tube, avec une libération d'oxygène qui se rend vers la cathode et anéantit o11- réduit son émission électronique.
Il y a encore un autre facteur qui joue un rôle lors de la destruction .de l'émission cathodique par l'oxygène libéré par la ou les autres électrodes. Lors de la fabrication les filaments de tungstène à oxyde thorique sont traités dans de l'hydrogène et absorbent de grandes quantités de ce gaz. Lorsque les électrodes ont été assemblées dans le dispo sitif et que l'enveloppe a été évacuée, la ca thode est amorcée en la soumettant à une température prédéterminée pendant un laps de temps défini pour développer son pouvoir émetteur d'électrons. Pendant cette période d'amorçage, l'hydrogène occlus dans la. ca thode est libéré et, en venant en contact avec la ou les autres électrodes, décompose les oxydes à leur surface en formant de la va peur d'eau.
Cette vapeur d'eau retourne à la cathode où elle oxyde le thorium contenu dans la cathode, en compromettant ainsi son émission, avec une rélibération de l'hydro gène et une répétition du cycle.
Dans le dispositif à décharge électrique, objet de l'invention, qui comporte plusieurs électrodes, dont une cathode et une anode, la cathode renfermant un élément actif émet teur d'électrons à pouvoir d'émission élec tronique affecté par de l'oxygène, l'anode est formée, conformément à.
l'invention, d'une partie métallique principale, métal ou al liage, par exemple du nickel, du cuivre, ou du nickel avec du cuivre, et d'au moins un autre métal, tel que par exemple du zinc ou du magnésium, quia une affinité plus grande pour l'oxygène que ce qui compose laditè partie principale et qui est présent en quan tité suffisante pour empêcher efficacement un dégagement d'oxygène libre depuis l'a node pendant la fabrication et le fonction nement du dispositif. Dans le cas d'une triode, il conviendra d'employer une subs tance métallique composée comme susdit, non seulement pour l'anode, mais aussi pour la construction de la grille.
Le métal désoxydant peut être présent sous forme d'un revêtement sur la surface de l'électrode, ce revêtement étant suffisamment épais pour ne pas être complètement oxydé dans des conditions de fabrication normales et étant de préférence produit en immer geant l'électrode dans un bain du métal désoxydant en fusion. De préférence, toute fois ladite électrode est formée d'un alliage homogène, c'est-à-dire sans structure cristal line visible au microscope, du métal d'élec trode principal et du métal désoxydant.
Afin de constituer une matière appro priée pour la plaque ou anode d'un dispositif de ce genre, la matière devrait être bon mar ché, elle devrait être facile à usiner; il fau drait pouvoir la souder facilement sur les matières généralement employées comme sup port, à savoir le nickel, elle ne devrait pas s'oxyder facilement, elle ne devrait con tenir que de petites quantités de gaz, elle devrait avoir un point de fusion élevé, de préférence au-dessus de 1000 C, et elle de vrait;
pouvoir entrer en alliage avec un mé tal désoxydant qui réagit avec l'oxygène ou les oxydes contenus dans l'anode au-dessous do 100() , et en plus des désidératas sus énoncés, il est indiqué, pour que la matière puisse être utilisée pour construire les gril les ou électrodes de commande des tubes de ce genre, que la matière soit suffisamment rigide pour maintenir la forme de la. grille et présenter une grande résistance à la trac tion afin de permettre d'enrouler les grilles.
L'alliage peut également contenir un cons tituant ou substance vaporisable de net toyage capable de débarrasser le tube des gaz résiduels. Cette substance de nettoyage peut être la. même ou une autre que la ma tière désoxydante. On a trouvé qu'un alliage de nickel et de cuivre contenant du magné sium ou un alliage de nickel, de zinc et de cuivre est extrêmement efficace pour former l'éleetrocle-anode ou plaque.
Dans la fabrication d'alliages de nickel- cuivre il est. d'usage d'ajouter un faible pourcentage de magnésium pour améliorer les qualités d'usinage du métal. Le pour centage usuel, qu'on ne saurait guère dé passer sans rendre ces alliages trop cassants pour pouvoir être usinés facilement, est d'environ 3 %. Cette petite quantité de magnésium est toutefois suffisante pour remplir la fonction de désoxyder l'élec- trode et d'empêcher la destruction de l'é mission du filament par dégagement .d'oxy- gi#ne depuis les autres électrodes.
Comme des allia-es de ce ;-enre peuvent facilement être obtenus sur le, marché, comme par exemple du métal Monel avec une teneur suffisante clé magnésium, on a tout avantage à les em ployer.
A la. température, à laquelle les électro des sont usuellement chauffées pour en ex pulser les gaz occlus, Ie magnésium, en rai- son de son poids atomique relativement fai ble, se diffuse très rapidement vers la sur face. Pendant cette diffusion vers la sur face, il vient en contact avec l'oxygène con tenu dans l'anode et en expulse toutes les traces.
Grâce à sa grande affinité pour l'oxy gène, il sert en même temps à décomposer tous oxydes métalliques qui pourraient être présents. Cette .diffusion du magnésium vers et par la surface de l'électrode est par ticulièrement efficace pour décomposer la pel licule .d'oxyde de nickel qui se forme à leur surface et qui n'est pas décomposée par la chaleur seule.
Une petite partie du magnésium quitte l'électrode par distillation et contribue à éli miner, par nettoyage les gaz résiduels con tenus dans l'enveloppe: Il est toutefois pré férable d'employer un autre agent -de net toyage pour enlever les gaz résiduels du tube. Un agent de nettoyage additionnel de ce genre peut être formé par une bande de ma gnésium onde "1Zischmetall" fixée à l'anode, par exemple par soudure, de façon à être va porisée par le chauffage à induction de cette électrode. L'oxyde de magnésium qui se forme dans l'électrode ou à sa surface, ne peut pas entièrement être éliminé par distil lation.
Cet oxyde, cependant, ne se décom pose pas avec dégagement d'oxygène pendant le fonctionnement du tube, attendu que, par suite clé la. très grande affinité du magné sium pour l'oxygène, cet oxyde n'est déeom- posabl.e par bombardement électronique qu'à des voltages d'anode bien plus élevés que dans le cas d'oxyde de nickel et au-dessus des voltages ordinairement employés dans le service de ces dispositifs.
Au lieu des alliages de cuivre-nickel conte nant du magnésium, des alliages de cuivre, de nickel et de zinc sontaa.ussi très efficaces. Dans cette classe d'alliages, c'est le zinc qui sert d'agent désoxydant. L'avantage principal de ce dernier type d'alliages repose dans la quantité plus grande de zinc que de magné sium qui peut être contenue dans l'alliage sans compromettre les qualités d'usinage du métal. Bien que de plus petites quantités (le zinc puissent être employées, on emploie de préférence au moins 15 % de zinc dans l'al liage afin de réduire à un minimum le temps nécessaire pour désoxyder l'électrode en ques tion par le traitement à haute fréquence.
Lorsque l'alliage contient 15 % de zinc ou davantage, la, période de nettoyage du tube, y compris les électrodes, par décharge lumi nescente, peut être réduite à environ 30 se condes. L'alliage cuivre-nickel-zinc, qui se prête bien à la construction des électrodes en question contient environ 20 % de zinc, en viron 20 % de nickel et le reste du cuivre. On peut toutefois facilement incorporer jus qu'à 30 % de zinc à ces alliages. Le maille chort ordinaire, contenant 60 % de cuivre. 25. % de zinc et 15 % de nickel, est bien ap proprié au but envisagé. On emploie d'ail leurs de préférence un alliage contenant un haut pourcentage de nickel afin de faciliter la soudure des électrodes en question sur les supports de nickel.
D'ans le cas des alliages de nickel-cuivre contenant du magnésium, 18 à 35 % de nickel est une proportion dési rable, avec le reste en cuivre. Ces alliages contiennent d'habitude jusqu'à 5 % d'impu retés comprenant la teneur en magnésium.
L'invention n'est toutefois pas limitée à des alliages de nickel-magnésium ou de nickel-zinc, attendu que des alliages d'un autre agent désoxydant avec des matières d'électrode appropriées peuvent être utilisés, parmi lesquels on peut mentionner des al liages de calcium-nickel ou des alliages de 1flischmetall" avec du fer.
Le zinc, après combinaison avec l'oxy gène, qui se trouve soit libre, soit sous forme d'oxydes dans l'électrode, s'échappe de l'é lectrode par distillation sous forme d'oxyde, beaucoup plus fac;lement que l'oxyde de magnésium ainsi formé. Par conséquent, les alliages contenant du zinc sont plus avanta geux à ce point de vue, attendu qu'ils ex cluent toute opportunité d'une décomposi tion -de l'oxyde clé zinc par bombardement électronique, avec une rélibération de l'oxy gène. Grâce à la. grande quantité de zinc en présence clans ces alliages, une quan tité suffisante clé zinc peut être vapo risée depuis l'électrode pour agir comme agent de nettoyage pour les gaz résiduels dans l'enveloppe.
Cependant, comme le zinc n'est pas si efficace pour enlever de la va peur d'eau et des hydrocarbures du tube due divers autres agents de nettoyage, il est dé sirable d'utiliser outre le zinc une autre ma tière de nettoyage, telle que du magnésium ou du "Mischmeta.11".
Une méthode ultérieure d'empêcher le dégagement d'oxygène depuis les électrodes consiste à les revêtir d'un agent métallique désoxydant, tel que du zinc, magnésium, "Mischmetall" ou autre. Ce revêtement peut être appliqué en immergeant l'anode dans un bain de métal fondu, auquel cas le bain en fusion détruit sa pellicule d'oxyde, en même temps que se forme Ie revêtement, qui em pêche, une fois formé, la, formation d'une nouvelle pellicule d'oxyde. On peut aussi em ployer d'autres méthodes pour obtenir un revêtement métallique, telles que le procédé galvanique, le procédé de métallisation Schoop, etc.
Lorsque les anodes sont. chauf fées, par induction à haute fréquence ou par d'autres moyens appropriés, le revêtement de protection sert à. éliminer tout oxygène ou oxydes des électrodes. En même temps., la matière de revêtement élimine le gaz résiduel contenu dans l'enveloppe en raison du fait qu'une faible partie en a. été vaporisée.
On a. trouvé par une comparaison directe de tubes à cathodes à oxyde thorique cons truits avec des .électrodes ne contenant pas d'agent .désoxydant avec ceux comprenant des électrodes formées en parties par un mé tal ayant une grande affinité pour l'oxy- rène, particulièrement si ce métal est contenu dans l'électrode sous forme d'alliage homo gène, qu'on obtient grâce à ces derniers une émission plus intense, une plus grande durée 4 un fonctionnement plus uniforme.