CH304526A - Procédé de fabrication d'une électrode non émissive. - Google Patents

Description

Procede de fahrication dune electrode non emissive. La presente invention concerne un pro- c6d6 de fabrication dune electrode non 6mis- sive et l'electrode obtenue par ce procede.

Les dispositifs ä decharge electronique comportent habituellement une cathode jouant 1e röle de source d'electrons, une anode ou collecteur vers laquelle se meuvent les elec- trons provenant de la eathode, et, dann la plupart des typen, une ou plusieurs autres electrodes placäes de telle Sorte, par rapport au faisceau d'eleetrons, que 1e faisceau puisse etre contröle, par exemple en faisant varier 1e potentiel de 1'electrode par rapport ä celui de Panode ou de la cathode. Pour plus de com- modite, dann la deseription, an se referera aux electrodes dites grillen qui fonetionnent comme electrodes de contröle dann les dispositifs de ee type, mais il doit bien etre compris que 1e procede selon 1'invention est applicable ä la fabrication d'autres typen d'eleetrodes non emissives. Par electrode non emissive , an entend une electrode ne donnant pratique- ment naissance ä aueune emission primaire ou secondaire d'electrons.

Il a ete jusqu'ici propose de recouvrir les conducteurs de grille soit avant, soit apres la fabrication de 1'electrode, dune couehe d'un materiau empeehant 1'emission., tel que 1e car- bone ou un metal du groupe du platine. Le carbone est un des plus satisfaisants parmi ],es materiaux non emissifs aux temperatures elevees: en effet, son comportement est exeel- lent au point de vue rayonnement, et, en outre, il se combine avee les vapeurs de tho- rium,distillees nur la grille au cours du fönc- tionnement du tube en formant du carbure de thorium, qui est egalement non emissif. Le platine est interessant comme revetement non emissif, car il forme un alliage avec les vapeurs de thorium et, par consequent, il rend egälement non -emissif 1e thorium depose.

L'emploi dune coüehe de carbone nur les efectrodes dann 1e but d'empecher 1'emission s'est jusqu'ici heurte ä une difficulte: 1e pro- bMme de 1'erosion ou de la migration du car- Bone au cöurs du fonetionnement du tube. Le carbone soiunis ä un intense bombarde- ment electronique tend ä migrer vers les zo- nes adjacentes, qui sont soumises ä un bom- bardement moins intense. Avec 1e temps, RTI ID="0001.0274" WI="8" HE="4" LX="1671" LY="1573"> cette migration met ä decouvert 1e materiau sous- jacent constituant 1'electrode Jans ces zones normalement exposees ä un intense bombar- dement electronique. Ceci a pour consequence la production dune emission electronique ä partir du materiau expose; de plus, nur les surfaees ainsi mises ä. nu, 1e thorium peut se diposer et demeurer aetif, creant des sources additionnelles d'emission electronique.

Le but de 1a presente. invention est 1a, rea- lisation d'e1ectrades possedant un gränd pou voir de rayonnement tont en etant non 6mis- sives et non sujettes ä l'erosion.

Le procede selon 1'invention est caracte- rise en ce qu'on revet une .eleetrode avee un melange de deux gübstances emp.echant 1'emis- sion, et en ce qu'on chauffe dass 1e vide l'eleetrode revetue ä une temperaturs elevee pour lier ensemble lesdites substances pour formen une coache stable, homogene.

L'electrode obtenue par ce procede et quo concerne egalement 1'invention, eleetrode qui comprend une äme metallique, est caraeterisee en ce qu'elle comprend un revetement de deux substances empechant 1'emission, l'une des- dites substances etant sous forme de partic-Li- les finement divisees liees par des particules de 1'autre substance.

Cette äme peut etre constituee par un ma- teriau quelconque choisi parmi un Brand nom- bre de materiaux dif:Mrents. Par exemple, lorsque 1'electrode doit etre utilisee comme grille, 1e metal .de bare peut etre 1'un -des me- taux de la serie suivante: tantale, molybdene, zircönium, colombium (niobium), tungstene et hafnium. Si an 1e Bessre, 1'äme constituee par 1e metal de base peut comporter une eoü- che darret, surtout lorsque 1'electrode doit etre utilisee dann des tubes amplificateurs "de puissance devant fonetionner ä des tempera- tures elevees pendant des tenps prolonges. La coache darret peut ehre constituee par un carbure simple -o1 par 1n carbure double, par exemple los carbures du: metal de base et dun second metal apphqu.e par-dessus, ou bien elle peut ehre constituee par un carbure dun conm pose intermetällique de deux m taux. 0n trouvera des exemples de couehes darret et de methodes de formatson .de eouehes darret sur des materiaux servant d'ämes d'electrodes dans 1e brevet suisse N 302719. Quo 1e me- tal de bare comporte au non une coache dar- ret, il est possible d'appliquer dessus, confor- mement ä 1'invention, une coache stable cons- titu6e par un materiau non emissif.

Le melange de stine ä formen 1e revetement non emissif peut etre constitue par des parti- culeis de carbone et de platine, avec un liant convenable; il peut etre applique sur los elee- trodes par immersion dans un bain, par pul- v6risation ou par electrophorese. Le rapport du carbone au platine est de preference de fordre de 1 mole pour 0,1 mole. Ce melange est äpplique de maniere ä formen une cou- ehe Bense et d'epaisseur substantiellement uniforme. L'electrode ainsi enduite est alors chauffee dans 1e vide ä une temperature e1e- vAe, par exemple 1700 C environ pendant une minute. A la suite de cette operation, 1e m & langeRTI ID="0002.0277" WI="24" HE="4" LX="1248" LY="429"> platine-carbone se trouve fritte et forme un manchon homogene et dar constitite par los particules de carbone liees ensemble par 1e platine. 0n peut faire varier 1e rapport du carbone au platine, maus si Fon adopte un rapport plus Brand quo celui ei-dessus indi- que, 1e pouvoir rayonnant diminue, d'oü il resulte quo la temperattire de fonetionnement est plus elevee. Si Fon diminue ce rapport, 1e degre de cohesion du revetement se trouve di- minue. Le rapport de 1 ä 0,1 Bonne des re- sultats tres satisfaisants, Car la coache car- bone-platine obtenue est exceptionnellement stable aux temperatures elevees et sous 1n intense bombardement electronique.

Une forme d'exeeution,du procede selon la presente invention Sera exposee, ä titre d'exemple, Jans la description suivante, faite en relation avee k dessin annexe, dann lequel La fug. 1 est une section transversale dune electrode fortement grossie et dans laquelle 1'epaisseur des Couches darret et de la coache de materiau empeehaut 1'emission est exage- ree.

La fug. 2 est une vue grossie en section transversale d'-LZne partie fragmentaire du re- vetement carbone-platine, avant 1'operation de Fusion ou frittage.

La fug. 3 est une vue grossie en section transversal e du revetement indiqtie sur la fug. 2, maus apAs 1'operation de fiusion ou frit- tage, et la fug. 4 est une seetion transversale gros sie dune äme d'electrode directement enduite dune coache de substance non emissive.

Sur 1e dessin, 1 desigue une äme d'elec- trode sous la forme d'un fil de tantale. Une coache stable de materiau 2 empechant 1'emis- sion peut etre appliquee direetement sur 1e materiau 1 constituant l:'äme, comme 1'indi- que la fug. 4, ou bien -Laie ou plusieurs Cou- ches darret 3 et 4 peuvent ehre interposees (fug. 1, 2 et 3), lorsq-Li'il faut prevoir des tem- peratures de fonetionnement elevees, pour em- pAcher 1'interaction entre 1e materiau de la coache non emissive 2 et 1e m@tal de base de 1'äme 1. Pour 1e fonctionnement ä hasse tem- p6rature, jusqu'ä environ 1000 C, 1'inter- action entre les materiaux non emissifs et 1e metal de Base est minimum et, par consequent, il est possible d'omettre une couehe darret. Pour des temperatures de fonctionnement de- passant 1000 C et pouvant atteindre environ 1700 C, il est indique d'employer une Bouche darret de densite et de stabilite plus grande pour empecher cette interaction. L'interaction entre 1e materiau non emisszf et 1e materiati constitiiant 1'äme est indesirable, parce que 1e materiau del'äme devient fragile par absorption du materiau non emissif; que ce dernier soit du carbone ou un metal du groupe du platiue, ce pMnomene s'accompagnant dune perte de materiau non 4missif au niveau de la surface exterieure de 1'eleetrode. Une perte de mate- riau non emissif du revetement a habituelle- ment pour consequence 1'apparition dune emission electronique: Le materiau constituant 1'äme peut etre pourvu dune couehe de carbure ä sa surface exterieiire en recourant ä une operatiou de carburation, c'est-ä-dire enappliquantunecolt- che de carbone et en soiunettant 1'electrode ainsi enduite ä une operation de ühauffage dann 1e vide, ä une temperature depassant de preference 1400 C. Une telle coache darret de carbure simple fonctionnera comme une barriere s'opposant ä la migration de mate- riau non emissif vers 1e metal de v'äme pour des temperätltres de fonctionnement pouvant atteindre approximativement 1300 C. Lors- que la temperature de fonctionnement depasse environ 1300 C, il se produit une certairie emission. Pour la protection nu moyen dune coache darret aux temperatures elevees de passant 1300 C, il est donc necessaire de re- courir ä une couehe darret plus stable qu'un carbure simple. De telles Couches darret sta- bles sont decrites .dans 1e brevet cite plus haut. Par exemple, an adoptera un carbure double ou 1e carbure d'im compose intermetallique de deux metaux, Car il a kg trouve que de tels composes sont tres stables aux tempera- tures elevees meine au-dessus de 2000 C. Cette coache darret en carbure double au inter- inkallique peut etre formee soit par 1e pro- c6d6 ä 1'oxyde dkrit dann 1e brevet suisse N 296161, ssoit par 1e procede ä 1'hye de- crit dann 1e brevet N 302719. Dons chaque cas, la faQon de proceder est similaire et peut etrebrievement@decritecomme suit. Une coache d'oxyde ou d'hydrure deRTI ID="0003.0274" WI="16" HE="4" LX="1431" LY="581"> zirconium ou d'autre oxyde du hydrure refractaire, selon 1e cas, est appliqueesurlem6taldebase qui, par exemple, peut etre du tantale. Le metal de bare, ainsi revetu dun enduit, est alors chauffe dans 1e vidie pour decomposer 1'oxyde ou Phydrure. Lorsqu'il s'agit, par exemple, d'oxyd;e ou d'hy- drure de zirconium, l'opdration de deCompo- sition laisse subsister un enduit de zirconiiun sur 1e metal de bare, avec la formation Even- tuelle d'un compose ntermetallique entre 1e metal de Base et 1e metal constituant 1e reve- tement. Pour completer la coache .d'arret; une coache de carbone est ensuite appliquee, et Pelectrode est chauffee daus 1e vide ä une temperature elevee comprise entre 1700 et 2000 C pendant 25 minutes environ. Cette carburation ä haute teluperature transforme les Couches exterieures du metal de base, qui peuvent avoir forlue un alliage avec 1e zirco- nium, en un carbure intermetallique; an pense qu'il s'agit du carbure de formale Ta2ZrC3. De plus, il peut y avoir un carbure du mate- riau constituant ie revetement, e'est-ä-dire du carbure de zirconium. La coache darret aiusi formee constitue, ainsi que 1',experience 1'a montre, une barriere tres efficace ä des tem- peratitres extremement elevees contre la mi- gration d'un materiau empechant 1'emission electronique tel que 1e earbone et 1e platiue.

Si 1'on se reporte ä nouveau aux fig. 1, 2 et 3, an y voit la coache 3 representant 1e carbure double, c'est-ä-dire 1e carbure de tan- tale et de zirconium, et la coache 4 represen- tant 1e carbure de zirconium. La coache non emissi-#Te perfectionnee est formee dun melange homogene de carbone. sous forme de graphite en poudre -tres Eine de l'ordre du micron et de platine. Quand le mélange carbone-platine est chauffé dans le vide jusqu'à une température d'agglomération d'environ. 1,700 C, ou jusqu'à la température de fusion du platine, à savoir 1773 C, il se forme une couche solide, dense, homogène, dans laquelle legs particules de carbone sont noyées dans le platine, jouant en quelque sorte le rôle de ciment. Cette couche homogène et dense de particules de carbone liées les unes aux autres par du platine constitue iul enduit non émissif possédant d'excellentes qualités de rayonnement et qui se combine aux vapeurs de thoriiun pour rendre non émissives les particules de thorium. Le car bone et le platine sont -en quantités telles, par rapport à. la quantité de thorium qui peut se trouver déposée dessus par distillation, que la grille restera non émissive pendant un temps bien plus long que la durée de vie usuelle de la cathode.

Le graphite platiné employé pour consti tuer l'enduit sur l'électrode peut être préparé, par exemple, en dissolvant 48,7 grammes de tétrachlorure de platine dans 30 centimètres cubes d'eau auxquels on a ajouté 6 grammes de graphite. Ce mélange est malaxé pendant plusieurs jours dans un pot broyeur en ma tière céramique contenant des cailloux en si lex. Le broyage est terminé lorsque- les particules de carbone atteignent des di- mensions de l'ordre du micron et sont subs tantiellement toutes recouvertes de chlorure de platine. Le mélange est alors chauffé à 700 C- environ pour éliminer l'eau, la déshy dratation étant terminée sous in vide partiel en maintenant approximativement cette tem pérature. La température de chauffage est en suite portée à environ 400 C; cette tempéra ture élevée est maintenue pendant 15 minutes environ. Au cours de cette dernière opération, le tétrachlorure de platine PtCl4 est au moins partiellement décomposé en bichlorure PtC12, qui est insoluble dans l'eau et dans les autres solvants susceptibles d'être employés comme véhicules pour 1a réalisation de l'enduit.

Ce mélange de graphite platiné est ensuite préparé pour la pulvérisation en ajoutant 180 centimètres cubes de liant, ce dernier étant lui-même préparé de la manière suivante: à 940 centimètres cubes d'eau distillée, on ajoute, en chauffant à 90 ou 100 C et en agi tant constamment, 60 grammes de liant à la méthylcellulose d'une viscosité de 100 centi- poises. Le liant, si l'on veut, peut encore être dilué avec de l'eau distillée. Le mélange est malaxé au broyeur à boulets pendant envi ron 24 heures, et à ce mélange, on ajoute en core 6 grammes de graphite finement broyé en agitant jusqu'à obtention d'un mélange homogène. Le rapport du carbone au platine dans ce mélange final est de préférence de 1 mole de carbone pour 0,1 mole de platine. Ce rapport non seulement confère à la grille d'excellentes propriétés de rayonnement ther mique, mais assure également la formation d'un enduit non émissif qui est extrêmement stable et est capable de demeurer iuiiformé- ment non émissif.

Le mélange de graphite platiné ainsi formé est déposé par pulvérisation sur les surfaces de l'électrode. L'enduit obtenu devra être lisse, dense et d'une épaisseur uniforme. L'épaisseur minimum désirable correspond à une augmentation de poids de 6 milligrammes par centimètre carré. Ce poids comporte celui du liant.

L'opération finale comporte le chauffage de l'électrode dans le vide à une température d'environ 1700 C pendant une minute. Le chauffage est alors coupé et l'électrode est enlevée après refroidissement.

Il est entendu que bien que le pliatine soit décrit comme constituant l'ingrédient de liai son du graphite, d'autres métaux du groupe du platine peuvent lui être substitués, pourvu que le rapport du carbone au métal du groupe du platine conserve approximativement la va leur de 1 à 0,1, exprimée en moles.

Claims (12)

1. REVENDICATION I: Procédé de fabrication d'une .électrode non émissive, caractérisé en ce qu'on revêt une électrode avec un mélange de deux substances empêchant l'émission, et en ce qu'on chauffe dans le vide l'électrode revêtue à une tempé- rature élevée poux lier ensemble lesdites subs tances pour former une couche stable, homo gène. <B>SOUS-REVENDICATIONS:</B> 1. Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé en ce qu'on revêt l'électrode avec un produit obtenu un mélangeant, en milieu li quide, du graphite finement divisé avec un chlorure de platine et en chauffant le mé lange polir décomposer au moins une partie de ce chlorure.
2. 2. Procédé suivant la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les proportions de gra phite et dudit chlorure sont choisies telles que le revêtement final comprenne 1 mole de car bone pour 0,1 mole de platine.
3. 3. Procédé suivant la sous-revendication 2, caractérisé en ce que le chauffage dans le vide se fait à une température voisine du point de fusion du platine. REVENDICATION II: Electrode non émissive pour dispositifs à décharge électronique, obtenue par le procédé suivant la revendication I et comprenant une âme métallique, caractérisée en ce qu'elle coin prend un revêtement de deux substances em pêchant l'émission, l'une desdites substances étant sous forme de particules finement divi sées liées par des particules de l'autre subs tance. SOUS-REVENDICATIONS
4. 4. Electrode suivant la revendication II, caractérisée en ce que lesdites particules fine ment divisées sont des particules de carbone.
5. 5. Electrode suivant la sous-revendication 4, caractérisée en ce que la substance de liai- son est l'un, des métaux du groupe du platine, présent dans lui rapport de 0,1 mole pour environ 1 mole clé carbone.
6. 6. Electrode suivant la revendication II, caractérisée en ce que la substance de liaison est l'un des métaux du groupe du platine.
7. 7. Electrode suivant la revendication II, caractérisée en ce que les particules finement divisées sont du carbone et en ce que la subs tance de liaison est du platine.
8. 8. Electrode suivant la sous-revendieation. 7, caractérisée en ce que le rapport du car bone au platine est approximativement égal à 1 mole de carbone pour 0,1 mole de platine.
9. 9. Electrode suivant la revendication II, caractérisée en ce que l'âme est constituée par un métal des groupes 4, 5 et 6 du système périodique, dont la température de fusion est d'au moins 1900 C et le poids atomique com pris entre 90 et 185.
10. 10. Electrode suivant la revendication II, caractérisée en ce que, entre l'âme métallique et ledit revêtement se trouve une couche d'ar rêt destinée à empêcher une interaction entre les substances empêchant l'émission et le mé tal de l'âme.
11. 11. Electrode suivant la sous-revendication 10, caractérisée en ce que ladite couche d'ar rêt comprend un carbure du métal de l'âme.
12. 12. Electrode suivant la soiLs-revendicâtion 10, caractérisée en ce que ladite couche d'arrêt comprend un carbure du métal de l'âme et un carbure d'un élément du groupe 4 du système périodique fondant entre 1400 et 1900 C et ayant un poids atomique compris entre. 25 et 100.