EP0056749A2 - Cathode à chauffage direct, et son procédé de fabrication - Google Patents

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EP0056749A2 EP82400030A EP82400030A EP0056749A2 EP 0056749 A2 EP0056749 A2 EP 0056749A2 EP 82400030 A EP82400030 A EP 82400030A EP 82400030 A EP82400030 A EP 82400030A EP 0056749 A2 EP0056749 A2 EP 0056749A2
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layer
cathode
cathode according
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/14—Solid thermionic cathodes characterised by the material

Definitions

  • the subject of the present invention is a cathode for a high frequency electronic tube, and more particularly a thermoelectronic emission cathode with direct heating.
  • the cathodes are generally produced from tungsten or thoriated tungsten wires for reasons of thermoelectronic emissivity, the operating temperature is then between 1900 and 2000 ° K.
  • Mechanical problems then arise due to the difference in thermal behavior of the materials, problems imperfectly resolved by expensive mechanical assemblies. It has been proposed to avoid thermo-mechanical problems inside the. tube while ensuring good thermo-electronic emissivity by introducing direct heating from a pyrolytic graphite support and by depositing on the graphite surface a material emitting at a lower temperature than tungsten or thoriated tungsten such as hexaborure lanthanum LaB 6 for example.
  • Such a structure makes it possible to obtain electronic emission at a temperature between 1400 and 1500 ° C.
  • emissive materials such as lanthanum hexaboride is their high chemical activity vis-à-vis hot graphite, which can lead to the destruction of the cathode.
  • the present invention relates to a direct heating cathode working at the same temperature as the hexa cathode lanthanum boride, but not requiring an intermediate layer between the graphite and the emissive layer.
  • the advantage lies in the elimination of the intermediate layer.
  • the cathode according to the invention comprises a pyrolytic graphite support heated by the Joule effect and an emissive coating composed of a mixture of tungsten and rare earth oxide (lanthanum oxide for example).
  • the emissive layer can be carburized on the surface to improve the emission.
  • This comprises a support 1 of pyrolytic graphite with a thickness of about 200 p, on which a homogeneous layer 2 is deposited, by plasma or by cathode sputtering, or by any other means known to those skilled in the art.
  • a homogeneous layer 2 is deposited, by plasma or by cathode sputtering, or by any other means known to those skilled in the art.
  • the thickness of layer 2 can be between 50 and 100 ⁇ .
  • the tungsten of the emissive layer can be transformed in its surface part 3, over a thickness of 10 to 20 u, into tungsten hemicarb W 2 C. This transformation is carried out in the usual way by heating the cathode in vapors. hydrocarbon at a temperature of around 1800 ° C.
  • tungsten carbide can be codeposited with tungsten and lanthanum oxide, in proportions ranging from 10% to 50% carbide, from 0.5 to 10% lanthanum oxide, the balance being made by tungsten. This variant allows you to choose undermine the carburetion process of tungsten.

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  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

La cathode selon l'invention comporte un support (1) en graphite pyrolytique et un revêtement émissif (2) constitué d'un mélange de tungstène et d'oxyde de lanthane, le tungstène étant transformé dans sa partie superficielle (3) en hemicarbure de tungstène. L'invention s'applique notamment aux tubes haute fréquence du type triode, tétrode ou pentode.

Description

  • La présente invention a pour objet une cathode pour tube électronique haute fréquence, et plus particulièrement une cathode à émission thermo-électronique à chauffage direct.
  • Dans les tubes électroniques haute fréquence du type triode, tétrode ou pentode, qui comportent une cathode, une anode et une, deux ou trois grilles, il est avantageux de réaliser les grilles en graphite pyrolytique, matériau connu pour ses qualités mécaniques et thermiques.
  • Toutefois, dans ces mêmes tubes les cathodes sont généralement réalisées en fils de tungstène ou de tungstène thorié pour des raisons d'émissivité thermo-électronique, la température de fonctionnement est alors comprise entre 1900 et 2000°K. Il se pose alors, en fonctionnement, des problèmes mécaniques du fait de la différence de comportement thermique des matériaux, problèmes résolus imparfaitement par des montages mécaniques coûteux. On a proposé d'éviter les problèmes thermo-mécaniques à l'intérieur du . tube tout en assurant une bonne émissivité thermo-électronique en introduisant un chauffage direct à partir d'un support en graphite pyrolytique et en déposant à la surface du graphite un matériau émettant à plus basse température que le tungstène ou le tungstène thorié tel l'hexaborure de lanthane LaB6 par exemple. Une telle structure permet d'obtenir l'émission électronique à une température comprise entre 1400 et 1500°C. Toutefois, un inconvénient de matériaux émissifs tels l'hexaborure de Lanthane est leur grande activité chimique vis-à-vis du graphite à chaud, qui peut conduire à la destruction de la cathode. On est contraint de ce fait à introduire une couche intermédiaire entre le graphite et l'hexaborure de Lanthane formant barrière de diffusion entre ces deux matériaux.
  • La présente invention a pour objet une cathode à chauffage direct travaillant à la même température que la cathode en hexaborure de lanthane, mais ne nécessitant pas de couche intermédiaire entre le graphite et la couche émissive.
  • Par rapport à une cathode couramment utilisée dans l'art antérieur, les principaux avantages entrainés sont :
    • - une température de fonctionnement plus faible.
    • - une meilleure tenue mécanique.
  • Par rapport à une cathode en hexaborure de lanthane, l'avantage réside dans la suppression de la couche intermédiaire.
  • La cathode selon l'invention comporte un support en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif composé d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares (oxyde de lanthane par exemple).
  • La couche émissive peut être carburée en surface pour améliorer l'émission.
  • D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante annexée par la figure unique qui représente une vue en coupe d'un mode de réalisation de la cathode selon l'invention.
  • Celle-ci comporte un support 1 en graphite pyrolytique d'une épaisseur d'environ 200p, sur lequel on dépose, par plasma ou par pulvérisation cathodique, ou par tout autre moyen connu de l'homme de l'art, une couche homogène 2 d'un mélange de tungstène et d'oxyde de lanthane ce dernier étant dans des proportions comprises entre -0,5% et 10%, l'épaisseur de la couche 2 peut être comprise entre 50 et 100µ.
  • Le tungstène de la couche émissive peut être transformé dans sa partie superficielle 3, sur une épaisseur de 10 à 20 u, en hémicarbure de tungstène W2C. Cette transformation est réalisée d'une manière usuelle par chauffage de la cathode dans des vapeurs d'hydrocarbure à une température d'environ 1800° C.
  • Dans une autre variante, le carbure de tungstène peut être codéposé avec le tungstène et l'oxyde de lanthane, en proportion allant de 10% à 50% de carbure, de 0,5 à 10% d'oxyde de lanthane, la balance étant faite par le tungstène. Cette variante permet d'éliminer le processus de carburation du tungstène.
  • La cathode selon l'invention peut être obtenue par un procédé comportant les étapes suivantes :
    • a) Mélange de poudres de tungstène et d'oxyde de terres rares,
    • b) Pressage du mélange sous une pression d'environ 3 ton- nes/cm2,
    • c) Frittage à une température de 2000°C environ,
    • d) Dépôt dudit mélange par pulvérisation cathodique sur un support en graphite pyrolytique ,
    • e) chauffage à une température d'environ 1800°C sous pression réduite d'hydrocarbure.

Claims (6)

1. Cathode à chauffage direct, caractérisée par le fait qu'elle comporte un support (1) découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule, et un revêtement émissif constitué d'une couche (2) composée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares.
2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'oxyde de terres rares constituant la couche (2) est de l'oxyde de lanthane.
3. Cathode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie supérieure (3) de la couche (2) est constituée d'hémicarbure de tungstène.
4. Cathode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les proportions d'oxyde de terres rares constituant la couche (2) sont comprises entre 0,5% et 10% du poids du mélange.
5. Cathode selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche (2) est comprise entre 50y et 100p.
6. Procédé de fabrication d'une cathode selon l'une des revendications 1 à 5, comportant les étapes successives suivantes :
a) Mélange de poudres de tungstène et d'oxyde de terres rares,
b) Pressage du mélange sous une pression d'environ 3 ton- nes/cm2,
c) Frittage à une température de 2000°C environ,
d) dépôt dudit mélange (2) par pulvérisation cathodique sur un support en graphite pyrolytique (1),
e) chauffage à une température d'environ 1800° C sous pression réduite d'hydrocarbure.
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