EP0056749B1 - Cathode à chauffage direct, et son procédé de fabrication - Google Patents
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- 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 1,900 and 2,000 ° 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 a material on the graphite surface. emitting at a lower temperature than tungsten or thoriated tungsten such as lanthanum hexaboride La B 6 for example.
- Such a structure makes it possible to obtain electronic emission at a temperature between 1,400 and 1,500 ° 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.
- Application FR-A-2,445,605 discloses a direct heating cathode comprising a pyrolytic graphite support heated by the Joule effect and an emissive layer based on lanthanum hexaboride which is separated from the support by an intermediate layer.
- the present invention relates to a direct heating cathode working at the same temperature as the lanthanum hexaboride cathode, but not requiring an intermediate layer between the graphite and the emissive layer.
- the advantage lies in the elimination of the intermediate layer.
- the present invention relates to a direct heating cathode comprising a support cut out of pyrolytic graphite heated by the Joule effect and an emissive coating, characterized in that this coating consists of an emissive layer composed of a mixture of tungsten and rare earth oxide.
- the present invention relates to a direct heating cathode comprising a support cut out of pyrolytic graphite heated by the Joule effect and an emissive coating, characterized in that this coating consists of an emissive layer and a surface layer, the emissive layer being composed of a mixture of tungsten and rare earth oxide and the surface layer consisting of tungsten hemicarbide.
- the present invention relates to a direct heating cathode comprising a support cut out of pyrolytic graphite heated by the Joule effect and an emissive coating, characterized in that this coating consists of an emissive layer composed of a mixture of tungsten , rare earth oxide and tungsten carbide.
- This comprises a support 1 of pyrolytic graphite with a thickness of approximately 200 ⁇ m, on which is deposited, by plasma or by cathode sputtering, or by any other means known to those skilled in the art, a homogeneous layer 2 of a mixture of tungsten and lanthanum oxide, the latter being in proportions of between 0.5% and 10%, the thickness of layer 2 can be between 50 and 100 ⁇ m.
- the tungsten of the emissive layer can be transformed in its surface part 3, over a thickness of 10 to 20 k tm, into tungsten hemicarb W 2 C. This transformation is carried out in the usual way by heating the cathode in vapors of hydrocarbon at a temperature of about 1,800 ° C.
- tungsten carbide can be codeposited with tungsten and lanthanum oxide, in a proportion ranging from 10% to 50% carbide, 0.5 to 10% lanthanum oxide, the balance being made by tungsten. This variant eliminates the carburetion process of tungsten.
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- Solid Thermionic Cathode (AREA)
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 1 900 et 2 000 °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-mécanique 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 La B6 par exemple. Une telle structure permet d'obtenir l'émission électronique à une température comprise entre 1 400 et 1 500 °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.
- Par la demande FR-A-2.445.605, on connaît une cathode à chauffage direct comportant un support en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et une couche émissive à base d'hexaborure de lanthane qui est séparée du support par une couche intermédiaire.
- Par la demande de brevet FR-A-2.237.303 on connaît en particulier les deux modes de réalisation suivants :
- a) une cathode chaude constituée d'un substrat contenant au moins un métal à point de fusion élevé et d'une substance active comportant de l'oxyde de lanthane, et un réducteur formé au moins en partie d'un carbure d'un métal à point de fusion élevé que la substance du substrat contient (voir revendications 1 à 3) ;
- b) une cathode chaude constituée d'une plaquette formée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de lanthane, cette plaquette étant soumise à une carburation de surface, dans un mélange de benzène et d'hydrogène (voir page 4, ligne 6).
- 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 entraînés 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.
- Selon la revendication 1, la présente invention concerne une cathode à chauffage direct comportant un support découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive composée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares.
- Selon la revendication 2, la présente invention concerne une cathode à chauffage direct comportant un support découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive et d'une couche superficielle, la couche émissive étant composée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares et la couche superficielle étant constituée d'hémicarbure de tungstène.
- Selon la revendication 7, la présente invention concerne une cathode à chauffage direct comportant un support découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive composée d'un mélange de tungstène, d'oxyde de terres rares et de carbure de tungstène.
- 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 200 ¡.Lm, 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 100 ¡.Lm.
- Le tungstène de la couche émissive peut être transformé dans sa partie superficielle 3, sur une épaisseur de 10 à 20 ktm, 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 1 800 °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 3 000 bars ;
- c) frittage à une température de 2 000 °C environ ;
- d) dépôt dudit mélange par pulvérisation cathodique sur un support en graphite pyrolytique ;
- e) chauffage à une température d'environ 1 800 °C sous pression réduite d'hydrocarbure.
Claims (10)
1. Cathode à chauffage direct comportant un support (1) découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive (2) composée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares.
2. Cathode à chauffage direct comportant un support (1) découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive (2) et d'une couche superficielle (3), la couche émissive (2) étant composée d'un mélange de tungstène et d'oxyde de terres rares et la couche superficielle (3) étant constituée d'hémicarbure de tungstène.
3. Cathode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'oxyde de terres rares constituant la couche émissive (2) est de l'oxyde de lanthane.
4. Cathode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les proportions d'oxyde de terres rares constituant la couche émissive (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 émissive (2) est comprise entre 50 ¡.Lm et 100 µm.
6. Procédé de fabrication d'une cathode selon l'une des revendications 2 ou, 3 à 5 rattachées à la revendication 2, 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 3 000 bars ; c) frittage à une température 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 1 800 °C sous pression réduite d'hydrocarbure.
7. Cathode à chauffage direct comportant un support (1) découpé en graphite pyrolytique chauffé par effet Joule et un revêtement émissif, caractérisée en ce que ce revêtement est constitué d'une couche émissive (2) composée d'un mélange de tungstène, d'oxyde de terres rares et de carbure de tungstène.
8. Cathode selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'oxyde de terres rares est de l'oxyde de lanthane.
9. Cathode selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que les proportions de la couche émissive (2) sont de 10% à 50% de carbure de tungstène, de 0,5 à 10 % d'oxyde de terres rares, la balance étant faite par le tungstène.
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