FR2672425A1 - Dispenser cathode for an electron tube - Google Patents

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Abstract

Dispenser cathode for an electron tube, comprising an electron emission material (2a), a porous base material (1a) comprising tungsten, a container (4a) for accommodating the porous base material and a sleeve (5a) housing a heating element (6a). The porous base material (1a) contains TiO2 or ZrO2. The dispenser cathode satisfies the high luminance and high definition requirements necessary for a large screen, and the manufacturing time of the cathode is decreased.

Description

Cathode de réserve pour tube électronique
La présente invention concerne une cathode de réserve pour tube électronique tel qu'un tube cathodique, et en particulier une cathode de réserve améliorée qui a une densité de courant élevée et une grande durée de vie du fait d'un fonctionnement à basse température.
Reserve cathode for electron tube
The present invention relates to a reserve cathode for an electronic tube such as a cathode ray tube, and in particular to an improved reserve cathode which has a high current density and a long service life due to operation at low temperature.

Récemment, la taille des tubes électroniques tels que les tubes de projection et des télévisions de projection et à haute définition tend à augmenter, et cela nécessite de nouveaux types de cathodes adaptés à de tels tubes électroniques. Les cathodes satisfaisant cette demande doivent inclure une cathode de réserve ayant une densité de courant plus élevée que celle des cathodes à oxyde et ayant une durée de vie plus importante, ce qui fait l'objet d'un effort de recherche et développement soutenu. Ces cathodes de réserve sont divisées en un type imprégné et un type réservoir à cavité. Toutefois, ces cathodes de réserve ont une température de fonctionnement comprise entre 9000 et 11000C ce qui est supérieur de 200 environ à celles des cathodes à oxyde conventionnelles.Une température de fonctionnement aussi élevée impose à la cathode de recourir à un élément chauffant ayant un pouvoir calorifique important, de sorte que la cathode elle-même et les parties environnantes doivent être fabriquées en un matériau résistant à la chaleur. En outre, une température de fonctionnement plus élevée augmente la quantité de Ba ou de BaO évaporée de la cathode. Ainsi le
Ba évaporé se fixe sur les parties environnantes en particulier à une grille de commande disposée au voisinage de la cathode, de sorte que une émission secondaire dite émission de grille endommageant la cathode est engendrée.Une cathode remédiant à ce défaut causé par une température de fonctionnement plus élevée comporte une cathode de réserve "de type M" divulguée dans le brevet U.S. 3.373.307 ou une cathode imprégnée "de type Sc" dix liguée dans le brevet U.S. n" 4.737.639.
Recently, the size of electronic tubes such as projection tubes and projection and high definition televisions is increasing, and this requires new types of cathodes suitable for such electronic tubes. Cathodes satisfying this demand must include a reserve cathode having a higher current density than that of oxide cathodes and having a longer service life, which is the subject of a sustained research and development effort. These reserve cathodes are divided into an impregnated type and a cavity reservoir type. However, these reserve cathodes have an operating temperature between 9000 and 11000C which is about 200 higher than those of conventional oxide cathodes. Such a high operating temperature requires the cathode to use a heating element having a power high calorific, so that the cathode itself and the surrounding parts must be made of a heat-resistant material. In addition, a higher operating temperature increases the amount of Ba or BaO evaporated from the cathode. So the
Ba evaporated attaches to the surrounding parts in particular to a control grid arranged in the vicinity of the cathode, so that a secondary emission called grid emission damaging the cathode is generated. A cathode remedying this defect caused by an operating temperature higher comprises a "type M" reserve cathode disclosed in US Patent 3,373,307 or a "Sc-type" impregnated cathode ten ligated in US Patent No. 4,737,639.

Une cathode de réserve "de type M" comporte un corps de base en tungstène poreux revêtu avec un élément du groupe du platine tel que
Os, Ir, Re, Ru ayant une fonction énergétique plus élevée que celle du tungstène. La concentration de Ba à la surface de la cathode est augmentée à cause du matériau déposé à la surface du corps de base en tungstène en réduisant ainsi une fonction énergétique.
A "type M" reserve cathode has a porous tungsten base body coated with a platinum group element such as
Os, Ir, Re, Ru having a higher energy function than that of tungsten. The concentration of Ba on the surface of the cathode is increased due to the material deposited on the surface of the tungsten base body, thereby reducing an energy function.

Dans une cathode de réserve "de type Sc" une couche contenant du
Sc est déposée à la surface d'un corps de base poreux de manière à réduire la température de fonctionnement. Cependant, ces cathodes de réserve ont une température de fonctionnement supérieure d'environ 100 à 200"C à celle d'une cathode à oxyde conventionnelle. Il en résulte des problèmes de sélection du matériau comme décrit ci-dessus dûs à la courte durée de vie suite à l'évaporation du matériau d'émission thermoélectronique et à une durée importante nécessaire pour le vieillissement.
In a "Sc type" reserve cathode a layer containing
Sc is deposited on the surface of a porous base body so as to reduce the operating temperature. However, these reserve cathodes have an operating temperature approximately 100 to 200 ° C higher than that of a conventional oxide cathode. This results in problems of selection of the material as described above due to the short duration of life following the evaporation of the thermoelectronic emission material and a long time necessary for aging.

Le but de la présente invention est de créer une cathode de réserve qui peut fonctionner sous faible température de manière à augmenter la durée de vie et fournir une émission thermoélectronique continue et stable. The object of the present invention is to create a reserve cathode which can operate at low temperature so as to increase the service life and provide a continuous and stable thermoelectronic emission.

Dans ce but, la cathode de réserve selon la présente invention, comprend un matériau d'émisssion électronique, un corps de base poreux contenant du tungstène et un réservoir pour recevoir le corps de base poreux et se caractérise en ce que ledit corps de base poreux comprend du TiO2 et/ou du Zr02. De préférence une fine couche métallique d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant Os, Ir, Re et Ru est formée sur la surface supérieure du corps base poreux. For this purpose, the reserve cathode according to the present invention comprises an electronic emitting material, a porous base body containing tungsten and a reservoir for receiving the porous base body and is characterized in that said porous base body includes TiO2 and / or Zr02. Preferably a thin metallic layer of at least one element chosen from the group comprising Os, Ir, Re and Ru is formed on the upper surface of the porous base body.

La présente invention a un effet de réduction de fonction de travail du fait que du Ti02 ou du ZrO2 sont contenus dans ledit corps de base poreux, et peut ainsi être appliquée soit à une cathode de type imprégné soit à une cathode de type à réservoir. En particulier, une cathode de réserve selon la présente invention, dans laquelle une couche déposée comprenant un élément du groupe du platine précité est formée à la surface dudit corps de base poreux, a une densité de courant élevée à une température de fonctionnement légèrement supérieure à celle d'une cathode à oxyde. The present invention has a working function reduction effect due to the fact that Ti02 or ZrO2 are contained in said porous base body, and can thus be applied either to an impregnated type cathode or to a reservoir type cathode. In particular, a reserve cathode according to the present invention, in which a deposited layer comprising an element of the aforementioned platinum group is formed on the surface of said porous base body, has a high current density at an operating temperature slightly higher than that of an oxide cathode.

Le but et les avantages précités de la présente invention apparaitront mieux à la description des modes de réalisation préférés de la présente invention en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation de la cathode de réserve selon la présente invention.
The above object and advantages of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 shows a sectional view of an embodiment of the reserve cathode according to the present invention.

La figure 2 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la cathode de réserve selon la présente invention. 2 shows a sectional view of another embodiment of the reserve cathode according to the present invention.

La figure 1, illustre une cathode de réserve de type imprégné selon l'invention qui comporte un réservoir 4a, un corps de base poreux la imprégné d'un matériau 2a d'émission électronique et à la surface duquel une mince couche 3a pelliculaire métallique est formée, et un manchon Sa pour supporter et fixer ledit réservoir 4a et contenir l'élément chauffant 6a. La mince couche métallique pelliculaire 3a est faite en au moins un élément choisi dans le groupe du platine comprenant Os, Ir, Re et Ru. Une des caractéristiques de la présente invention consiste dans le fait que le corps de base poreux la est principalement composé de tungstène choisi comme métal résistant à la chaleur et contient en outre une quantité adéquate de TiO2. FIG. 1 illustrates a reserve cathode of the impregnated type according to the invention which comprises a reservoir 4a, a porous base body impregnated with a material 2a of electronic emission and on the surface of which a thin metallic film layer 3a is formed, and a sleeve Sa for supporting and fixing said reservoir 4a and containing the heating element 6a. The thin metallic film layer 3a is made of at least one element chosen from the platinum group comprising Os, Ir, Re and Ru. One of the characteristics of the present invention consists in the fact that the porous base body 1a is mainly composed of tungsten chosen as a heat-resistant metal and also contains an adequate quantity of TiO2.

Une cathode de réserve selon la présente invention peut être fabriquée par le procédé suivant. A reserve cathode according to the present invention can be manufactured by the following method.

De la poudre de tungstène pur ayant un diamètre de particules compris entre 3 et 8 pm et une quantité de Ti02 équivalente à une quantité comprise entre 10 et 50% en poids de la poudre de tungstène pur sont mélangées sufisamment pour préparer la poudre mélangée. La poudre mélangée est ensuite moulée sous pression en un barreau d'une certaine longueur par un procédé connu. Ensuite le barreau moulé sous pression est fritté à une température comprise entre 1500 et 20000 C sous vide ou sous une atmosphère d'hydrogène pour préparer une matière moulée sous pression solidifiée ayant une porosité comprise entre 15 et 40%. La différence entre les points de fusion du tungstène et du TiO2 est importante et leur température de frittage est élevée. C'est pourquoi on ajoute une trace de nickel comme agent d'assistance au frittage lorsqu'on les fritte. Le matériau fritté, moulé sous pression à cette étape est coupé à la dimension désirée pour préparer un corps de base poreux. On imprègne le corps de base poreux d'un matériau de cathode par un procédé ordinaire, et un métal choisi dans les éléments du groupe du platine est déposé à la surface du corps de base poreux pour former une couche de revêtement.  Pure tungsten powder having a particle diameter between 3 and 8 µm and an amount of TiO2 equivalent to an amount between 10 and 50% by weight of the pure tungsten powder are mixed sufficiently to prepare the mixed powder. The mixed powder is then molded under pressure into a rod of a certain length by a known method. Then the pressure molded bar is sintered at a temperature between 1500 and 20000 C under vacuum or under a hydrogen atmosphere to prepare a solidified pressure molded material having a porosity between 15 and 40%. The difference between the melting points of tungsten and TiO2 is significant and their sintering temperature is high. This is why a trace of nickel is added as a sintering aid when sintered. The sintered material, molded under pressure at this stage is cut to the desired dimension to prepare a porous base body. The porous base body is impregnated with a cathode material by an ordinary method, and a metal selected from the elements of the platinum group is deposited on the surface of the porous base body to form a coating layer.

Dans la cathode de réserve de la présente invention lorsque le Ba libre (ou le BaO), obtenu par la réaction de réduction du matériau d'émission électronique avec le tungstène, diffuse dans la surface de la couche de revêtement composée d'un élément du groupe du platine, des molécules (telles que BaTiO3) ayant une structure stable sont formées à partir de BaO et du TiO2 contenu dans le corps de base poreux. In the reserve cathode of the present invention when the free Ba (or BaO), obtained by the reduction reaction of the electronic emission material with tungsten, diffuses into the surface of the coating layer composed of an element of the group of platinum, molecules (such as BaTiO3) having a stable structure are formed from BaO and TiO2 contained in the porous base body.

C'est pourquoi la force de liaison du Ba ou du BaO diffusés dans la surface de la couche de revêtement par lesdites molécules augmente, et c'est pourquoi leur concentration augmente nettement en comparaison de celle d'une cathode conventionnelle. C'est pourquoi des électrons thermiques sont émis même sous faible température.This is why the bonding strength of Ba or BaO diffused in the surface of the coating layer by said molecules increases, and this is why their concentration clearly increases compared to that of a conventional cathode. This is why thermal electrons are emitted even at low temperatures.

La cathode de type imprégné selon la présente invention a été vieillie pendant environ une heure et la densité de courant mesurée à une température de fonctionnement comprise entre 750 et 8000C soit SA/cm2 est supérieure à la valeur exigée. The cathode of the impregnated type according to the present invention has been aged for approximately one hour and the current density measured at an operating temperature of between 750 and 8000C, ie SA / cm2, is greater than the required value.

On voit sur la figure 2 un deuxième exemple de cathode de réserve, de type à cavité, selon la présente invention. FIG. 2 shows a second example of a reserve cathode, of the cavity type, according to the present invention.

Cette cathode comporte un réservoir 4b, un manchon 5b pour supporter et fixer ledit réservoir 4b et pour entourer l'élément chauffant 6b. Un matériau moulé sous pression 7 fait en aluminate de baryum et de calcium, choisi comme matériau d'émission électronique, et de tungstène (W) est contenu dans le réservoir 4b. Un corps de base poreux lb constitué de TiO2 et de tungstène est placé sur le matériau moulé sous pression 7. Le procédé pour préparer un corps de base poreux est le même que celui du premier exemple à l'exception du fait que le matériau de cathode n'est pas mis en place par imprégnation dans le corps de base poreux. La surface du corps de base poreux lb est couverte d'une couche de revêtement 3b composée d'un élément du groupe du platine. This cathode comprises a reservoir 4b, a sleeve 5b for supporting and fixing said reservoir 4b and for surrounding the heating element 6b. A die-cast material 7 made of barium and calcium aluminate, chosen as the electronic emission material, and of tungsten (W) is contained in the tank 4b. A porous base body 1b made of TiO2 and tungsten is placed on the die-cast material 7. The process for preparing a porous base body is the same as that of the first example except that the cathode material is not placed by impregnation in the porous base body. The surface of the porous base body 1b is covered with a coating layer 3b composed of an element of the platinum group.

La cathode de réserve à cavité selon la présente invention produit le même effet que celle du premier exemple. The cavity reserve cathode according to the present invention produces the same effect as that of the first example.

Ainsi, quand du Ba libre (ou du BaO) est produit par ledit matériau de cathode chauffé par l'élément chauffant et diffuse vers la surface de la couche déposée 3b, la concentration en Ba (ou en BaO) à la surface de la couche de revêtement augmente et la fonction énergétique est abaissée selon le même principe opératoire que dans l'exemple 1 et, en conséquence, on obtient la même capacité d'émission électronique que dans l'exemple 1. Thus, when free Ba (or BaO) is produced by said cathode material heated by the heating element and diffuses towards the surface of the deposited layer 3b, the concentration of Ba (or BaO) on the surface of the layer coating increases and the energy function is lowered according to the same operating principle as in Example 1 and, consequently, the same electronic emission capacity is obtained as in Example 1.

Selon les expériences, la cathode de l'exemple 2 est activée dans un temps très court en comparaison des cathodes de réserve conventionnelles. La cathode de réserve à cavité obtenue dans 1 t exemple 2 et la cathode de réserve imprégnée obtenue dans l'exemple 1 sont similaires l'une à l'autre en ce qui concerne la température de fonctionnement ou la densité de courant. Cependant, du fait de leur différence de structure, le temps d'activation de l'exemple 1 est supérieur d'environ 1 heure à 1 heure et demie à celui de l'exemple 2. According to the experiments, the cathode of Example 2 is activated in a very short time compared to conventional reserve cathodes. The cavity reserve cathode obtained in Example 1 and the impregnated reserve cathode obtained in Example 1 are similar to each other with regard to the operating temperature or the current density. However, due to their difference in structure, the activation time of Example 1 is approximately 1 hour to 1.5 hours longer than that of Example 2.

La cathode de réserve selon la présente invention est préparée en utilisant du tungstène et du TiO2 comme composants principaux du corps de base poreux. On peut remplacer le Ti02 par du ZrO2 selon le même pourcentage en poids en obtenant des performances similaires. The reserve cathode according to the present invention is prepared using tungsten and TiO2 as main components of the porous base body. Ti02 can be replaced by ZrO2 according to the same percentage by weight while obtaining similar performances.

Ainsi, à la différence des cathodes de réserve conventionnelle ayant une densité de courant d'environ 4A/cm à une température comprise entre 950 et 12O00C, la cathode de réserve selon la présente
2 invention a une densité de courant élevée de 5 A/cm à une température de fonctionnement entre 750 et 8O00C, qui est un peu plus élevée que celle d'une cathode à oxyde conventionnelle. Dans la cathode de réserve de la présente invention la déformation thermique des composants de la cathode est notablement réduite à cause de la température de fonctionnement basse et la durée de vie augmente en raison de la diminution du pouvoir calorifique de l'élément chauffant.
Thus, unlike conventional reserve cathodes having a current density of approximately 4A / cm at a temperature between 950 and 120 ° C., the reserve cathode according to the present
2 invention has a high current density of 5 A / cm at an operating temperature between 750 and 8000C, which is slightly higher than that of a conventional oxide cathode. In the reserve cathode of the present invention the thermal deformation of the cathode components is significantly reduced due to the low operating temperature and the service life increases due to the decrease in the calorific value of the heating element.

Comme décrit ci-dessus, la cathode de réserve selon la présente invention possède un corps de base poreux ayant un point de fusion élevé et dans lequel le tungstène et l'oxyde de titane (TiO2) sont les composants principaux, et peut remplir les conditions de luminance et de définition élevée exigées par des écrans de grande taille. De plus le temps de fabrication de la cathode est réduit de par la réduction du temps d'activation, ce qui entraîne une amélioration de la productivité.  As described above, the reserve cathode according to the present invention has a porous base body having a high melting point and in which tungsten and titanium oxide (TiO2) are the main components, and can fulfill the conditions high luminance and definition required by large screens. In addition, the manufacturing time of the cathode is reduced by reducing the activation time, which leads to an improvement in productivity.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Cathode de réserve comportant un matériau d'émission électronique, un corps de base poreux contenant du tungstène, un réservoir recevant le corps de base poreux et un manchon pour supporter le réservoir et pour loger l'élément chauffant, caractérisée en ce que ledit corps de base poreux (la, lb) contient au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant Ti02 et ZrO2. 1. Reserve cathode comprising an electronic emission material, a porous base body containing tungsten, a reservoir receiving the porous base body and a sleeve for supporting the reservoir and for housing the heating element, characterized in that said porous base body (la, lb) contains at least one material chosen from the group comprising Ti02 and ZrO2. 2. Cathode de réserve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface dudit corps de base poreux est couverte d'une mince couche pelliculaire métallique (3a, 3b) composée d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant Os, Ir, Re et Ru. 2. Reserve cathode according to claim 1, characterized in that the surface of said porous base body is covered with a thin metallic film layer (3a, 3b) composed of at least one element chosen from the group comprising Os, Ir , Re and Ru. 3. Cathode de réserve selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la quantité de TiO2 ou Zr02 est d'environ 10 à 50% en poids par rapport au poids de tungstène.  3. Reserve cathode according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the amount of TiO2 or ZrO2 is approximately 10 to 50% by weight relative to the weight of tungsten.
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