<Desc/Clms Page number 1>
STRUCTURES DE CATHODE ET LEURS PROCEDES DE FABRICATION.
La présente invention est relative à des structures de cathodes destinées à être introduites dans des dispositifs à décharge électronique et du type à revêtement à haute émissivité électronique, ainsi qu'à leurs procédés de fabrication.
On a constaté que, lorsque le baryum et le strontium sont associés dans le revêtement des cathodes à oxyde, l'émission est meilleure que lorsque l'un ou l'autre de ces métaux est em- ployé seul. Toutefois, étant donné que le baryum se vaporise très facilement et se précipite sur la grille, ce qui donne lieu à une émission à partir de cette électrode, l'avantage d'émissi- vité élevée résultant de l'association du baryum et du strontium est quelque peu compensé par l'inconvénient de l'émission de grille résultante.
L'invention a notamment pour objet la constitution d'une cathode à revêtement perfectionnée.
Un autre objet de l'invention est la constitution
<Desc/Clms Page number 2>
d'une telle cathode comportant l'usage de l'association du baryum et du strontium pour produire une importante émissivité, et évi- tant, en même temps toute vaporisation appréciable du baryum vers la grille.
Conformément à l'une des caractéristiques de l'inven- tion, on dispose autour de l'âme de la cathode un corps ou une couche composite de baryum, sous sa forme élémentaire, en associa- tion intime avec un métal protecteur, lequel protège le baryum de l'oxydation et assure une fourniture continue de baryum libre. Au- tour dudit corps composite, il est prévu un revêtement de strontium, sous forme de carbonates de strontium, qui sont ensuite décomposés, de la manière connue dans la technique, pour produire les oxydes et qui sont ensuite activés. Le baryum élémentaire se diffuse jusqu'à l'extérieur de la cathode, ce qui produit une association entre le baryum et le strontium qui donne une haute émissivité.
En même temps, le baryum étant à l'intérieur du revêtement et son taux de diffusion étant commandé par le métal protecteur, il se vaporise moins facilement vers la grille.
D'autres objets de l'invention et l'invention elle-même apparaîtront à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui représentent schématiquement, à titre d' exemples non limitatifs, deux modes de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 sont des coupes longitudinales de fragments de cathode comportant certaines caractéristiques de l'in- vention. Des corps composites du type ci-dessus indiqué sont dé- crits à la demande de brevet déposée par la Société demanderesse le 24 mars 1947 pour cathodes pour tubes à décharge et les procédés de leur fabrication sont décrits à la demande de brevet déposée par ladite Société le 6 mai 1947 pour Procédés de production de cathodes à haute émissivité.
L'invention objet de la présente demande peut être con- sidérée comme un perfectionnement des inventions décrites dans ces deux demandes antérieures.
<Desc/Clms Page number 3>
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, le corps composite est disposé autour d'un support métallique ou d'une âme 1, sous forme d'une couche 2, ladite couche 2 consistant en un alliage ou un mélange de baryum, à son état élémentaire et du métal protecteur, également à son état élémentaire. Le métal protecteur et l'âme peuvent être un même métal, tel, par exemple, que le nickel, le platine, etc... Autour de la couche 2, est dis- posée une couche 3 de carbonates de strontium et, si on le désire, ces derniers peuvent être mélangés à d'autres carbonates de matiè- re émissive autre que le baryum, par exemple de carbonate de cal- cium.
Le baryum et le métal protecteur, au lieu d'être sous forme d'un alliage, ou d'un mélange, peuvent être disposés sous forme de couches, comme représenté, par exemple, à la figure 2 sur laquelle l'âme 1 est entourée d'une couche 4 de baryum à son état élémentaire, laquelle est à son tour entourée par une couche 5 du métal protecteur, également à son état élémentaire. La couche 5 elle-même est entourée par une couche 3, de carbonate de strontium.
La couche 5 de métal protecteur est, de préférence, mince car c' est la minceur du métal qui détermine le taux auquel le baryum se diffuse vers la couche de carbonate extérieure. Bien entendu, au lieu d'une seule couche de baryum et d'une seule couche du métal protecteur, on peut employer une succession de telles couches, l'extérieur desdites couches étant de préférence en métal protec- teur et leur ensemble étant entouré par une couche de carbonate de strontium.
Dans la fabrication de la cathode représentée aux figu- res 1 et 2, on procède en deux étapes séparées dont l'une consiste dans la fabrication, ou l'application ou dans la fabrication et l'application du corps composite, la seconde étape consistant en la fabrication de la couche de carbonate de strontium.
Le corps composite peut être obtenu par divers procédés, consistant géné- ralement à réduire à l'état fluide le baryum et le métal proteo-
<Desc/Clms Page number 4>
teur, à leur état élémentaire, de préférence dans un atmosphère, ou dans un milieu non oxydants et, ensuite, à associer, ou à dis- poser le métal, en relation aveo le baryum, de façon telle que, lors du refroidissement, le métal entoure le baryum et le protège de l'oxydation. Par l'expression atmosphère ou milieu non oxy- dants, on entend une atmosphère ou un milieu ne contenant pas d'oxygène, ou dans lesquels l'oxygène est sous forme d'une combi- naison telle qu'il ne réagisse pas avec le métal protecteur, ni avec le baryum.
La réduction à l'état fluide peut se faire, soit en employant la chaleur, soit en dissolvant les sels du baryum et ceux du métal protecteur dans un bain électrolytique.
Selon le procédé électrolytique, l'âme peut être dis- posée dans un bain contenant en dissolution les sels du baryum et du métal protecteur : on réduit ainsi à l'état fluide le métal pro- tecteur et le baryum à leur état de pureté élémentaire. Les sels peuvent être sous forme de chlorures, par exemple sous forme de chlorure de nickel, ou de perchlorate de nickel, ou sous forme d'iodures, par exemple d'iodure de baryum. Dans le dernier cas, le bain peut consister principalement en un alcool. Une tension est appliquée à l'âme dans le bain, causant ainsi le placage, ou le dépôt du métal protecteur et de la matière émissive en relation intime sur celui-ci par exemple sous forme d'un alliage.
Bien qu'on ne doive pas s'attendre à ce que le baryum se dépose en même temps que le métal protecteur, c'est ce qui se produit en pra- tique, grâce à un phénomène non entièrement compris, mais qu'on pense dépendre d'un effet mécanique des ions du métal protecteur sur les ions du baryum.
L'électrolyse peut également être utilisée pour former la structure de cathode représentée par la figure 2, dans laquelle le baryum et le métal protecteur sont sous forme de couches sépa- rées. On utilise l'a méthode ci-dessus décrite, si ce n'est que le sel de baryum et le sel du métal protecteur sont réduits à l'état fluide dans le bain séparément et que l'âme est plaquée
<Desc/Clms Page number 5>
séparément au moyen du baryum et du métal protecteur, le revête- ment extérieur étant en métal protecteur.
Le baryum, à son état élémentaire, et le métal protec- teur élémentaire peuvent également être réduits à l'état fluide par chauffage, de manière à les fondre ou à les vaporiser. Ces opérations, s'exécutent dans une atmosphère non oxydante, telle par exemple que le vide, ou une atmosphère d'un gaz ne réagissant pas avec le baryum ou avec ledit métal protecteur. Conformément à ce procédé, on obtient le type de structure de cathode représen- té à la figure 1 en vaporisant simultanément le baryum et le métal protecteur, tous deux à leur état élémentaire, dans le vide, et en en faisant précipiter les vapeurs sur l'âme métallique 1. Le ba- ryum et le métal protecteur peuvent être sous forme de filaments, que l'on chauffe au moyen de courant électrique.
Ces filaments peuvent être vaporisés par décharge instantanée, c'est à dire de façon complète et instantanée et la matière vaporisée se précipite ensuite sur l'âme métallique 1, ou bien, selon une variante, les filaments peuvent être de nature relativement permanente et les courants utilisés à les chauffer peuvent n'être que suffisants pour que de petites particules desdits filaments s'en échappent, ou se .vaporisent de façon continue, les filaments eux-mêmes restant re- lativement intacts et continuant à agir comme source de baryum et de métal protecteur à vaporiser. Pour attirer les particules va- porisées sur l'âme métallique 1, on peut appliquer à ladite âme une source de tension électrique.
Conformément au procédé décrit au paragraphe civdessus, on peut faire subir aux filaments de baryum et de métal protecteur une décharge, instantanée ou lente, simultanée, pour produire un alliage, ou un mélange sur l'âme métallique. Le type de corps composite à couches tel que représenté à la figure 2, peut être obtenu par des procédés analogues, suivant lesquels on soumet al- ternativement le baryum et le métal protecteur à la décharge in- stantanée ou lente, de manière à obtenir le dépôt alterné, ou sue-
<Desc/Clms Page number 6>
cessif de couches de baryum et de métal protecteur.
Après que le corps composite a été obtenu, le carbona- te de strontium ou, si on le désire, le mélange des carbonates de strontium et de calcium, peut être déposé à l'extérieur dudit corps composite, au moyen des procédés usuels dans la technique, tels que la pulvérisation au pistolet, le trempage, etc... Les carbonates sont décomposés à la manière usuelle, de façon à for- mer des oxydes et, ensuite, ils sont activés, de manière à ce qu'une partie du strontium, sous sa forme élémentaire, soit obte- nue par suite de la réduction des oxydes. Le baryum se diffuse vers l'extérieur, à partir du corps composite et se mélange avec le strontium pur, donnant ainsi la caractéristique de haute émis- sivité particulière à cette association.
En même temps, la quan- tité de baryum présenté dans le revêtement extérieur est insuffi- sante pour causer une vaporisation excessive dudit baryum et son dépôt sur la grille ou sur les autres électrodes voisines de la cathode.
Bien que l'invention ait été ci-dessus décrite en re- lation avec des appareils particuliers et des variantes particu- libres de ceux-ci, il doit être bien compris que cette descrip- tion n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne saurait limiter la portée de l'invention.
<Desc / Clms Page number 1>
CATHODE STRUCTURES AND THEIR MANUFACTURING METHODS.
The present invention relates to cathode structures intended to be introduced into electronic discharge devices and of the high electron emissivity coating type, as well as to their manufacturing processes.
It has been found that when barium and strontium are combined in the coating of oxide cathodes, the emission is better than when either of these metals is used alone. However, since barium vaporizes very easily and precipitates off the grid, resulting in emission from this electrode, the high emissivity advantage resulting from the combination of barium and strontium is somewhat offset by the disadvantage of the resulting gate emission.
A particular object of the invention is the constitution of an improved coating cathode.
Another object of the invention is the constitution
<Desc / Clms Page number 2>
of such a cathode comprising the use of the combination of barium and strontium to produce a high emissivity, and at the same time avoiding any appreciable vaporization of the barium towards the grid.
According to one of the characteristics of the invention, there is placed around the core of the cathode a body or a composite layer of barium, in its elemental form, in intimate association with a protective metal, which protects. barium from oxidation and ensures a continuous supply of free barium. Around said composite body there is provided a coating of strontium, in the form of strontium carbonates, which are then broken down, as known in the art, to produce the oxides and which are then activated. Elemental barium diffuses to the outside of the cathode, which produces an association between barium and strontium which gives a high emissivity.
At the same time, the barium being inside the coating and its diffusion rate being controlled by the protective metal, it vaporizes less easily towards the grid.
Other subjects of the invention and the invention itself will become apparent on reading the following description and on examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of non-limiting examples, two embodiments of the invention. invention.
Figures 1 and 2 are longitudinal sections of cathode fragments embodying certain features of the invention. Composite bodies of the type indicated above are described in the patent application filed by the Applicant Company on March 24, 1947 for cathodes for discharge tubes and the processes for their manufacture are described in the patent application filed by said Company. May 6, 1947 for Processes for the production of high emissivity cathodes.
The invention which is the subject of the present application can be considered as an improvement of the inventions described in these two previous applications.
<Desc / Clms Page number 3>
According to the embodiment shown in FIG. 1, the composite body is arranged around a metal support or a core 1, in the form of a layer 2, said layer 2 consisting of an alloy or a mixture of barium, in its elemental state and protective metal, also in its elemental state. The protective metal and the core can be the same metal, such as, for example, nickel, platinum, etc. Around layer 2, there is a layer 3 of strontium carbonates and, if one If desired, these can be mixed with other carbonates of an emissive material other than barium, for example calcium carbonate.
The barium and the protective metal, instead of being in the form of an alloy, or of a mixture, can be arranged in the form of layers, as shown, for example, in Figure 2 on which the core 1 is surrounded by a layer 4 of barium in its elemental state, which in turn is surrounded by a layer 5 of the protective metal, also in its elemental state. Layer 5 itself is surrounded by a layer 3 of strontium carbonate.
The protective metal layer 5 is preferably thin because it is the thinness of the metal which determines the rate at which the barium diffuses to the outer carbonate layer. Of course, instead of a single layer of barium and a single layer of the protective metal, it is possible to use a succession of such layers, the exterior of said layers preferably being of protective metal and their whole being surrounded by a layer of strontium carbonate.
In the manufacture of the cathode shown in Figures 1 and 2, two separate steps are taken, one of which consists in the manufacture, or application or in the manufacture and application of the composite body, the second step consisting of in the manufacture of the strontium carbonate layer.
The composite body can be obtained by a variety of methods, generally consisting of reducing the barium and the protein metal to a fluid state.
<Desc / Clms Page number 4>
tor, in their elementary state, preferably in an atmosphere, or in a non-oxidizing medium and, then, to associate, or to dispose of the metal, in relation with the barium, in such a way that, upon cooling, the metal surrounds the barium and protects it from oxidation. By the expression non-oxidizing atmosphere or medium is meant an atmosphere or medium not containing oxygen, or in which the oxygen is in the form of a combination such that it does not react with the oxygen. protective metal, nor with barium.
The reduction to the fluid state can be carried out either by using heat or by dissolving the salts of the barium and those of the protective metal in an electrolytic bath.
According to the electrolytic process, the core can be placed in a bath containing the salts of the barium and of the protective metal in solution: the protective metal and the barium are thus reduced to the fluid state and the barium to their state of elemental purity. . The salts can be in the form of chlorides, for example in the form of nickel chloride, or of nickel perchlorate, or in the form of iodides, for example barium iodide. In the latter case, the bath may consist mainly of alcohol. A voltage is applied to the core in the bath, thereby causing plating, or deposition of the protective metal and the emissive material intimately related thereto, for example in the form of an alloy.
Although the barium should not be expected to be deposited along with the protective metal, this is what happens in practice, thanks to a phenomenon not fully understood, but it is believed depend on a mechanical effect of the ions of the protective metal on the ions of the barium.
Electrolysis can also be used to form the cathode structure shown in Figure 2, in which the barium and the protective metal are in the form of separate layers. The method described above is used, except that the barium salt and the salt of the protective metal are reduced to a fluid state in the bath separately and the core is plated.
<Desc / Clms Page number 5>
separately by means of barium and the protective metal, the outer coating being of protective metal.
The barium, in its elemental state, and the elementary protective metal can also be reduced to the fluid state by heating, so as to melt or vaporize them. These operations are carried out in a non-oxidizing atmosphere, such as for example a vacuum, or an atmosphere of a gas which does not react with barium or with said protective metal. In accordance with this process, the type of cathode structure shown in Fig. 1 is obtained by simultaneously vaporizing the barium and the protective metal, both in their elemental state, in a vacuum, and precipitating the vapors therefrom on the water. Metal core 1. The baryum and the protective metal may be in the form of filaments, which are heated by means of electric current.
These filaments can be vaporized by instantaneous discharge, that is to say completely and instantaneously and the vaporized material then precipitates on the metal core 1, or else, according to a variant, the filaments can be relatively permanent in nature and the currents used to heat them may be only sufficient for small particles of said filaments to escape from them, or to evaporate continuously, the filaments themselves remaining relatively intact and continuing to act as a source of barium and protective metal spray. In order to attract the vaporized particles on the metal core 1, an electrical voltage source can be applied to said core.
In accordance with the process described in the above paragraph, the barium and protective metal filaments can be subjected to a discharge, instantaneous or slow, simultaneous, to produce an alloy, or a mixture on the metal core. The type of layered composite body as shown in Fig. 2 can be obtained by analogous processes, whereby the barium and the protective metal are alternately subjected to instantaneous or slow discharge, so as to obtain the alternate deposit, or sue-
<Desc / Clms Page number 6>
cessive layers of barium and protective metal.
After the composite body has been obtained, the strontium carbonate or, if desired, the mixture of strontium and calcium carbonates, can be deposited outside said composite body, by means of the usual methods in the field. technique, such as spraying with a gun, dipping, etc. The carbonates are decomposed in the usual way, so as to form oxides and, then, they are activated, so that part of the strontium, in its elemental form, is obtained as a result of the reduction of oxides. The barium diffuses outwards from the composite body and mixes with the pure strontium, thus giving the characteristic of high emissivity peculiar to this combination.
At the same time, the quantity of barium presented in the outer coating is insufficient to cause excessive vaporization of said barium and its deposition on the grid or on the other electrodes adjacent to the cathode.
Although the invention has been described above in connection with particular apparatus and particular variations thereof, it should be understood that this description has been made only by way of reference. example and cannot limit the scope of the invention.