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La présente invention concerne les tubes électroniques à haute tension ayant des enveloppes en verre et, plus spécialement, un procédé de traitement du verre de ces enveloppes permettant à celles-ci de résister aux bombardements électroniques à grande vitesse, sans dommage appréciable.
Dans un type de tubes électroniques redresseurs utilisé dans les récepteurs de télévision et spécialement dans les parties à haute tension de ces récepteurs, l'ensemble des électrodes consiste en une cathode et une anode montées dans une enveloppe de verre.. La cathode est recouverte d'une matière émettant des électrons. Pendant le traitement ou le fonction- nement du tube, une partie de la matière à émissivité électronique émigre de la cathode vers l'anode et contamine celle-ci. Le tube en fonctionne- ment dans un récepteur de télévision reçoit sur son anode une tension alter- native relativement élevée. Cette tension se caractérise par des alternan- ces successivement positives et négatives par rapport à la terre. La ca- thode travaille à un potentiel qui est voisin ou égal à celui de la terre.
L'anode est donc succesivement positive et négative par rapport à la ca- thode. Pendant les alternances négatives de la tension anodique le revête- ment contaminateur précité rend l'anode émettrice d'électrons. Certains des électrons ainsi émis sont attirés par la cathode. D'autres électrons cependant sont attirés par l'enveloppe de verre du tube qui est aussi au potentiel de terre. La haute tension précitée fait que les électrons cités en dernier lieu bombardent l'enveloppe de verre à une vitesse appréciable.
Un tel bombardement de l'enveloppe de verre à plusieurs consé quences nuisibles. Il produit une action électrolytique dans le verre.
Celle-ci libère un ou plusiers gaz contenus dans le verre, qui s'ionisent et font que la cathode "brûle". Quand de tels gaz comprennent de l'oxygène, ils provoquent l'empoisonnement de la cathode. L'action électrolytique mentionnée provoque aussi une perte de verre et déforce l'enveloppe de verre. Dans certains cas, ce déforcement est suffisant pour que le verre casse pendant des manipulations normales.
Il a déjà été proposé de recouvrir la paroi intérieure de l'en veloppe de verre d'un tube électronique à haute tension d'un revêtement contenant de l'oxyde d'aluminium et un silicate alcalin, aux endroitsexposés au bombardement électronique. Ce revêtement sert à protéger l'enveloppe de verre contre un bombardement de ce genre et empêche l'accumulation de charges électriques en un point de l'enveloppe. Si cette technique est satisfaisante pour les conditions de tension existant dans les récepteurs de télévision utilisant des tubes de vision de dimensions utilisées couramment jusqu'ici, elle ne convient pas pour les tensions plus élevées utilisées dans les tubes de vision beaucoup plus grands. Certains des plus grands tubes exigent des tensions de l'ordre de 20.000 volts.
Les tubes soumis à de telles tensions subissent, aux essais, des tensions de pointe de 40.000 volts.
Un tube dont la paroi intérieure est munie du revêtement précité, ne résiste pas à ces essais, parce que le silicate nécessairement utilisé dans ces revêtements, érode le verre sous le revêtement au point de l'affaiblir mécaniquement. Cet affaiblissement cause le bris du verre durant les essais de haute tension précités.
Cela étant, l'invention a pour buts de procurer: un procédé de traitement des enveloppes de verre des tubes électroniquesà haute tension qui les préserve de tout dommage quand cestubes sont soumis à haute tension; un procédé relativement peu coûteux pour conditionner les enveloppes de verre des tubes électroniques à haute tension de fagon qu'elles résistent sans dommage aux conditions de haute tension ; une couche de compression relativement élevée sur la paroi intérieure de l'enveloppe de verre d'un tube électronique à tension relativement
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haute, augmentant la solidité de la dite enveloppe de verre;
un procédé de traitement d'une enveloppe en verre à base de plomb d'un tube électronique àhaute tension, pour augmenter la conductivité de la paroi intérieure de la dite enveloppe, de manière à empêcher l'accumulation de charges à haute tension en des points isolés de la paroi; un procédé de traitement de l'enveloppe de verre de tubes électroniques à haute tension empêchant l'électrolyse du verre sous le bombardement d'électrons à relativement grande vitesse.
L'invention exige que l'enveloppe d'un tube électronique à haute tension soit faite en verre à base de plomb. Avant son incorporation dans le tube,l'enveloppe a la forme d'un élément tubulaire. Suivmt le procédé de l'invention, cet élément en verre est chauffé dans une atmosphère réductrice, dans des conditions déterminées de température et de durée .
Les verres à base de plomb contiennent généralement le plomb sous forme d'oxyde de plomb. On croit que le traitement thermique suivant l'invention fait que l'hydrogène de l'atmosphère précitée se combine à l'oxygène de l'oxyde de plomb à la surface du verre, pour y laisser une couche superficielle d'atomes de plomb. Cette couche superficielle est semi-conductrice.
Les verres à base de plomb peuvent contenir, en plus de l'oxyde de plomb, du sodium chimiquement combiné à d'autres éléments. On croit que, pendant le traitement thermique précité, une partie des atomes de sodium à la surface du verre sont remplacés par des atomes d'hydrogène. Un atome d'hydrogène étant beaucoup plus petit qu'un atome de sodium, la surface ainsi traitée est caractérisée par une compression accrue qui rend le verre plus solide.
Le verre à base de plomb traité suivant le procédé de l'invention convient donc avantageusement pour les enveloppes des tubes électroniques à haute tension. La semi-conductivité de la surface du verre permet la dispersion des charges électriques en surface, empêchant donc l'électrolyse du verre provoquée par une forte concentration de charges sur l'enveloppe de verre. Rendue plus solide, l'enveloppe de verre peut résister à des contraintes mécaniques appréciables produites par les conditions de haute tension.. Les tubes électroniques dont les enveloppes de verre ont été traitées suivant l'invention passent avec succès des essais à 40.000 volts sans affaiblissement apparent des enveloppes.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après.
Dans le dessin
La Fig. 1 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'un tube électronique à haute tension ayant une enveloppe de verre traitée suivant l'invention, et
La Fig. 2 est une vue de profil d'un élément en verre avant son incorporation au tube de la Fig. 1.
La Fig. 1 montre un tube électronique à haute tension, qui comprend une enveloppe de verre 10 terminée , à une extrémité, par un culot 11.
L'enveloppe contient une anode tubulaire 12 et une cathode-filament 13. L'anode est fermée à son extrémité 14, qui est fixée à une amenée de courant tubulaire 15 servant de support à l'anode 12. L'amenée tubulaire est connectée au chapeau de contact extérieur 16. L'anode est ouverte à l'autre extrémité qui s'épanouit en une partie tronconique 17. La cathode filament 13 peut etre maintenue par des potences 18, 19 connectées à des fiches de contact appropriées 20.
Le tube précité est utilisé dans des circuits de récepteurs de télévision pour produire une haute tension continue. Par exemple, un tube de vision de dix pouces (25 cm) fonctionne convenablement avec une tension continue d'environ 7.000 volts. Un tube de vision de dix-sept pouces (43
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cm) exige, d'autre part, une tension continue d'environ 16.000 volts pour bien fonctionner. Des tubes de vision encore plus grands, comme le vingt- sept pouces (68 cm), exigent des tensions très élevées.
La cathode 13 fonctionne à ou près du potentiel de terre. L'a- node 12 reçoit de la tension alternative. Quand le tube est soumis aux es- sais en usine,le potentiel appliqué à l'anode se caractérise par des al- ternances positives et négatives atteignant 40.000 volts par rapport à la terre.
Pendant la fabrication du tube, la cathode perd inévitablement une partie de sa matière émissive. Cette matière se dépose sur des parties du tube proches de la cathode, comme la face intérieure de l'extrémité ou- verte épanouie 17 de l'anode 12. De ce fait, pendant les alternances néga- tives du potentiel anodique, la partie d'extrémité 17 émet des électrons.
Les parties du tube qui sont positives par rapport à ces alternances néga- tives, altèrent les électrons émis. Une de ces parties est l'enveloppe 10 du tube qui se trouve habituellement au potentiel de terre et est donc plus positive que l'anode 12, pendant les alternances négatives précitées. Les électrons émis par l'extrémité 17 de l'anode frappent la paroi intérieure de l'enveloppe 10. La différence de tension relativement élevée entre l'anode 12 et l'enveloppe de verre pendant ces alternances négatives fait que les électrons émis par la partie 17 sont fort accélérés et bombardent la paroi intérieure à grande vitesse.
Ce bombardement à grande vitesse a des effets nuisibles sur l'enveloppe de verre. Le verre est isolant de nature, et le bombardement accumule des charges électriques sur la paroi intérieure de l'enveloppe 10.
Par exemple, une charge accumulée en un point de la paroi continue à croî- tre sous le bombardement jusqu'à atteindre une valeur relativement élevée, suffisante pour décomposer le verre en ce point. On croit que cette décom- position est due à l'action électrolytique sur le verre.
Des gaz, en combinaison chimique dans le verre, se libèrent à cette occasion. Quand les gaz comprennent de l'oxygène, il s'ensuit l'empoisonnement de la cathode. En outre, tout gaz libéré s'ionise par le bombardement électronique et ces ions, attirés par la cathode pendant les alternances positives de l'anode, frappent la cathode à grande vitesse. Ces impacts désintègrent la cathode et produisent des "brûlures" de cathode, qui affaiblissent celle-ci et provoquent même des ruptures. Ces ruptures rendent le tube inutilisable.
La décomposition du verre de l'ampoule due à l'action électrolytique précitée, affaiblit aussi l'ampoule. Cependant, comme les "brulures" de cathode provoquant les ruptures mettent les tubes hors d'état avant que l'ampoule s'affaiblisse au point de se briser, le but principal considéré est l'élimination des "brûlures" de cathode.
Il a été proposé à ce sujet d'appliquer un revêtement de matière isolante et poreuse sur une partie de la paroi intérieure d'une enveloppe de verre soumise à un bombardement électronique nuisible. Cette matière servait non seulement à protéger le verre contre les impacts d'électrons, mais aussi à disperser toute accumulation de charges électriques haute tension isolées. Une matière de revêtement qui s'était avérée satisfaisante com- prenant de l'oxyde d'aluminium pour la protection et un silicate alcalin rendant le revêtement semi-conducteur et permettant la dispersion de chargesaccumulées.
Bien que remplissant le double rôle précité et donnant satisfaction pour des essais notablement en-dessous de 40.000 volts, cette matière semble avoir un effet nuisible quand un tube muni de ce revêtement est soumis à des conditions de tension relativement élevées rencontrées dans les récepteurs de télévision à écrans plus grands récemment adoptés. Cet effet nuisible consiste en une érosion ou attaque chimique de la surface recou-
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verte.. On croit que cette érosion ou attaque chimique est due au silicate alcalin du revêtement. Cette action sur le verre de l'ampoule affaiblit celle-ci parce qu'elle détruit la surface extérieurenormalement comprimée du verre et diminue son épaisseur.
Cette érosion qui se produit en cours de fonctionnement progresse au point que le tube casse sous l'effet de manipulations normales, Quand le tube est soumis aux tensions plus éle- vées dorénavant nécessaires, l'ampoule de verre affaiblie peut aussi se briser sous l'effet de contraintes mécaniques dues à ces tensions supé - rieures-.
Il ressort clairement que les tubes à haute tension disponibles avec une enveloppe de verre àrevêtement ne conviennent pas entièrement pour satisfaire aux exigences de haute tension récemment adoptées.
Suivant l'invention, l'enveloppe de verre d'un tube électroni- que à haute tension est traitée en la chauffant, par exemple, à une tenpé- rature, dans une atmosphère et pour une durée déterminées, de façon à don- ner au verre de toutes nouvelles propriétés. Celles-ci comprennent un ac- croissement de la résistance mécanique du verre et une conductibilité élec- trique suffisante pour disperser les charges électriques accumulées.
Dans la pratique de l'invention, l'enveloppe doit être en verre à base de plomb. Un type de verre satisfaisant est connu sous le nom com- mercial "Corning 012 Glass". Ce verre contient environ 28 % en poids d'oxy- de de plomb ainsi que du sodium. La formule exacte de ce verre ne s'ob- tient pas facilement. Le verre même se trouve cependant sur le marché sous le nom commercial précité.
L'enveloppe de verre du tube précité a initialement, par exemple, la forme d'une pièce ouvragée en verre 21 ouverte à une extrémité et fermée à l'autre,comme la Fig. 2 le montre.En incorporant cette pièce de verre à un tube électronique, on scelle dans l'extrémité ouverte un queusot dont la partie rentrante 22 est visible sur la Fig. 1, et le conducteur d'anode 15 est scellé dans l'extrémité fermée.
Une p ièoe de verre du type décrit et en verre à base de plomb comme le "Corning 012 Glasstl, est traité suivant l'invention avant son in- corporation au tube. Le procédé ou traitement de l'invention consiste à chauffer la pièce de verre à une température fonction du point de déforma- tion du verre. Le chauffage se fait dans une atmosphère contenant de 10 à 100 % d'hydrogène. Le chauffage de la pièce à la température et dans l'at- mosphère indiquées, est maintenu pendant une période allant de 10 minutes à 4 heures. Ghacune de ces conditions de traitement du verre suivant l'in- vention sera décrite plus en détail.
En ce qui concerne la température, la pièce est chauffée, de préférence, dans une gamme comprenant environ la moitié de la température du point de déformation du verre traité. La température de déformation du verre est une température arbitraire à laquelle le verre a une certaine viscosité permettant d'éliminer 90 % des tensions internes par un revenu de quatre heure s. Le verre a, à cette température, une viscosité de 1014,6 poises. Le "Corning 012 Glass" a une température de déformation de 400 C.
La gamme de température satisfaisante pour le traitement thermique du "Cor- ning 012 Glass" suivant l'invention, est comprise entre 180 C et 300 C.
Quoique admissible, une température en-dessous de 180 C exige une période de traitement exagérément longue. En pratique, une température en dessous de 180 C ne confient pas et une température au-dessus de 300 C n'est pas admissible avec ce verre, parce que celui-ci se décolore.
En ce qui concerne l'atmosphère dans laquelle lapièce de verre doit être traitée comme précité, elle doit contenir au moins 10 % d'hydro- gène. Celui-ci peut être sec ou "industriel". L'hydrogène dit "industriel" contient une partie variable d'eau. Différents types de gaz ont été utili- sés. Un gaz comprenait 10 % d'hydrogène et 90 % d'azote. Un second gaz
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comprenait 75 % d'hydrogène et 25% d'azote. Une autre atmosphère consistait en gaz d'éclairage avec 20 % d'hydrogène. Il a aussi été utilisé 100 % d'hy- drogène. Quoique ceci n'ait pas été déterminé expérimentalement, il est pro- bable qu'un gaz contenant moins de 10 % d'hydrogène donnerait des résultats satisfaisants. Cependant l'expérience a montré que le traitement dans l'air ne donne pas de bons résultats.
En ce qui concerne la durée du traitament thermique suivant l'in- vention, une durée aussi courte qu'une dizaine de minutes s'est avérée sa- tisfaisante. Un temps plus court donne de mauvais résultats. La durée ma- ximum est déterminée par des considérations pratiques. On croit qu' aucun avantage appréciable ne peut résulter de la prolongation du traitement ther- mique au-delà de quatre heures. Il va de soi qu'un traitement de "Corning
012 Glass" de dix minutes doit se faire à une température entre 250 C et
300 C, c'est-àdire à la limite supérieure de la gamme de températures. De meme, un traitement de quatre heures se fait à une température à ou proche de la limite inférieure de 180 de la gamme de température s.
Le traitement thermique précité a pour buts de produire une cou- che superficielle de verre à compression élevée et à conductibilité super- ficielle supérieure à celle du verre non traité. Ces deux buts sont at- teints par le traitement thermique de l'invention.
On croit que la résistance accrue à la compression de la surface de verre due au traitement thermique provient de la substitution d'atomes d'hydrogène à des atomes de sodium dans la couche superficielle de verre. Les molécules d'hydrogène sont plus petites que les atomes d'hydrogène.
La couche superficielle contenant les molécules d'hydrogène est placée sous compression élevée à cause de la force inhérente aux molécules, atomes ou autres matières dans le verre qui fait que celles-ci tendent à ponter les vides entre elles et les molécules d'hydrogène.
On croit que l'augmentation de la conductibilité superficielle du verre à base de plomb traité suivant l'invention est due à la réaction de l'hydrogène avec les composés de plomb du verre, pendant le chauffage dans l'atmosphère d'hydrogène. Un de ces composés est l'oxyde de plomb précité. Dans la plupart des verres, l'oxyde de plomb libère plus facilement ses molécules d'oxygène que les autres métaux. En présence d'hydrogène et aux températures indiquées, l'oxyde de plomb de la couche superficielle est réduit en plomb métallique. Celui-ci augmente la conductibilité électrique superficielle du verre.
Un autre motif de l'augmentation de la conductibilité peut provenir de ce qu'une couche superficielle contenant du plomb et de l'hydrogène en combinaison sous l'effet du traitement thermique de l'invention, est caractérisée par une conductivité électrique supérieure à celle d'une surface non traitée de cette manière. Il est probable que 1'augmentation de conductibilité est due à un effet combiné des deux motifs précités et la couche superficielle conductrice peut comprendre du plomb libre, de l'oxyde de plomb et de l'hydrogène.
Quelle que soit la raison réelle, il est démontré qu'un verre à base de plomb contenant de l'oxyde de plomb et au moins 2% d'alcali comme de l'oxyde de sodium traité thermiquement de la manière précitée, présente une couche superficielle à conductibilité électrique suffisante pour disperser les charges électriques accumulées, empêchant ainsi l'accumulation sur le verre de concentrations de charges à relativement haute tension.
Un essai permettant de déterminer si un tube à haute tension est exempt de "brûlures" cathodiques et d'affaiblissement de l'enveloppe de verre, consiste à faire fonctionner le tube sous 40.000 volts pendant 500 heures. Durant cet essai la cathode est, en substance, au potentiel de terre et l'anode reçoit une tension alternative caractérisée par des alternances de 40.000 volts positives et négatives par rapport à la terre. Un tube passant cet essai sans "brûlures" de cathode ni bris de l'enveloppe de verre
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est pratiquement certain d'avoir une longue durée de vie de fonctionnement à une tension beaucoup plus basse.
Les tubes à enveloppe de verre courante et à enveloppe recouverts d'oxyde d'aluminium et d'un silicate alcalin ne résistent pas à cet essai, parce que, comme déjà mentionné, la matière alcaline attaque le verre.
Suivant -un exemple d'exécution de l'invention, une pièce de verre 21 en "Corning 012 Glass" est chauffe à une température de 250 C, pendant 20 minutes, dans une atmosphère consistant en 10 % d'hydrogène et 90% d'azote. Un tube achevé comprenant la pièce de verre traitée 21 subit avec succès l'essai précité.
Suivant un autre exemple, les conditions sont les mêmes que dans l'exemple précédent, sauf que l'atmosphère se compose de 100 % d'hydrogène "industriel" (hydrogène avec humidité). Un tube utilisant la pièce de verre traitée thermique subit aussi cet essai avec succès.
D'autres exemples d'essai de la pièce de verre en "Corning 012 Glass" sont : (1) chauffer la pièce 21 dans 100 % d'hydrogène "industriel", pendant 20 minutes, à une température de 250 G; (2) chauffer lapièce 21 dans 100 % d'hydrogène "industriel", pendant quatre heures, à une température de 180 C; (3) chauffer la pièce 21 dans 100 % d'hydrogène sec, à 300 G, pendant 20 minutes; (4) chauffer la pièce 21 dans l'ammoniaque dissocié.
(75 % d'hydrogène et 25% d'azote), pendant 20 minutes, à 250 c (5) chauffer la pièce 21 dans du. gaz d'éclairage (contenant 20 % d'hydrogène), pendant 20 minutes, à une température de 250 G; et (6) chauffer la pièce 21 dans 100 % d'hydrogène "industriel",pendant 10 minutes, à 300 C. Dans tous ces cas, un tube comprenant la pièce de verre traitée, ne présenta aucun signe de dérangement pendant l'essai précité.
Il faut remarquer que, dans quatre des exemples cités la température de chauffage était de 250 C et la durée de 20 minutes. La différence consistait dans les atmosphères de 100 % d'hydrcgène 75 % d'hydrogène, 70 % d'hydrogène et 10 % d'hydrogène respectivement. Ceci montre qu'une atmosphère contenant de 10 à 100 % d'hydrogène convient à l'invention.L'es- sai précité ne montre pas qu'un verre traité dans 100 % d'hydrogène est railleur qu'un verre traité dans 10 .1- d'hydrogène. Ceci n'a pas d'importance pratique puisqi'avec chacune des concentrations d'hydrogène mention- nées, on obtient 'un -:erre convenant pour un tube à haute tension.
L'expérience montre que le piènss de verre traitées suivant l'invention se caractérisent par unerésistivité superficielle moyenne de 75 megohms par unité de surface et une conductibilité électrique d'environ 0,4 microampère à 300 volts et à une température de 100 volts. Les écarts autour de ces moyennes sont relativement petits.
- Les exemples précédents concernent le verre "Corning 012 Glass", tandis que les exemples suivants apparaissant dans le tableau ci-après concernent d'autres verres. Ici aussi, les verres traités ont une conductibilité électrique accrue. Les exemples suivants servent à monter la ca- ractéristique de conductibilité électrique acquise par les verres soumis aux traitements spécifiés. La valeur appréciable de cette conductibilité montre à l'évidence que les autres types de verre conviennent mieux aux tubes électroniques à haute tension, quand ils sont traités que quand ils '''8 le sont pas.
Les verres à base de plomb traités du tableau suivant so@ @ --,en- par leur nom commercial. Les pourcentages d'oxyde de plomb et d'oxyde de sodium sont approximatifs.
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<tb> Verre <SEP> Oxyde <SEP> Oxyde <SEP> Température <SEP> Traitement <SEP> thermique <SEP> Conductibilité
<tb>
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de de de 100% Tempé- Durée à 10(D OC sous plomb sodium déformation in- rature en 300 V..en HL in-rature rature mïnute en mi.croampéres dus- minute microampères
EMI7.3
<tb>
<tb> triel
<tb> R3 <SEP> 30 <SEP> 6 <SEP> 366 C <SEP> " <SEP> 250 <SEP> 20 <SEP> 0,5
<tb> 8160 <SEP> 20 <SEP> 4 <SEP> 399 C <SEP> n <SEP> " <SEP> " <SEP> 0,6
<tb>
EMI7.4
722 6 4 4840C " 300 C 30 0 ,3 IS115 12 6 40o C " 200 0 20 0,
6
La description qui précède montre que l'invention procure un procédé intéressant de traitement du verre pour que celui-ci puisse donner satisfaction sous forme d'enveloppes de tubes électroniques à haute tension. Le traitement thermique de l'invention est nettement plus économique que la solution antérieure consistant à recouvrir la paroi intérieure de l'enveloppe, et ne présente pas l'inconvénient de la décomposition du verre par le revêtement. L'invention assure une p lus longue durée de vie aux tubes électroniques à haute tension et permet d'utiliser, dansées récepteurs de télévision, destubes de vision à écran relativement grand.
REVENDICATIONS.