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Cathode à chauffage indirect.
La présente invention concerne les cathodes à chauffage indirect des tubes électroniques et, plus spécialement, un fil*-' cent de chauffage perfectionna pour ces cathodes* Les cathodes à chauffage indirect comportent habituelle. ment un tube métallique dont la surface extérieurs porto des oxydes à émissivité électronique, Un dispositif chauffant consis- tant en un filament en tungstène par exemple, est monté avec isolement à l'intérieur du tube,
en contact de transfert calori- fique avec ce tube. Le filament est relié à une source de cou- rant appropriée servant à le chauffer par effet Joule. Le fila- '
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ment chauffé communique sa chaleur au tube, afin de porter les oxydes se trouvant sur le tube à la température d'émission.
Certains types de tubes électroniques sont utilisés dans des applications où. le.filament de chauffage est porté à une tension relativement élevée. Un tel filament de chauffage à tension élevée a une section transversale relativement petite.
Par exemple, si un filament de chauffage en tungstène travaillant sous 6 volts peut avoir un diamètre allant de 0,2 à 0,25 mm., un. filament de chauffage en tungstène travaillant sous 26 volts ne peut avoir qu'un diamètre allant de 0,05 à 0,125 =.Il on veut obtenir un fonctionnement satisfaisant.
Les filaments de chauffage à haute tension posent plusieurs probités. Une difficulté est due à ce que ces fila- monts sont relativement minces et manquent donc de résistance à la traction. De tels filaments de chauffage relativement fins se rompent aisément et on doit les manipuler avec un soin extrême , Une autre difficulté concerne l'Isolement électrique nécessaire à cause de la haute tension utilisée. Cet isolement doit être capable d'isoler électriquement le filament du tube cathodique et doit aussi être capable d'isoler les spires adjacentes du filament les unes des autres, le filament consistant en un bou- din à spires quasi jointives. Une autre difficulté réside en la fixation du filament de chauffage..
Cette fixation doit être relativement robuste afin d'empêcher que le filament de chauffage ne s'écarte d'une position initialement fixée. Enfin, il est souhaitable que le filament de chauffage ait une structure fa- cilitant son montage dans le tube cathodique.
L'invention a pour but de procurer une cathode à chauffage indirect perfectionnée facile à assembler, ayant un dispositif chauffant à tension relativement élevée dont le filament de chauffage relativement mince est maintenu de façon robuste et électriquement isolé des pièces métalliques adjacentes.
Dans un exemple de l'invention, un dispositif chauffant peut comprendre un tube en céramique sur lequel on a enroule
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serré une bobine de fil de tungstène isolé. Les extrémités du tube en céramique sont attachées à deux brides métalliques es- pacées auxquelles on relie les extrémités opposées du filament de chauffage, ces extrémités étant, par exemple, noyées dans des revêtements métallisés des surfaces d'extrémité* du tube.
Une des brides que l'on appellera la bride supérieure, est glissée à frottement dur sur une tige conductrice et y est fixée. L'autre bride ou bride intérieure a une ouverture centrale ' suffisamment grande pour qu'il y ait du jeu entre elle et la tign Le diamètre extérieur de la bride inférieure est plus grand que celui de la bride supérieure afin que la bride ifé- rieure puisse être engagée à frottement dur à l'intérieur d'un tube cathodique en vue d'y être soudée. Avant d'introduire le dispositif chauffant dans le tube cathodique, on glisse une rondelle en céramique à ouverture centrale à frottement dur sur une partie d'extrémité de la tige conductrice traversant la bride supérieure.
La rondelle en céramique a un diamètre en substance égal à celui de la bride inférieure afin de venir en contact étroit avec la paroi intérieure du tube cathodique.
Ceci donne un ensemble filament de chauffage-cathode très robuste pour un tube électronique, permettant d'utiliser un filament de chauffage relativement fin pour une tension de chauffage élevée.
L'invention est décrite ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un ensemble cathode-filament de chauffage de tube électronique, et la figure 2 est une coupe partielle suivait la ligne 2-2 de la figure 1.
L'ensemble cathode-filament de chauffage représenté à la figure 1 comprend une cathode tubulaire 10 comportant une partie active 12 recouverte d'un revêtement 14 en une matière à émissi- vite électronique pouvant consister en des carbonates de baryum, de strontium et de calcium, La cathode peut être faite en une ma-
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tière comme le nickel. Au cours de traitementultérieure de la cathode après son incorporation dans un tube électronique, les carbonates précitée sont convertis en oxydes* La cathode 10 comprend aussi une jupe 16 pouvant servir d'amenée de courant de cathode dans le tube à l'état fini.
Une partie amincie 18 de la cathode sert de barrage thermique afin de réduire les pertes de chaleur entre la partie active 12 et la jupe 16. L'ex- trémité supérieure de la cathode 10 (voir figure 1) est partielle- ment obturée par une partie d'extrémité annulaire rentrante 20 qui délimite une ouverture 22.
La cathode 10 contient un dispositif chauffant 24. Ce dispositif comprend un cylindre 26 en une matière céramique com- me la Forstérite, portant une bobine 28 de fil de tungstène 30 recouvert d'une matière Isolante 32 cornue de l'oxyde d'aluminium; la bobine 28 est enroulée serré sur le cylindre et la matière isolante 32 sert à isoler entre elles les spires adjacentes de la bobine.
On fixe , à l'extrémité supérieure du cylindre 26 (voir figure 1) une bride métallique 34 qui peut être en nickel. Cette bride 34 et la bobine 28 ont un diamètre notablement plus petit que le diamètre intérieur de la partie active 12 de la cathode, de manière à être espacés et isolés de celle-ci. Pour fixer la bride 34 à la surface d'extrémité supérieure du cylindre 26, on métallisé, de préférence, celle-ci en utilisant des sels de molybdène de type courant et le revêtement de molybdène obtenu est cuivré de manière à pouvoir braser cette surface à une partie annulaire de la bride 34. Celle-ci a une ouverture cen- trale dans laquelle est étroitement serrée une tige métallique 4 36 en nickel par exemple.
Pour fixer l'extrémité supérieure du filament 30 de la bobine de chauffage 28, une partie dénudée 54 du filament (voir figure 2) est prise entre la bride supérieure 34 et la sur- face supérieure du cylindre 26. Comme la figure 1-le montre, lorsque la bride supérieure 34 est brasée au revêtement métallisé
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56 à une température d'environ 1140 C la partie dénudée 54 du filament de chauffage est noyée dans le cuivre ramolli du revè- .tement métallisé et se trouve ainsi en bon contact électrique avec la bride métallique 34' Comme la bride supérieure 34 est en contact conducteur avec la tige 36 et que celle-ci est ..on tour fixée de
façon conductice à la jupe 48, cette dernière peut servir d'amenée de courant pour l'extrémité supérieure du filament de chauffage 28.
La partie d'extrémité inférieure (non représenté) du boudin 28 est aussi dénudée et est prise entre la surface d'ex- trémité inférieure métallisée du cylindre 26 et une'partie annu- laire d'une bride inférieure 38 en nickel se trouvant en contact avec la surface d'extrémité inférieure métallisée du cylindre, Lorsque le cuivre du revêtement métallisé se ramolli' à environ 1140 C au cours d'une opération de brasage, l'extré- mité inférieure dénudée du filament de la bobine 28 est noyée dans le joint métallique de la bride inférieure 38, Comme cette bride est fixée à la surface Intérieure de la cathode comme précité, la jupe 16,de la cathode peut servir avantageuse- ment d'amenée de courant pour l'extrémité inférieure du filament de chauffage 28.
Le contact entre l'extrémité inférieure du fi- lament de chauffage et la bride 38 peut être semblable au con- tact décrit ci-avant entre l'extrémité supérieure du fil de chauf- fage et l'autre collier.
La bride 38 délimite une ouverture centrale 40 dont le diamètre permet un jeu appréciable entre elle et la tige 36.
Le diamètre extérieur de la brtde inférieure 38 est supérieur à celui de la bride supérieurs 34 afin de venir étroitement en ,contact avec la paroi intérieure de la partie d'extrémité inférieu- re de la partie active 12 de la cathode* Le collier 38 cet fixé à la paroi intérieure de la partie active 12, par une sou- dure annulaire 42, par exemple*
Afin d'isoler la partie d'extrémité supérieure du diapo- sitif chauffant 24 de la cathode 10, une rondelle isolante 44
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en céramique, de l'oxyde d'aluminium par exemple, et pourvue d'une ouverture centrale,
cet glissée sur l'extrémité supérieure de la lise 36. Le diamètre extérieur de la rondelle 44 est Plus grand que le diantre extérieur de la bride supérieure 34 et vient étroitement en contact avec la paroi intérieure de la cathode 10. Avant de fixer la bride inférieure 36 à la paroi intérieure de la cathode, on pousse le dispositif de chauffage vers le haut à l'intérieur de la cathode jusqu'à ce que la surface supérieure de la rondelle 44 soit arrêtée par la surface intérieure de la partie rentrante 20 de la cathode. L'ouverture 22 pratiquée dans l'extrémité supérieure dé la cathode est suf fisamment grande pour que l'extrémité supérieure de la tige 36 puisse traverser sans danger de court-circuit.
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Afin de réaliser un dispositif chauffant facile à mani- puler pour son insertion dans la cathode 10 la tige 36 est fixée à la bride supérieure 34 à l'aide d'une bague métallique 46 qui peut être fixée, par soudure par exemple, à la bride 34 et à la tige 36 Une rondelle isolante 50 en une matière céramique, de l'oxyde d'aluminium par exemple, et une rondelle métallique 54 en un alliage cornue le Kovar, sont logées à l'intérieur de la jupe 16, entre les parties transversales de celle-ci et de la jupe 48, La rondelle 54 constitue un joint à caractéristique de dilatation progressive entre la bague isolante 50 et la jupe 16.
Afin de faciliter la fixation des faces opposées de la bague 50 à la jupe 48 et à la rondelle 54, ces faces opposées sont métallisées de façon appropriée, en utilisant, par exemple, des sels de mobybdène de type courant, comme précité. Le pourtour de la bague isolante 50 n'est pas mé- tallisé, de sorte que les deux faces métallisées sont isolées l'une de l'autre.
Lors de l'assemblage du dispositif chauffant 24 et de la cathode 10, le dispositif chauffant peut être tenu en place par la tige 36 de manière que la bride 34 soit au-dessus. On peut ensuite glisser la rondelle Isolante 44 sur lextréité su-
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périeure de la tige 36 et l'amener dans sa position définitive relativement à la bride 34 On peut ensuite glisser la cathode
10 sur le dispositif de chauffage jusqu'à ce que la rondelle 4 bute contre la surface intérieure de la partie rentrante 20 de la cathode* Quand cette position est atteinte, on peut fixer la bride inférieure 38 à la paroi intérieure de la cathode..
On notera que la bride inférieure 38 est fixée à la partie active
12 relativement épaisse de la cathode. Ceci augmente la robustes. se de l'ensemble.
Ensuit., on place la rondelle 54 et la bague isolante
50 sur la partie transversale de la jupe 16, l'ensemble étant maintenu, de préférence, de façon que la jupe 16 soit tournée vers le haut. On glisse ensuite la jupe 48 sur l'extrémité correspondante de la tige 36 et on l'applique contre la surface métallisée de la bague 50.
De la matière de brasage appropriée, de la soudure BT par exemple, étant intercalée entre la tige 36 et la bride 48, entre les surfaces opposées de la bague 50 d'une part et la jupe 48 et la rondelle 54 d'autre part, et entre cette rondelle 54 et la jupe 16, l'ensemble est chauffe dans une atmosphère réductrice, d'hydrogène par exemple, dans un tour à une température d'environ 1140*0 pendant environ dix Minutes, afin de réunir les parties précitées par brasage*
Ensuite, on applique les carbonates émissifs, tenus dans un liant approprié, sur la partie active 12 de la cathode, par exemple par pistolage, afin d'obtenir le revêtement 14 Le fait d'appliquer le revêtement émissif 14 après l'opération de brasage précitée,
protège le revêtement émissif contre tout dommage pouvant provenir de la température du tour.
L'ensemble cathode-filament de chauffage décrit procure un support robuste pour le filament de chauffage bobiné 28 et facilite le montage du filament de chauffage à l'intérieur de la cathode. Les parties peuvent être exécutées avec une telle précision qu'on puisse se passer de calibres.
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Le fil de tungstène utilisé pour la bobine de filament de chauffage peut avoir une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,01 mm en vue d'une tension d'alimentation de chauffage de 26 volts* te revêtenent isolant 32 du 'filament de tungstène peut être en une matière comme de l'oxyde d'aluminium et avoir une épaisseur d'environ 0,05 mm. Un contact électrique ininterrompu est assuré entre les extrémités du filament boudiné et les bri- des 34 38 grâce à l'utilisation originale d'un procédé de noyage des extraites dénudées du filament de la bobine dans les revêtements métallisés recouvrant les surfaces d'extrémité du cylindre 26.
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Indirectly heated cathode.
The present invention relates to the indirectly heated cathodes of electron tubes and, more especially, to an improved heating wire for such cathodes. Indirectly heated cathodes are customary. ment a metal tube, the outer surface of which contains electron-emissive oxides, A heating device consisting of a tungsten filament for example, is mounted with insulation inside the tube,
in heat transfer contact with this tube. The filament is connected to a suitable current source serving to heat it by the Joule effect. The fila- '
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When heated, it communicates its heat to the tube, in order to bring the oxides on the tube to the emission temperature.
Certain types of electron tubes are used in applications where. the heating filament is brought to a relatively high voltage. Such a high tension heating filament has a relatively small cross section.
For example, if a tungsten heating filament working at 6 volts can have a diameter ranging from 0.2 to 0.25 mm., A. Tungsten heating filament working at 26 volts can only have a diameter ranging from 0.05 to 0.125 =. We want to obtain satisfactory operation.
High voltage heating filaments pose several probities. One difficulty is that these filaments are relatively thin and therefore lack tensile strength. Such relatively thin heating filaments break easily and must be handled with extreme care. Another difficulty relates to the electrical insulation required because of the high voltage used. This isolation must be able to electrically isolate the filament from the cathode ray tube and must also be able to isolate the adjacent turns of the filament from each other, the filament consisting of a coil with almost contiguous turns. Another difficulty lies in fixing the heating filament.
This attachment must be relatively strong in order to prevent the heating filament from deviating from an initially fixed position. Finally, it is desirable that the heating filament have a structure facilitating its mounting in the cathode ray tube.
The object of the invention is to provide an improved, easy to assemble indirect heated cathode having a relatively high voltage heater whose relatively thin heater filament is held robustly and electrically isolated from adjacent metal parts.
In one example of the invention, a heating device may comprise a ceramic tube on which has been wound
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tightened a coil of insulated tungsten wire. The ends of the ceramic tube are attached to two spaced metal flanges to which the opposite ends of the heating filament are connected, these ends being, for example, embedded in metallized coatings of the end surfaces * of the tube.
One of the flanges, which will be called the upper flange, is slid with hard friction on a conductive rod and is fixed there. The other flange or inner flange has a central opening 'large enough that there is clearance between it and the tign The outer diameter of the lower flange is larger than that of the upper flange so that the lower flange can be engaged with hard friction inside a cathode-ray tube in order to be welded there. Before inserting the heater into the cathode ray tube, a hard-friction center-opening ceramic washer is slid over an end portion of the conductive rod passing through the top flange.
The ceramic washer has a diameter substantially equal to that of the lower flange in order to come into close contact with the interior wall of the cathode ray tube.
This results in a very robust heater filament-cathode assembly for an electron tube, allowing a relatively thin heater filament to be used for high heating voltage.
The invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a longitudinal section of an electron tube heating cathode-filament assembly, and Figure 2 is a partial section taken along line 2-2 in figure 1.
The cathode-heating filament assembly shown in FIG. 1 comprises a tubular cathode 10 having an active part 12 covered with a coating 14 of an electron emissive material which may consist of barium, strontium and calcium carbonates. , The cathode can be made in one
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neat like nickel. During subsequent treatment of the cathode after its incorporation into an electron tube, the aforementioned carbonates are converted into oxides. The cathode 10 also comprises a skirt 16 which can serve as a cathode current lead into the tube in the finished state.
A thinned part 18 of the cathode serves as a thermal barrier in order to reduce heat loss between the active part 12 and the skirt 16. The upper end of the cathode 10 (see FIG. 1) is partially closed by a re-entrant annular end portion 20 which delimits an opening 22.
The cathode 10 contains a heater 24. This device comprises a cylinder 26 of a ceramic material such as Forsterite, carrying a coil 28 of tungsten wire 30 covered with an Insulating material 32 retort of the aluminum oxide; the coil 28 is tightly wound on the cylinder and the insulating material 32 serves to insulate the adjacent turns of the coil from each other.
Is fixed at the upper end of cylinder 26 (see Figure 1) a metal flange 34 which can be nickel. This flange 34 and the coil 28 have a diameter significantly smaller than the inside diameter of the active part 12 of the cathode, so as to be spaced and isolated therefrom. In order to fix the flange 34 to the upper end surface of the cylinder 26, the latter is preferably metallized using common type molybdenum salts and the molybdenum coating obtained is copper-plated so that this surface can be brazed with an annular portion of the flange 34. This has a central opening in which is tightly clamped a metal rod 436 of nickel for example.
To secure the upper end of the filament 30 to the heating coil 28, a stripped portion 54 of the filament (see figure 2) is taken between the top flange 34 and the top surface of the cylinder 26. As in figure 1-le. shows, when the upper flange 34 is brazed to the metallized coating
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56 at a temperature of about 1140 C the stripped portion 54 of the heating filament is embedded in the softened copper of the metallized coating and is thus in good electrical contact with the metal flange 34 'As the top flange 34 is in contact with the metal flange 34'. conductive contact with the rod 36 and that the latter is ...
conductive manner to the skirt 48, the latter can serve as a current supply for the upper end of the heating filament 28.
The lower end portion (not shown) of the strand 28 is also stripped and is gripped between the metallized lower end surface of the cylinder 26 and an annular portion of a lower nickel flange 38 located at the bottom. contact with the metallized lower end surface of the cylinder. When the copper of the metallized coating softens at about 1140 ° C during a soldering operation, the stripped lower end of the filament of coil 28 is embedded in the metal seal of the lower flange 38, As this flange is fixed to the inner surface of the cathode as mentioned above, the skirt 16 of the cathode can advantageously serve as a current lead for the lower end of the heating filament 28.
The contact between the lower end of the heater wire and the flange 38 may be similar to the contact described above between the upper end of the heater wire and the other collar.
The flange 38 defines a central opening 40 whose diameter allows appreciable play between it and the rod 36.
The outer diameter of the lower brtde 38 is greater than that of the upper flange 34 in order to come into close contact with the inner wall of the lower end portion of the active part 12 of the cathode. The collar 38 this fixed to the inner wall of the active part 12, by an annular weld 42, for example *
In order to insulate the upper end portion of the heating slide 24 from the cathode 10, an insulating washer 44
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ceramic, aluminum oxide for example, and provided with a central opening,
This slipped over the top end of the lise 36. The outer diameter of the washer 44 is larger than the outer diameter of the top flange 34 and comes in close contact with the inner wall of the cathode 10. Before attaching the flange 36 to the interior wall of the cathode, the heater is pushed upwardly inside the cathode until the upper surface of the washer 44 is stopped by the interior surface of the re-entrant portion 20 of the cathode. the cathode. The opening 22 made in the upper end of the cathode is large enough so that the upper end of the rod 36 can pass through without danger of short-circuiting.
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In order to provide an easy-to-handle heating device for insertion into cathode 10, rod 36 is attached to upper flange 34 by means of a metal ring 46 which can be attached, for example by welding, to the flange 34 and to the rod 36 An insulating washer 50 in a ceramic material, aluminum oxide for example, and a metal washer 54 in a Kovar retort alloy, are housed inside the skirt 16, between the transverse parts of the latter and of the skirt 48, The washer 54 constitutes a seal with a progressive expansion characteristic between the insulating ring 50 and the skirt 16.
In order to facilitate the attachment of the opposite faces of the ring 50 to the skirt 48 and to the washer 54, these opposite faces are suitably metallized, using, for example, common type mobybdenum salts, as mentioned above. The periphery of the insulating ring 50 is not metallized, so that the two metallized faces are isolated from one another.
When assembling the heater 24 and the cathode 10, the heater may be held in place by the rod 36 so that the flange 34 is on top. The Insulating washer 44 can then be slid onto the upper end.
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lower part of the rod 36 and bring it into its final position relative to the flange 34 The cathode can then be slid
10 on the heater until the washer 4 abuts against the inner surface of the re-entrant part 20 of the cathode * When this position is reached, the lower flange 38 can be fixed to the inner wall of the cathode.
It will be noted that the lower flange 38 is fixed to the active part
12 relatively thick cathode. This increases the robustness. se of the whole.
Then, we place the washer 54 and the insulating ring
50 on the transverse part of the skirt 16, the assembly being held, preferably, so that the skirt 16 faces upwards. The skirt 48 is then slipped over the corresponding end of the rod 36 and it is applied against the metallized surface of the ring 50.
Appropriate brazing material, LV welding for example, being interposed between the rod 36 and the flange 48, between the opposite surfaces of the ring 50 on the one hand and the skirt 48 and the washer 54 on the other hand, and between this washer 54 and the skirt 16, the assembly is heated in a reducing atmosphere, of hydrogen for example, in a turn at a temperature of about 1140 * 0 for about ten minutes, in order to bring together the aforementioned parts by brazing *
Next, the emissive carbonates, held in a suitable binder, are applied to the active part 12 of the cathode, for example by spraying, in order to obtain the coating 14 The fact of applying the emissive coating 14 after the brazing operation aforementioned,
protects the emissive coating against any damage that may arise from the temperature of the lathe.
The disclosed heating cathode-filament assembly provides a sturdy support for the wound heating filament 28 and facilitates mounting of the heating filament within the cathode. The parts can be executed with such precision that one can dispense with gauges.
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The tungsten wire used for the coil of heating filament may have a thickness of 0.05 to 0.01 mm in view of a heating supply voltage of 26 volts * by coating the insulation 32 of the tungsten filament. may be of a material such as aluminum oxide and have a thickness of about 0.05mm. Uninterrupted electrical contact is ensured between the ends of the coiled filament and the bricks 34 38 thanks to the original use of a process of embedding the stripped extracts of the filament from the coil in the metallized coatings covering the end surfaces of the coil. cylinder 26.