Procédé pour la fabrication d'un fil métallique à capacité d'émission électronique élevée. La présente invention comprend un pro cédé pour la fabrication d'un fil métallique à capacité d'émission électronique élevée.
On sait que le tungstène qui contient une petite quantité d'oxyde de thorium ou d'un oxyde réfractaire similaire est une matière qui convient particulièrement à la confection des cathodes chauffées de dispositifs élec troniques, tels que les tubes à vide, en raison du fait qu'il possède une capacité d'émission électronique plus élevée que le tungstène pur.
Or, suivant le procédé faisant l'objet de l'invention et dont le but est la fabrication d'un fil en métal réfractaire contenant un oxyde capable d'émission électronique élevée, on introduit un agent réducteur susceptible d'augmenter la puissance d'émission du fil, à l'état solide, dans la substance destinée à former le fil, forme ensuite un lingot cohé rent par frittage de la masse et transforme finalement ce lingot en fil par travail méca nique.
Comme métal réfractaire, on emploie de préférence du tungstène, qui peut être chauffé, même à l'incandescence, dans le vide sans détériorer celui-ci, et l'oxyde métallique peut être un oxyde de métal,-tel qu'un oxyde terreux, par exemple de l'oxyde de thorium, de l'oxyde de calcium ou un autre oxyde al calino-terreux ou une terre rare, tandis que l'agent réducteur consiste de préférence en carbone finement divisé, par exemple sous forme de noir de fumée.
Pour obtenir la meilleure distribution et association de l'oxyde métallique et du car bone dans le fil étiré, il convient de mélanger intimement ces substances avec le métal em ployé avant le frittage de la masse. A cet effet, les trois substances pourront être, -par exemple, obtenues d'abord sous forme de pou dre fine pour pouvoir être bien mélangées, et puis le mélange est amené par compression en forme de barre d'environ 6 mm sur 6 mm de section, laquelle sera alors frittée pour donner un lingot cohérent susceptible de pou voir être travaillé mécaniquement.
On peut obtenir du tungstène métallique pulvérisé en réduisant, au moyen d'hydro- gène, de l'oxyde de tungstène préparé de ma nière connue, comme par exemple en traitant à la flamme libre des cristaux de para-tungs- tate d'ammonium obtenus d'une solution de tungstate d'ammonium; le tungstène métal lique pulvérisé ainsi obtenu peut être mé langé comme on l'a dit tout à l'heure avec de l'oxyde de thorium pulvérisé et du carbone pulvérisé.
Il est d'ailleurs préférable d'obtenir d'abord une poudre de tungstène métal lique pourvu d'oxyde de thorium en mélan geant avec des cristaux de para-tungstate d'ammonium une faible quantité d'hydroxyde de thorium. Par exemple, une solution de tungstate d'ammonium peut être évaporée pour fournir des cristaux de para-tungstate d'ammonium, qui seront séchés, pulvérisés et mélangés avec de l'hydroxyde de thorium. On emploiera de préférence suffisamment d'hydroxyde de thorium pour donner par chauffage un mélange d'oxyde de tungstène et d'oxyde de thorium qui contient de 0,5 à. 1,6 % en poids d'oxyde de thorium. Ce mé lange, réduit dans de l'hydrogène, produira du tungstène métallique qui renferme 0,6 à 2 % en poids d'oxyde de thorium.
Plus le pourcentage en oxyde de thorium est élevé, plus il sera difficile de ramener le lingot mé tallique fritté à la forme de fil fin, mais du tungstène qui renferme environ 2 % d'oxyde de thorium peut néanmoins être utilisé, pourvu qu'on applique des soins suffisants à l'étirage du fil.
Une manière convenable de préparer l'hy droxyde de thorium est de dissoudre du ni trate de thorium dans de l'eau, de traiter la solution avec un faible excès d'eau ammonia cale et de laver ensuite le précipité forme jusqu'à ce qu'il soit libre de sels ammonia caux. Le para-tungstate d'ammonium et l'hy droxyde de thorium peuvent être mélangés intimement dans un malaxeur à boulets à l'é tat humide jusqu'à ce que le mélange prenne la forme d'une pâte crémeuse, qui sera alors séchée, après quoi le produit sec sera passé à travers un tamis. La masse sèche, étalée de préférence en couches minces pour permettre le libre échappement d'ammoniaque, est- alors chauffée à l'air au rouge dans des cuvettes en silice pour la, transformer en oxyde de tungstène renfermant de l'oxyde de thorium.
Cet oxyde de tun-stène renfermant de l'oxyde de thorium peut alors être réduit, au moyen d'hydrogène, en poudre de tungstène métal lique à oxyde de thorium, qui est susceptible d'être amenée par compression à la. forme de lingot pouvant être fritté pour obtenir la co hérence voulue et être soumis ensuite à un travail mécanique pour être amené à l'état de fil.
A la poudre de tungstène métallique à oxyde de thorium s'ajoute, comme dit plus haut, un agent réducteur ayant la propriété mentionné. On pourra ajouter, par exemple, au tungstène métallique à oxyde de thorium jus qu'à environ 0,5 % en poids de carbone sous forme de noir de fumée de poids spécifique le plus faible et aussi exempt que possible de cendres. Pour un métal contenant de 1,5 à 2 % d'oxyde de thorium, il convient d'em ployer environ 0,3 ô de carbone. Il est avan tageux de mélanger très intimement et très uniformément le noir de fumée et la poudre de tungstène métallique à. oxyde de thorium, puis de passer le mélange à travers un tamis fin et de mélanger à nouveau la masse avant de l'employer.
La masse renfermant du tungstène métallique pulvérisé à oxyde de thorium et du carbone finement divisé peut alors être amenée par compression à la forme de lingots qui seront frittés pour donner des pièces cohérentes prêtes à être travaillées.
De l'oxyde de tungstène à oxyde de tho rium peut aussi être mélangé avec du car bone pulvérisé en quantité suffisante pour réduire l'oxyde de tungstène et laisser encore le surplus de carbone nécessaire et le mélange peut alors être chauffé dans un creuset en l'absence d'air pour produire la réduction de l'oxyde de tungstène en tungstène métal lique à oxyde (le thorium contenant du car bone.
Un fil tungsténique obtenu suivant l'in vention diffère très peu, en apparence et en qualités mécaniques, du fil tungsténique à oxyde de thorium usuel, mais est susceptible de subir un traitement de formation par le quel sa capacité d'émission électronique par unité d'aire à une température donnée peut être rendue plusieurs fois aussi grande que celle d'un fil fabriqué avec le même tungs tène à oxyde de thorium, mais sans addition de ca.rbono ou ,autre agent réducteur.
Une manière convenable de former un fil tungs- ténique obtenu suivant l'invention, c'est-à- dire de le transformer en une cathode .ayant une -capacité d'émission électronique élevée est de le soumettre à un traitement de forma tion en le chauffant dans le vide à une tem pérature d'environ 1700 C pendant quel ques minutes. Ce traitement de formation amène le fil à un état hautement actif, ce qui fait que sa capacité d'émission électronique, lorsqu'il travaille comme cathode chauffée d'un dispositif électronique, sera plus grande que s'il n'avait pas été .ainsi traité.
Une température sensiblement plus élevée que la température de formation semble chas ser la matière émettrice d'électrons, mais lorsque la cathode est amenée à fonctionner à une température qui ne dépasse pas la tem pérature obtenue pendant le traitement de formation. l'émission d'électrons à une tem pérature donnée de la cathode reste sensible ment constante.
Les oxydes métalliques qui, lorsqu'ils sont associés avec le carbone ou autre agent réduc teur, donnent naissance à. une capacité d'émis sion électronique élevée peuvent être incor porés à des métaux réfractaires autres que le tungstène. En ajoutant le carbone à la masse à oxyde de thorium suivant l'invention, on réalise des avantages marqués au point de vue de la fabrication, attendu que le produit est bien plus uniforme et présente une plus grande régularité en fonctionnement que les électrodes à oxyde de thorium employées jus qu'à maintenant.
On a trouvé que du tungs tène forgé obtenu au moyen d'un mélange de poudre de tungstène, d'oxyde de thorium et de noir de fumée, renfermant environ 1,8 % d'oxyde de thorium et environ 0.3 de carbone pouvait être étiré à la forme d'un fil d'un diamètre de 0,005 à 0,.008 de pouce et qu'un pareil fil soumis à un traitement de formation de l'espèce sus-décrite et utilisé comme cathode dans un tube à vide possède une capacité d'émission électronique très ré gulière et plusieurs fois aussi grande qu'un fil de mêmes dimensions obtenu du même tungstène à oxyde de thorium, mais ne con tenant pas de carbone.