EP0612093A1 - Cathode froide pour tube à décharge dans un gaz avec une couche de composé de métaux alcalino-terreux sur un support métallique - Google Patents

Cathode froide pour tube à décharge dans un gaz avec une couche de composé de métaux alcalino-terreux sur un support métallique Download PDF

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EP0612093A1
EP0612093A1 EP94400338A EP94400338A EP0612093A1 EP 0612093 A1 EP0612093 A1 EP 0612093A1 EP 94400338 A EP94400338 A EP 94400338A EP 94400338 A EP94400338 A EP 94400338A EP 0612093 A1 EP0612093 A1 EP 0612093A1
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EP
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discharge
cathode
titanate
reducing element
support
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Jacques Villain
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02—Details
    • H01J17/04—Electrodes; Screens
    • H01J17/06—Cathodes
    • H01J17/066—Cold cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/067—Main electrodes for low-pressure discharge lamps
    • H01J61/0675—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
    • H01J61/0677—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode characterised by the electron emissive material

Definitions

  • the invention relates to an electrode for a gas discharge tube, forming a cold emissive cathode and comprising, on a metallic support, an active layer mainly consisting of alkaline earth metal compounds on a metallic support.
  • the gas discharge tubes use the ionization of a column of gas by passing current between two electrodes, this ionized column emitting photonic radiation used directly or indirectly by excitation of a fluorescent layer lining the tube.
  • the discharge tubes are supplied from alternating voltage sources, creating discharge currents alternately in each direction, the elementary discharge current is unidirectional, one of the electrodes constituting an anode and the other cathode.
  • a gas does not mean that it is necessarily a pure gas, but that the composition of the gas in the tube, pure gas or mixture of gases, is defined.
  • the discharge current results from an avalanche ionization initiated by electrons emitted by the cathode, and colliding with the molecules of the gas in the vicinity of the cathode, to form electron-ion pairs, the electrons and the ions are then accelerated by the electric field to cause new collisions.
  • the discharge current results from an overall movement of electrons from the cathode to the anode, and of ions from the anode to the cathode.
  • the discharge voltage between the electrodes is determined by the ionization energy of the gas and by the number of ionizations by cascade collisions necessary for an elementary charge to pass from the cathode to the anode (this is 'a virtual charge, of course, and not of a specific electron).
  • the electrodes for gas discharge tubes which operate as emissive cathodes (generally during half of two alternations of an alternating source, in which case, during the other half-cycle, they function passively as an anode), can be classified into two categories called hot cathodes and cold cathodes respectively, depending on whether, in the emission of electrons by the cathode, thermionic emission plays an essential or marginal role, while secondary emission under ionic impacts plays a secondary or primordial role.
  • the output potential of the cathode plays an important role, and determining for the choice of the layer. active cathode.
  • Hot cathodes such as those which equip standard fluorescent tubes and operate around 1000 K, produce a low internal voltage drop, of the same order of magnitude as the ionization potential of the gas which constitutes the atmosphere of the tube, l thermionic emission providing a significant part of the discharge current. It is recalled that commonly the heating of the cathode is obtained by constituting the support of a fine wire which is brought to 1000 K by the passage of the discharge current.
  • the electronic initiating current emitted by cold cathodes whose temperature is less than 700 K is very low compared to the total discharge current, the latter resulting from the multiplier effect of ionization in avalanche; the advantage of cold cathodes lies in the fact that they do not include provisions for heating, both in the tube and in the supply devices; in return the internal voltage drop is greatly increased by the cascade ionization.
  • the active cathode surface usually consists of alkaline earth oxides (barium, strontium and calcium), resulting from the thermal decomposition of carbonates, these oxides having, following an activation treatment, a low exit potential.
  • alkaline earth oxides barium, strontium and calcium
  • the cold cathodes are less demanding on the value of the output potential, the consequences of an increase in the output potential being able to be compensated by an increase in the multiplication coefficient of the avalanche discharge, one sought to reduce the potential of output from the cathode by constituting its active material of alkaline earth metal oxides, in order to reduce the internal voltage drop, in particular in the case of short tubes.
  • JP-A-54-144076 and JP-A-54-144077 describe gas discharge lamps with cathode gases hot, these being constituted by a conventional wound filament coated respectively with barium titanate BaTiO3 and double barium and calcium titanates of formulas Ba3CaTiO9 and Ba2CaTiO5.
  • the cathodes thus produced would not require any particular activation; their output potential would be 1.3-1.4 V, which is of the same order of magnitude as that of alkaline earth metal oxides (1.1-1.3).
  • the average output potential of 1.35 V barium titanate is higher than that of alkaline earth oxides (1.2 V), which implies that, to obtain the same electronic emission as alkaline earth oxides at 1000 K, the titanate cathode must be 1125 K, and that, at equal temperature, the emission of titanate is of the order of a third of that of oxides.
  • JP-A-54-144076 teaches that, for barium titanate, a stoichiometric excess of barium oxide leads to a decrease in stability of the discharge lamp in service, an increased emission of gas and a blackening of the walls, while a stoichiometric defect in barium oxide leads to a reduction in emissivity. We were tempted to conclude that any deviation from the stoichiometry of titanates had harmful effects.
  • alkaline earth metal titanates as such, for cold cathode coatings of gas discharge tubes, has not been found to be advantageous.
  • the Applicant has set itself the objective of active layer compositions for cold cathode which provide results, in terms of life, stability of the discharge, and reduction in cathodic voltage drop, greater than what was obtained before.
  • the invention provides an electrode for a gas discharge tube, forming a cold emissive cathode and comprising, on a metallic support, an active layer mainly consisting of compounds of alkaline earth metals, characterized in that that these alkaline earth metal compounds are titanates containing an effective dose of a reducing element.
  • the electrodes thus produced have better resistance over time in operation and that their qualities are not altered during storage between manufacture and assembly in the tube.
  • the cathodes support densities of discharge current much higher than what the usual cathodes support, which makes it possible to reduce their dimensions and consequently standardize their operating temperature.
  • discharge current density is understood, of course, the quotient of the discharge current through the emissive surface of the cathode.
  • activation of the cathode is obtained, in manufacturing, by bringing the cathode provided with its emissive layer to a temperature of 700 ° to 1000 ° C. in a neutral atmosphere, so as to firstly bake the active layer and on the other hand cause the reducing element to act on the alkaline earth metal titanate.
  • the reducing element is taken from silicon, zirconium and aluminum, or their mixtures.
  • silicon requires, to react, temperatures from 800 ° to 1000 ° C., while the zirconium is already reducing at lower temperature.
  • Aluminum is a very active reducing agent at relatively low temperature, but is difficult to use when the gas where the discharge must occur contains mercury vapor.
  • the suitable effective dose of reducing element is between 10 ⁇ 5 and 10 ⁇ 9 mole of reducing element per mole of alkaline earth metal titanate, and preferably between 10 ⁇ 6 and 10 ⁇ 8.
  • the preferred alkaline earth metals are barium and calcium.
  • the metal support is a cylinder made of ferrous metal sheet open at both ends, with its axis extended along the general direction of discharge, the active layer being fixed on the internal surface of the cylinder. It is understood that, therefore, the discharge has a symmetry of revolution about the axis of the cathode cylinder, which promotes a regular distribution of the current density in the vicinity of the cathode.
  • this arrangement is further improved if a ceramic tubular sheath is arranged around the support cylinder, projecting therefrom at least at its end on the side of the discharge.
  • this sheath reduces the risks that the discharge leaves from the outside of the metal cylinder, or bypasses this cylinder, and on the other hand it reduces the energy losses by radiation from the cathode, the temperature of which is increased and regularized, which further reduces the susceptibility to allowing cold spots to form where metal vapors contained in the gas would condense (mercury in particular), thereby limiting the partial pressure of the metallic vapor to the saturating pressure at the temperature of these points cold.
  • an electrode 1 as a whole is mounted at one end of a tube 2, intended to contain an ionizable gas under reduced pressure to cause a luminescent discharge there.
  • the tube 2 naturally has an electrode at each of its ends, one operating as a cold cathode and the other as an anode. Since the discharge develops from an emission of electrons from the cathode while the anode remains passive, it suffices that the latter withstand the heating due to operation without deteriorating or modifying the atmosphere of the tube.
  • the gas discharge tubes are supplied by alternating voltage sources, and the electrodes operate alternately, one as a cathode and the other as an anode, and are similar, their arrangements being determined essentially for operation in cathode.
  • the term electrode or cathode is then used interchangeably to designate them.
  • the electrode 1 as a whole comprises a metal support 3, consisting of a sheet formed into a cylinder open at its two ends.
  • the support may consist of a sheet of iron, but more generally of an alloy of iron, nickel, chromium.
  • an iron, nickel alloy wire, U-shaped 6 is welded at both ends.
  • a current input conductor 7, in the center of the U 6 there is a current input conductor 7, in the axis of the tube.
  • the central part of the U 6 and the end of the current inlet 7 welded to the U 6 are trapped in a glass boss 2 a constituting closure of the tube.
  • the current input 7 constitutes of course a tight seal with the glass 2 a and consequently has a coefficient of expansion compatible with that of the boss 2 a .
  • the support cylinder 3 is inserted into a ceramic tube 5, which protrudes from the support 3 on the side of the tube where the discharge will occur about half the length of the support. At its rear part on the side opposite to the discharge, the ceramic tube 5 bears on the bottom of the tube 2.
  • the ceramic 5 will be chosen to withstand the cathode temperature, to be chemically inert with respect to the support 3 and to the gas filling, and not be porous, to avoid degassing during pumping and operation.
  • the ceramic may be silica, alumina, or a mixture of these oxides with each other or with other refractory oxides.
  • the internal face 3 a of the cylindrical support 3 is coated with an active layer 4, obtained by coating the internal face 3 a with a powder based on alkaline earth metal titanate added with a binder, and subsequent baking of this powder in neutral atmosphere.
  • the alkaline earth metal titanate is here either barium titanate or a mixture of barium titanate and calcium, the rules for choosing the alkaline earth metal and possible mixing proportions being similar to those which are used. usually used for alkaline earth oxides.
  • the titanate powder used is added, before suspension in a solvent containing a binder, with a reducing element selected from silicon, zirconium and aluminum, in an amount corresponding to 10 ⁇ 6 to 10 ⁇ 8 mole of reducing element per mole of titanate. Of course, we operate by dilutions successive of the reducing element, to avoid irregularities in dosing.
  • Aluminum of relatively low price, is an energetic reducer; however it forms alloys with mercury, so its use for tubes whose atmosphere contains mercury is not recommended.
  • the silicon reacts with a sufficient speed to reduce the titanate only around 800 ° to 1000 ° C. But its properties make it the most favorable reducing element.
  • zirconium has its price and its flammability in the pulverulent state. But on the other hand, it reduces the titanate at temperatures lower than those required by silicon, and it has a vapor pressure much lower than that of aluminum and silicon, which makes it suitable for high performance tubes.
  • the titanate powder After the titanate powder has been deposited on the internal face of the support cylinder 3, the latter is placed in an oven with a neutral atmosphere for the cooking and reduction operation, at temperatures between 750 ° and 1000 ° C according to the composition of the titanate and the nature of the reducing element.
  • the cathode 1 is mounted in a section of tube 2 which will be connected to the end of a length of tube which can receive a special conformation, in a conventional manner.
  • the arrangement of the support 3 in a cylinder surrounded by the ceramic tube 5, and the arrangement of the active layer 4 on the internal face of the support give the cathode a configuration of revolution in the axis of the tube 2 (at least at near the cathode 1), the axis of the tube 2 defining the general direction of discharge.
  • the cathode 1 confines the discharge to its origin, while having a relatively large active surface 4.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

L'électrode (1) dans son ensemble, formant cathode froide pour tube (2) à décharge dans un gaz, comporte un support (3) en tôle de métal ferreux, recouvert d'une couche active (4) sur sa face interne (3a). Le support (3) est inséré dans une gaine tubulaire (5) en céramique, qui dépasse ce support du côté de la décharge. La couche active (4) est constituée de titanate de métal alcalino-terreux cuit (baryum et/ou calcium) contenant un élément réducteur tel que silicium, zirconium et aluminium à la dose de 10<-><6> à 10<-><8> mole d'élément réducteur par mole de titanate. Lors de la cuisson de la couche (4) à une température entre 750° et 1 000°C, on suppose que les produits de réduction du titanate forment dopants pour abaisser et régulariser le potentiel de sortie. <IMAGE>

Description

  • L'invention a trait à une électrode pour tube à décharge dans un gaz, formant cathode émissive à froid et comportant, sur un support métallique, une couche active constituée en majeure partie de composés de métaux alcalino-terreux sur un support métallique.
  • Les tubes à décharge dans un gaz mettent en oeuvre l'ionisation d'une colonne de gaz par passage de courant entre deux électrodes, cette colonne ionisée émettant un rayonnement photonique utilisé directement ou indirectement par excitation d'une couche fluorescente tapissant le tube. Bien que, très généralement, les tubes à décharge soient alimentés à partir de sources de tensions alternatives, créant des courants de décharge alternativement dans chaque sens, le courant de décharge élémentaire est unidirectionnel, une des électrodes constituant anode et l'autre cathode. Bien entendu, l'expression "un gaz" ne signifie pas pour autant qu'il s'agisse nécessairement d'un gaz pur, mais que la composition du gaz dans le tube, gaz pur ou mélange de gaz, est définie.
  • Plus précisément, le courant de décharge résulte d'une ionisation en avalanche amorcée par des électrons émis par la cathode, et entrant en collision avec les molécules du gaz au voisinage de la cathode, pour former des paires électrons-ions, les électrons et les ions étant ensuite accélérés par le champ électrique pour provoquer de nouvelles collisions. Le courant de décharge résulte d'un mouvement d'ensemble d'électrons de la cathode vers l'anode, et d'ions de l'anode vers la cathode.
  • La tension de décharge entre les électrodes est déterminée par l'énergie d'ionisation du gaz et par le nombre d'ionisations par collisions en cascade nécessaires pour qu'une charge élémentaire passe de la cathode à l'anode (il s'agit d'une charge virtuelle, bien entendu, et non d'un électron déterminé).
  • Les électrodes pour tubes à décharge dans un gaz, qui fonctionnent en cathodes émissives (généralement pendant une demi-alternance sur deux d'une source alternative, auquel cas, pendant l'autre demi-alternance, elles fonctionnent passivement en anode), peuvent être classées en deux catégories dites respectivement cathodes chaudes et cathodes froides, selon que, dans l'émission des électrons par la cathode, l'émission thermionique joue un rôle essentiel ou marginal, tandis que l'émission secondaire sous les impacts ioniques joue un rôle secondaire ou primordial.
  • Bien entendu, pour l'une et l'autre catégorie, le potentiel de sortie de la cathode (barrière de potentiel que les électrons doivent franchir pour sortir de la matière de cathode) joue un rôle important, et déterminant pour le choix de la couche active de cathode.
  • Les cathodes chaudes, telles que celles qui équipent les tubes fluorescents usuels et fonctionnent vers 1 000 K, procurent une chute de tension interne faible, du même ordre de grandeur que le potentiel d'ionisation du gaz qui constitue l'atmosphère du tube, l'émission thermionique fournissant une part importante du courant de décharge. On rappelle que couramment le chauffage de la cathode est obtenu en constituant le support d'un fil fin qui est porté vers 1 000 K par le passage du courant de décharge.
  • Par contraste, le courant électronique d'amorçage émis par les cathodes froides dont la température est inférieure à 700 K est très faible devant le courant total de décharge, celui-ci résultant de l'effet multiplicateur de l'ionisation en avalanche ; l'intérêt des cathodes froides réside dans le fait qu'elles ne comportent pas de dispositions pour le chauffage, tant dans le tube que dans les dispositifs d'alimentation ; en contrepartie la chute de tension interne est augmentée fortement par l'ionisation en cascade.
  • Pour les tubes à cathodes chaudes, la surface active de cathode est constituée usuellement d'oxydes alcalino-terreux (baryum, strontium et calcium), résultant de la décomposition thermique de carbonates, ces oxydes présentant, à la suite d'un traitement d'activation, un potentiel de sortie faible.
  • Bien que les cathodes froides soient moins exigeantes sur la valeur du potentiel de sortie, les conséquences d'une augmentation du potentiel de sortie pouvant être compensées par une augmentation du coefficient de multiplication de la décharge en avalanche, on a cherché à réduire le potentiel de sortie de la cathode en constituant sa matière active d'oxydes de métaux alcalino-terreux, pour réduire la chute de tension interne, notamment dans le cas de tubes courts.
  • Toutefois de telles cathodes présentent des inconvénients :
    • en raison de la sensibilité des oxydes alcalino-terreux à la vapeur d'eau et au CO₂, la décomposition des carbonates de métaux alcalino-terreux en oxydes doit intervenir après le montage des cathodes dans le tube. Mais ces cathodes ne peuvent être chauffées directement par passage de courant. Il est nécessaire, pour décomposer les carbonates, d'introduire un gaz à basse pression dans le tube et d'y créer une décharge, l'intensité de la décharge et la pression dans le tube étant réglées pour porter les cathodes à une température suffisante. Les gaz dégagés par la cathode viennent se mélanger avec le gaz où l'on crée la décharge, de sorte que la décomposition ne s'effectue pas dans d'excellentes conditions ;
    • l'activation des cathodes, qui suppose normalement (cas des cathodes chaudes) un chauffage avec émission simultanée de courant, est difficilement réalisable efficacement dans le tube à décharge monté, tandis qu'une cathode activée est sensible à l'oxygène, à la vapeur d'eau et au gaz carbonique ;
    • les oxydes alcalino-terreux activés ont tendance à se désactiver sous l'influence d'impacts d'ions à grande énergie.
  • Les documents JP-A-54-144076 et JP-A-54-144077 décrivent des lampes à décharge dans un gaz à cathodes chaudes, celles-ci étant constituées d'un filament bobiné classique enduit respectivement de titanate de baryum BaTiO₃ et de titanates double de baryum et calcium de formules Ba₃CaTiO₉ et Ba₂CaTiO₅.
  • Selon ces documents, les titanates sont obtenus par le procédé suivant :
    • on mélange, en proportions stoechiométriques appropriées à la composition finale recherchée du carbonate de baryum, du carbonate de calcium le cas échéant, et de l'oxyde de titane TiO₂, avec un liant organique ;
    • on forme des comprimés de masse comprise entre 50 et 70 g de ce mélange ;
    • on fritte les comprimés vers 1 200°C ;
    • on les broie jusqu'à une granulométrie de quelques micromètres, et on enduit les filaments avec la poudre diluée dans un solvant organique.
  • Les cathodes ainsi réalisées ne requerraient aucune activation particulière; leur potentiel de sortie serait de 1,3-1,4 V, soit du même ordre de grandeur que celui des oxydes de métaux alcalino-terreux (1,1-1,3).
  • On notera toutefois que le potentiel de sortie moyen du titanate de baryum 1,35 V est supérieur à celui des oxydes alcalino-terreux (1,2 V), ce qui implique que, pour obtenir la même émission électronique que les oxydes alcalino-terreux à 1 000 K, la cathode au titanate doit être à 1 125 K, et que, à température égale, l'émission du titanate soit de l'ordre du tiers de celle des oxydes.
  • Par ailleurs, JP-A-54-144076 enseigne que, pour le titanate de baryum, un excès stoechiométrique d'oxyde de baryum conduit à une baisse de stabilité de la lampe à décharge en service, une émission accrue de gaz et un noircissement des parois, tandis qu'un défaut stoechiométrique d'oxyde de baryum entraîne une baisse d'émissivité. On était tenté de conclure que tout écart à la stoechiométrie des titanates avait des effets nuisibles.
  • De ce qui a été exposé précédemment, on aura retenu que les résultats obtenus sur des cathodes chaudes ne sont pas transposables à priori aux cathodes froides, tant en raison des contraintes de fabrication que des différences de conditions de fonctionnement.
  • Et, de fait, l'utilisation de titanates de métaux alcalino-terreux tels quels, pour des revêtements de cathode froide de tubes à décharge dans les gaz, ne s'est pas révélée intéressante.
  • Dans ses recherches pour l'amélioration des cathodes froides pour tubes à décharge dans un gaz, le Demandeur s'est donné comme objectif des compositions de couche active pour cathode froide qui procurent des résultats, en durée de vie, stabilité de la décharge, et réduction de la chute de tension cathodique, supérieurs à ce qui était obtenu auparavant.
  • Pour atteindre cet objectif, l'invention propose une électrode pour tube à décharge dans un gaz, formant cathode émissive à froid et comportant, sur un support métallique, une couche active constituée en majeure partie de composés de métaux alcalino-terreux, caractérisée en ce que ces composés de métaux alcalino-terreux sont des titanates contenant une dose efficace d'un élément réducteur.
  • On constate pratiquement que les électrodes ainsi réalisées présentent une meilleure tenue dans le temps en fonctionnement et que leurs qualités ne sont pas altérées en cours de stockage entre la fabrication et le montage dans le tube. En outre on constate que les cathodes supportent des densités de courant de décharge bien supérieures à ce que supportent les cathodes usuelles, ce qui permet de réduire leurs dimensions et en conséquence uniformiser leur température de fonctionnement. Par densité de courant de décharge, on entend bien entendu le quotient du courant de décharge par la surface émissive de cathode.
  • En outre l'activation de la cathode est obtenue, en fabrication, en portant la cathode munie de sa couche émissive à une température de 700° à 1 000°C en atmosphère neutre, de façon à d'une part cuire la couche active et d'autre part faire agir l'élément réducteur sur le titanate de métal alcalino-terreux.
  • On peut supposer que l'action de l'élément réducteur sur le titanate a pour résultat de former des traces de métal qui viennent doper le titanate restant et en abaisser le potentiel de sortie.
  • De préférence, l'élément réducteur est pris parmi le silicium, le zirconium et l'aluminium, ou leurs mélanges. On notera que le silicium demande, pour réagir, des températures de 800° à 1 000°C, alors que le zirconium est réducteur déjà à plus basse température. L'aluminium est un réducteur très actif à température relativement basse, mais est délicat à utiliser lorsque le gaz où doit se produire la décharge contient de la vapeur de mercure.
  • La dose efficace convenable d'élément réducteur est comprise entre 10⁻⁵ et 10⁻⁹ mole d'élément réducteur par mole de titanate de métal alcalino-terreux, et de préférence entre 10⁻⁶ et 10⁻⁸.
  • Les métaux alcalino-terreux préférés sont le baryum et le calcium.
  • En disposition préférée, le support métallique est un cylindre en tôle de métal ferreux ouvert aux deux extrémités, avec son axe étendu suivant la direction générale de décharge, la couche active étant fixée sur la surface interne du cylindre. On comprend que, de ce fait, la décharge possède une symétrie de révolution autour de l'axe du cylindre de cathode, ce qui favorise une répartition régulière de la densité de courant au voisinage de la cathode.
  • Cette disposition est encore améliorée si une gaine tubulaire en céramique est disposée autour du cylindre de support, dépassant celui-ci au moins à son extrémité du côté de la décharge. D'une part cette gaine réduit les risques que la décharge parte de l'extérieur du cylindre métallique, ou contourne ce cylindre, et d'autre part elle réduit les pertes d'énergie par rayonnement de la cathode, dont la température est augmentée et régularisée, ce qui réduit de plus la susceptibilité à laisser se former des points froids où se condenseraient des vapeurs métalliques contenues dans le gaz (mercure notamment), ce qui limiterait de ce fait la pression partielle de la vapeur métallique à la pression saturante à la température de ces points froids.
  • Des caractéristiques secondaires et les avantages de l'invention pourront ressortir d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence à la figure unique annexée qui représente en coupe longitudinale une extrémité de tube à décharge dans un gaz, munie d'une électrode typique selon l'invention.
  • Selon la forme de réalisation choisie et représentée, une électrode 1 dans son ensemble est montée à une extrémité d'un tube 2, destiné à contenir un gaz ionisable sous pression réduite pour y provoquer une décharge luminescente. Le tube 2 possède bien entendu une électrode à chacune de ses extrémités, l'une fonctionnant en cathode froide et l'autre en anode. Etant donné que la décharge se développe à partir d'une émission d'électrons par la cathode tandis que l'anode reste passive, il suffit que cette dernière supporte les échauffements dus au fonctionnement sans se détériorer ni modifier l'atmosphère du tube.
  • Mais, en général les tubes à décharge dans les gaz sont alimentés par des sources de tension alternative, et les électrodes fonctionnent alternativement l'une en cathode et l'autre en anode, et sont semblables, leurs dispositions étant déterminées essentiellement pour le fonctionnement en cathode. On utilise alors indifféremment pour les désigner le terme électrode ou le terme cathode.
  • L'électrode 1 dans son ensemble comporte un support métallique 3, constitué d'une tôle conformée en cylindre ouvert à ses deux extrémités. Le support peut être constitué d'une tôle de fer, mais plus généralement en alliage fer, nickel, chrome. A l'extrémité arrière du cylindre 3, un fil en alliage fer, nickel, en forme de U 6 est soudé par ses deux extrémités. Au centre du U 6 part un conducteur d'entrée de courant 7, dans l'axe du tube. La partie centrale du U 6 et l'extrémité de l'entrée de courant 7 soudée à l'U 6 sont emprisonnées dans un bossage de verre 2a constituant fermeture du tube. L'entrée de courant 7 constitue bien entendu scellement étanche avec le verre 2a et possède en conséquence un coefficient de dilatation compatible avec celui du bossage 2a.
  • Le cylindre de support 3 est inséré dans un tube de céramique 5, qui dépasse le support 3 du côté du tube où se produira la décharge d'environ la moitié de la longueur du support. A sa partie arrière du côté opposé à la décharge, le tube de céramique 5 porte sur le fond du tube 2. La céramique 5 sera choisie pour supporter la température de cathode, être inerte chimiquement vis-à-vis du support 3 et du gaz de remplissage, et n'être pas poreuse, pour éviter des dégazages en cours de pompage et de fonctionnement.
  • La céramique peut être de la silice, de l'alumine, ou un mélange de ces oxydes entre eux ou avec d'autres oxydes réfractaires.
  • La face interne 3a du support cylindrique 3 est revêtue d'une couche active 4, obtenue par revêtement de la face interne 3a par une poudre à base de titanate de métal alcalino-terreux additionnée d'un liant, et cuisson ultérieure de cette poudre en atmosphère neutre.
  • Le titanate de métal alcalino-terreux est ici, soit du titanate de baryum, soit un mélange de titanate de baryum et de calcium, les règles de choix du métal alcalino-terreux et des proportions de mélange éventuelles étant analogues à celles que l'on retient usuellement pour les oxydes d'alcalino-terreux. La poudre de titanate utilisée est additionnée, avant mise en suspension dans un solvant contenant un liant, d'un élement réducteur pris parmi le silicium, le zirconium et l'aluminium, en quantité correspondant à 10⁻⁶ à 10⁻⁸ mole d'élément réducteur par mole de titanate. Bien entendu, on opère par dilutions successives de l'élément réducteur, pour éviter des irrégularités de dosage.
  • L'aluminium, de prix relativement bas, est un réducteur énergique ; toutefois il forme des alliages avec le mercure, de sorte que son utilisation pour des tubes dont l'atmosphère contient du mercure est à déconseiller.
  • Le silicium ne réagit avec une vitesse suffisante pour réduire le titanate que vers 800° à 1 000°C. Mais ses propriétés en font l'élément réducteur le plus favorable.
  • Le zirconium a pour inconvénients son prix, et son inflammabilité à l'état pulvérulent. Mais en revanche, il réduit le titanate à des températures inférieures à celles que nécessite le silicium, et il présente une tension de vapeur très inférieure à celle de l'aluminium et du silicium, ce qui le rend indiqué pour des tubes à performances élevées.
  • Après que la poudre du titanate ait été déposée sur la face interne du cylindre de support 3, ce dernier est mis dans un four à atmosphère neutre pour l'opération de cuisson et de réduction, à des températures comprises entre 750° et 1 000°C selon la composition du titanate et la nature de l'élément réducteur.
  • Après cuisson, la cathode 1 est montée dans un tronçon de tube 2 qui sera raccordé à l'extrémité d'une longueur de tube qui pourra recevoir une conformation spéciale, de façon classique.
  • On remarquera que la disposition du support 3 en cylindre entouré du tube de céramique 5, et la disposition de la couche active 4 sur la face interne du support confèrent à la cathode une configuration de révolution dans l'axe du tube 2 (au moins au voisinage de la cathode 1), l'axe du tube 2 définissant la direction générale de décharge.
  • De plus, la cathode 1 confine la décharge à son origine, tout en présentant une surface active 4 relativement importante. Ces dispositions favorisent la régularité de la densité de courant à l'interface couche active, gaz ionisé, et l'efficacité de l'impact des ions sur la surface active, d'autant que le dopage du titanate alcalino-terreux par le produit de réduction de titanate par l'élément réducteur réduit le travail de sortie de façon sensiblement homogène.
  • Tout cela a été confirmé par des essais effectués en laboratoires.
  • Il a été constaté ainsi que la dose d'élément réducteur pouvait être portée à 10⁻⁵ mole par mole de titanate sans inconvénients sérieux, et qu'à des doses aussi faibles que 10⁻⁹ mole, l'effet de l'élément réducteur était sensible.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution dans le cadre des revendications.

Claims (6)

  1. Electrode (1) pour tube à décharge (2) dans un gaz, formant cathode émissive à froid et comportant, sur un support métallique (3), une couche active (4) constituée en majeure partie de composés de métaux alcalino-terreux, caractérisée en ce que ces composés de métaux alcalino-terreux sont des titanates contenant une dose efficace d'un élément réducteur.
  2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément réducteur est pris parmi le silicium, le zirconium et l'aluminium, et leurs mélanges.
  3. Electrode selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la dose efficace d'élément réducteur est comprise entre 10⁻⁵ et 10⁻⁹ mole d'élément réducteur par mole de titanate, de préférence entre 10⁻⁶ et 10⁻⁸.
  4. Electrode selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les métaux alcalino-terreux combinés dans les titanates sont le baryum et le calcium, seuls ou en association.
  5. Electrode selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le support métallique est un cylindre (3) de tôle en métal ferreux ouvert aux deux extrémités avec son axe étendu suivant la direction générale de décharge, la couche active (4) étant fixée sur la face interne (3a) du cylindre (3).
  6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, autour du cylindre de support (3), une gaine tubulaire (5) en céramique, dépassant le support (3) au moins à son extrémité du côté de la décharge.
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