FR2514945A1 - Indirectly heated cathode e.g. for CRT - where thin tube made of refractory metal is used to carry pastille impregnated with emitter material, esp. barium scandate - Google Patents
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Abstract
Description
ÇATHODE A CHAUFFAGE INDIRECT ET TUBE ELECTRONIQUE. INDIRECT HEATER AND ELECTRONIC TUBE.
A RAYONS CATHODIQUES NOTAMMENT, MUNI D'UNE TELLE CATHODE.WITH CATHODE RAYS IN PARTICULAR, PROVIDED WITH SUCH A CATHODE.
L'invention concerne une cathode à chauffage indirect. The invention relates to an indirectly heated cathode.
L'ensemble émissif que l'on trouve couramment dans bon nombre de tubes électroniques, les tubes à rayons cathodiques notamment, consiste en une cathode dite "à oxydes", à chauffage indirect, constituée principalement par un filament logé dans une pièce creuse formant le corps de cathode ; le filament est placé dans la pièce creuse, sans contact avec elle, et lui transmet sa chaleur par rayonnement. The emissive assembly that is commonly found in many electronic tubes, cathode ray tubes in particular, consists of a cathode called "oxide", with indirect heating, mainly consisting of a filament housed in a hollow part forming the cathode body; the filament is placed in the hollow part, without contact with it, and transmits its heat by radiation.
L'émission est fournie par une couche d'oxydes mixtes de baryum, strontium et calcium (Ba, Sr, Ca) O recouvrant une partie de la surface du corps de cathode, lui-même en nickel de composition contrôlée et dopé d'un réducteur tel que le magnésium ; pour fixer les idées, on rappellera que le corps de cathode a généralement la forme d'un petit cylindre embouti, dont la face terminale concave ou plane porte le revêtement émissif. The emission is provided by a layer of mixed oxides of barium, strontium and calcium (Ba, Sr, Ca) O covering part of the surface of the cathode body, itself made of nickel of controlled composition and doped with a reducing agent such as magnesium; to fix the ideas, it will be recalled that the cathode body generally has the shape of a small stamped cylinder, the concave or flat end face of which bears the emissive coating.
En fonctionnement, la température de cette partie de la cathode est voisine de 800"C. Pour cela, la température du filament, libre dans le corps de cathode qu'il chauffe par rayonnement, doit être voisine de 10500C. Ce dernier est généralement constitué de tungstène pur, recouvert d'alumine. Quant à l'émission, elle a lieu grâce-à la formation de baryum libre dans la couche d'oxydes, résultant de divers phénomènes dont elle est le siège en fonctionnement, et dans le détail desquels on ne rentrera pas ici. Le travail de sortie est dans ces conditions de leV. In operation, the temperature of this part of the cathode is close to 800 "C. For this, the temperature of the filament, free in the cathode body which it heats by radiation, must be close to 10500C. The latter generally consists of pure tungsten, covered with alumina. As for the emission, it takes place thanks to the formation of free barium in the oxide layer, resulting from various phenomena of which it is the seat in operation, and in detail of which we will not come back here. The exit work is in these conditions of LeV.
Au cours du fonctionnement, le baryum libre migre à la surface et s'évapore au fur et à mesure que l'émission se poursuit, si bien que celle-ci finit par décrotte sensiblement, pour cesser lorsque la réserve de baryum est épuisée ; cet épuisement se produit d'autant plus vite que l'émission est forte et un compromis est nécessaire entre la durée de vie D et la densité J du courant émis ; au delà d'une densité de 1 ampère par centimètre carré environ (lA/cm2), calculée au centre de la cathode, le produit de ces deux quantités, pratiquement constant, est fixé par la quantité totale de produit émissif disponible. During operation, the free barium migrates to the surface and evaporates as the emission continues, so that it ends up falling off appreciably, to cease when the reserve of barium is exhausted; this exhaustion occurs all the more quickly as the emission is strong and a compromise is necessary between the lifetime D and the density J of the emitted current; beyond a density of approximately 1 ampere per square centimeter (lA / cm2), calculated at the center of the cathode, the product of these two quantities, practically constant, is fixed by the total quantity of emissive product available.
Les caractéristiques de la cathode subissent la même évolution dans le temps. The characteristics of the cathode undergo the same evolution over time.
Pour certains tubes professionnels, necessitant des débits de cathode plus importants et une bonne stabilité de caractéristiques, il convient de faire appel à un autre type de cathode, la cathode "imprégnée". La partie émissive de cette cathode est constituée d'une pastille de tungstène poreux (20 % de prorosité globale généralement) imprégnée d'aluminates de baryum, calcium. L'émission est rendue possible par la formation, sous l'action de la température, d'une monocouche dipolaire Ba - O qui se forme à la surface du pavé de tungstène et qui abaisse le travail de sortie des électrons juqu'à 2eV, valeur toutefois supérieure à celle des cathodes à oxydes donnée plus haut, imposant une température de fonctionnement plus élevée. For certain professional tubes, requiring higher cathode flow rates and good stability of characteristics, it is advisable to use another type of cathode, the "impregnated" cathode. The emissive part of this cathode consists of a pellet of porous tungsten (20% overall prorosity generally) impregnated with barium aluminates, calcium. The emission is made possible by the formation, under the action of temperature, of a dipole monolayer Ba - O which is formed on the surface of the tungsten block and which lowers the work of output of the electrons up to 2eV, value, however, higher than that of the oxide cathodes given above, imposing a higher operating temperature.
La structure de la cathode devient alors plus complexe. En effet, la température idéale de fonctionnement, correspondant au travail de sortie minimum, approximativement 10300C, impose au filament, pour des raisons de tenue mécanique, de chauffer la cathode non plus par rayonnement mais par conduction. L'écart de température, soit 200C, entre filament et cathode est alors moindre que dans le cas du filament libre des cathodes a oxydes, où il était de 250"C d'après ce qui précède. Un tel filament est dit "filament bloci' et sa réalisation prévoit de combler l'espace filament cathode par une masse d'un matériau isolant électriquement, de l'alumine, par exemple.Pour une même puissance de chauffage, il y a en outre nécessité- d'ajouter un écran thermique supplémentaire d'épaisseur très faible. La cathode se trouve ainsi en général munie de deux écrans, ou déflecteurs, qui permettent l'obtention de la température avec les alimentations et les puissances standard utilisées pour les cathodes à oxydes. The structure of the cathode then becomes more complex. Indeed, the ideal operating temperature, corresponding to the minimum output work, approximately 10300C, requires the filament, for reasons of mechanical strength, to heat the cathode no longer by radiation but by conduction. The temperature difference, ie 200C, between filament and cathode is then less than in the case of the free filament of oxide cathodes, where it was 250 "C according to the above. Such a filament is called" filament bloci '' and its realization provides for filling the cathode filament space with a mass of an electrically insulating material, for example alumina. For the same heating power, there is also the need to add a heat shield extra very thin. The cathode is thus generally provided with two screens, or deflectors, which make it possible to obtain the temperature with the power supplies and the standard powers used for the oxide cathodes.
En résumé, pour des causes inhérentes aux principes de fonc tionnement, la durée de vie de la cathode imprégnée ne dépend que de la température qui détermine le flux de baryum migrant vers la surface par les pores du pavé, et l'on peut, dans les limites du courant de saturation, obtenir des densités de courant au centre de la cathode dix fois supérieures aux limites raisonables pour les cathodes à oxydes, sans affecter leur durée de vie. In summary, for reasons inherent to the principles of operation, the life of the impregnated cathode depends only on the temperature which determines the flow of barium migrating towards the surface through the pores of the block, and it is possible, in the saturation current limits, obtain current densities at the center of the cathode ten times higher than the reasonable limits for the oxide cathodes, without affecting their lifetime.
La réserve de baryum est, en effet, suffisante pour que la durée de vie de la cathode ne soit pratiquement pas limitée par la quantité totale d'atomes disponibles. C'est ce qui se produit aussi dans une certaine mesure, avec les cathodes simples, à couche, précédentes, lorsque la densité d'émission demandée est faible (inférieure à lA/cm2 d'après les chiffres cités). The barium reserve is, in fact, sufficient so that the lifetime of the cathode is practically not limited by the total quantity of atoms available. This also occurs to a certain extent, with the previous single-layer, layer cathodes, when the requested emission density is low (less than 1A / cm 2 according to the figures cited).
Cependant, un tel système à filament bloc , présente une inertie thermique non négligeable et qui peut nécessiter, dans le cas d'un besoin de mise en oeuvre rapide le maintien en permanence sous tension - réduite éventuellement - du filament. De plus, la réalisation du filament bloc, de part les manipulations nécessaires, augmente considérablement le coût de la cathode. However, such a block filament system exhibits a non-negligible thermal inertia and which may require, in the case of a need for rapid implementation, the permanent keeping under tension - possibly reduced - of the filament. In addition, the production of the block filament, due to the necessary manipulations, considerably increases the cost of the cathode.
Pour de plus amples informations concernant ces sortes de cathodes, on pourra se reporter notamment aux rapports des travaux du Congrés International du Centenaire de la Cathode à Oxydes publié par la revue "Le vide" - n" 51, Mai 1954. For further information concerning these kinds of cathodes, one can refer in particular to the reports of the work of the International Congress of the Centenary of the Oxide Cathode published by the review "Le vide" - n "51, May 1954.
L'invention décrit une cathode présentant les avantages d'une cathode imprégnée, à savoir une grande densité de courant et une longue durée de vie, alliés à ceux des cathodes à oxydes les plus simples, à filament chauffant libre dans l'espace intérieur du corps de la cathode. The invention describes a cathode having the advantages of an impregnated cathode, namely a high current density and a long service life, combined with those of the simplest oxide cathodes, with free heating filament in the interior space of the cathode body.
L'utilisation d'un tel filament chauffant, exerçant son action par rayonnement, entraîne, comme dans le cas de ces cathodes simples, I'existence d'un fort gradient de température, chiffré plus haut à environ 2500 C. Comme d'autre part les cathodes imprégnées nécessitent une température de 10300C environ selon les indications précédentes, des dispositions sont prévues pour réduire au minimum les pertes thermiques de l'ensemble cathodique en fonctionnement, dans les conditions qui seront précisées. The use of such a heating filament, exerting its action by radiation, leads, as in the case of these simple cathodes, to the existence of a strong temperature gradient, quantified higher at around 2500 C. Like other apart from the impregnated cathodes require a temperature of approximately 10300C according to the previous indications, arrangements are made to minimize the thermal losses of the cathode assembly in operation, under the conditions which will be specified.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent; - figure l: : Une vue en coupe schématique d'une cathode à oxydes telle que connue de l'art;
- figure 2 : Une vue en coupe schématique d'une cathode imprégnée telle que connue de l'art;
- figure 3 : Une vue en coupe schématique de la cathode de l'invention.The invention will be better understood by referring to the description which follows and to the attached figures which represent; - Figure l:: A schematic sectional view of an oxide cathode as known in the art;
- Figure 2: A schematic sectional view of an impregnated cathode as known in the art;
- Figure 3: A schematic sectional view of the cathode of the invention.
La figure l montre une cathode à oxydes telle que connue de l'art. Le corps de cathode 1 consiste en un cylindre creux fermé à l'une des ces extrémités, fait dans l'exemple en deux parties 10 et li; partie Il, qui en constitue le fond, porte le revêtement émissif d'oxydes désigné par le repère 2. Un écran thermique 3, ou déflecteur est fixé par tout moyen au corps de cathode, à sa base comme le montre le dessin. Une entretoise en matériau électriquement isolant 4 sert de soutien à l'ensemble monté dans le tube. A l'intérieur du cylindre creux est déssiné schématiquement le filament chauffant 5, sans contact avec le corps de cathode, dans lequel il est libre. Figure 1 shows an oxide cathode as known in the art. The cathode body 1 consists of a hollow cylinder closed at one of these ends, made in the example in two parts 10 and li; part II, which constitutes the bottom thereof, carries the emissive coating of oxides designated by the reference 2. A heat shield 3, or deflector is fixed by any means to the cathode body, at its base as shown in the drawing. A spacer made of electrically insulating material 4 serves to support the assembly mounted in the tube. Inside the hollow cylinder is schematically drawn the heating filament 5, without contact with the cathode body, in which it is free.
La figure 2, montre un exemple de cathode imprégnée telle que comme de l'art également. On y retrouve, avec les mêmes repères un certain nombre des éléments de la figure l. Les différences avec cette dernière portent sur la structure du corps de cathode. Figure 2 shows an example of an impregnated cathode such as art as well. One finds there, with the same references a certain number of the elements of figure l. The differences with the latter relate to the structure of the cathode body.
Une pièce épaisse 110 comporte à sa partie supérieure un évidemment rempli du corps émissif, lequel comme on l'a dit consiste en une pastille de tungstène poreuse 20 imprégnée d'aluminates ; à sa partie inférieure cette pièce est creusée pour recevoir le filament chauffant 5 qui,ici, est noyé dans une masse pulvérulente d'un corps électriquement isolant, de l'amunine par exemple, portant le repère 6 et représentée sur le dessin par la surface couverte de points. A thick piece 110 has at its upper part an obviously filled with the emissive body, which as has been said consists of a porous tungsten pellet 20 impregnated with aluminates; at its lower part, this part is hollowed out to receive the heating filament 5 which, here, is embedded in a pulverulent mass of an electrically insulating body, of amunine for example, carrying the mark 6 and represented in the drawing by the surface covered in dots.
La pièce épaisse 110, constituée d'un métal à haut point de fusion ou réfrataire, est généralement obtenue par tournage à partir d'un barreau de ce métal. Des traitements thermiques sont nécessaires pour stabiliser et la pastille émissive 20 et l'isolant dans lequel est noyé le filament. La nature des métaux, la structure des pièces et ces traitement thermiques augmentent considérablement le coût de l'ensemble cathodique par rapport au cas précédent. De plus, un écran thermique supplémentaire, outre l'écran 3, est à prévoir sous forme d'un cylindre, en métal réfractaire lui aussi, et de très faible épaisseur, 7 sur le dessin. The thick piece 110, made of a metal with a high melting or refractory point, is generally obtained by turning from a bar of this metal. Heat treatments are necessary to stabilize both the emitting pad 20 and the insulator in which the filament is embedded. The nature of the metals, the structure of the parts and these heat treatments considerably increase the cost of the cathode assembly compared to the previous case. In addition, an additional heat shield, in addition to the shield 3, is to be provided in the form of a cylinder, also of refractory metal, and of very small thickness, 7 in the drawing.
La figure 3, montre la structure d'une cathode de l'invention elle est donnée à titre non limitatif, étant admis que toutes les variantes de détails accessible à l'homme de l'art qui pourraint y être apportées seraient également comprises dans la portée de l'invention. Figure 3 shows the structure of a cathode of the invention it is given without limitation, it being admitted that all the variants of details accessible to those skilled in the art which may be made therein would also be included in the scope of the invention.
Dans la structure représentée, le corps de cathode est constitué par un tube lisse 8 de très faible épaisseur en un métal réfractaire, par exemple le mobybdène déjà cité, ou le tantale notamment, ou en un alliage éventuellement. La partie supérieure du tube est obturee par la pastille emissive constituée, comme dans Exemple de la figure 2, et qui porte le même repère 20. A
I'intérieur du tube, sous la pastille, est logé le filament chauffant 5, disposé libre dans le tube, c'est-à-dire sans contact avec lui ; il est soutenu dans cette position par tout moyen, non représenté, comme dans le cas de la figure 1. Il est revêtu d'un isolant électrique,de l'alumine A12 03, par exemple.In the structure shown, the cathode body consists of a smooth tube 8 of very small thickness made of a refractory metal, for example the mobybdenum already mentioned, or tantalum in particular, or possibly an alloy. The upper part of the tube is closed by the emissive patch constituted, as in Example of FIG. 2, and which bears the same reference 20. A
The inside of the tube, under the pellet, is housed the heating filament 5, placed free in the tube, that is to say without contact with it; it is supported in this position by any means, not shown, as in the case of Figure 1. It is coated with an electrical insulator, alumina A12 03, for example.
Le tube 8 est choisi de très faible épaisseur, de façon à constituer un écran thermique par le fort gradient de température régnant, en fonctionnement, entre son extrémité supérieure, à la température de la pastille émissive, et son extrémité opposée. Il peut être obtenu par exemple, à partir d'une feuille du métal choisi roulée puis soudée, électriquement le long d'une génératrice ; son épaisseur est de l'ordre du centième de millimètre ; valeur alliant une bonne tenue mécanique et une action efficace comme écran est de 15 micrométres. Cette épaisseur n'est pas représentée à l'échelle sur le dessin de la figure 3, ni en proportion avec les tubes (10, 7) occupant la même position dans les autres figures et qui sont, au contraire, beaucoup plus épais dans l'art antérieur de ces figures.On a cité parmi les métaux réfractaires le mobybdène comme matériau constitutif de ce tube ainsi que le tantale. Un alliage de mobybdène et de rhénium à 50 %, par exemple convient aussi très bien à cet usage. The tube 8 is chosen to be very thin, so as to constitute a heat shield by the strong temperature gradient prevailing, in operation, between its upper end, at the temperature of the emissive patch, and its opposite end. It can be obtained, for example, from a sheet of the chosen metal rolled and then welded, electrically along a generator; its thickness is of the order of a hundredth of a millimeter; value combining good mechanical strength and effective action as a screen is 15 micrometers. This thickness is not shown to scale in the drawing of Figure 3, nor in proportion with the tubes (10, 7) occupying the same position in the other figures and which are, on the contrary, much thicker in the he prior art of these figures. Mobybdenum has been cited among the refractory metals as the constituent material of this tube, as well as tantalum. An alloy of mobybdenum and rhenium at 50%, for example, is also very suitable for this use.
La pastille émissive 20 est préparée dans les conditions connues pour une bonne porosité et pour éviter la migration des oxydes vers l'espace filament inférieur. Elle est ensuite introduite dans le tube de manière à affleurer à l'extrémité de celui-ci, puis soudée à celuici par tout moyen, le soudage électrique notamment. The emissive tablet 20 is prepared under known conditions for good porosity and to avoid the migration of oxides to the lower filament space. It is then introduced into the tube so as to be flush with the end of the latter, then welded to it by any means, in particular electric welding.
L'écran thermique 3 et !'entretoise 4, en céramique, sont fixés comme dans le cas des cathodes à oxydes ordinaires, suivant la figure 1. Le laser ou la brasure peuvent être utilisés, de façon générale, à la place de la soudure électrique.The heat shield 3 and the ceramic spacer 4 are fixed as in the case of ordinary oxide cathodes, according to FIG. 1. The laser or the solder can be used, in general, in place of the solder electric.
Dans une version préférée de l'invention, on utilise un filament de tungstène au rhénium, à 3 % de ce dernier corps, au lieu d'un filament en tungstène pur, de manière à obtenir la température, de l'ordre de 11500C à 12009C, nécessaire au chauffage de la pastille. In a preferred version of the invention, a rhenium tungsten filament is used, at 3% of the latter body, instead of a pure tungsten filament, so as to obtain the temperature, of the order of 11500C to 12009C, necessary for heating the tablet.
Celle-ci, toujours dans une version préférée, est constituée de tungstène imprégné au scandate de baryum,de formule 2Sc2 03, 3
Ba O de préférence aux aluminates mentionnés (dans ce cas, une couverture d'osmium était prévue sur la face avant de la pastille).This, still in a preferred version, consists of tungsten impregnated with barium scandate, of formula 2Sc2 03, 3
Ba O in preference to the aluminates mentioned (in this case, an osmium covering was provided on the front face of the tablet).
Dans ces conditions, on opére avec un filament dont la température est comprise entre les valeurs citées pour une température d'émission de la pastille de 9200C à 930"C ; les mêmes alimentations que celles des cathodes à oxydes ordinaires, selon la figure 1, peuvent être utilisées (6.3V - 300 mA pour une cathode de 2 2W). On obtient ainsi des densités élevées de l'ordre de 6 à 8 A/cm2, de longue durées de vie et un coût relativement faible à la réalisation et Pexploitation. Under these conditions, the operation is carried out with a filament whose temperature is between the values quoted for an emission temperature of the pellet from 9200C to 930 "C; the same supplies as those of ordinary oxide cathodes, according to FIG. 1, can be used (6.3V - 300 mA for a cathode of 2 2W). This gives high densities of the order of 6 to 8 A / cm2, long lifetimes and a relatively low cost in production and operation. .
Les caractéristiques de la cathode de l'invention lui permettent d'être utilisée dans tous les tubes à rayons cathodiques néces sitant une charge de cathode élevée, des caractéristiques électriques stables ou la possibilité d'une mise en oeuvre rapide. The characteristics of the cathode of the invention allow it to be used in all cathode ray tubes required having a high cathode charge, stable electrical characteristics or the possibility of rapid implementation.
Certains tubes professionnels demandent une telle densité de courant élevée au niveau de la cathode pour permettre une grande densité énergétique du spot. Ces tubes sont par exemple:
- les tubes de mesure à grande bande passante (en particulier supérieure à 100 megahertz). Leurs canons sont très diaphragmés, et les électrons utiles sont ceux en provenance de l'extrême centre optique de la cathode, qui doit alors pouvoir émettre en son centre une densité de courant élevée.Some professional tubes require such a high current density at the cathode to allow a high energy density of the spot. These tubes are for example:
- measurement tubes with large bandwidth (in particular greater than 100 megahertz). Their guns are very diaphragmed, and the useful electrons are those coming from the extreme optical center of the cathode, which must then be able to emit in its center a high current density.
- les tubes pour avionique demandant une très forte luminosité liée directement à la densité de courant débitée par la cathode. - avionics tubes requiring a very high luminosity directly related to the current density delivered by the cathode.
- les tubes moniteurs à très haute définition. - very high definition monitor tubes.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8119670A FR2514945A1 (en) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | Indirectly heated cathode e.g. for CRT - where thin tube made of refractory metal is used to carry pastille impregnated with emitter material, esp. barium scandate |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2514945A1 true FR2514945A1 (en) | 1983-04-22 |
| FR2514945B1 FR2514945B1 (en) | 1984-12-07 |
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ID=9263201
Family Applications (1)
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| FR8119670A Granted FR2514945A1 (en) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | Indirectly heated cathode e.g. for CRT - where thin tube made of refractory metal is used to carry pastille impregnated with emitter material, esp. barium scandate |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2514945A1 (en) |
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| FR2514945B1 (en) | 1984-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |