FR2616586A1 - Cathode pour un tube electronique - Google Patents
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Abstract
Une cathode pour un tube électrique comprend une base 1 contenant du nickel en tant qu'élément principal et contenant au moins du silicium en tant qu'élément réducteur, et elle comprend en outre une couche émettrice d'électrons 5 formant un revêtement sur la base. La couche émettrice d'électrons comprend non seulement un oxyde de métal alcalino-terreux 8 contenant au moins du baruym, mais également de l'oxyde de scandium. L'oxyde de scandium se présente sous la forme de cristaux dodécaédriques 4a ou de cristaux polyédriques prismatiques, et il est dispersé dans la couche émettrice d'électrons dans une proportion de 0,1 à 20 % en poids.
Description
*1
CATHODE POUR UN TUBE ELECTRONIQUE
Cette invention concerne une cathode pour un tube électronique tel qu'un tube cathodique, et elle porte plus particulièrement sur une amélioration des caractéristiques d'émission électronique de la cathode. Dans l'art antérieur, une cathode très couramment utilisée pour un tube électronique tel qu'un tube image est constituée par la cathode dite à oxydes, dans laquelle une couche d'oxydes de métaux alcalino-terreux contenant Ba,
est formée sur une base ou un substrat dont l'élément prin-
cipal est Ni, et qui contient une faible quantité d'un agent
réducteur tel que Si ou Mg.
Une couche émettrice d'électrons d'une telle ca-
thode à oxydes consiste en une couche d'oxyde obtenue par conversion, par décomposition thermique, d'un carbonate de métal alcalino-terreux. On fait ainsi réagir l'oxyde avec l'agent réducteur de façon à produire des atomes de métal
libres qui font fonction de donneurs pour l'émission d'élec-
trons. Dans le processus décrit ci-dessus, on utilise un carbonate, qui est chimiquement stable, en tant que matière de départ, au lieu d'utiliser BaO depuis le début. Ceci
vient du fait que Ba est très actif et que BaO est suscepti-
ble de réagir avec l'humidité de l'air pour produire Ba(OH)2, à partir de quoi il serait difficile d'obtenir du
Ba libre dans un tube électronique.
Le carbonate peut comprendre un seul composant tel que BaCO3, ou des composants multiples tels que (Ba, Sr, Ca)CO3. Du fait que le processus fondamental de formation de donneurs par activation est commun au cas du
composant unique et au cas des composants multiples, on dé-
crira en détail ci-après un exemple d'utilisation d'un car-
bonate à un seul composant, pour faciliter la compréhension. La figure 1 est une coupe schématique qui illustre un exemple d'une cathode à oxydes classique. Un cylindre de cathode comprend un chapeau formé par un métal de base 1 et un cylindre 2, tandis qu'un élément chauffant 3 est monté à
l'intérieur du cylindre de cathode pour chauffer la cathode.
Une couche émettrice d'électrons 55 en BaO est formée sur
une surface de la base 1.
La couche émettrice d'électrons 55 est formée par
le processus décrit ci-après. On mélange avec BaCO3 une so-
lution de résine obtenue en dissolvant de la nitrocellulose ou une substance similaire dans un solvant organique, et on place le mélange sur le métal de base 1 par un procédé tel
que la pulvérisation, l'électrodéposition ou l'application.
On incorpore dans un tube' électronique la cathode qui est ainsi formée, et on la chauffe ensuite à environ 1000 C au moyen de l'élément chauffant 3, dans une opération de pompage pour faire le vide dans le tube électronique. Il se produit alors une décomposition thermique de BaCO3 qui
est converti en BaO, comme l'indique l'équation I suivante.
BaCO3 Yi BaO + CO2 (I) Le gaz consistant en CO2 qui est produit par la réaction, ainsi que d'autres gaz produits par décomposition thermique de la nitrocellulose, sont évacués à l'extérieur du tube électronique. Le processus décrit ci-dessus présente cependant des inconvénients, dans la mesure o l'agent réducteur qui consiste en Si ou en Mg et qui a un rôle important dans la réduction, est inévitablement oxydé dans une atmosphère oxydante de CO2 ou d'un gaz similaire, qui existe dans le tube pendant la réaction représentée par l'équation I, et o l'élément Ni de la surface du métal de base 1 est
également oxydé à cette occasion.
La figure 2 est une coupe partielle agrandie qui illustre une région d'interface entre la base 1 et la couche émettrice d'électrons 55, dans le but d'expliquer en détail
la structure de la région d'interface. En général, BaO cons-
tituant la couche émettrice d'électrons 55, se présente sous la forme d'agrégats 9 d'une taille de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres, qui sont formés par la
réunion de petits cristaux prismatiques 8. Des espaces sou-
haitables 10 sont formés entre les agrégats adjacents 9 respectifs de la couche émettrice d'électrons 55, ce qui rend la couche 55 poreuse. La substance BaO réagit avec l'agent réducteur Si ou Mg dans la région d'interface 11 dans laquelle la couche 55 et la base 1 sont en contact, ce qui produit du Ba libre. L'agent réducteur diffuse le long des frontières de grains 7 de grains de cristaux de Ni 6 de la base 1, et les réactions de réduction II ou III indiquées
ci-dessous se produisent près de la région d'interface 11.
2BaO + Si _ 2Ba + SiO2 (II) BaO + Mg > Ba + MgO (III) Le Ba libre qui est ainsi obtenu fait fonction de donneur pour l'émission d'électrons. Simultanément, la réaction représentée par l'équation IV ci-après se produit également. SiO2 + 2BaO - > Ba2SiO4 (IV) Le Ba libre faisant fonction de donneur, comme
décrit ci-dessus, est produit dans la région d'interface en-
tre la couche émettrice d'électrons 55 et la base 1, et il passe à travers les espaces 10 dans la couche émettrice
d'électrons 55 et sort à la surface supérieure de la cou-
che, de façon que des électrons soient émis. Cependant, du fait que les donneurs s'évaporent ou sont consommés à cause de la réaction avec le gaz résiduel tel que CO, C02, 02 ou H20, il est nécessaire de fournir constamment des donneurs
par l'accomplissement des réactions exprimées par les équa-
tions II ou III. On utilise généralement une telle cathode à une température élevée d'environ 800 C, ce qui a pour effet de maintenir un bon équilibre entre la fourniture et
la consommation des donneurs.
Cependant, des produits de réaction 12 tels que SiO2 ou Ba2SiO4, indiqués dans les équations II ou IV, sont
produits dans la région d'interface 11 pendant le fonction-
nement de la cathode. Il en résulte que les produits de réaction 12 s'accumulent de plus en plus dans la région d'interface 11 et aux frontières de grains 7 pendant le fonctionnement de la cathode, pour former une barrière
(qu'on appelle généralement une couche d'interface), empê-
chant le passage de Si ou d'une matière analogue dans les frontières de grains 7. Il en résulte que la réaction se
ralentit progressivement, ce qui rend difficile la produc-
tion de Ba en tant que donneur. De plus, cette couche d'in-
terface a une valeur de résistance élevée, ce qui établit
une obstruction pour le courant d'émission électronique.
Dans le but d'éliminer les difficultés décrites
ci-dessus, des documents de l'art antérieur tels que la pu-
blication de brevet du Japon n 269828/1986 ou la publica-
tion de brevet du Japon n 271732/1986 indiquent les tech-
niques décrites ci-après, qui utilisent la formation d'une couche émettrice d'électrons contenant une poudre dispersée de Sc203, dans lesquelles: (1) un oxyde composite (par exemple Ba3Sc409), produit sous l'effet de la réaction entre Sc203 et un oxyde
de métal alcalino-terreux, est décomposé de façon thermi-
que pendant le fonctionnement d'une cathode, de façon à produire et à fournir du Ba libre, en tant que donneur; (2) on utilise un métal à l'état libre consistant en scandium (Sc) pour augmenter la conductivité de la couche émettrice d'électrons; et
(3) des produits de réaction tels que Ba2SiO4 pré-
sents dans la région d'interface, sont décomposés par Sc.
Par conséquent, conformément à l'art antérieur dé- crit ci-dessus, on peut faire fonctionner avec une densité de courant élevée une cathode pour un tube électronique,
grâce à la couche émettrice d'électrons comprenant une pou-
dre dispersée de Sc203; il existe cependant des inconvé-
nients, tels que des variations des caractéristiques d'émis-
sion électronique des produits qui sont fabriqués. De plus, il arrive quelquefois que la poudre de Sc203 ne soit pas dispersée de façon suffisamment uniforme dans la couche émettrice d'électrons, ce qui rend difficile l'obtention d'un courant d'émission d'électrons ayant une intensité suffisante. L'invention a été faite dans le but d'éliminer les inconvénients décrits ci-dessus. Un but de l'invention est donc de procurer une cathode pour un tube électronique dans laquelle il existe une couche émettrice d'électrons
contenant Sc203 en dispersion uniforme, ce qui permet d'ob-
tenir des caractéristiques d'émission électronique stables
pendant une longue durée.
Selon un aspect de l'invention, une cathode pour un tube électronique comprend: une base contenant du nickel
en tant qu'élément principal et contenant au moins du sili-
cium en tant qu'agent réducteur, et une couche émettrice d'électrons formant un revêtement sur la base, cette couche comprenant non seulement un oxyde de métal alcalino-terreux contenant au moins Ba, mais également de l'oxyde de scandium, l'oxyde de scandium consistant en cristaux dodécaédriques, et étant dispersé dans la couche d'émission d'électrons, en
une proportion en poids dans la plage de 0,1 à 20%.
Selon un autre aspect de l'invention, une cathode pour un tube électronique comprend: une base contenant du, nickel en tant qu'élément principal et contenant au moins du silicium en tant qu'agent réducteur, et une couche émettrice d'électrons formant un revêtement sur la base et comprenant non seulement un oxyde de métal alcalino-terreux contenant au moins Ba, mais également de l'oxyde de scandium, l'oxyde de scandium consistant en cristaux polyédriques prismatiques et étant dispersé dans la couche émettrice d'électrons dans
une proportion en poids dans la plage de 0,1 à 20%.
L'oxyde de scandium ayant une structure cristal-
line dodécaédrique ou polyédrique prismatique qui, dans
l'invention, est dispersé dans la couche émettrice d'élec-
trons, ne remplit jamais les espaces entre les agrégats de
la couche émettrice d'électrons, et il a pour fonction d'em-
pêcher l'oxydation du métal de base lorsque le carbonate du métal alcalino-terreux est décomposé en un oxyde, ou lorsque
l'oxyde tel que BaO est décomposé par une réaction de réduc-
tion. En outre, l'oxyde de scandium a pour fonction d'empê-
cher la formation d'une couche d'interface en un oxyde com-
posite de l'agent réducteur, près de la région d'interface entre le métal de base et la couche émettrice d'électrons,
grâce à quoi il n'y aura jamais dans la couche une obstruc-
tion s'opposant au mouvement d'atomes libres tels que Ba.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de
la description détaillée qui va suivre de modes de réalisa-
tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de
la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 est une coupe schématique d'une ca-
thode classique pour un tube électronique.
La figure 2 est une coupe partielle agrandie de
la cathode classique.
La figure 3 est une représentation schématique d'une cathode pour un tube électronique conforme à un mode
de réalisation de l'invention.
La figure 4 est une représentation caractéristique qui illustre une structure cristalline dodécaédrique de
l'oxyde de scandium.
La figure 5 est une micrographie électronique mon-
trant la structure cristalline dodécaédrique de l'oxyde de scandium. La figure 6 est une micrographie électronique mon-
trant une structure cristalline de l'oxyde de scandium obte-
nue par dépôt en utilisant du carbonate d'ammonium.
La figure 7 est une coupe partielle agrandie de la
cathode conforme au mode de réalisation précité.
La figure 8 est une coupe partielle agrandie d'une cathode pour un tube électronique conforme à un autre mode
de réalisation de l'invention.
La figure 9 est une micrographie électronique mon-
trant une structure cristalline polyédrique prismatique de
l'oxyde de scandium.
La figure 3 est une coupe schématique d'une catho-
de pour un tube électronique conforme à un mode de réalisa-
tion de l'invention. Un élément chauffant 3 est placé dans un cylindre de cathode formé par un chapeau d'un métal de base 1 et par un cylindre 2, de façon à chauffer le cylindre de cathode. Une couche émettrice d'électrons 5 est déposée
sur une surface du chapeau.
Le métal de base 1 peut être un métal comprenant
Ni en tant qu'élément principal, et contenant au moins Si.
On peut employer un métal de base classique. Plus précisé-
ment, le métal de base consiste par exemple en Ni ou en Ni-Cr contenant Si et contenant, si on le désire, Mg, W, Zr, Al ou un élément analogue. La proportion de Si est de
préférence de 0,01% à 0,1% en poids dans le métal de base.
Le cylindre 2 n'est pas limité à une matière particulière. On peut employer n'importe quelle matière qu'on utilise habituellement pour un cylindre de cathode,
soit par exemple Ni-Cr.
La couche émettrice d'électrons 5 est une couche comprenant un oxyde de métal alcalino-terreux en tant que composant principal, et contenant au moins Ba. Dans cette couche, des cristaux dodécaédriques de Sc203, désignés par la référence 4, ne contenant pas d'atomes de chlore en tant qu'impureté, sont disperses en une proportion en poids de 0,1 à 20%, et de préférence de 3 à 10%. Les cristaux d'oxy- de de scandium dispersés peuvent inévitablement comporter
des atomes cassés, et ils comportent des cristaux dodécaé-
driques en une proportion en poids qui est de préférence supérieure à 50%, qui est plus préférablement supérieure à 70%, et qui est encore plus préférablement supérieure à %. L'épaisseur de la couche 5 est de préférence de 50 à pm. Si l'oxyde de scandium contient des atomes de
chlore en tant qu'impureté, il se produit la réaction expri-
mée par l'équation V: Ba + 2Cl - BaCl2 (V) qui entraîne une consommation des donneurs. Si les donneurs sont consommés de façon excessive, il apparaît un phénomène d'effondrement de l'émission, c'est-à-dire une diminution
considérable du courant d'émission.
L'oxyde de scandium ne contenant pas d'atomes de
chlore qui est mentionné dans cette description peut être
un oxyde contenant des atomes de chlore dans une proportion
qui n'a pas une influence défavorable sur les caractéristi-
ques d'émission électronique de la cathode, et la proportion admissible d'atomes de chlore dans l'oxyde de scandium est
habituellement inférieure à 100 ppm.
L'oxyde de métal alcalino-terreux précité est par exemple un oxyde obtenu par décomposition thermique de
BaCO3, (Ba, Sr)CO3, (Ba, Sr, Ca)CO3 ou d'une matière simi-
laire. La proportion de Ba dans la couche est de préférence
supérieure à 40% en poids.
Le cristal dodécaédrique de Sc203 présente la
structure cristalline qui est représentée sur la figure 4.
La figure 5 est une micrographie électronique qui montre des cristaux dodécaédriques de Sc203. La taille de grain moyenne des cristaux de Sc203 est de préférence dans la plage de 5 à 50 pm. Si la taille de grain moyenne est inférieure à 5 pm,
les cristaux de Sc203 sont susceptibles de remplir les espa-
ces dans la couche émettrice d'électrons. Si au contraire la taille de grain moyenne dépasse 50 pm, les cristaux de Sc203 sont susceptibles de s'enfoncer au moment de la formation de
la couche émettrice d'électrons par un traitement de pulvé-
risation, entraînant ainsi une condition de dispersion défa-
vorable dans la couche.
L'oxyde de scandium Sc203 ayant la forme de cris--
taux dodécaédriques peut être déposé de la manière suivante.
On dissout de l'hydroxyde de scandium dans de l'acide chlo-
rhydrique HCl, et on ajoute de l'oxalate d'ammonium
C204(NH4)2 à la solution. Le chlore, constituant une impure-
té, qui est éventuellement contenu dans les cristaux d'oxyde
de scandium déposés, peut être éliminé par rinçage et étuva-
ge.
Au contraire, l'oxyde de scandium déposé par dis-
solution dans l'acide nitrique HNO3 et addition de carbonate d'ammonium (NH4)2CO3 à la solution, présente des cristaux fins pratiquement spériques, comme le montre la micrographie électronique de la figure 6. Ces cristaux fins sphériques ne sont pas souhaitables du fait qu'ils sont susceptibles de
remplir les espaces dans la couche émettrice d'électrons.
Si la proportion de Sc203 est inférieure à 0,1% en poids dans la couche émettrice d'électrons, on ne peut pas
empêcher de façon satisfaisante une dégradation des caracté-
ristiques d'émission électronique dans la condition de fonc-
tionnement avec une densité de courant élevée, et si la pro-
portion est supérieure à 20% en poids, on ne peut pas obte-
nir un courant d'émission initial de niveau suffisant.
On.peut former la couche émettrice d'électrons par
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électrodéposition, application, pulvérisation ou d'autres procédés. Parmi ces procédés, le procédé de pulvérisation
est le plus préférable, du fait qu'il est important de for-
mer une couche poreuse, dans le but d'obtenir de bonnes ca-
ractéristiques d'émission électronique. A titre d'exemple, on met en oeuvre le procédé de pulvérisation de la manière suivante. On forme une suspension en mélangeant BaCO3 et Sc203 dans une solution de nitrocellulose dans un solvant organique, et on pulvérise la suspension sur la base, de
façon à déposer sur celle-ci la couche émettrice d'élec-
trons.
On place dans un tube électronique la cathode re-
vêtue avec la poudre de BaCO3 et Sc203, et on la chauffe jusqu'à environ 1000 C au moyen de l'élément chauffant 3, au cours d'un processus de pompage pour faire le vide dans
le tube électronique. Ceci produit une décomposition ther-
mique de BaCO3 de la manière exprimée par l'équation I suivante: BaCO3 BaO + CO2 (I) A cette occasion, la nitrocellulose est également décomposée par la chaleur en donnant un gaz, qui est extrait du tube avec le CO2. La réaction convertit BaCO3 en BaO qui
constitue la couche émettrice d'électrons 5.
La figure 7 est une représentation partielle agrandie d'une coupe faite près de la région d'interface 11 dans la cathode de la figure 3. L'oxyde de baryum BaO de la couche émettrice d'électrons 5 se présente sous la forme d'agrégats 9 d'une taille de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres, formes par la réunion de petits cristaux prismatiques 8. La couche émettrice d'électrons 5 est avantageusement poreuse, avec des espaces 10 appropriés entre les agrégats pour assurer de bonnes caractéristiques
d'émission électronique. Les espaces 10 sont formés en ma-
jeure partie au moment du dépôt de BaCO3. Des cristaux do-
il décaédriques 4a de Sc203 sont dispersés dans la couche
émettrice d'électrons 5.
On fait diffuser l'agent réducteur Si ou Mg à tra-
vers les frontières de grains 7 des grains cristallins 6 de Ni dans le métal de base 1, et on fait en sorte que la réac- tion exprimée par l'équation II: 2BaO + Si) 2Ba + SiO (II)
se produise dans la région d'interface 11. Le Ba libre cons-
titue le donneur pour l'émission d'électrons.
Simultanément, la réaction exprimée par l'équation IV suivante: SiO2 + 2BaO) Ba2SiO4 (IV)
se produit également.
Ainsi, le Ba qui constitue le donneur est produit dans la région d'interface 11 entre la couche émettrice d'électrons 5 et le métal de base 1, et se déplace à travers les espaces entre les agrégats 9 de la couche 5 pour arriver à la surface supérieure de cette couche, afin d'émettre des électrons. Cependant, du fait que le Ba libre s'évapore ou se consomme à cause de la réaction avec le gaz résiduel tel
que CO, CO2 ou 02 dans le tube électronique, il est néces-
saire de fournir constamment du Ba par les réactions décri-
tes ci-dessus. Pour maintenir un bon équilibre entre la fourniture et la consommation de Ba, il est nécessaire de
maintenir la cathode à environ 800 C pendant son fonction-
nement. Les cristaux dodécaédriques de Sc203 qui sont disperses dans la couche émettrice d'électrons 5 peuvent
difficilement remplir les espaces 10, et ils sont au con-
traire susceptibles de former les espaces 10. Comme on peut le comprendre aisément en considérant les figures 3 et 4, avec la structure du cristal dodécaédrique 4a de Sc203, il est aisé d'amener une surface 13 de ce cristal en contact avec le métal de base 1, et on obtient donc les avantages
décrits ci-après.
On pense que le produit de réaction Ba2SiO4 indi-
qué par la réaction IV réagit avec ScNi5 obtenu par la réaction exprimée par l'équation V: Sc203 + 1ONi - 2ScNi5 + 30 (V) de la manière exprimée par l'équation VI: 9Ba2SiO4 + 16ScNi5 - Ba3Sc409 + 6Ba + 9Si + 80Ni (VI)
de façon à se décomposer. On comprend donc qu'il peut dif-
ficilement se produire une accumulation de Ba2SiO4 dans la région d'interface 11 entre la couche émettrice d'électrons et le métal de base 1.
Il n'existe donc pas une barrière contre la dif-
fusion de l'agent réducteur consistant en Si ou en une ma-
tière semblable, comme c'est le cas dans la cathode classi-
que, à cause de l'accumulation du produit de réaction
Ba2SiO4 ou d'une matière semblable dans la région d'inter-
face, et il ne devient jamais difficile de produire du Ba
libre. De plus, du fait qu'il n'y a pas de couche d'inter-
face ayant une valeur de résistance élevée, rien ne s'oppose
au courant d'émission électronique, et on peut faire fonc-
tionner la cathode avec une densité de courant élevée. De
plus, à la différence du cas d'une couche émettrice d'élec-
trons dans laquelle sont dispersés des grains de Sc203 pra-
tiquement sphériques, déposés en utilisant (NH4)2CO3, on peut former la couche émettrice d'électrons de façon qu'elle soit poreuse, et on peut donc fournir aisément du Ba libre, ce qui permet d'obtenir un niveau suffisant de courant
d'émission électronique. En outre,.le procédé de décomposi-
tion et d'activation de matières émettrices d'électrons
peut être le même que dans le cas classique et, par consé-
quent, le processus de fabrication d'un tube électronique
peut être le même que dans le cas classique.
EXEMPLE 1 ET COMPARAISON
On a dissous de l'hydroxyde de scandium dans une solution de HCl, et on a ajouté C204(NH4)2 à cette solution, de-façon à obtenir un dépôt de Sc203. On a ainsi obtenu des grains de Sc203 ayant un diamètre de grain moyen de 20 pm,
avec plus de 90% en poids de cristaux dodécaddriques.
On a ensuite préparé une suspension en mélangeant BaCO3 et Sc203 dans une solution de nitrocellulose dans un solvant organique, pour faire en sorte que la proportion des grains précités de Sc203 dans une couche émettrice
d'électrons soit de 5% en poids après achèvement d'une ca-
thode. En utilisant la suspension, on a formé une couche destinée à devenir une couche émettrice d'électrons, avec
une épaisseur d'environ 100 pm, par le procédé de pulvérisa-
tion sur une surface d'un métal de base consistant en Ni et contenant 0, 03% en poids de Si et 0,05% en poids de Mg, et après une opération de pompage pour faire le vide et une opération d'activation, on a obtenu une cathode telle que
celle représentée sur la figure 7.
On a placé dans un tube cathodique en couleur, pour trois couleurs primaires, une ou plusieurs cathodes obtenues de la manière indiquée cidessus et une ou plusieurs cathodes classiques utilisées dans un but de comparaison, similaires aux cathodes de l'exemple 1 à l'exception du fait qu'elles utilisaient une couche émettrice d'électrons ne contenant pas Sc203. On a ensuite achevé la fabrication du tube électronique par les opérations habituelles de pompage
pour faire le vide et d'activation.
Le tube électronique ainsi fabriqué a été soumis à un test de durée de vie pendant 6000 heures, dans une condition de vieillissement accéléré, avec une densité de courant de 3A/cm2, de façon à étudier la dégradation du courant d'émission électronique. Le courant d'émission électronique de la cathode classique ne contenant pas du Sc203 dispersé a diminué jusqu'à 50% du courant d'émission initial après le test de 6000 heures, tandis que le courant d'émission électronique de la cathode de l'invention s'est maintenu à 70% du courant d'émission initial après 6000 heures. Ceci signifie que la cathode de l'exemple 1 avait une durée de vie environ 2,5 fois plus longue que celle de
la cathode classique utilisée pour la comparaison.
De plus, on a fabriqué plusieurs dizaines de mil-
liers de cathodes de l'exemple 1 et on les a soumises à des tests de performances après le processus de fabrication de tube électronique. On a ainsi trouvé que le rendement de fabrication des cathodes atteignant un taux d'émission
électronique désiré était supérieur à 99%. Toutes les ca-
thodes de l'exemple 1 avaient donc des caractéristiques
d'émission électronique stables.
EXEMPLES 2 ET 3
On a préparé les cathodes des exemples 2 et 3 en
procédant de la même manière que dans l'exemple 1, à l'ex-
ception du fait qu'on a changé la proportion de Sc203 dans la couche émettrice d'électrons, de la manière indiquée
dans le Tableau 1.
On a soumis ces cathodes à des tests de durée de
vie pendant 6000 heures de la même manière que dans l'exem-
ple 1. Le Tableau 1 montre les résultats.
Tableau 1
Proportion de Sc203 Rapport de dégradation Exemple à partir du courant initial (%)
1 5 70
2 3 70
*3 10 70
On a en outre fabriqué et testé de grands nombres
de cathodes des exemples respectifs 2 et 3. On a ainsi trou-
vé que toutes les cathodes avaient des caractéristiques
d'émission électronique stables.
La figure 8 est une coupe partielle agrandie d'une cathode pour un tube électronique conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. La cathode de la figure 8 est similaire à celle de la figure 7, à l'exception du fait que
des cristaux polyédriques prismatiques 4b de Sc203 sont dis-
persés dans la couche émettrice d'électrons 5, à la place
des cristaux dodécaédriques 4a de Sc203.
On peut déposer les cristaux polyédriques prisma-
tiques de Sc2O3 en ajoutant C204H2 à une solution de HNO3 contenant Sc. Dans ce cas, il n'y a pas à craindre que du chlore, constituant une impureté, soit contenu dans les
cristaux d'oxyde de scandium. De plus, du fait que les cris-
taux polyédriques prismatiques de Sc203 ont une forme cris-
talline similaire à la forme cristalline de BaO, on peut aisément disperser ces cristaux de Sc203 dans la couche émettrice d'électrons 5. La figure 9 est une micrographie
électronique montrant du Sc203 ayant une telle forme cris-
talline polyédrique prismatique.
EXEMPLE 4
On a dissous de l'hydroxyde de scandium dans une solution de HNO3, et on y a ajouté C204H2, ce qui a permis de déposer Sc203. On a ainsi obtenu des grains de Sc203 ayant une taille de grain moyenne de 10 pm, avec plus de90% en poids de cristaux polyédriques prismatiques, ne contenant pas
d'atomes de chlore.
On a préparé, de la même manière que dans l'exemple
1, une cathode ayant une couche émettrice d'électrons conte-
nant 5% en poids de tels cristaux polyédriques prismatiques de Sc203. On a soumis la cathode de l'exemple 4 à un test de durée de vie pendant 6000 heures, avec une densité de courant de 3A/cm2. On a ainsi trouvé que la cathode de l'exemple 4 avait également les mêmes excellentes caractéristiques que
la cathode de l'exemple 1.
Comme on vient de le décrire, la cathode pour tube électronique conforme à l'invention comporte une couche émettrice d'électrons dans laquelle du Sc203 ayant une forme cristalline dodécaédrique ou polyédrique prismatique, est dispersé dans un oxyde de métal alcalino-terreux, sur une surface d'un métal de base contenant au moins Si en tant qu'agent réducteur, grâce à quoi la cathode présente des caractéristiques d'émission électronique stables pendant une longue durée. La cathode de l'invention présente également des caractéristiques d'émission électronique stables avec
une bonne reproductibilité.
Il va de soi que de nombreuses modifications peu-
vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims (7)
1. Cathode pour un tube électronique, caractérisée en ce qu'elle comprend: une base (1) comprenant du nickel
en tant qu'élément principal et contenant au moins du sili-
cium en tant qu'agent réducteur, et une couche émettrice d'électrons (5) formant un revêtement sur la base (1) et comprenant non seulement un oxyde de métal alcalino-terreux (8) contenant au moins du baryum, mais également de l'oxyde de scandium, cet oxyde de scandium se présentant sous la forme de cristaux dodécaédriques (4a) et étant dispersé dans la couche émettrice d'électrons, dans la plage de 0,1
à 20% en poids.
2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cristaux dodécaédriques (4a) de l'oxyde de scandium sont déposés par l'ajout d'oxalate d'ammonium à
une solution d'acide chlorhydrique contenant du scandium.
3. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cristaux dodécaédriques (4a) d'oxyde de scandium sont soumis à un étuvage dans le but d'extraire le
chlore résiduel.
4. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cristaux (4a) d'oxyde de scandium ont une
taille de grain moyenne dans la plage de 5 à 50 pm.
5. Cathode pour un tube électronique, caractérisé en ce qu'elle comprend: une base (1) comprenant du nickel
en tant qu'élément principal et contenant au moins du sili-
cium en tant qu'agent réducteur, et une couche émettrice d'électrons (5) formant un revêtement sur la base (1) et comprenant non seulement un oxyde de métal alcalino-terreux (8) contenant au moins du baryum, mais également de l'oxyde de scandium, cet oxyde de scandium se présentant sous la forme de cristaux polyédriques prismatiques (4b) et étant
dispersé dans la couche émettrice d'électrons, dans la pla-
ge de 0,1 à 20% en poids.
6. Cathode-selon la revendication 4, caractérisée
en ce que les cristaux polyédriques prismatiques (4b) d'oxy-
de de scandium sont déposés par l'ajout d'acide oxalique à
une solution d'acide nitrique contenant du scandium.
7. Cathode selon la revendication 5, caractérisée en ce que les cristaux (4b) d'oxyde de scandium ont une
taille de grain moyenne dans la plage de 5 à 50 pm.
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Effective date: 20070228 |