FR2717618A1 - Tube électronique à vide avec getter. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un tube à vide, notamment un tube de visualisation à rayons cathodiques. Pour absorber les gaz résiduels après avoir fait le vide dans le tube on utilise un matériau de getter (baryum) qu'on évapore vers les parois internes du tube à partir d'un support de getter. Selon l'invention, au lieu que le support de getter (40) soit soudé sur le canon à électrons (14) il est indépendant du canon et est fixé aux parois du col (12) du tube, en avant du canon à électrons. On améliore ainsi la répartition du matériau de getter dans le tube, spécialement pour les tubes à focalisation par le col, c'est-à-dire les tubes pour lesquels la paroi interne (recouverte de graphite) du col sert d'électrode cylindrique de focalisation du faisceau d'électrons, portée au potentiel d'anode.

Description

TUBE ELECTRONIQUE A VIDE
AVEC GETTER
L'invention conceme les tubes électroniques à vide. Elle est applicable notamment aux tubes de visualisation à rayons cathodiques et sera décrite plus précisément à propos de ce type de tube.

Les tubes électroniques à vide nécessitent, comme leur nom l'indique, un vide poussé dans une enceinte où se déplacent les électrons.

On effectue donc un pompage du tube pendant la fabrication avant de le fermer de manière définitive. Mais ce pompage ne permet pas de faire et de conserver un vide absolu notamment parce qu'un phénomène de "dégazage" se produit lors des dernières étapes de fabrication et lors de l'utilisation ultérieure du tube. Le dégazage est la libération de molécules gazeuses présentes dans certaines pièces à l'intérieur du tube.

Les tubes à vide, et notamment les tubes de visualisation à rayons cathodiques, comportent donc toujours un matériau d'absorption des gaz résiduels ; ce matériau est appelé "getter". II est placé à l'intérieur du tube et a des propriétés fortement absorbantes pour les molécules de gaz résiduels qu'on trouve dans le tube. Le baryum est un matériau très largement utilisé comme getter.

Pour être efficace, le getter doit présenter une surface aussi grande que possible ; en effet, I'absorption se fait en proportion de la surface. On dépose donc une très fine couche de getter sur une partie des parois intemes du tube à vide pour bénéficier d'une aussi grande surface que possible. Mais bien entendu ce dépôt n'est pas effectué tant que le vide n'est pas déjà réalisé à l'intérieur du tube car le getter serait immédiatement saturé et ne remplirait plus son role d'élimination des gaz résiduels après pompage.

C'est pourquoi la mise en place du getter dans la technique antérieure se fait habituellement de la manière suivante, pour un tube à rayons cathodique comportant un bulbe et un col avec un canon à électrons monté dans le col: une cuvette contenant du matériau du getter est montée sur un support, lui-même fixé sur le canon à électrons. L'ensemble du canon et du support de getter est introduit dans le col. Le tube est alors fermé. Le vide est fait par pompage à travers un queusot. Puis le queusot est fermé, scellant définitivement le tube.

On effectue seulement alors une évaporation du getter vers les parois du tube. L'évaporation est réalisée en chauffant le matériau à haute fréquence par induction, à travers les parois du col, jusqu'à à une température d'environ 800 à 1 000"C. A cette température se déclenche une réaction exothermique entre les constituants présents dans la cuvette (en général une poudre frittée d'aluminium et de baryum A14Ba) et le processus d'évaporation se déroule alors jusqu'à épuisement du matériau de getter.

L'évaporation est directionnelle, dans toutes les directions autorisées par la forme des parois de la cuvette contenant le matériau de départ. Ces parois sont conformées et orientées de manière que le baryum vienne se déposer sur les parois du tube.

Les contraintes de mise en place et de réalisation du support de getter sont nombreuses, notamment
- le getter et son support, qui restent présents pendant toute la vie du tube, ne doivent pas interférer avec l'optique de focalisation électrostatique du faisceau d'électrons émis par le canon;
- le getter et son support ne doivent pas interférer avec les bobines de déviation magnétique du faisceau d'électrons;
- le getter ne doit pas se déposer sur les diverses pièces du canon à électrons (pièces isolantes qui risqueraient d'être court-circuitées ou pièces conductrices qui deviendraient émissives d'électrons parasites car le baryum est un matériau à très fort pouvoir d'émission électronique);
- la technologie de fabrication et de mise en place du support de getter ne doit pas être trop coûteuse.

- le support de getter doit être solidement maintenu en place si le tube est soumis à des contraintes sévères de tenue aux chocs et aux accélérations.

Dans la technique antérieure, le support de getter est fixé, en général par soudure, sur une électrode du canon à électrons. Cette électrode est en principe la dernière électrode à l'extrémité avant du canon (la dernière électrode vers l'avant c'est-à-dire dans le sens du faisceau d'électrons émis par le canon) ; cette électrode d'extrémité est reliée à la plus haute tension de fonctionnement du tube dite tension d'écran ; il n'y a alors en général pas de difficulté : la cuvette contenant le getter peut etre tournée vers l'avant pour une évaporation sur une grande surface dans le col en avant du canon ou même jusque dans le bulbe. II y a peu de risque de retour de baryum vers les pièces du canon à électrons ; le support de getter ne gêne pas la focalisation électrostatique car il est au potentiel de la dernière électrode qui est égal au potentiel des parois intemes conductrices du bulbe et de l'avant du col; parfois c'est même le support de getter qui sert à amener la haute tension depuis les parois intemes conductrices jusqu'à la dernière électrode du canon: il est soudé sur cette électrode et il vient en contact à sa périphérie avec les parois conductrices (à très haute tension) du col.

Mais pour certains tubes, la dernière électrode du canon n'est pas au potentiel des parois conductrices du tube, et la structure décrite cidessus ne peut pas être adoptée. C'est le cas par exemple des tubes dits "tubes à focalisation par le col", dans lesquels la focalisation électrostatique utilise comme dernière électrode les parois conductrices cylindriques du col.

Dans la technique antérieure, pour ces tubes, on fixe donc le support de getter sur une électrode du canon à électrons, mais alors avec l'obligation d'orienter la ou les cuvettes de getter dans une direction radiale autour du canon c'est-à-dire vers les parois de tube entourant immédiatement ces cuvettes. On a alors l'inconvénient d'une plus faible surface de paroi recouverte de getter.

Selon l'invention on propose de monter séparément, en deux pièces distinctes non solidaires l'une de l'autre, le support de getter d'une part, et le canon à électrons d'autre part; le support de getter est placé en avant de la dernière électrode du canon; la cuvette est toumée vers l'avant.

Plus précisément, I'invention propose un tube électronique à vide comprenant un col et un bulbe avec un canon à électrons placé dans le col et toumé vers le bulbe, un support de getter étant également placé dans le col, caractérisé en ce que le support de getter et le canon constituent des ensembles séparés non solidaires l'un de l'autre, le support de getter étant placé en avant du canon et étant fixé au col.

Le support de getter comporte de préférence une cuvette annulaire contenant un matériau de getter, cette cuvette étant orientée vers le bulbe symétriquement autour de l'axe du canon. Cette cuvette peut être en forme d'anneau à section en U.

Le tube est de préférence un tube à focalisation par le col, les parois intérieures du col étant revêtues d'un matériau conducteur, notamment du graphite, pour former une électrode cylindrique de focalisation électrostatique destinée à être portée à un potentiel supérieur au potentiel de la dernière électrode à l'avant du canon. Mais l'invention peut également s'appliquer, bien que de manière moins intéressante, dans le cas d'un tube dont la focalisation électrostatique se fait entièrement par les différentes électrodes du canon, la dernière électrode du canon étant au potentiel des parois du tube.

Le support de getter comporte de préférence une collerette concentrique à l'axe du col, de diamètre inférieur à celui du col, et des pattes élastiques fixées à la collerette et s'étendant au-delà du diamètre inteme du col, ces pattes pouvant être ramenées radialement à ce diamètre pour permettre une insertion à force dans le col, les pattes prenant appui sur les parois intérieures du col pour maintenir et centrer le support de getter dans le tube.

Les extrémités des pattes élastiques sont de préférence scellées aux parois intérieures du col, et le matériau de scellement est de préférence une pâte de verre pouvant se modifier irréversiblement, par exemple par cristallisation. De telles pâtes de verre, telle que celle vendue sous la marque "pyroceram", sont couramment utilisées pour effectuer des scellements étanches au vide, de verre sur verre ou de métal sur verre.

Les pattes viennent en appui sur les parois intérieures du col dans une région qui est généralement recouverte de matériau conducteur mais qui est cependant de préférence dépourvue de matériau conducteur à l'endroit du contact entre les pattes et la paroi.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue générale d'un tube à rayons cathodiques;
- la figure 2 représente un montage de canon à électrons avec support de getter de l'art antérieur;
- la figure 3 représente une vue éclatée des différentes pièces du tube selon l'invention, avant montage: col, canon à électrons, support de getter, pied de col;
- la figure 4 représente une vue du tube selon l'invention, monté;
- la figure 5 représente un détail d'une patte élastique du support de getter.

La figure 1 représente une vue générale d'un tube de visualisation à rayons cathodiques qui comprend une enceinte étanche 10 en verre dans laquelle on fait le vide; la partie arrière de l'enceinte est en forme de col cylindrique étroit 12 et contient un canon à électron 14; le col est relié à un bulbe 16 qui s'évase vers l'avant, c'est-à-dire dans la direction de l'écran de visualisation; le bulbe est fermé à l'avant par une paroi frontale 18 sur laquelle est déposée une couche cathodoluminescente constituant l'écran de visualisation. Le col est fermé à sa partie arrière par un pied 20 terminé par un queusot 22 ; le queusot est ouvert pendant le pompage du tube et définitivement fermé ensuite. Des broches de connexion 24 passent à travers le pied pour amener les tensions électriques appropriées de l'extérieur du tube vers les différentes électrodes du canon 14.

Des bobines de déviation magnétique entourent le col 12 en avant du canon à électrons.

Les parois du tube situées en avant du canon à électrons doivent être portées à la haute tension d'anode, c'est-à-dire au potentiel le plus élevé qui est le potentiel de l'écran de visualisation. C'est pourquoi on prévoit, dans le cas général des tubes en verre, que les parois intemes du tube (col et bulbe) sont recouvertes d'une fine couche de matériau conducteur (graphite en général). Ce recouvrement n'est effectué qu'en avant du canon à électrons ou avec un léger recouvrement autour de l'extrémité avant du canon. La zone recouverte de graphite est indiquée par la référence 26 sur la figure 1.

La haute tension est appliquée en général par connexion 28 traversant la paroi du bulbe et reliée à la zone recouverte de graphite et à l'écran de visualisation. Les autres tensions de fonctionnement du tube sont amenées par les broches de connexion 24 situées sur le pied 20 du col 12.

La figure 2 représente un montage classique de canon à électrons avec support de getter dans un exemple où la focalisation électrostatique du faisceau est une focalisation par le col, c'est-à-dire que la focalisation est assurée à la fois par des électrodes du canon et par la paroi cylindrique conductrice du col entourant le canon immédiatement en avant de celui-ci.

Le canon comporte ici plusieurs électrodes cylindriques GI, G2,
G3 reliées électriquement (par des liaisons non représentées) à différentes broches de connexion 24 amenant les potentiels nécessaires VGI, VG2,
VG3 sur ces électrodes. La dernière électrode du canon, G3 est un potentiel VG3 qui n'est pas le potentiel VHT de haute tension d'anode auquel est portée la paroi du col dans la zone 26, mais est égale au quart de ce potentiel VHT, par exemple.

Le support de getter est toujours soudé sur le canon, ne serait que pour des raisons de tenue mécanique. Mais comme il ne peut pas être fixé sur la partie avant de G3 sans perturber la focalisation, on doit alors le monter de telle manière que la ou les cuvettes de getter soient toumées radialement vers la paroi cylindrique du col est non pas axialement vers l'avant du tube. On peut par exemple fixer trois ou quatre cuvettes de getter 32, 34, 36 réparties régulièrement autour de l'électrode G3, toumées vers la paroi de col qui entoure immédiatement cette électrode G3. Le baryum s'évaporera, et se déposera alors sur cette partie de col, désignée par la référence 30. Cette surface est malheureusement assez limitée à cause de la proximité entre les cuvettes de getter et la paroi du col.

On notera qu'on n'a pas représenté sur la figure 2 les éléments qui servent à maintenir les électrodes du canon solidaires les unes des autres; ces éléments sont en général des barrettes de verre dans lesquelles sont enfoncés des picots prévus sur les électrodes. On n'a pas représenté non plus les éléments (collerettes entourant le canon et munies de pattes élastiques s'appuyant sur les parois intemes du col) qui servent à centrer le canon dans le col.

Pour obtenir une meilleure répartition du matériau de getter à l'intérieur du col et du bulbe, on prévoit une structure de tube telle que représentée aux figures 3 et 4 dans un exemple de réalisation préférentiel.

Les éléments similaires à ceux des figures I et 2 portent les mêmes références numériques.

Le canon et le support de getter sont maintenant des éléments non solidaires l'un de l'autre ils sont constitués par deux structures séparées, introduites l'une après l'autre dans le col 10 du tube et non reliées mécaniquement l'une à l'autre autrement que par l'intermédiaire des parois du tube.

La figure 3 représente les éléments constitutifs du canon avant montage, et la figure 4 représente ces mêmes éléments montés.

Les quatre éléments représentés à la figure 3 sont : a) le col cylindrique 12 du tube (le bulbe n'est pas représenté); b) le canon à électrons 14; c) le support de getter 40; et d) le pied 20 servant à fermer l'arrière du col.

Comme auparavant, les parois intemes du col sont recouvertes partiellement d'un matériau conducteur (graphite en principe) dans la zone 26 représentée par un remplissage en pointillés. II n'y a pas de matériau conducteur dans la zone 25 située à l'arrière du col. En pratique, comme on le voit sur la figure 4, pour un tube à focalisation par le col, la frontière 27 entre la zone de paroi conductrice 26 et la zone de paroi non conductrice 25 est située à peu près en regard de l'extrémité de la dernière électrode G3 du canon (il y a un léger recouvrement entre la zone conductrice 26 et cette dernière électrode).

Des petites zones 261, au milieu de la zone 26 en avant de la frontière 27, sont dépourvues de graphite. Ces zones correspondent à des points de collage du support de getter 40 en avant du canon à électrons 14, et il est préférable qu'il n'y ait pas de graphite à l'endroit de ces points.

Le pied 20 du col ne présente pas de caractéristique particulière liée à l'invention : c'est une plaque de verre traversée de manière étanche au vide par les broches de connexion 24, avec un queusot de pompage 22.

Le canon à électrons peut être classique, par exemple identique à celui représenté sur la figure 2, avec une cathode et un filament de chauffage non visibles, et 3 électrodes G1, G2, G3. La focalisation par le col implique que l'électrode G3 est à un potentiel plus bas que la haute tension VHT appliquée à la zone de paroi conductrice 26. La zone 26 sert alors elle-même de dernière électrode de focalisation électrostatique mais ne fait pas partie de la structure unitaire de canon.

Le canon est une structure unitaire en ce sens que les différentes électrodes sont montées en un ensemble rigide avant introduction dans le col du tube. Le montage le plus classique pour solidariser les électrodes les unes aux autres consiste à utiliser des barrettes isolantes 15, généralement en verre fritté, s'étendant parallèlement à l'axe du canon le long de toutes les électrodes, plusieurs électrodes (ou le plus souvent toutes les électrodes) étant fixées à chacune des barrettes.

Le support de getter, destiné à être monté en avant du canon sans être relié à ce demier, comporte de préférence une collerette annulaire 42 dont le centre est laissé libre pour le passage du faisceau d'électrons issu du canon. A la périphérie de cette collerette sont fixées des pattes 44 présentant une certaine élasticité radiale. Les extrémités de pattes, dans la position de repos, s'étendent radialement à une distance du centre de la collerette supérieure au rayon de la paroi interne du col 12. Ainsi, ces extrémités de pattes peuvent s'appuyer élastiquement contre la paroi interne du col.

De préférence, les pattes sont doubles, c'est-à-dire que chaque patte 44 comporte une branche 441 s'étendant vers l'arrière de la collerette et une branche 442 s'étendant vers l'avant de la collerette, les extrémités de chaque branche prenant appui sur la paroi inteme du col. A une extrémité,
I'une des branches de chaque patte porte de préférence une pastille de matériau collable ou soudable sur la paroi du col. Cette pastille est désignée par la référence 46.

Enfin, le getter lui-meme est fixé sur la collerette; de préférence le getter est constitué par une cuvette annulaire 48, à section en U, contenant le matériau de getter (composé de baryum-aluminium). L'ouverture de la section en U est tournée vers l'avant dans l'axe du canon de façon que l'évaporation du matériau se fasse vers l'avant (évaporation directionnelle).

La cuvette 48 est annulaire, et possède donc une ouverture centrale de manière à laisser passer le faisceau d'électrons du canon. Elle est soudée sur la collerette 42 du support, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pattes de fixation 45 qui la maintiennent dans l'axe du col.

Le support de getter est placé en avant du canon et doit donc etre introduit avant le canon si le canon est introduit par le fond arrière du col (ce qui est le cas général). Le support de getter est poussé dans l'axe du col jusqu'à ce que les pastilles 46 arrivent en regard des zones 261 dépourvues de graphite. L'élasticité des pattes maintient ces pastilles pressées contre ces zones. Lors d'un traitement thermique ultérieur du tube dans un four à environ 410ex, température de ramollissement du verre des parois, les pastilles se souder.t à la paroi dans les zones 261. Ce traitement thermique n'est pas forcément une étape supplémentaire de fabrication, il peut se faire pendant le pompage du tube, c'est-à-dire pendant l'opération par laquelle on fait le vide à l'intérieur du tube.

Le support de getter est alors maintenu centré dans le tube, en avant de la position du canon à électrons et d'une manière indépendante de celui-ci. La distance entre la dernière électrode du canon et le support de getter est de préférence environ égale au diamètre de cette dernière électrode (la plus en avant). Le support de getter ne doit pas être trop près pour ne pas modifier de manière gênante les répartitions des équipotentielles dans le col, et par ailleurs il est préférable qu'il ne se situe pas à l'intérieur des bobines de focalisation magnétique du tube.

Le canon à électrons est fixé sur le pied 20 du col, les broches de connexion 24 étant soudées à des broches correspondantes 23 soudées aux différentes électrodes du canon (cathode, filament de chauffage, et électrodes de focalisation). Le canon à électrons est alors introduit dans le col et le pied 20 vient fermer l'arrière du tube. Le pompage est effectué par le queusot 22 à une température qui permet la soudure des pastilles 46 sur les parois du col.

La soudure du support de getter est une étape importante si on veut que le support de getter soit très bien maintenu dans le col même dans des conditions sévères d'accélérations et de chocs. Les montages antérieurs prévoyaient toujours une soudure du support de getter sur le canon pour cette raison.

On a constaté selon l'invention qu'il était possible de séparer le support de getter du canon notamment lorsqu'on utilise le procédé suivant de fixation du support de getter: les pastilles 46 sont constituées d'un verre cristallisable (verre à forte concentration de plomb), par exemple du type vendu sous la marque "pyroceram" servant couramment à effectuer des soudures étanches au vide, verre-verre ou verre-métal. Elles sont initialement placées à l'extrémité des pattes 442 du support de getter sous forme d'une pâte visqueuse qui est le verre cristallisable en poudre mélangé à un solvant. II ne serait pas possible d'introduire le support dans le tube avec cette pâte visqueuse qui se déposerait par frottement sur les parois lors de l'introduction. On porte donc temporairement le support de getter à une température suffisante et pendant une durée suffisante pour durcir la pate par évaporation du solvant et frittage partiel du verre, sans cristallisation irréversible du matériau. La température est par exemple d'environ 390"C et la durée de plusieurs dizaines de minutes, par exemple une heure. La cristallisation définitive irréversible n'intervient qu'à une température plus élevée (environ 410"c pendant environ I heure) lors du pompage du tube alors que le support de getter est à sa place dans le col.

La soudure définitive du support de getter s'effectue dans en principe dans le four de pompage, mais elle pourrait aussi se faire par un chauffage local, à la flamme ou par induction à travers les parois du col.

La figure 5 représente un détail de la réalisation des pastilles 46 en bout des pattes 44. Une coupelle métallique 461 est soudée à l'extrémité d'une patte 44. Le matériau de cette coupelle est choisi pour avoir un coefficient de dilatation compatible avec celui du verre cristallisé de la pastille 46; ce matériau est de préférence un alliage de fer, nickel et chrome.

La pâte de verre cristallisable est déposée sur cette coupelle 461. Les autres parties métalliques du support de getter peuvent être en inox.

Après pompage du tube, le matériau de getter est évaporé. Pour cela un chauffage du getter est effectué par induction à partir de l'extérieur du col. Le matériau s'évapore directionnellement vers l'avant du col, les parois de la section en U de la cuvette définissant les limites de direction d'évaporation du matériau.

Le matériau de getter (baryum) se dépose sur le col en avant du support de getter et sur les parois intemes du bulbe. Le canon à électrons est complètement protégé puisqu'il est situé complètement en arrière du support de getter.

Après évaporation du matériau de getter, le support de getter reste bien entendu en place dans le col en avant du canon.

Claims (9)

1. REVENDICATION

   1. Tube électronique à vide comprenant un col (12) et un bulbe (16) avec un canon à électrons (14) placé dans le col et toumé vers le bulbe, un support de getter (40) étant également placé dans le col, caractérisé en ce que le support de getter et le canon constituent des ensembles séparés non solidaires l'un de l'autre, le support de getter étant placé en avant du canon.
2. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de getter comporte une cuvette annulaire (48) contenant un matériau de getter, tournée vers le bulbe et disposée symétriquement autour de l'axe du canon.
3. 3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cuvette est en forme d'anneau à section en U ouverte vers l'avant du tube.
4. 4. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est à focalisation par le col, les parois intérieures du col étant revêtues d'un matériau conducteur pour former une électrode cylindrique de focalisation électrostatique destinée à être portée à un potentiel supérieur au potentiel de la dernière électrode du canon.
5. 5. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de getter comporte une collerette concentrique à l'axe du col, de diamètre inférieur à celui du col, et des pattes élastiques fixées à la collerette et s'étendant en position de repos au delà du diamètre inteme du col, ces pattes pouvant être ramenées radialement à ce diamètre pour permettre une insertion à force dans le col, les pattes prenant appui sur les parois intérieures du col pour centrer le support de getter dans le tube.
6. 6. Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités des pattes élastiques sont scellées à la paroi inteme du col.
7. 7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pattes élastiques sont soudées avec un matériau de scellement qui est une pâte de verre pouvant se solidier irréversiblement (par exemple par cristallisation).
8. 8. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pattes viennent en appui sur la paroi intérieure du col dans une région qui est généralement recouverte de matériau conducteur mais qui est cependant dépourvue localement de matériau conducteur à I'endroit du contact entre les pattes et la paroi.
9. 9. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un tube de visualisation à rayons cathodiques, le bulbe étant fermé à l'avant par une paroi frontale recouverte d'une couche cathodoluminescente formant l'écran.