AT377640B - Rotierbares target fuer roentgenroehren - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein rotierbares Target für Röntgenröhren mit einem Molybdän enthaltenden Grundkörper und einer darauf angeordneten, Wolfram enthaltenden Brennspur. 



   Ein Hauptproblem bei diesen Targets für Röntgenröhren, die für medizinische Zwecke eingesetzt werden, ist das Verziehen der Brennspur. Während ein leichtes Verziehen, sei es entweder konkav oder konvex, toleriert werden kann, führt bereits ein etwas stärkeres Verziehen, obwohl noch weniger als mit dem blossen Auge erkennbar, zu einem unerwünschten Abfall bei der Röntgenstrahlabgabe. Bei Verziehen der Brennspur werden die Röntgenstrahlen an der Peripherie des Röntgenstrahlfensters in der umgebenden Umhüllung der Röhre abgeschnitten.

   Wie man durch die Zentrumsposition der Röntgenstrahlen auf einem äusseren Film nachweisen kann, kann bereits eine Röntgenstrahlschwächung auftreten, wenn dieser Fleck nur um etwa   l'wandert.   Bei gewissen Ausführungsformen von Targets und bei gewissen Bestrahlungen kann dies in weniger als 1000 Bestrahlungen erfolgen, während für die Röntgenröhren üblicherweise eine Garantie von 10000 Bestrahlungen gegeben wird. Dieses Verziehen wird noch schwerwiegender und tritt noch eher auf, wenn der Targetdurchmesser zunimmt und die Gesamttemperatur des Substrats ansteigt. 



   Es ist dieses Problem, auf das sich die Erfindung richtet, und es ist festgestellt worden, dass dieses Verziehen dadurch verhindert werden kann, indem man für den Grundkörper bzw. das Substrat gewisse Molybdänlegierungen verwendet. 



   In der GB-PS Nr. 1, 121, 407 ist die Verwendung einer Röntgenbasis aus Molybdän beschrieben, das mit Titan und/oder Zirkon und wahlweise Kohlenstoff legiert ist. In der US-PS Nr. 3, 649, 355 ist die Verwendung einer Graphitbasis beschrieben, während die US-PS Nr. 3, 660, 053 die Verwendung einer Molybdänbasis offenbart. Ausserdem wird eine Röntgenröhre vertrieben, die eine Basis aus Molybdän hat, das mit 5% Wolfram legiert ist. 



   Gemäss der Erfindung werden rotierbare Targets für Röntgenröhren der eingangs genannten Art mit verbesserter Beständigkeit gegen Verziehen geschaffen, die sich dadurch auszeichnen, dass der Grundkörper einen Molybdängehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweist, mit wenigstens einem Additiv aus der aus Eisen, Silizium, Kobalt, Hafniumkarbid, Thoriumoxyd, Zirkoniumoxyd, Titandioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliziumoxyd, Yttriumoxyd, Ceroxyd und den Oxyden der Gruppe seltener Erden legiert ist und die Mengen an Eisen, Silizium, Kobalt oder Hafniumkarbid, falls zugegen, in die folgenden Bereiche fallen :
Eisen-0, 05 bis   0, 3 Gew.-%  
Silizium-0, 05 bis   0, 3 Gew.-%  
Hafniumkarbid-0, 1 bis 5 Gew.-% des Molybdängehaltes, wobei der Gesamtadditivgehalt in einem Bereich von etwa 0, 05 bis etwa 10   Gew.-%   liegt. 



   In der einzigen Figur der Zeichnung ist im Querschnitt eine Scheibenbaueinheit dargestellt. 



   Die dargestellte   Anodenbaueinheit --10-- ist   brauchbar zur Verwendung in einer Röntgenröhre mit rotierender Anode. Diese   Anodenbaueinheit --10-- weist   eine Scheibe --12-- auf, die mit einem Schaft --14-- auf geeignete Weise verbunden ist,   z. B.   durch Diffusionsverbinden, Schweissen, mechanisch oder auf andere Weise. Die   Scheibe --12-- umfasst   ein Molybdänsubstrat --15--, das mit einem stabilisierenden Anteil von Eisen, Silizium, Kobalt, Tantal, Niob, Hafnium, stabilem Metalloxyd oder einer Mischung der vorgenannten Stoffe legiert ist.

   Unter stabil in bezug auf das Metalloxyd wird verstanden, dass es sich beim Sintern oder andern Wärmebehandlungen bei der Herstellung des rotierbaren Targets und während des Betriebes der Röntgenröhre nicht zu irgendeinem merklichen Ausmasse zersetzt, verflüchtigt oder sich in der Teilchengrösse vergröbert, so dass auch kein Verziehen über die tolerierbaren Grenzen hinaus stattfindet. Beispielhaft für geeignete stabile Metalloxyde sind Thoriumoxyd, Zirkoniumoxyd, Titandioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliziumoxyd, Yttriumoxyd, Ceroxyd und die Oxyde der Seltenen Erdmetalle, wie   La2 03, Nd O. und Pr 6O 1. Ein   stabilisierender Anteil des oder der hinzuzulegierenden Materialien reicht aus, um das Verziehen der Brennspur zu verhindern oder auf tolerierbare Ausmasse zu reduzieren.

   Die genaue Menge hängt von dem jeweils hinzulegierten Material ab, sie liegt jedoch allgemein im Bereich von etwa 0, 05 bis etwa   10%.   



   Auf eine ausgewählte Oberfläche des Substrates --15-- wird ein   Anodentarget --24-- auf-   gebracht. Das Material des   Anodentargets --24-- kann   irgendein geeignetes Material sein, wie Wolfram, oder eine Legierung aus Wolfram und Rhenium. Der Rheniumgehalt kann von etwa 1 bis 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 zu etwa 25 Gew.-% variieren, doch liegt er üblicherweise im Bereich von 3 bis 10   Gew.-%.   



   Beispielhaft für geeignete Mischungen, die angewendet werden können, sind 0, 5 bis 10 und vorzugsweise 1, 25 bis 2, 25% Tantal, Niob oder Hafnium mit 0, 5 bis 5 und vorzugsweise 1 bis
2% Yttriumoxyd oder von 0, 05 bis 0, 3 und vorzugsweise 0, 08 bis 0, 13% Kobalt oder Silizium mit den vorgenannten Mengen an Yttriumoxyd oder von 0, 05 bis 0, 3 und vorzugsweise 0, 08 bis   0, 13 Gew.-%   Eisen mit den vorgenannten Mengen an Yttriumoxyd. 



   In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein weiteres Material ind die Molybdänbasis einlegiert, wie Karbide von Tantal oder Hafnium. Eine Menge von 0, 1 bis 5   Gew.-%   vom Molybdän ist ausreichend. 



   Obwohl die verschiedenen Materialien, die mit dem Molybdän legiert werden, einen weiten Teilchenbereich haben können, wie   z. B.   von 0, 01 bis 30   11m,   ist es bevorzugt, wenn der durchschnittliche Teilchengrössenbereich von etwa 0, 1 bis etwa 10   11m   reicht. Die Materialien können gemahlen und vorzugsweise trockengemahlen werden, um die Agglomeration zu begrenzen. 



   Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert. Alle angegebenen Teile und Prozentsätze sind in diesen Beispielen wie auch an anderer Stelle in der Beschreibung und den Ansprüchen Gewichtsteile und Gewichtsprozente, wenn nichts anderes angegeben. 



   Beispiele : Rotierbare Röntgentargets mit einer Brennspur aus Wolfram, legiert mit 5% Rhenium, und einem Grundkörper aus Molybdän, legiert mit einem Metall gemäss der weiter unten folgenden Tabelle I, wurden nach dem folgenden allgemeinen Verfahren hergestellt, bei dem man einen Grundkörper für ein rotierendes Target erhielt, der zusammengesetzt war aus Molybdän, legiert mit 1% Yttriumoxyd. 



   Eine Probe von 986 g Molybdän wurde mit 9, 85 g Yttriumoxyd oder einem zersetzbaren Yttriumsalz, wie Yttriumoxalat, -acetat oder -nitrat für eine Stunde in einem Patterson-Kelly-Zweischalenmischer vermengt. Danach nahm man die Mischung heraus und mahlte sie trocken für 3 h in einer etwa 1   l   Volumen aufweisenden Karbidmühle. Obwohl die Ingredienzien auch feucht gemahlen werden können, wird das trockene Vermahlen bevorzugt. 



   Alternativ können die Legierungen nach dem Lösungsverfahren hergestellt werden, bei dem z. B. 24, 9 g Yttriumacetat, gelöst in entionisiertem Wasser, mit 908 g Molybdän vermengt wurden. Wenn erforderlich, wurde noch mehr Wasser hinzugegeben, um das Molybdän vollständig zu bedecken, und dann dampfte man die Mischung langsam auf einer heissen Platte zur Trocknung ein, während man ununterbrochen knetete, um Taschen aus Yttriumacetatkristallen zu vermeiden, während dieses Salz aus der gesättigten Wasserlösung auskristallisiert. Dann wurde etwa 1 kg der obigen Mischung in der genannten Karbidmühle für 3 h trocken kugelgemahlen. Dieses Verfahren führt zu einer fein zerteilten Oxydphase, die gleichmässig in der Molybdänmatrix verteilt ist.

   Eisen und Kobalt werden erwünschterweise als zersetzbare reduzierbare Salze in einer Weise zugegeben, ähnlich wie die Yttriumsalze, obwohl das Metallpulver eingesetzt werden kann. Hafnium wird erwünschterweise als Hydridpulver hinzugegeben. 



   Rotierbare Targets für Röntgenröhren wurden hergestellt, indem man das Pulver zum Zersetzen und Reduzieren erhitzte, und dann brachte man die Brennspurschicht aus Wolframrhenium in ein Presswerkzeug ein, ebnete die Mischung und legte eine der Basiskörperschichten nach der Erfindung auf die Brennspurschicht. Dann ebnete man die Basiskörperschicht ein, presste den Verbundkörper und sinterte ihn. 



   Repräsentative Beispiele der Erfindung wurden getestet, indem man das Verziehen nach 52   Cinê-Bestrahlungen   mass,   d. h.   200 mA bei 100 kVp für 8 s alle 3 min. Dies ist eine sehr belastende Bestrahlung, die ein aussergewöhnlich starkes Verziehen in allen bekannten Targets erzeugt, die bisher getestet wurden. In der folgenden Tabelle I sind vier Zusammensetzungen nach der Erfindung mit zwei unter 5 und 6 aufgeführten, im Handel erhältlichen bekannten Zusammensetzungen verglichen. Beispiel   l ist   mehr als zehnmal besser, verglichen mit der kommerziellen Zusammensetzung 5, und alle Beispiel 1 bis 3 sind mindestens fünfmal besser als die kommerzielle Zusammensetzung   6.   



  Beispiel 4 gemäss der Erfindung ist mindestens doppelt so gut als jede der kommerziellen Zusammensetzungen mit Bezug auf das Verziehen. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Tabelle I Verziehtests an Targets mit Molybdänlegierungssubstrat von der Art mit   11 O-Flügel   
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Röhre <SEP> Targetsubstrat <SEP> VerziehtestBeispiel <SEP> Nr. <SEP> (prozentualer <SEP> Anteil <SEP> des <SEP> Grade <SEP> nach
<tb> Legierungsbestandteils <SEP> 52 <SEP> Cine*
<tb> in <SEP> Molybdän)
<tb> 1 <SEP> 0, <SEP> 125% <SEP> Co/Mo-0, <SEP> 30  <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 125% <SEP> Co/Mo-0, <SEP> 45  <SEP> 
<tb> 3 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Y203/Mo <SEP> -0, <SEP> 480 <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> % <SEP> Ta/Mo-1, <SEP> 25  <SEP> 
<tb> 5 <SEP> 100 <SEP> % <SEP> Mo-3, <SEP> 1-3, <SEP> 5  <SEP> 
<tb> 6 <SEP> 5 <SEP> % <SEP> W/Mo <SEP> -2, <SEP> 60 <SEP> 
<tb> 
 * 10000 Umdrehungen pro Minute, 100 KVP, 200 mA, 8 s dauernde Be- strahlungen, alle 3 min eine. 



   Um die Wirksamkeit anderer Legierungen zu demonstrieren, wurden Zugfestigkeitstests an Stäben aus diesen Legierungen ausgeführt. Die Legierungen wurden durch Vermischen der Legierungselemente (die in Tabelle II aufgeführt sind) mit Molybdän, Pressen und Sintern von Stäben aus den Pulvern und Heissschmieden zur Verdichtung hergestellt. Die Stäbe, die eine Gewichtsheberstangen-förmige Gestalt mit einem Durchmesser von 2, 5 mm in der Mitte hatten, wurden für 
 EMI3.2 
 durchschnittliche Dickenverminderung im Bereich des genannten Durchmessers sind in Tabelle II für die Legierung nach der Erfindung und für nicht legiertes Molybdän gemäss dem Stand der Technik sowie für Molybdän, legiert mit 5% Wolfram, gezeigt. Von jeder Zusammensetzung wurden mindestens 2 Stäbe getestet und die Ergebnisse gemittelt. 



   Tabelle II 
Zugfestigkeitsdaten von Stäben bei 11000 C 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> Zugfestig- <SEP> % <SEP> Gesamt- <SEP> Prozentuale <SEP> 
<tb> Streckgrenze <SEP> keit <SEP> dehnung <SEP> QuerschnittsN/mm2 <SEP> N/mm2 <SEP> verminderung <SEP> 
<tb> nicht-legiertes
<tb> Mo <SEP> 35, <SEP> 2-49, <SEP> 2 <SEP> 63, <SEP> 3-84, <SEP> 4 <SEP> 33 <SEP> 85
<tb> 1-1/4% <SEP> Ta <SEP> 61, <SEP> 2 <SEP> 126, <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 70
<tb> 2-1/4% <SEP> Ta <SEP> 70, <SEP> 3 <SEP> 133, <SEP> 6 <SEP> 28 <SEP> 80
<tb> 1 <SEP> % <SEP> y <SEP> 203 <SEP> 53, <SEP> 4 <SEP> 98, <SEP> 4 <SEP> 45 <SEP> 88
<tb> 0, <SEP> 125% <SEP> Co <SEP> 98, <SEP> 4 <SEP> 182, <SEP> 8 <SEP> 69 <SEP> 77
<tb> 0, <SEP> 125% <SEP> Fe <SEP> 77, <SEP> 3 <SEP> 133, <SEP> 6 <SEP> 43 <SEP> 90
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> % <SEP> Fe <SEP> 101, <SEP> 9 <SEP> 175,

   <SEP> 8 <SEP> 60 <SEP> 85
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
Tabelle II (Fortsetzung) Zugfestigkeitsdaten von Stäben bei 1100 C 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> Zugfestig-% <SEP> Gesamt-Prozentuale <SEP> 
<tb> Streckgrenze <SEP> keit <SEP> dehnung <SEP> QuerschnittsN/mm"N/rnm <SEP> Verminderung <SEP> 
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Si <SEP> 109, <SEP> 0 <SEP> 175, <SEP> 8 <SEP> 55 <SEP> 85
<tb> 0, <SEP> 9 <SEP> % <SEP> Hf <SEP> 70, <SEP> 3 <SEP> 140, <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> & <SEP> 24 <SEP> 35 <SEP> & <SEP> 40
<tb> 5 <SEP> % <SEP> W <SEP> 40, <SEP> 1 <SEP> 94, <SEP> 9 <SEP> 45 <SEP> 90
<tb> 1/2 <SEP> % <SEP> Y203 <SEP> 49, <SEP> 2 <SEP> 94, <SEP> 9 <SEP> 50 <SEP> 85
<tb> 0, <SEP> 55 <SEP> % <SEP> MgO <SEP> 42, <SEP> 2-47, <SEP> 1 <SEP> 84, <SEP> 4-97, <SEP> 0 <SEP> 25-35 <SEP> 85
<tb> 1 <SEP> % <SEP> HfC <SEP> 288, <SEP> 2 <SEP> 337,

   <SEP> 4 <SEP> 8, <SEP> 8 <SEP> 55
<tb> *0, <SEP> 085 <SEP> % <SEP> Fe
<tb> +1 <SEP> % <SEP> Y <SEP> 203 <SEP> 68, <SEP> 9 <SEP> 90, <SEP> 0 <SEP> 37 <SEP> 77
<tb> 
 *getestet bei   1350 C   
Die in der Tabelle II zusammengefassten Daten zeigen, dass bei den Zusammensetzungen nach der Erfindung sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit besser sind als bei den Zusammen- setzungen nach dem Stand der Technik. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Rotierbares Target für Röntgenröhren mit einem Molybdän enthaltenden Grundkörper und einer darauf angeordneten, Wolfram enthaltenden Brennspur, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper einen Molybdängehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweist, mit wenigstens einem Additiv aus der aus Eisen, Silizium, Kobalt, Hafniumkarbid, Thoriumoxyd, Zirkoniumoxyd, Titandioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliziumoxyd, Yttriumoxyd, Ceroxyd und den Oxyden der Gruppe seltener Erden legiert ist und die Mengen an Eisen, Silizium, Kobalt oder Hafniumkarbid, falls zugegen, in die folgenden Bereiche fallen :
Eisen-0, 05 bis   0, 3 Gew.-%  
Silizium-0, 05 bis   0, 3 Gew.-%  
Hafniumkarbid-0, 1 bis 5 Gew.-% des Molybdängehaltes, wobei der Gesamtadditivgehalt in einem Bereich von etwa 0, 05 bis etwa 10 Gew. % liegt.

Claims (1)

1. 2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molybdän mit Silizium legiert ist.

   3. Target nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Additiv 0, 5 bis 5% Yttriumoxyd umfasst.

   4. Target nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv von etwa 1 bis etwa 2% Yttriumoxyd umfasst.

   5. Target nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv von etwa 0, 08 bis etwa 0, 13% Kobalt umfasst.

   6. Target nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv von 0, 05 bis 0, 3% Eisen und von 0, 5 bis 5% Yttriumoxyd umfasst. <Desc/Clms Page number 5>

   7. Target nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv etwa 0, 085% Eisen und etwa 1% Yttriumoxyd umfasst.