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Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhrenanode mit einem ein hohes Wärmestrahlungsvermögen aufweisenden schwarzen oxydischen Überzug auf ausgewählten Teilen derselben, wobei der Überzug ein nichtteilchenförmiges, glattes Schmelzprodukt eines Gemisches ist. Die GB-PS Nr. 1, 418, 532 beschreibt eine Drehanode, die unter anderem eine Schicht aus schwarzem Material aufweist, das das Erhitzungsprodukt eines Gemisches ist, welches Titi und Zusätze wenigstens eines schwerschmelzbaren Oxyds aus der Gruppe A1203, Ca0, Mg0 und Zr02 enthält. Die Zusätze zum Ti02 erhöhen die Stabilität der Schicht beträchtlich, ohne die Abstrahlwirkung nennenswert zu beeinflussen, solange der TiO-Gehalt nicht unter etwa 20% sinkt.
Das Gemisch für diese Schicht weist somit einen hohen Anteil an Ti02 von über 20% auf.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, unter Beibehaltung der Vorteile eines derartigen,
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Erhitzungstemperaturen bis zur Verschmelzungstemperatur noch eine Verbesserung der Abstrahlwirkung des Überzuges erzielbar ist.
Es ist bekannt, dass von der Gesamtenergie eines auf ein Röntgentarget aufschlagenden Elektronenstrahls nur etwa 1% in Röntgenstrahlung umgewandelt wird, während etwa 99% als Wärme anfallen. Bei rotierenden Röntgenröhren-Anoden muss diese thermische Energie hauptsächlich durch Strahlung vom Target zu einem dieses umgebenden flüssigkeitsgekühlten Gehäuse abgegeben werden. Nur eine geringe Menge der Wärme kann durch Ableitung entfernt werden, da eine Ableitung einer beträchtlichen Wärmemenge durch den Rotor die Temperaturen erhöhen würde, die dieser auszuhalten hätte. Die Lagertemperaturen müssen üblicherweise auf etwa 500 C beschränkt werden, da andernfalls die Lagerlegierung erweicht und unwirksam wird.
Einige diagnostische Röntgentechniken, die sich derzeit allgemein in Gebrauch befinden, verwenden einen hochstromigen Elektronenstrahl bei hoher Spannung in der Röntgenröhre für eine solche Dauer, bei der bereits Gefahr besteht, dass die Wärmeaufnahmekapazität des Targets und der Anodenstruktur überschritten wird. Mit Aufnahmen verbundene Techniken werden z. B. oft vor der erwünschten Dauer beendet, weil bei einer weiteren Bestrahlung ohne Abkühlen des Targets dessen Zerstörung auftreten würde. Die Wärmeabstrahlfähigkeit des Targets wird so ein begrenzender Faktor in Röntgenröhren. Für eine typische Röntgenröhre mit rotierender Anode
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kann.
Die Konvektionskühlung ist in einer Röhre mit hohem Vakuum nicht möglich, so dass der grösste Teil der Wärme somit durch die Glasumhüllung zum im Röhrengehäuse zirkulierenden Öl gestrahlt wird.
Weiterhin ist bekannt, dass die Wärmeabstrahlungsfähigkeit von Röntgenröhren-Anodentargets zu einem gewissen Masse durch Aufrauhen der Oberfläche des Targets ausserhalb der Brennpunktspur oder durch Überziehen der Oberfläche mit verschiedenen Verbindungen verbessert werden kann. Ein idealer Überzug wäre ein solcher mit einem Emissionsgrad von 1, 0, was der theoretische maximale Emissionsgrad eines schwarzen Körpers ist. Eine Vielfalt die Wärmestrahlung verbessernder Überzüge einschliesslich Tantalcarbid, verschiedener Oxydmischungen, wie Aluminiumoxyd, Kalziumoxyd und Titanoxyd ist versucht worden. Die Überzugsmaterialien werden üblicherweise auf den aus hochschmelzendem Metall bestehenden Targetkörper aufgespritzt und bei hoher Temperatur in einem Vakuum oder bei sehr geringem Druck geglüht, um ein Haften an der Oberfläche des Targets zu bewirken.
Einige dieser Materialien zum Überziehen des Targets haben eine vernünftig starke Emission, wenn sie aufgebracht sind. Nachdem man sie jedoch bei Temperaturen geglüht hat, die erforderlich sind, um ein Haften am Target zu bewirken, fällt der Emissionsgrad jedoch beträchtlich ab. Es ist für ein Material nicht ungewöhnlich, dass es von einem Ausgangsemissionsgrad von 0, 85 nach dem Glühen auf 0, 70 in der Emission bzw. Strahlung abfällt.
Die Hauptnachteile von Materialien zum Überziehen des Targets, die derzeit im Gebrauch sind, liegen darin, dass ihre Wärmestrahlung zu sehr unterhalb vom theoretischen Grenzwert von 1,0 für einen schwarzen Körper liegt und die Überzüge ausserdem aus Teilchen bestehen, die sich beim Gebrauch der Röntgenröhre vom Target ablösen können. Diese Teilchen werden
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dann müssen die Betriebszyklen abgekürzt werden, und dies bedeutet, dass die Röhre ausser Betrieb bleiben muss, bis sich das Target auf eine sichere Temperatur abgekühlt hat. Dies erfordert häufig eine verlängerte Zeit für die Ausführung einer Reihe von Röntgenuntersuchungen.
Es ist daher wichtig, dass die Abstrahlung von den Targetoberflächen möglichst gross gemacht wird.
Ti02 ist ein bekanntes Überzugsmaterial für den Rotor --14--. Sein Wärmestrahlungswert beträgt etwa 0, 85 und ist für Teile, wie den Rotor geeignet, wenn das Target die Wärme ausreichend gut abstrahlt, so dass der Rotor bei einer sicheren Temperatur von 500 C oder darunter arbeitet. Reines Ti02 ist jedoch zum Überziehen von Targets in Röntgenröhren hoher Energie nicht geeignet, weil es sich bei den vom Target erreichten Temperaturen verschlechtert. Es kann in einem Vakuum nicht ohne Zersetzung bis zur Schmelztemperatur erhitzt werden.
Gemäss der Erfindung sind die neuen, eine starke Wärmestrahlung aufweisenden Überzüge daher aus Ti02 zusammengesetzt, das zu irgendeinem der hochschmelzenden Oxydmaterialien hinzugefügt ist, die ausgewählt sind aus ZrO., HfO., MgO, CeO., La. O., SrO und deren Mischungen, wobei weiter als Stabilisator CaO und/oder Y. O, hinzugegeben werden.
Wählt man CaO als Stabilisator, dann sollte es in einer Menge von 4 bis 5 Gew.-% vorhanden sein. Ti02 sollte in einer Menge von 2, 5 bis zu 20 Gew.-% vorhanden sein. Alle andern Oxydma-
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von 75 bis 93, 5 Gew.-% verändert, dann sollte die Menge an Ti02 so eingestellt werden, um diese Veränderung zu kompensieren, vorausgesetzt, dass die TiO. -Menge im Bereich von 2, 5 bis zu 20 Gew.-% bleibt.
Wird Y203 als Stabilisator verwendet, dann sollte es in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-% vorhanden sein. TiO 2 sollte in einer Menge von 2, 5 bis zu 20 Gew.-% verwendet werden. Alle andern Oxydmaterialien der Gruppe ZrO,, HfO2, MgO, CeO2, La20. und SrO allein oder in Kombination
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setzt, das Ti02 bleibt auch hier im Bereich von 2, 5 bis zu 20 Gew.-%.
Ein Überzug mit Wärmestrahlung, der im Rahmen der oben genannten Bereiche bevorzugt ist wegen der geringen Kosten und der guten Erhältlichkeit der Materialien, ist einer, der zusammengesetzt ist aus 75 bis 93, 5 Gew.-% ZrO2 als das Oxydmaterial, zu dem 4 bis 5 Gew.-% CaO und 2, 5 bis zu 20 Gew.-% TiO. hinzugegeben werden.
Beispielhafte Oxydmischungen für Überzüge, die sich als brauchbar erwiesen haben, einen schwarzen, verschmolzenen Überzug mit Wärmestrahlungswerten von 0, 92 bis 0, 94 zu ergeben, sind die folgenden, in denen die Bestandteile in Gew.-% angegeben sind :
1. 76 ZrO-4 CaO-20 TiO
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Die weissen gepulverten Mischungen, die aus Ti02'den andern Oxydmaterialien und CaO und/oder Y203 als Stabilisator zusammengesetzt sind, werden erfindungsgemäss als dünne Schicht auf irgendeine Oberfläche des Targets aufgebracht, die sich ausserhalb der Brennspur befindet.
Das Target wird dann bei Temperaturen geglüht, die im folgenden noch angegeben werden, und zwar in einem hohen Vakuum, wobei ein dichter, dünner, glatter, homogener Überzug mit hohem Abstrahlvermögen entsteht.
Eine brauchbare Methode, die Oxydmischung auf das Target aufzubringen, ist das Aufspritzen mittels. einer Plasmakanone in einer Luftumgebung. Die Plasmakanone ist ein bekanntes Gerät, in der zwischen einer Wolframelektrode und einer diese umgebenden Kupferelektrode ein Lichtbogen gebildet wird. Die Oxydmaterialien werden in einem Argonstrom durch den Lichtbogen geleitet. Beim Passieren des Plasmas, das durch die Rekombination der ionisierten Gasatome
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erzeugt wird, schmelzen die Teilchen und werden durch den Gasstrom auf die Targetoberfläche gestossen. Die geschmolzenen Teilchen schlagen auf der überzogenen Oberfläche auf, und dies führt zu einem Überzug mit einer Textur und nicht mit einem geschmolzenen glasurartigen Aussehen.
Der Überzug kann auch mittels anderer Verfahren aufgebracht werden. So kann man die Oxyde in einen geeigneten Binder oder eine andere flüchtige Trägerflüssigkeit einbringen und das Ganze auf die Targetoberfläche aufspritzen oder streichen. Auch kann man die Oxyde im Vakuum durch Zerstäuben in einem Inertgas aufbringen oder die entsprechenden Metalle durch
Zerstäuben in einem Vakuum mit einem Sauerstoffpartialdruck, um die Oxydüberzüge zu erzeugen.
Im Falle des Plasmabogenspritzens verliert das Tir., dans anfänglich weiss war, bei der sehr hohen Temperatur des Plasmabogens etwas Sauerstoff. Dadurch wird das weisse Ti02 in ein blauschwarzes Titanoxyd umgewandelt. In Abhängigkeit von der Menge Ti02 in der Mischung hat der Überzug nach dem Aufspritzen einen Wärmestrahlungswert im Bereich von 0, 6 bis 0, 85, und beim Betrachten mit dem blossen Auge oder mit sehr geringer Vergrösserung erscheint der Überzug texturiert unt teilchenförmig. Unter diesen Umständen ist die Diffusion und das Verbinden mit dem Metall der Targetoberfläche noch nicht maximal. In diesem Zustand kann der neue Überzug jedoch vorteilhaft für Anwendungen benutzt werden, die bei relativ geringer Temperatur arbeiten, wie auf dem Anodenrotor --14--.
Nachdem das Überzugsmaterial nach irgendeinem der vorgeschlagenen Verfahren gleichförmig aufgebracht ist, ist die nächste Stufe des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens kritisch bei der Optimierung der Wärmestrahlung und bei der Erzeugung eines glatten verschmolzenen Überzuges, in dem keine Pulverteilchen mehr erkennbar sind. Diese nächste Stufe besteht im Glühen des überzogenen Röntgentargets in einem Vakuum, bei einem geringen Druck von 1, 33 x 10 mb ar oder weniger, um einen verschmolzenen schwarzen Überzug zu erhalten, in dem das Ti02 einen weiteren Sauerstoffverlust erlitten hat. Die Glühtemperatur sollte mindestens 1650 C betragen, aber 1900 C nicht übersteigen.
Die beste Praxis besteht darin, das Target in der Hitze nur so lange zu halten, bis seine Masse die Temperatur von 1650 C erreicht, was typischerweise 15 min dauern könnte. Wird das Target zu lange in der Hitze gehalten, dann kann der geschmolzene Überzug zu Bereichen hin verlaufen, die nicht überzogen werden sollen.
Die Oxydzusammensetzung wird nach dem Verschmelzen im Vakuum zu einem in dem hohen Vakuum einer Röntgenröhre bei mindestens 1650 C stabilen Überzug, was oberhalb der für das Target ausserhalb der Brennspur erwarteten Temperatur liegt. Nach diesem Verfahren hergestellte Überzüge haben durchgehend Wärmestrahlungswerte im Bereich von 0, 92 bis 0, 94 gehabt.
Ist das Target mit dem Rotor --14-- verbunden, dann kann es nicht geglüht werden, da die Kupfer- und Stahlteile des Rotors bei 1083 bzw 1450 C schmelzen würden.
Die Oxyde Zero2, HfO., MgO, CeO., SrO und La. 3 verschmelzen und schmelzen, stabilisiert
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das in einem Röntgenröhrenkolben existiert, in einem Zustand, in dem ein Unterschuss von Sauerstoff vorhanden ist, und bleibt dabei schwarz und behält einen relativ hohen Wärmestrahlungswert von mehr als 0,90.
Die Konzentration der Oxydmaterialien ausser den Stabilisatoren und Ti02 ist grösser als
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TiO2600 C und verhindert, dass sich aus ZrO2 und den andern Oxydmaterialien bei tiefen Temperaturen die unerwünschte monokline Phase bildet. Ti02 allein oder in Abwesenheit der andern in dem erfindungsgemässen Überzug eingesetzten Oxyde dissoziiert in einem Vakuum bei einer Temperatur von etwa 12000C und dies ist beträchtlich unterhalb der für das Target erforderlichen Betriebstemperaturen. Es ist bekannt, dass die Umwandlung in die monokline Phase des Zr02 oder Hf02 z. B. von einer Veränderung der thermischen Ausdehnung begleitet ist, und wo dies aufgetreten ist, neigt der Überzug zum Abspalten vom Target auf Grund der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen Targetkörper und Überzug.
Y. O, kann an Stelle von CaO zur Stabilisierung der Oxyde von Zr, Hf, Mg, Ce, Sr und La
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