AT502265B1 - Röntgenröhrentargets aus einer mit einer hochfesten oxiddispersion verstärkten molybdänlegierung - Google Patents

Abstract

Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat (28), das aus einer mit einer Oxiddispersion verstärkten Molybdänlegierung besteht, und dessen Hinterseite mit einem Graphitring (20) versehen ist, mit einer Struktur (30), die von dem Substrat vertikal absteht und an einem Rotor befestigt ist, mit einem radial inneren Substratabschnitt (28'), der mit der vertikalen Struktur und über einen Verbindungsabschnitt (36) mit einem radial äußeren Substratabschnitt (28") verbunden ist, und einer ringförmigen Brennspur (18), die auf der Vorderseite des radial äußeren Substratabschnittes aus einem Röntgenstrahlen aussendenden Metall ausgebildet ist, wobei die vertikale Struktur von der Vorderseite des Substrats absteht und eine durchschnittliche Stärke des radial inneren Substratabschnittes kleiner ist als die durchschnittliche Stärke des radial äußeren Substratabschnittes, und die Dicke des Substrats in Richtung radial auswärts entlang des Verbindungsabschnittes zunimmt .

Description

österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgenstrahlen erzeugendes Hochleistungs-Target. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat, das aus einer mit einer Oxiddispersion verstärkten Molybdänlegierung besteht, und dessen Hinterseite mit einem Graphitring versehen ist, mit einer Struktur, die von dem Substrat vertikal absteht und an einem Rotor befestigt ist, mit einem radial inneren Substratabschnitt, der mit der vertikalen Struktur und über einen Verbindungsabschnitt mit einem radial äußeren Substratabschnitt verbunden ist, und einer ringförmigen Brennspur, die auf der Vorderseite des radial äußeren Substratabschnittes aus einem Röntgenstrahlen aussendenden Metall ausgebildet ist.

[0002] Röntgenstrahlen werden hergestellt, wenn Elektronen in einem Vakuum innerhalb einer Röntgenröhre freigesetzt, beschleunigt und abrupt gestoppt werden. Die Elektronen werden zunächst von einem geheizten Glühdraht freigesetzt. Eine Hochspannung zwischen Anode und Kathode beschleunigt die Elektronen und bewirkt, dass diese auf die Anode auftreffen. Die Anode, üblicherweise als Target bezeichnet, kann vom Drehscheibentyp sein, so dass der Elektronenstrahl ständig auf verschiedene Punkte der Targetfläche auftrifft. Die Röntgenröhre besteht aus einer Kathoden- und Anodenanordnung, welche das Drehscheibentarget und einen Rotor einschließt, welcher Teil einer Motoranordnung zum Drehen des Targets ist. Ein Stator ist außerhalb der Röntgenröhren-Vakuumhülle vorgesehen und überlappt ungefähr zwei Drittel des Rotors. Die Röntgenröhre ist in ein Schutzgehäuse mit einem Fenster für die Röntgenstrahlen eingeschlossen, welche erzeugt werden, um aus der Röhre auszutreten. Das Gehäuse ist mit Öl gefüllt, um die durch die Röntgenstahlen erzeugte Hitze zu absorbieren.

[0003] Das rotierende Röntgenröhrentarget weist üblicherweise ein hitzebeständiges Metalltargetsubstrat und eine Targetbrennspur eines Röntgenstrahl emittierenden Metalls auf, welche mit dem Targetsubstrat entlang einer Grenzfläche verbunden ist. Wolfram allein und Wolfram-Verbindungen mit Rhenium werden üblicherweise eingesetzt, um die Brennspur in Röntgentargets zu bilden. Röntgentargets aus Wolfram oder Wolframlegierungen, in welchen Wolfram das vorherrschende Metall ist, sind durch hohes Gewicht und große Dichte gekennzeichnet. Zusätzlich ist Wolfram kerbempfindlich und extrem spröde, und dadurch anfällig für katastrophale Betriebsausfälle. Wegen dieser Mängel umfassen Röntgentargets üblicherweise Wolfram- oder eine Wolframlegierung-Targetbrennspur und ein Targetsubstrat aus einem anderen Metall oder einer anderen Legierung. Üblicherweise werden Molybdän oder Molybdänlegierungen für die Target-Substrate verwendet.

[0004] Röntgenröhren für medizinische Bilder erzeugen Röntgenstrahlen durch Bombardierung der die Targetbrennspur bildenden Materialschicht mit hochenergetischen Elektronen. Die Brennspur weist Elemente mit einer hohen Atomzahl (wie Wolfram oder Rhenium) auf und ist gänzlich mit einer Scheibe aus einem hochleitenden hitzebeständigen Metallmaterial verbunden, wie TZM (eine Molybdänlegierung, bestehend aus einer kleinen Menge Titan, Zirkon und Kohlenstoff). Die TZM-Legierungsscheibe ihrerseits ist mit einer Graphitscheibe durch eine Lötschicht aus Titan-, Vanadium- oder Zirkonverbindungen verbunden. Um die beträchtliche Hitze der Brennspur abzuleiten, wird die Targetscheibe auf Geschwindigkeiten mehr als 8400 U/min gedreht. Zusätzlich leitet die Hochleitungstargetscheibe die erzeugte Wärme unter der Brennspur zu dem gelöteten Graphitblock, welcher als Wärmespeichermaterial oder Wärmesenke wirkt.

[0005] Die Forderung nach immer besser werdender Röntgenbildqualität in Verbindung mit dem Bedarf an computerisierter Tomographie (CT-Systeme), um Hochgeschwindigkeits-Herzbilder zu erzeugen, erfordert die Verwendung einer hohen Spitzenleistung (von mehr als 70 kW), hohe Targetdrehgeschwindigkeiten sowie auch hohe Brückendrehgeschwindigkeiten. Diese erhöhen ihrerseits die thermische und die strukturelle Belastung des Targetmaterials jenseits seiner derzeitigen Leistungsfähigkeiten. Daher gibt es ein Erfordernis für Targetmaterialien mit (a) einer höheren Stärke und Kriechfestigkeit als jene von TZM-Legierungen, um die thermischen und strukturellen Erfordernisse zu erfüllen, welche durch die Verwendung einer hohen 1/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15

Spitzenleistung und einer hohen Drehgeschwindigkeit anfallen, und (b) einem geringeren Targetgewicht, verglichen mit der derzeitigen TZM-gelöteten Graphitkonfiguartion, um den Einfluss einer höheren G-Belastung bei schnellen Lagergeschwindigkeiten auf die Lagerbelastungen auszugleichen.

[0006] Bemühungen, diesen Anforderungen gerecht zu werden, haben in der Vergangenheit die Verwendung von Targets aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen eingeschlossen. Während diese Materialien grundsätzliche Vorteile bezüglich Gewichtseinsparungen und Wärmespeicherfähigkeit haben, haben sie auch eigene Nachteile, nämlich ihre begrenzte Zähigkeit. Zusätzlich haben die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe Probleme mit der Herstellbar-keit, der Berstfestigkeit-Vakuumkompatibilität und Materialhomogenität. Folglich ist ihr Einsatz im CT-Röntgensystem noch immer in Entwicklung.

[0007] Die US 4 195 247 A1 offenbart ein Röntgenröhrentarget mit einem Targetsubstrat aus einer Molybdänlegierung und einer Brennspur, die auf dem Substrat gebildet ist. Die Brennspur besteht beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung, um die Stabilität des Targets beim Betrieb der Röntgenröhre zu erhöhen. Weitere Mittel zur Verbesserung der Stabilität werden nicht angegeben.

[0008] Die US 5 222 116 A1 lehrt ein Röntgenröhrentarget mit einer Brennspur aus einer Metallegierung, die auch Molybdän enthalten kann. Als Mittel zur Verbesserung der Betriebsstabilität bei hohen Temperaturen werden lediglich verschiedene Gewichtsanteilverhältnisse von Metallen in der Metallegierung sowie ein wärmeabsorbierender Graphit ring, der auf der Rückseite des scheibenförmigen Targets angeordnet ist, aufgezeigt.

[0009] Die US 2002/0191748 A1 gibt ein Röntgenröhrentarget mit einem Targetsubstrat bekannt, dessen Hinterseite mit einem Graphitring versehen ist, mit einer Struktur, die von dem Substrat vertikal auf der Hinterseite absteht und an einem Rotor befestigt ist, und einer ringförmigen Brennspur, die auf der Vorderseite des radial äußeren Substratabschnittes ausgebildet ist. Zur Erhöhung der Stabilität des Targets ist ein mittlerer Abschnittsring des scheibenförmigen Targets mit einer geringeren Stärke ausgestattet und dort mit dem Graphitring hoher Stärke verbunden. Die im Betrieb erzeugte Hitze wird dadurch vermehrt in den Graphitring geleitet, was die Lebensdauer des Targets insgesamt erhöht.

[0010] Die EP 0 421 521 B1 zeigt ein Röntgenröhrentarget mit einer Oxidbeschichtung zur Verbesserung der Wärmeemissivität.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0011] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat der einleitend angegebenen Art anzugeben, dessen mechanische und thermische Stabilität während des Betriebs im Vergleich zu den Targets des Standes der Technik mit weiteren Mitteln verbessert wird.

[0012] Das erfindungsgemäße Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat erreicht dies dadurch, dass die vertikale Struktur von der Vorderseite des Substrats absteht und dass eine durchschnittliche Stärke des radial inneren Substratabschnittes kleiner ist als die durchschnittliche Stärke des radial äußeren Substratabschnittes, und dass die Dicke des Substrats in Richtung radial auswärts entlang des Verbindungsabschnittes zunimmt. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0013] Eine bevorzugte Ausführungsform des Röntgenröhren-Anodentargetsubstrats zeichnet sich dadurch aus, dass das Röntgenstrahlen emittierende Metall, wie an sich bekannt, Wolfram-Rhenium ist.

[0014] In einer Ausführungsform der Erfindung weist die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Lathaniumoxid-partikel auf.

[0015] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die mit Oxiddispersion verstärkte Molyb- 2/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15 dänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Ceriumoxidpar-tikel auf.

[0016] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Yttriumoxidpartikel aufweist.

[0017] Eine bevorzugte Ausführungsform des Röntgenröhren-Anodentargetsubstrats zeichnet sich dadurch aus, dass die Lanthanoxidpartikel in einem Größenbereich von etwa 500 nm bis 4 pm liegen.

[0018] In einer Ausführungsform der Erfindung weist die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänlegierung eine kristalline Matrix von Molybdänkörnern im Größenbereich von 30 bis 50 pm auf.

[0019] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgenröhren-Anodentarget-substrat einen Graphitring aufweist, der, wie an sich bekannt, mit der Hinterseite des Targetsubstrats verbunden ist.

[0020] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass das Röntgenröhren-Anoden-targetsubstrat eine Beschichtung aufweist, die ein die Wärmeabstrahlung verbesserndes Material enthält, welches auf zumindest einem Teil der Substratvorderseite ausgebildet ist, wobei die Beschichtung ein Emissionsvermögen von zumindest 0,8 hat.

[0021] Eine bevorzugte Ausführungsform des Röntgenröhren-Anodentargetsubstrats mit einem im wesentlichen kreisförmigen Außenrand und einer Zentralbohrung zeichnet sich dadurch aus, daß die ringförmige Brennspur im wesentlichen konzentrisch zum Außenrand des Targetsubstrats angeordnet ist, und dass der Außenrand zu der ringförmigen Brennspur radial einwärts geneigt angeordnet ist.

[0022] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhrenanode, umfassend die folgenden Schritte: Extrudieren eines mit verteilten Oxiden legierten Molybdänpulvers, um ein Werkstück zu bilden, Gesenkschmieden des Werkstückes, um ein Targetsubstrat zur Bildung einer kreisförmigen Scheibe mit einem kreisförmigen zylindrischen Schaftaufsatz zu bilden, welcher vom Rand der Zentralbohrung der Scheibe absteht, und Beschichtung eines ringförmigen Abschnittes auf der Seite des Targetsubstrats mit einer Schicht aus einem Röntgenstrahl emittierenden Metall.

[0023] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhrenanode mit den folgenden Schritten: [0024] Extrudieren eines mit einem dispergierten Oxid legierten Molybdänpulvers, um ein Werkstück zu bilden, Plattenwalzen zu mehr als 92 % Querschnittreduktion, gefolgt vom Schneiden entsprechender kreisförmiger Scheiben aus der Platte und Beschichtung eines ringförmigen Abschnittes auf einer Targetseite mit einer Schicht aus einem Röntgenstrahl emittierenden Metall.

[0025] Ein noch anderer Aspekt der Erfindung ist eine Anodenanordnung für eine Röntgenröhre mit einem Drehscheibentarget und einem Rotor, der Teil einer Motoranordnung zur Drehung des Targets ist, wobei die Targetscheibe ein Targetsubstrat aus einer oxiddispersionsverstärkten Molybdänlegierung umfasst, eine auf das Targetsubstrat gebildete Metallspur und mit einem Röntgenstrahl emittierenden Metall, einer auf die Rückseite des Substrats gelöteten Graphitmasse und eine auf die offene ODS-Mo-Oberfläche aufgetragene abstrahlende Beschichtung.

[0026] Andere Aspekte der Erfindung werden unten offenbart und beansprucht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0027] FIG. 1 ist eine Zeichnung, welche einen Teilquerschnitt eines üblichen Röntgenröh rentargets und einer Schaftanordnung zeigt. 3/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15 [0028] FIG. 2 ist eine Zeichnung, welche eine Draufansicht der Anordnung nach FIG. 1 zeigt, welche das Targetsubstrat und die Brennspur zeigt.

[0029] FIG. 3 ist eine Zeichnung, welche einen Querschnitt eines Röntgenröhrentargets und einer Schaftanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

[0030] Die FIG. 4 und 5 sind optische Gefügebilder der ODS-Mo-Legierung im gewalzten Zu stand bzw. nach der Hochtemperatureinwirkung bei 2000°C während einer Stunde.

[0031] Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen ähnliche Elemente in verschiedenen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen haben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0032] Die FIG. 1 und 2 sind schematische Ansichten von Teilen einer üblichen Röntgenröhre 10 mit einer Drehanodenanordnung 12. Die Anodenanordnung 12 umfasst ein Targetsubstrat 16 (üblicherweise aus einer Molybdänlegierung TZM), einen mit dem Targetsubstrat 16 einstückig ausgebildeten Schaft 14 und eine Targetbrennspur 18 (üblicherweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung), welche auf der oberen Fläche des Targetsubstrats ausgebildet ist. Das Targetsubstrat 16 hat auf der Rückseite einen Graphitring 20, welcher mit dem Targetsubstrat verlötet ist und einen Teil der Anodenanordnung 12 bildet. Die von einer (nicht gezeigten) Kathode erzeugten Elektronen treffen auf die Brennspur 18 auf. Die Röntgenstrahl emittierende Metallbrennspur 18 emittiert Röntgenstrahlen als Antwort auf das Auftreffen der Elektronen.

[0033] Die Anodenanordnung 12 wird durch einen Induktionsmotor mit einem zylindrischen Rotor 22 gedreht, der um ein Lagergehäuse 24 herum angeordnet ist. Das Lagergehäuse 24 trägt die gesamte Drehanodenanordnung 12. Die Anodenanordnung 12 ist mit dem Rotor 22 über den Schaft 14 und eine Nabe 26 mechanisch verbunden. Das Lagergehäuse 24 enthält Lager (nicht gezeigt), um die Drehung der Anodenanordnung 12 zu erleichtern. Der Rotor 22 wird über einen Statorinduktionsmotor (nicht gezeigt) angetrieben.

[0034] In einer üblichen Röntgenröhre sind die Anoden- und Kathodenanordnungen in eine Vakuumhülle (nicht gezeigt) gesiegelt. Der Stator ist außerhalb der Vakuumhülle angeordnet. Die Röntgenröhre ist in einem Schutzgehäuse (nicht gezeigt) mit einem Fenster eingeschlossen, damit die erzeugten Röntgenstrahlen die Röntgenröhre verlassen. Das Gehäuse ist mit Öl gefüllt, um die als Ergebnis der Röntgenstrahlenerzeugung erzeugte Wärme zu absorbieren.

[0035] Gemäß verschiedener Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird das in gegenwärtigen Röntgenröhrentargets verwendete TZM-Material durch eine mit einer Oxiddispersion verstärkte Molybdänlegierung (ODS-Mo) ersetzt. In einer Ausführung umfasst die ODS-Mo-Legierung eine kristalline Matrix aus Molybdän mit einer Dispersion aus feinen, unlöslichen Oxidteilchen. Die Oxide können aus den folgenden Verbindungen ausgewählt werden: Lanthanoxide (La203), Ceriumoxide (Ce02) und Ytthriumoxide (Y203). Im Falle der Lanthanoxide beträgt der Anteil der Lanthanoxide etwa 2 Vol.-%.

[0036] Die Struktur einer Drehanode gemäß einer Ausführung der Erfindung ist in FIG. 3 gezeigt. Ein scheibenförmiges Targetsubstrat 28 ist aus einer ODS-Mo-Verbindung hergestellt. Das Targetsubstrat hat einen allgemein kreisförmigen Außenrand 32 und eine allgemein kreisförmige Zentralbohrung 34. Wegen der hohen Dichte der Molybdänlegierungen muss das Scheibenvolumen niedrig gehalten werden, damit die Lager in einem akzeptablen Beanspruchungsbereich arbeiten. Um das Gesamtgewicht des Targesubstrats 28 zu verringern, ist die durchschnittliche Dicke des radialen ringförmigen Innenabschnittes des Substrats kleiner als die durchschnittliche Dicke des radialen ringförmigen Außenabschnittes, wobei diese ringförmigen Abschnitte durch den Abschnitt 36 verbunden werden, in welchem die Substratdicke in Richtung radial nach außen erhöht wird (z.B. linear). Eine ringförmige Brennspur 18 ist auf der vorderen Oberfläche des relativ dicken radialen ringförmigen Außenabschnittes des Substrats 28 gebildet. Die Brennspur 18 kann die Form einer Schicht aus einer W-Re-Legierung annehmen, 4/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15 welche durch ein Beschichtungsverfahren aufgetragen ist.

[0037] Die vertikale Struktur 30 in FIG. 3 ist der kreisförmige zylindrische Schaftansatz des Rotors (nicht gezeigt). Der Schaftansatz ist zur Sicherung des optimalen Target-Gleichgewichtes wichtig, unabhängig von dem gewählten Material der Scheibe. Es kann von beiden Seiten des Substrats vorstehen. Der Schaftansatz 30 kann aus einer ODS-Mo-Verbindung hergestellt werden, entweder durch eine in situ-Formung mit der Scheibe oder durch Reibschweißen eines ODS-Mo-Stabes mit der Scheibe. Alternativ können andere Mo-Verbindung Stäbe durch Reibschweißen mit der ODS-Mo-Scheibe verschweißt werden.

[0038] Ein allgemein ringförmiger Graphit-Wärmespeicherring 20 ist mit der Hinterfläche des Targetsubstrats 28 hartverlötet. Die Größe und Form des Graphitringes 20 sind derart optimiert, dass der beste Kompromiss zwischen Lagerhaltung und Wärmespeicherung hergestellt wird. Das Endergebnis ist ein viel leichteres Röntgentarget bei gleichzeitiger Verringerung der Belastung auf die in Drehröntgenanoden verwendeten Lager.

[0039] Die ODS-Mo-Legierung ist gegenüber dem Stand der Technik durch das Vorhandensein einer höheren und gleichmäßigeren Stärke und Kriechfestigkeit überden anwendbaren Temperaturbereich der großen hartgelöteten Graphittargets verbessert. Dies gestattet es in Verbindung mit hochfesterem Graphit dem Target, sich ohne Verursachung von Graphitsplittern oder Trennung schneller zu drehen und daher eine Verbesserung der Spitzenleistung zu erzielen. Die Verwendung von TZM-Legierungen von relativ geringer Festigkeit in Verbindung mit hochfesterem Graphit wäre zwecklos, da die TZM-Legierung bei höheren Anodendrehgeschwindigkeiten nachgibt und damit auch bei hochfesterem Graphit Bruchspannungen verursacht.

[0040] Das Ersetzen des TZM mit ODS-Mo bietet einen zusätzlichen Vorteil einer Erhöhung der Rekristallisationstemperatur von etwa 600° C, wodurch die Beibehaltung der Festigkeit die Stärke- und Kriechfestigkeit der Targets bei viel höheren Temperaturen im Vergleich zu den vom TZM gebotenen Leistungsfähigkeiten gestattet wird. Die Rekristallisationstemperatur des hergestellten Materials ist hoch genug, um die ursprünglichen Eigenschaften über die gesamte Targetbearbeitung hinaus zu bewahren, einschließlich eines sehr hohen Temperaturlötzyklus, wenn der Graphitring angebracht wird. Im Vergleich dazu sind die mechanischen Eigenschaften des TZM durch die sich bei ähnlicher Bearbeitung ergebende Rekristallisation um etwa 40 % verringert.

[0041] Es ist wohl bekannt, dass von der Gesamtenergie eines auf dem Röntgentarget auftreffenden Elektronenstrahls nur etwa 1 % der Energie in Röntgenstrahlen umgewandelt wird, und ein Rest von ungefähr 99 % in Wärme umgewandelt wird. Die Wärmeabstrahlung der Röntgenröhrenanodentargets kann durch Beschichtung der Targetoberfläche außerhalb der Brennspur mit verschiedenen Beschichtungsverbindungen (z.B. die Vorderoberfläche und die Außenrandoberfläche) erhöht werden. Eine derartige abstrahlende Beschichtung der Vorderoberfläche des Targetsubstrats 28 ist durch das Bezugszeichen 38 in FIG. 3 angedeutet. Die abgestrahlte Wärme wird zur Vakuumhülle der Röntgenröhre abgestrahlt und schließlich an das im Röhrengehäuse zirkulierende Öl übertragen. Eine Vielfalt von die Wärmeabstrahlung verbessernden Beschichtungen können verwendet werden. Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 4,953,190 die Verwendung einer Metalloxidbeschichtung mit AI2Ö3, das in einer Menge von 50 bis 80 Gew.-% vorhanden ist, und Ti02 zusammen mit Zr02 oder La2Ö3, das in einer Menge von 50 bis 20 Gew.-% vorhanden ist, wobei Tiö2 im Verhältnis zu Zr02 oder La203 im Verhältnis von 1:1 oder 10:1 vorhanden ist. Es kann jedoch ein weiter Bereich von gemischten Oxidprozentsätzen aus Oxiden, wie z.B. Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid und Kalziumoxid verwendet werden. Das Emissionsvermögen der fertigen Beschichtung sollte größer oder gleich 0,8 sein, um eine verbesserte Wärmeableitung vom Target durch Abstrahlung zu gewährleisten.

[0042] Oxidbeschichtungen werden in vielen üblichen Targetarten eingesetzt, allerdings bei Targets, die bei geringeren Temperaturen arbeiten, in denen die Reaktion des Kohlenstoffes der TZM-Legierung mit den Oxiden kein Problem darstellt. Da diese Materialien viel stärker eingesetzt werden, erhöht sich die Temperatur und begrenzt die TZM-Legierung, außer sie ist 5/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15 zuerst mit einer Trennschicht beschichtet, wie im US-Patent Nr. 6,214, 474 gelehrt wird. Im Gegensatz dazu erlaubt es der geringe Kohlenstoffgehalt der ODS-Mo-Legierungen gegenüber den karbidgestärkten Verbindungen gemäß dem Stand der Technik, dass nicht an Graphit hartgelötete metallische Oberflächen des Targets mit abstrahlenden Oxidbeschichtungen gemäß dem Stand der Technik beschichtet werden können, ohne der Notwendigkeit einer Zwischenschicht (das heißt Trennschicht). Zusätzlich erzeugt der geringe Kohlenstoffgehalt weniger Kohlenstoffmonoxidentwicklung in die Röntgenröhre aus dem Targetmaterial, das bei hohen Temperaturen betrieben wird.

[0043] Prototypblätter aus einer mit einer Lanthanoxid-Dispersion verstärkten Molybdänlegierung mit den Dimensionen (1" L x 1" W x 0,375" T) wurden hergestellt. Um die Rekristallisationstemperatur der ODS-Mo-Legierung (mit La203) festzustellen, wurden Proben hohen Temperaturen bei 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900 und 2000° C während einer Stunde in Vakuum ausgesetzt. Metallographische Prüfungen der ausgesetzten Proben wurden durchgeführt. Die sich ergebende Mikrostruktur der ODS-Mo (mit La203) -Proben, ausgesetzt bei 2000° C, ist im optischen Gefügebild aus FIG. 5 ersichtlich, während Proben im gewalzten Zustand in FIG. 4 gezeigt werden. Die durch die wärmemechanische Bearbeitung des ODS-Mo-Blattes erzeugte Deformations-Siebstruktur ist noch immer in FIG. 5 sichtbar, nachdem es 2000° C/1 h ausgesetzt war, was anzeigt, dass die Legierung noch nicht rekristallisiert ist. Die derart hergestellte ODS-Mo (mit La203) -Mikrostruktur zeigt nach Einwirken von 2000°C während 1 Stunde im Vakuum im Wesentlichen keinen Unterschied.

[0044] Die derart bearbeiteten ODS-Mo (mit La203)-Proben haben Molybdänkörner in einem Größenbereich von 10 bis 50 pm, wie auch die La203-Teilchen in einem Größenbereich von 500 nm bis 4 pm liegen. Die La203-Teilchen haben eine ellipsoide oder plattenförmige Morphologie. Die Oxidteilchen sind an Molybdänkorngrenzen angeordnet, an Korndreifachpunkten als auch innerhalb der Molybdänkörner verteilt.

[0045] Die notwendigen Herstellungsvarianten, um ein ODS-Mo mit sternenförmigen Eigenschaften zu schaffen, resultiert in gleichmäßig ganz dichtem Material, was zur verbesserten Gleichgewichtbeibehaltung gegenüber dem Stand der Technik von Pulverpressen, Sintern und geringer Schmiedearbeit führt. Herstellungsvarianten zur Herstellung dieser Targetform umfassen Extrusion gefolgt von Walzen oder Extrusion, gefolgt von Gesenkschmieden, die beide die gewünschten > 92 % Arbeitslevel erreichen, die notwendig sind, um die bereits erwähnten ausgezeichneten Eigenschaften zu erzielen. Extrusion ist bei den beiden Verfahren üblich, aber die Mittel zur Anwendung der zusätzlichen Arbeitslevel sind verschieden. Für das Walzverfahren wird die Extrusion durch eine zweite Extrusion rechteckig hergestellt, und dann durch nacheinander engere Walzgerüste geführt, um die Enddicke zu erreichen. Kreisförmige Scheiben werden dann aus den Platten geschnitten und die Mo-Legierungsstangen durch Reibschweißen mit ihnen verbunden. Für das Gesenkschmiedeverfahren ist das runde Extrudieren bis Flachschmieden zwischen zwei Rohplättchen mit Bohrungen in der Mitte für das Vorragen des Schaftes, was zwei Teile per Schmiedeoperation ergibt, die dann auseinandergeschnitten werden. Wegen der Anwendung dieser Herstellungsverfahren muss die W-Re-Legierungsschicht auf das fertige Target durch ein Beschichtungsverfahren aufgetragen werden, anstatt des Pulvermetallurgieverfahrens gemäß dem Stand der Technik. Wenn das getan ist, ermöglicht die sich ergebende Genauigkeit der Schichtdimensionen eine weitere Verbesserung des beibehaltenen Gleichgewichtes des fertigen Targets.

[0046] Die Erfindung ergibt die folgenden Vorteile: die Fähigkeit des Röntgenröhrentargetmaterials, die durch den Gebrauch von hohen Spitzenleistungen und hohen Drehgeschwindigkeiten anfallenden thermischen und strukturellen Anforderungen zu erfüllen. Röntgenstrahlen-Targetmaterial, das seine mechanischen Eigenschaften bis zu sehr hohen Targetgesamttemperaturen beibehält und einem Targetdesign mit einem geringeren Gewicht als es mit der gegenwärtigen TZM-Legierung erzielbar ist, was in geringeren Lagerbelastungen unter den Betriebsbedingungen resultiert. Zusätzlich erlaubt die sich ergebende beachtliche Verbesserung (~ 2X) bezüglich Verformungs- und Kriechfestigkeit der ODS-Mo gegenüber der TZM-Legierung und die Verwendung von sehr starkem Graphit sehr hohe Drehgeschwindigkeiten (> 13.000 U/min) 6/11

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15 für das Target. Dies und die abstrahlende Beschichtung auf dem Substrat verringert wesentlich die örtliche Wärmebelastung unter dem Elektronenstrahl. Auch das neue Röntgentargetmaterial kann in ein bestehendes Röntgenröhrendesign mit minimalen Design-/Bearbeitungsänderungen der anderen Komponenten in die Röhre eingeführt werden. [0047] Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungen beschrieben wurde, ist es für Fachleute verständlich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente für Elemente eingesetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen gemacht werden, um die Lehre der Erfindung an eine bestimmte Situation anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang der Erfindung zu verlassen. Daher ist es nicht vorgesehen, dass die Erfindung auf die besondere Ausführung beschränkt ist, die als die beste Art zur Ausführung der Erfindung offenbart wird, vielmehr beinhaltet die Erfindung alle Ausführungen, welche in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen. Patentansprüche 1. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat (28), das aus einer mit einer Oxiddispersion verstärkten Molybdänlegierung besteht, und dessen Hinterseite mit einem Graphitring (20) versehen ist, mit einer Struktur (30), die von dem Substrat vertikal absteht und an einem Rotor (22) befestigt ist, mit einem radial inneren Substratabschnitt (28'), der mit der vertikalen Struktur (30) und über einen Verbindungsabschnitt (3 6) mit einem radial äußeren Substratabschnitt (28") verbunden ist, und einer ringförmigen Brennspur (18), die auf der Vorderseite des radial äußeren Substratabschnittes (28") aus einem Röntgenstrahlen aussendenden Metall ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Struktur (30) von der Vorderseite des Substrats (28) absteht und dass eine durchschnittliche Stärke des radial inneren Substratabschnittes (28') kleiner ist als die durchschnittliche Stärke des radial äußeren Substratabschnittes (28"), und dass die Dicke des Substrats (28) in Richtung radial auswärts entlang des Verbindungsabschnittes (36) zunimmt.
2. 2. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, bei welchem das Röntgenstrahlen emittierende Metall, wie an sich bekannt, Wolfram-Rhenium ist.
3. 3. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, bei welchem die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Lathaniumoxidpartikel aufweist.
4. 4. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, bei welchem die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Ceriumoxidpartikel aufweist.
5. 5. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, bei welchem die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänregierung, wie an sich bekannt, in einer kristallinen Molybdänmatrix verteilte Yttriumoxidpartikel aufweist.
6. 6. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 3, bei welchem die Lanthanoxidpartikel in einem Größenbereich von etwa 500 nm bis 4 pm liegen.
7. 7. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 3, wobei die mit Oxiddispersion verstärkte Molybdänlegierung eine kristalline Matrix von Molybdänkörnern im Größenbereich von 30 bis 50 μm aufweist.
8. 8. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, das ferner einen Graphitring (20) aufweist, der, wie an sich bekannt, mit der Hinterseite des Targetsubstrats verbunden ist.
9. 9. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, das ferner eine Beschichtung (38) aufweist, die ein die Wärme-abstrahlung verbesserndes Material enthält, welches auf zumindest einem Teil der Substratvorderseite ausgebildet ist, wobei die Beschichtung ein Emissionsvermögen von zumindest 0,8 hat. 7/11 österreichisches Patentamt AT 502 265 B1 2010-12-15
10. 10. Röntgenröhren-Anodentargetsubstrat nach Anspruch 1, mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Außenrand (32) und einer Zentralbohrung (34), dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Brennspur (18) im Wesentlichen konzentrisch zum Außenrand (32) des Targetsubstrats angeordnet ist, und dass der Außenrand (32) zu der ringförmigen Brennspur (18) radial einwärts geneigt angeordnet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 8/11