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Die
Erfindung betrifft einen Röntgen-Drehanodenteller und ein
Verfahren zu seiner Herstellung, wobei der Röntgen-Drehanodenteller
einen Basiskörper aufweist. Dieser Basiskörper,
welcher eine aufgebrachte Schicht oder einen eingefügten
Körper aus röntgenaktivem Material mit der Brennbahn,
beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung mit 5 bis 10
Masse-% Rhenium, trägt, hat die Funktion, der Gesamtkonstruktion
die notwendige Festigkeit zu verleihen und die bei der energetischen
Umsetzung von Elektronenstrahlung in Röntgenstrahlung entstehende
Wärmeenergie abzuleiten. Im Zusammenhang mit Ableitung
der Wärmenergie kommt es beim Material des Basiskörpers
vor allem auf solche Kennwerte, wie Wärmekapazität,
Wärmeleitvermögen, Wärmeübergang
sowie Anpassung der Wärmedehnung zwischen bzw. von röntgenaktivem
Material und Basiskörper an.
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Die
Anforderungen an die thermische und mechanische Belastbarkeit der
Röntgen-Drehanodenteller steigen ständig. Derzeit
können bei Hochleistungsröntgenröhren
im elektronischen Brennfleck Temperaturen von über 3000°C
auftreten. Zur besseren Energieverteilung rotiert der Teller mit
9.000 min–1; geplant sind Drehzahlen
von 15.000 min–1 und mehr. Mit
der gleichen Zielstellung liegt der Durchmesser der Drehanodentellers
derzeit schon bei 200 mm und geplant sind 300 mm! Die Festigkeit
des Basiskörpermaterials muss dieser Tatsache Rechnung tragen.
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Seit
langem sind Röntgen-Drehanodenteller mit einem Basiskörper
aus einer Molybdänlegierung, wie beispielsweise Molybdän
mit Zusätzen von Titan, Zirkon und Kohlenstoff ("TZM")
bekannt (
DE 33 03 529
A1 ). Hierbei stört bei hohen Drehzahlen des Drehanodentellers
die hohe Dichte der Hauptkomponente Molybdän von 10,2 g/cm
3 im Basiskörper. Derartige Röntgen-Drehanodenteller
können eine Masse von mehr 5 kg erreichen. Speziell bei
Computertomografen wird die Rotation des Röntgen-Drehanodentellers
in der Röntgenröhre noch von der Rotation und
Translation des gesamten Systems, in welchem sich die Röntgenröhre
befindet, überlagert, so dass unkontrollierte Fliehkräfte
in mehreren Richtungen auftreten. Nicht zu unterschätzen
sind auch die immensen Materialkosten der beschriebenen Metallkonstruktionen.
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Bei
gegebener Wärmekapazität sind die Dichte und damit
auch die Masse von Graphit geringer, weshalb auch gefügte
Röntgen-Drehanodenteller mit einem Basiskörper
aus Graphit bekannt geworden sind (
DE 32 38 352 A1 ). Wegen der schichtartigen
Mikrostruktur von Graphit ist dessen Festigkeit bei hohen Drehzahlen
völlig unzureichend. Dies gilt auch für Basiskörper
aus Graphit, welche beispielsweise mittels Vakuumplasmaspritzen
mit einer röntgenaktiven Schicht aus Wolfram-Rhenium versehen
wurden.
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Die
Festigkeiten des Basiskörpers sowohl auf Molybdänbasis
als auch aus Graphit sind begrenzt, so dass bei den oben erwähnten
mechanischen und thermischen Belastungen im Einsatz die reale Gefahr
einer Beschädigung oder Zerstörung besteht.
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Schließlich
sind auch Basiskörper für den genannten Anwendungsfall
aus faserverstärktem Graphit bekannt geworden. Vorzugsweise
werden Kohlenstofffasern eingesetzt, wobei über die räumliche Anordnung
der Fasern bzw. Fasergeflechte beispielsweise eine Anpassung des
Wärmedehnungskoeffizienten des Basiskörpers an
denjenigen des aufgebrachten röntgenaktiven Materials (
DE 103 01 069 A1 )
oder eine hohe Wärmedehnung in radialer Richtung verbunden
mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in der axialen
Richtung erreicht werden sollen (
DE 196 50 061 A1 ). Zwar besitzen die erwähnten Kohlenstofffasern
in Faserrichtung eine gute Wärmeleitfähigkeit
sowie sehr gute Festigkeitseigenschaften, aber senkrecht dazu sind
diese Eigenschaften um Größenordnungen schlechter.
Bei der letztgenannten technischen Lösung hat man diese
Anisotropie durch ein dreidimensionales Verweben der Kohlenstofffasern
einzuschränken versucht, aber der Werkstoff bleibt dennoch
im zweistelligen Mikrometerbereich anisotrop.
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Ein
neuartiges Material auf Kohlenstoffbasis sind die sogenannten Kohlenstoffnanoröhrchen (engl. „carbon
nano tubes" oder „CNT"), deren technische Entwicklung von
den Anfängen an recht anschaulich im Abschnitt „Hintergrund
der Erfindung" in der Übersetzung der Europäischen
Patenschrift
DE 695
32 044 T2 beschrieben ist, wobei die in dieser Patentschrift
beschriebene Erfindung mit chemisch wirksamen Funktions schichten
auf Kohlenstoffnanoröhrchen einen gänzlich anderen
Erfindungsgegenstand betrifft als die vorliegende Erfindung.
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Während
beim herkömmlichen Graphit Kohlenstoffatome in hexagonaler
Anordnung flächenhaft in einzelnen Ebenen angeordnet sind,
sind bei den Kohlenstoffnanoröhrchen solche hexagonalen
Anordnungen rohrartig geschlossen, woraus sich hervorragende mechanische,
elektrische und thermische Eigenschaften ergeben. Wie die Silbe „nano" ausdrückt,
liegen die Durchmesser dieser Kohlenstoffnanoröhrchen im
Nanometerbereich; je nach Quelle spricht man 0,4 nm bis 50 nm oder
100 nm.
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Die
Schüttdichte dieser Kohlenstoffnanoröhrchen liegt
nach Herstellerangaben in der Größenordnung von
0,15 g/cm3, die Materialdichte wird mit
1,3 g/cm3 bis 1,4 g/cm3 angegeben,
was deutlich unter derjenigen von Graphit liegt. Als Festigkeit
wird ein theoretischer Wert von 45 GPa genannt, was etwa das 20fache
von Stahl und das 200fache des oben erwähnten Basiskörperwerkstoffes
TZM wäre. Die theoretische Wärmeleitfähigkeit
beträgt 6000 W/mK und übertrifft damit jene des
Diamanten um das Doppelte und diejenige metallischer Wärmeleiter um
mindestens eine Größenordnung.
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Es
sind auch Anwendungen von Kohlenstoffnanoröhrchen im Zusammenhang
mit Röntgenröhren bekannt geworden. Dabei handelt
es sich zumeist um Kohlenstoffnanoröhrchen in streng paralleler
Ausrichtung.
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So
ist eine Kathode für eine Röntgenröhre bekannt,
bei welcher zur Erzielung einer Kathodenfläche kleiner
Abmessungen die Kohlenstoffnanoröhrchen auf einer Platte
mit negativem Potenzial angeordnet sind und als Emitter Elektronen
zu einem gegenüberliegenden Target aus Kupfer aussenden (
Japanische Patentkurzfassung 2005166565 ).
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Bei
einer anderen Kathode für Röntgenröhren
sind sie hinter einem Steuergitter angeordnet und dienen der Realisierung
einer Kathode mit einstellbarer Emissionsfläche (
Japanische Patentkurzfassung 2006086001 ).
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Es
ist auch eine technische Lösung bekannt geworden, bei welcher
auf einer röntgenaktiven Schicht (also auf der Elektronenauftrefffläche)
von Röntgenanoden ein "Wald" bzw. ein "Haarbüschel" senkrechter,
paralleler, gut Wärme leitender Kohlenstofffasern angeordnet
ist, wobei es sich nicht ausdrücklich um Kohlenstoffnanoröhrchen
handelt (
US 5.943.389 ).
Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, zusätzlich zur
Wärmeableitung durch den Basiskörper Wärme
durch diese Kohlenstofffasern abzuleiten.
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Weiterhin
ist eine Röntgenanode bekannt, auf deren Anoden-Auftrefffläche
Kohlenstoffnanoröhrchen vorzugsweise in Gestalt eines Gewebes angeordnet
sind, um die Bildung von Sekundärelektronen sowie die Entstehung
eines Plasmas bzw. die Freisetzung neutraler Gase zu unterdrücken
(
WO 03/043036 A1 ).
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Als
Stand der Technik für die vorliegende Erfindung sind schließlich
auch Basiskörper für Röntgendrehanoden
bekannt, bei welchen Kohlenstofffasern vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhrchen
in Kupfer (
DE 102005039187 )
oder in Titan (
DE 102005039188 )
eingelagert sind, um die Wärmeableitung zu verbessern.
Kupfer hat den Nachteil, dass sein Schmelzpunkt für hohe
Wärmeableitungsleistungen zu niedrig ist; Titan hat wie
auch Kupfer den Nachteil, dass es bei der Einsatztemperatur mit
dem vorhandenen Kohlenstoff zur Karbidbildung neigt.
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Neuerdings
sind auch Kohlenstoffnanoteilchen mit Graphitstruktur und im Wesentlichen
sphärischer Gestalt mit einer mittleren Korngröße
von beispielsweise 55 nm bekannt geworden (Firmendruckschrift der
Firma Auer-Remy GmbH, Hamburg „Nanopowders", Position „C
1249YD 7440-44-0"). Neben den im vorliegenden Zusammenhang vorteilhaften
Eigenschaften der Kohlenstoffnanoteilchen bereitet bei sphärischen
Teilchen mit ihren in allen Achsrichtungen gleichen Abmessungen
die Erreichung einer im Wesentlichen isotrope Eigenschaften des
Basiskörpers sichernden räumlichen Verteilung
naturgemäß weniger verfahrenstechnische Schwierigkeiten
bei der Aufbereitung der Rohstoffe für die Formgebung des
Basiskörpers als bei Kohlenstoffnanoröhrchen mit
ihrer axialen Erstreckung.
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Einige
der Karbide und Nitride, die bei der vorliegenden Erfindung zur
Festigkeitssteigerung eine Rolle spielen, sind bereits bei Röntgen- Drehanoden
eingesetzt worden, jedoch in gänzlich anderer Funktion
und ohne Aussagen zur Korngröße.
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So
sind neben anderen Verbindungen auch Karbide und Nitride von Tantal,
Niob, Molybdän und Wolfram für erosionsbeständige,
mit Flüssigmetall geschmierte Gleitpaarungen zwischen den
Drehanoden-Schaft und dessen Lager eingesetzt worden (
DE 69 121 504 T2 ).
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Tantalkarbid
ist neben anderen Verbindungen als Rückseitenbeschichtung
des Drehanodentellers vorgeschlagen worden, um die Wärmeabstrahlung
zu verbessern (
DE 2 805 154 ).
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Schließlich
sind neben anderen Verbindungen Molybdänkarbid und Wolframkarbid
in Anordnungen mit einer Vielzahl von Schichten zur Anpassung des
Wärmedehnungskoeffizienten zwischen röntgenaktiver
Schicht und Basiskörper bekannt geworden (
DE 10 2005 015 920 ).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgen-Drehanodenteller
mit einem Basiskörper zu schaffen, welcher die eingangs
erwähnten Anforderungen hinsichtlich der Temperatur des
Brennfleckes und der angestrebten Drehzahlen von Röntgen-Drehanodentellern
durch eine geringere Masse, ein entsprechendes Wärmeleitvermögen
und eine ausreichende Hochtemperaturfestigkeit bei mindestens gleichen
oder möglichst geringeren Materialkosten des Basiskörpers
zu erfüllen und dadurch die Mängel des Standes
der Technik zu beheben vermag. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin,
ein rationelles Herstellungsverfahren für einen solchen Röntgen-Drehanodenteller
bestehend aus dem Basiskörper mit röntgenaktiver
Schicht mit notwendigen bzw. vorteilhaften Zwischenschichten zwischen
beiden zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene
Erfindung gelöst.
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Die
Herstellung des erfindungsgemäßen Basiskörpers
mit Kohlenstoffnanoteilchen bzw. aus Hochleistungsgraphit- und/oder
Fasergraphitwerkstoffen mit einem Gehalt an solchen Kohlenstoffnanoteilchen
ist nach den herkömmlichen sowie auch mit Hilfe der neuesten
Pulver-Technologien möglich, wobei dafür Sorge
zu tragen ist, dass die Struktur der Kohlenstoffnanoteilchen, insbesondere
der Kohlenstoffnanoröhrchen, nicht zerstört wird.
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Grundsätzliche
Voraussetzung zur Erzielung der gewünschten Effekte bezüglich
Hochtemperaturfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und
Wärmedehnung ist die quasihomogene Verteilung der Kohlenstoffnanoteilchen
im Bauteil, um einen im submakroskopischen Bereich im wesentlichen
isotropen Basiskörper, d. h. einen Anisotropiegrad von
beispielsweise < 1,2
(Verhältnis des Maximalwertes zum Minimalwert bei Messung
in den drei räumlichen Dimensionen) bezüglich
Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Wärmedehnung
zu erreichen. Besonders günstig ist eine leicht winklige
Gestalt der einzelnen Kohlenstoffnanoröhrchen.
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Erfindungsgemäß kann
die Makrofestigkeit des Basismaterials durch den Zusatz von hochfesten Verbindungen,
wie Oxide, Nitride, Boride, Karbide, Silizide des Tantals, Niobs,
Chroms, Siliziums, Molybdäns, Hafniums, Bors und/oder Wolframs
bzw. Gemische derselben und Fasern aus diesen Materialien gesteigert
werden. Auch Mischungen dieser Verbindungen sind denkbar. Im Interesse
der Bindungsfestigkeit zwischen Basiskörper und röntgenaktiver
Schicht kann der Anteil dieser Stoffe in Achsrichtung variiert werden,
wobei es weiterhin vorteilhaft ist, wenn der gegebenenfalls vorhandene
Anteil von Graphit bzw. Graphitfasern zur röntgenaktive Schicht
hin zugunsten des Anteils der Kohlenstoffnanoteilchen und der genannten
festigkeitssteigernden Stoffe abnimmt.
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Der
Basiskörper kann nach den üblichen Beschichtungs-Verfahren
mit der röntgenaktiven Schicht versehen werden, wobei zur
Beherrschung der schädlichen Kohlenstoffdiffusion an sich
bekannte Diffusions-Sperrschichten aus Rhenium, Molybdän,
Tantal, Niob, Zirkonium, Titan bzw. Verbindungen und Kombinationen
dieser Metalle sowie in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
weiterhin eine Bindungsschicht, beispielsweise durch Einbringen von
Rhenium oder Rheniumverbindungen, bzw. -Karbiden in den Oberflächenbereich
des Basiskörpers, angeordnet werden.
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Von
Vorteil kann auch die Einbringung einer Ausgleichsschicht, vorzugsweise
aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung zwischen
der Diffusionsbarriereschicht und der röntgenaktiven Schicht
sein. Sie dient beispielsweise dem Ausgleich von Unterschieden der
beiden vorgenannten Schichten hinsichtlich Wärmedehnung
und/oder Duktilität.
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Eine
besonders schnell realisierbare technische Lösung ist das
Zusammenfügen eines herkömmlichen Röntgen-Drehanodentellers
aus Metall mit dem Basiskörper, wobei der Teller wegen
der besseren Festigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen
Basiskörpers wesentlich dünner ausgeführt
werden kann als beim Stand der Technik, was Masse und Kosten sparen
hilft, wobei grundsätzlich anzumerken ist, dass die verringerte
Masse nicht nur bezüglich der Materialkosten sondern auch
wegen der geringeren Fliehkräfte von Vorteil ist.
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Bei
der Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen ist normalerweise
eine gewisse Nanoporosität zu erwarten, so dass eine Verarbeitung
im Unterdruckbereich mit einer Restatmoshäre aus Schutzgasen
oder auch die Verwendung gedeckelter Kohlenstoffnanoröhrchen
von Vorteil sind.
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Die
vorteilhaften wirtschaftlichen Auswirkungen der Erfindung infolge
der verwendeten innovativen Werkstoffe werden nachfolgend im Vergleich
zu einem Basiskörper aus TZM als Stand der Technik dargestellt.
Kohlenstoffnanoröhrchen werden in den kleintechnischen
Maßstab industriell erzeugt. Das Preisniveau liegt bei
etwa 150 EUR/kg, wobei bei einem Vergleich mit einem metallischen
Basiskörper nach dem Stand der Technik nicht nur der geringere Kilopreis
sondern auch die geringere Dichte zu Buche schlägt. Überschlägig
ergibt sich für einen 200 mm-Röntgen-Drehanodenteller:
TZM:
5,0 kg entsprechend 1000 EUR Materialkosten
Kohlenstoffnanoröhrchen:
0,7 kg entsprechend 100 EUR Materialkosten
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Die
vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung infolge des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens liegen in der Einsparung des teuren Be schichtungs-
bzw. Konfektionierungsverfahrens sowie der dafür erforderlichen
Investitionen, in der Minimierung des Materialeinsatzes sowie in
einer Festigkeitssteigerung des Gesamtbauteiles.
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Die
Erfindung wird nachstehend an sechs Ausführungsbeispielen
naher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Röntgen-Drehanodenteller entsprechend Ausführungsbeispiel
1,
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2:
einen Röntgen-Drehanodenteller entsprechend den Ausführungsbeispielen
2 und 3,
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3:
einen Röntgen-Drehanodenteller entsprechend Ausführungsbeispiel
4 und
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4:
einen Röntgen-Drehanodenteller entsprechend Ausführungsbeispiel
5.
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Ausführungsbeispiel 1:
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Der
in 1 im Schnitt dargestellte Röntgen-Drehanodenteller
besteht aus einem Basiskörper 1.1 mit 60 Masse-%
Kohlenstoffnanoröhrchen und 40 Masse-% Nano-Graphitpulverteilchen,
auf den durch Vakuumplasmaspritzen eine an sich bekannte Diffusionsbarriereschicht 3.1 aus
Wolfram-Rhenium-Tantal, die zugleich als Bindungsschicht 4.1 dient,
sowie die röntgenaktive Schicht 2.1 aufgebracht
sind. Der Durchmesser des Röntgen-Drehanodentellers beträgt
120 mm, seine Dicke 15 mm.
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Der
Basiskörper 1.1 wird nach den üblichen Verfahren
der Pulvermetallurgie und der Graphitverarbeitung durch Mischen
der Pulver, Pressen und Wärmebehandlung, unter Umständen
unter Anwendung des Heißpressverfahren, in Abmessungen nahe
an der Endform hergestellt und durch spangebende Formung fertigbearbeitet.
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Es
werden handelsübliche ungedeckelte Kohlenstoffnanoröhrchen
und feinkörniges Nano-Graphitpulverteilchen hoher Reinheit
eingesetzt, wobei die ersteren sich in Länge und Durchmesser untereinander
nur wenig unterscheiden und im Durchschnitt kürzer als
10 nm sein sollen. Ihre Längsachse soll nach Möglichkeit
von der Geraden abweichen Nach dem Vakuumplasmaspritzen wird durch
eine geeignete Wärmebehandlung eine Diffusionsbindung zwischen
dem Basiskörper 1.1 und den Schichten ausgebildet
sowie der Röntgen-Drehanodenteller nach den üblichen
Verfahren fertigbearbeitet.
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Ausführungsbeispiel 2:
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Der
in 2 im Schnitt dargestellte Röntgen-Drehanodenteller
weist im Unterschied zu Ausführungsbeispiel 1 einen Basiskörper 1.2 auf,
der aus handelsüblichen Kohlenstoffnanoröhrchen
mit einem Zusatz von 20 Volumen-% Wolframkarbid besteht.
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In
den Basiskörper 1.2 ist eine Vertiefung entsprechend
dem Verlauf der Isothermen im Betriebszustand nach Patentanmeldung
Nr. 10 2005 000 784 A1 eingebracht, welche durch die röntgenaktive
Schicht 2.2 aus Wolfram mit 5 Masse-% Rhenium ausgefüllt
ist. Die Diffusionsbarriereschicht 3.2, die gleichzeitig
auch die Bindungsschicht 4.2 ist, besteht in diesem Falle
aus Tantal und hat eine Stärke von 0,2 mm, ist der Form
der Vertiefung angepasst und entspricht, wie auch die röntgenaktive
Schicht 2.2, in der Funktion den entsprechenden Schichten 2.1; 3.1 bzw. 4.1 von
Ausführungsbeispiel 1. Gleiches gilt für die geometrischen
Abmessungen des Röntgen-Drehanodentellers.
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Die
Herstellung des kompletten Bauteiles mit allen oben erwähnten
Schichten erfolgt in diesem Falle nach dem Einfüllen in
eine geeignete Form in einem Arbeitsgang durch Heißpressen
mittels Impulsstrom bei 2400°C bei einem Druck von 40 MPa
in einer Restgasatmosphäre aus Argon mit einem geringfügigen
Wasserstoffanteil bei einem Restdruck von etwa 2 Pa.
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Die
Endfertigung erfolgt nach den üblichen Verfahren.
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Ausführungsbeispiel 3:
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Eine
Qualitätsverbesserung des entsprechend Ausführungsbeispiel
2 hergestellten Röntgen-Drehanodentellers wird wie folgt
erreicht: Die Schicht 2.2 wird auf die Zusammensetzung
Wolfram mit 1 Masse-% Rhenium eingestellt. Nach der Vorfertigung
des Bauteiles wird die Tellerschräge sauber überschliffen
und durch Vakuum-Plasmaspritzen eine röntgenaktive Schicht
der Zusammensetzung Wolfram mit 5 Masse-% Rhenium mit einer Stärke von
200 μm aufgebracht.
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Die
Endfertigung erfolgt nach den üblichen Verfahren.
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Ausführungsbeispiel 4:
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Der
in 3 im Schnitt dargestellte Röntgen-Drehanodenteller
stellt technologisch und hinsichtlich des Fertigungsablaufes eine Übergangsform
zwischen einem herkömmlichen Röntgen-Drehanodenteller
aus Metall und der erfindungsgemäßen Lösung
dar, wobei selbstverständlich alle notwendigen Merkmale
der Erfindung realisiert sind.
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Der
am äußeren Rand zur Achse hin abgeschrägte
Basiskörper 1.3 entspricht in der Zusammensetzung
und technologisch dem Basiskörper 1.1 von Ausführungsbeispiel
1. Mit diesem Basiskörper 1.3 ist ein fertigbearbeiteter
Metallkörper 5 aus einer Molybdän-TZM-Legierung
mit einer röntgenaktiven Schicht 2.3 durch Diffusionsschweißen
an der Fläche 6 verbunden.
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Die
ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften des Basiskörpers 1.3 mit
einem Gehalt an Kohlenstoffnanoröhrchen ermöglichen
es trotz der vorgesehenen hohen Drehzahlen und Betriebstemperaturen
den Metallkörper 5 wesentlich dünner
und leichter auszuführen als bei Röntgen-Drehanodentellern aus
Metall mit einem Graphit-Basiskörper nach dem Stand der
Technik. Der Durchmesser des Röntgen-Drehanodentellers
beträgt, wie bei den Ausführungsbeispielen 1 und
2, ebenfalls 120 mm; die Gesamtdicke beträgt anders als
bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen insgesamt 16
mm, nämlich 6 mm des Metallkörpers 5 plus
10 mm des Basiskörpers 1.3.
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Ausführungsbeispiel 5:
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Die 4 zeigt
einen schichtweise aufgebauten Basiskörper eines Röntgen-Drehanodentellers
entsprechend den Ansprüchen 10 bis 12, wobei die Querschnittsform
der Bindungsschicht 4.4 und der röntgenaktiven
Schicht 2.4, wie bei den obigen Ausführungsbeispielen
2 und 3 entsprechend Anspruch 30, wiederum einer Isotherme der Temperaturverteilung
in der Umgebung der röntgenaktiven Schicht während
des Betriebszustandes folgt.
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Von
unten nach oben, d. h. zur röntgenaktiven Schicht hin,
haben die Schichten des Basiskörpers folgende Zusammensetzung:
Untere Schicht 1.41: einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen
und durchschnittlich 30 Volumen-% Siliziumkarbid, wobei dessen Gehalt
innerhalb dieser Schicht vorzugsweise von oben nach unten zunimmt.
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Für
die Zwischenschicht 1.42 sind drei alternative Varianten
vorgesehen:
142a: 100 Masse-%t Nano-Graphitpulverteilchen,
142b:
50 % Masse-% Nano-Graphitpulverteilchen und 50 Masse-% einwandige
Kohlenstoffnanoröhrchen,
142c: massive, vorgeformte
Platte aus röntgentauglichem Graphit, welche zur Verbesserung
der Wärmeleitfähigkeit des Basiskörpers 1 beiträgt.
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Obere
Schicht 143: einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen
mit durchschnittlich 20 Volumen-% Wolframkarbid, wobei dessen Gehalt
innerhalb dieser Schicht vorzugsweise von oben nach unten zunimmt.
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Zwischen
diesen drei Schichten 141, 142 und 143 befinden
sich jeweils 80 μm dicke Basiskörper-Bindungsschichten
aus Molybdänkarbid.
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In
einer Abschrägung der oberen Schicht 143 von 10° gegenüber
Horizontalen ist im Bereich der Brennbahn eine Vertiefung entsprechend
dem erwähnten Verlauf einer Isotherme eingearbeitet. Dort befinden
sich in der Richtung von unten nach oben: eine Diffusionsbarriereschicht 3.4 von
100 μm Dicke aus 40 Volumen-% Tantalkarbid und 60 Volumen-5 Niobkarbid.
Darauf ist etwa bis zur halben Tiefe der Vertiefung eine Bindungsschicht 4.4 aus
Molybdän mit 12 Masse-% Wolfram und schließlich
die Vertiefung bis zum Niveau der Abschrägung auffüllend
die röntgenaktive Schicht 2.4 aus Wolfram mit
6 Masse-% Rhenium angeordnet.
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Die
typischen Abmessungen eines solchen Röntgen-Drehanodentellers
betragen beispielsweise: Durchmesser: 120 mm, Dicke der Schichten 1.41 und 1.42 je
6 mm und der Schicht 1.43 8 mm. Die Breite der Vertiefung
mit den Schichten 3.4 und 4.4 sowie der röntgenaktiven
Schicht 2.4 beträgt 35 mm und ihre maximale Tiefe
von der Abschrägungsfläche aus gemessen 6 mm.
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- 1.1;
1.2; 1.3
- Basiskörper
- 1.41;
1.42(a, b, c); 1.43
- Schichten
des Basiskörpers
- 2.1;
2.2; 2.3, 2.4
- röntgenaktive
Schicht
- 3.1;
3.2; 3.4
- Diffusionsbarriereschicht
- 4.1;
4.2; 4.4
- Bindungsschicht
- 5
- Metallkörper
- 6
- Lotschicht
- 7
- Basiskörper-Bindungsschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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