DE102008052363B4

DE102008052363B4 - Anode for an X-ray tube

Info

Publication number: DE102008052363B4
Application number: DE102008052363A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Fürst; Peter Dr. Schardt; Otto Prof. Zhou
Original assignee: Siemens AG; XinRay Systems LLC
Current assignee: Nuray Technology Co Ltd Jintan Cn; Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: DE102008052363A1

Abstract

Anode (16) für eine Röntgenröhre (2) mit einem Target (14) zur Erzeugung einer Röntgenemission, welches aus einem Verbundmaterial aus einem die Röntgenemission hervorrufenden Matrixmaterial (32) und darin eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren (30) besteht.An anode (16) for an X-ray tube (2) having a target (14) for generating an X-ray emission consisting of a composite material of an X-ray emitting matrix material (32) and carbon nanotubes (30) embedded therein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anode, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anode sowie eine Röntgenquelle mit einer solchen Anode, wie sie beispielsweise aus der DE 103 25 463 A1 hervor geht.The invention relates to an anode, a method for producing such an anode and an X-ray source with such an anode, as for example from the DE 103 25 463 A1 comes out.

In heutigen Röntgenröhren, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik eingesetzt werden, wird zur Erzeugung einer Röntgenemission ein hochenergetischen Elektronenstrahl, dessen typische Energie im Bereich von 120 kV und einigen tausend mA liegt, auf das Target einer Anode gerichtet. Das Target, welches typischerweise aus Wolfram besteht, ist beispielsweise in den Grundkörper eingelassenen oder auf dessen Oberfläche angeordnet. Die in dem Targetmaterial abgebremsten Elektronen erzeugen die von der Röntgenröhre ausgehende Röntgenemission. Bei diesem Prozess wird lediglich ein geringer Bruchteil der in das Target eingebrachten Energie in Strahlung umgewandelt; der Großteil der Energie fällt in Form von Verlustwärme in dem Target an. Aus diesem Grund ist die maximal erzielbare Röntgenemissionsleistung einer Röntgenröhre durch die thermische Belastbarkeit, d. h. im Wesentlichen durch die Schmelztemperatur des Targetmaterials begrenzt.In today's x-ray tubes, as used for example in medical technology, a high-energy electron beam whose typical energy is in the range of 120 kV and several thousand mA, is directed to the target of an anode to generate an x-ray emission. The target, which typically consists of tungsten, is for example embedded in the main body or arranged on its surface. The electrons decelerated in the target material generate the X-ray emission from the X-ray tube. In this process, only a small fraction of the energy introduced into the target is converted to radiation; most of the energy accumulates in the form of heat loss in the target. For this reason, the maximum achievable X-ray emission performance of an X-ray tube is due to the thermal capacity, ie. H. essentially limited by the melting temperature of the target material.

Moderne Röntgenröhren verwenden aus diesem Grund eine rotierende Anode, z. B. einen mit Wolfram beschichteten TZM, der mit hoher Geschwindigkeit unter dem zur Erzeugung der Röntgenstrahlung verwendeten Elektronenstrahl rotiert. Die im Fokus, d. h. am Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf das Target, in dieses bzw. die Anode eingebrachte Verlustwärme wird durch die Rotation der Anode, im Vergleich zu Röntgenröhren mit feststehenden Anoden, auf ein größeres Volumen verteilt, so dass auch bei hohen Leistungen der Röntgenröhre die Temperatur des Target im Fokus unterhalb von dessen Schmelztemperatur gehalten werden kann.Modern x-ray tubes therefore use a rotating anode, e.g. As a tungsten coated TZM, which rotates at high speed under the electron beam used to generate the X-radiation. The focus, d. H. At the point of impact of the electron beam on the target, in this or the anode introduced heat loss is distributed by the rotation of the anode, compared to X-ray tubes with fixed anodes to a larger volume, so that even at high powers of the X-ray tube, the temperature of the target in Focus below its melting temperature can be maintained.

Die DE 10 2006 010 232 A1 beschreibt eine Drehanode, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Anodenkörper mit einem senkrecht zur Drehachse verlaufenden Brennring, der beispielsweise aus Wolfram besteht und thermisch leitend mit einem Kühlkörper verbunden ist. Der Kühlkörper ist aus einer Mischung aus Kohlenstoffnanoröhren und einem Bindemittel (Harz) geformt und anschließend wärmebehandelt. Ein derartig hergestellter Kühlkörper weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch eine gute Wärmeableitung vom Brennring sichergestellt ist.The DE 10 2006 010 232 A1 describes a rotary anode comprising an anode body rotatable about an axis of rotation with a combustion ring extending perpendicular to the axis of rotation, which consists for example of tungsten and is thermally conductively connected to a heat sink. The heat sink is formed from a mixture of carbon nanotubes and a binder (resin) and then heat treated. Such a heat sink manufactured has a good thermal conductivity, whereby a good heat dissipation from the burner ring is ensured.

In der US 5,943,389 A ist eine Drehanode offenbart, bei der eine thermisch leitende Verbindung über einen Kohlenstoff-Verbundkörper erfolgt. In diesem Verbundkörper sind parallel zueinander verlaufende Kohlenstofffaser über eine Kohlenstoffmatrix verbunden.In the US 5,943,389 A discloses a rotary anode in which a thermally conductive connection via a carbon composite body takes place. In this composite body, parallel carbon fibers are connected via a carbon matrix.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Anode, ein Verfahren zur Herstellung einer Anode sowie eine Röntgenquelle mit einer solchen Anode anzugeben, mit der es möglich ist höhere Röntgenemissionsleistungen zu erzielen.The object of the present invention is to specify an anode, a method for producing an anode and an X-ray source with such an anode, with which it is possible to achieve higher X-ray emission powers.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anode mit den Merkmalen nach Anspruch 1, eine Röntgenröhre mit den Merkmalen nach Anspruch 12 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 14 oder 17.The object is achieved by an anode with the features of claim 1, an X-ray tube with the features of claim 12 and by a method for producing an anode according to claim 14 or 17.

Die erfindungsgemäße Anode für eine Röntgenröhre umfasst ein Target zur Erzeugung einer Röntgenemission, welches aus einem Verbundmaterial aus einem die Röntgenemission hervorgerufenen Matrixmaterial und darin eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren besteht.The anode for an X-ray tube according to the invention comprises a target for generating an X-ray emission, which consists of a composite material of a matrix material caused by the X-ray emission and carbon nanotubes embedded therein.

Der Konstruktion einer solchen Anode liegen die folgenden Überlegungen zu Grunde:
Die Röntgenemissionsleistung herkömmlicher Röntgenröhren ist maßgeblich durch die Schmelztemperatur des verwendeten Anoden- bzw. Targetmaterials begrenzt. Die Röntgenemissionsleistung kann also nicht beliebig durch einfache Erhöhung der Leistung des auf das Target gerichteten Elektronenstrahls gesteigert werden, da anderenfalls das Targetmaterial aufzuschmelzen droht, wodurch die Anode zerstört würde. Es wurde erkannt, dass zur Leistungssteigerung einer Röntgenröhre eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Targets praktisch unumgänglich ist. Erfindungsgemäß wird also die Wärmeleitfähigkeit des Targetmaterials verbessert, wodurch eine raschere Abfuhr der thermische Verlustleistung aus dem Bereich des Fokus in einen Grundkörper der Anode möglich wird. Bedingt durch die größere Wärmeleitfähigkeit des Targetmaterials kann die Leistung des zur Erzeugung der Röntgenemission verwendeten Elektronenstrahls gesteigert werden, ohne dass ein Aufschmelzen des Targets im Fokus zu befürchten ist.The construction of such an anode is based on the following considerations:
The X-ray emission power of conventional X-ray tubes is significantly limited by the melting temperature of the anode or target material used. The X-ray emission performance can therefore not be arbitrarily increased by simply increasing the power of the electron beam directed at the target, since otherwise the target material threatens to melt, whereby the anode would be destroyed. It has been recognized that improving the thermal conductivity of the target is virtually essential to enhance the performance of an X-ray tube. According to the invention, therefore, the thermal conductivity of the target material is improved, whereby a faster dissipation of the thermal power loss from the range of focus in a main body of the anode is possible. Due to the greater thermal conductivity of the target material, the power of the electron beam used to generate the X-ray emission can be increased without focussing of the target in the focus.

Eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Targetmaterials wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass als Material für das Target ein Verbundmaterial eingesetzt wird, welches aus einem Matrixmaterial und darin eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren besteht. Ein solches Verbundmaterial ist besonders vorteilhaft. Das Matrixmaterial liefert nach wie vor die gewünschte Röntgenemission bzw. Emissionscharakteristik. Es ist nicht notwendig auf ein alternatives Material, welches zwar gegebenenfalls besser wärmeleitfähig ist, jedoch nicht die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Röntgenemission aufweist, auszuweichen. Gleichzeitig kann die Wärmeleitfähigkeit des Targets durch die in dem Verbundmaterial eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren wesentlich verbessert werden.An improvement in the thermal conductivity of the target material is achieved according to the invention in that a composite material which consists of a matrix material and carbon nanotubes embedded therein is used as the material for the target. Such a composite material is particularly advantageous. The matrix material still provides the desired X-ray emission or emission characteristic. It is not necessary to resort to an alternative material which may be more thermally conductive but may not have the desired X-ray emission properties. At the same time, the thermal conductivity of the target can be substantially improved by the carbon nanotubes embedded in the composite material.

Es sind nun Konstruktionsgeometrien zwischen dem Grundkörper einer Anode und einem mit diesem verbundenen Target denkbar, bei denen es vorteilhaft ist, wenn das Target bezüglich seiner Wärmeleitfähigkeit eine Vorzugsrichtung aufweist. Beispielsweise kann eine solche Vorzugsrichtung in Richtung einer besonders großflächigen Kontaktfläche zwischen Target und Grundkörper der Anode gerichtet sein, so dass die in dem Target anfallende Verlustwärme effektiv an den Grundkörper der Anode abgegeben werden kann. Gemäß einer ersten Ausführungsform sind daher die Kohlenstoffnanoröhren in einer Vorzugsrichtung orientiert. Unter einer Vorzugsrichtung ist in diesem Fall die Summe der Richtungen der in dem Verbundmaterial eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren zu verstehen, wobei die Richtung einer einzelnen Kohlenstoffnanoröhre beispielsweise anhand der Richtung der Verbindungslinie zwischen deren Anfangs- und Endpunkt festgelegt werden kann. There are now design geometries between the main body of an anode and a target associated with this conceivable, in which it is advantageous if the target has a preferred direction with respect to its thermal conductivity. For example, such a preferred direction may be directed in the direction of a particularly large-area contact surface between the target and the main body of the anode, so that the heat loss incurred in the target can be effectively delivered to the main body of the anode. According to a first embodiment, therefore, the carbon nanotubes are oriented in a preferred direction. In this case, a preferred direction means the sum of the directions of the carbon nanotubes embedded in the composite material, wherein the direction of a single carbon nanotube can be determined, for example, from the direction of the connecting line between its start and end points.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn, gemäß einer weiteren Ausführungsform, die Vorzugsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Grenzfläche zwischen dem Target und dem Grundkörper der Anode orientiert ist. In diesem Fall wird die in dem Target anfallende Verlustwärme auf dem kürzesten Weg in Richtung des Grundkörpers der Anode abtransportiert.It is particularly advantageous if, according to a further embodiment, the preferred direction is oriented substantially perpendicular to an interface between the target and the main body of the anode. In this case, the heat loss arising in the target is transported away in the shortest path in the direction of the main body of the anode.

Für eine effektive Abfuhr der Verlustwärme aus dem Targetmaterial ist insbesonders entscheidend, dass diese effektiv bis direkt an die Grenzfläche zwischen dem Target und dem Grundkörper der Anode transportiert wird. Aus diesem Grund sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform, die Kohlenstoffnanoröhren derart in dem Matrixmaterial eingebettet, dass sich deren eines Ende im Bereich einer Grenzfläche zwischen dem Grundkörper der Anode und dem mit diesem verbundenen Target befindet. Die Kohlenstoffnanoröhren erstrecken sich ausgehend von diesem Bereich in das Matrixmaterial hinein.For an effective dissipation of the heat loss from the target material is particularly crucial that this is effectively transported up to the interface between the target and the main body of the anode. For this reason, according to a further embodiment, the carbon nanotubes are embedded in the matrix material such that one end thereof is in the region of an interface between the main body of the anode and the target connected thereto. The carbon nanotubes extend into the matrix material starting from this region.

Zur Herstellung einer Anode stehen zwei alternative erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung.Two alternative methods according to the invention are available for producing an anode.

Gemäß einer ersten Verfahrensvariante wird in einem Beschichtungsbereich, der zumindest einen Teil der Oberfläche eines Grundkörpers der Anode einnimmt, eine Keimschicht aufgebracht. Anschließend werden Kohlenstoffnanoröhren in dem Beschichtungsbereich aufgewachsen, daran anschließend wird ein Matrixmaterial in dem Beschichtungsbereich deponiert. Vorzugsweise werden die auf die Keimschicht aufgewachsenen Kohlenstoffnanoröhren, bevor das Matrixmaterial deponiert wird, ausgelagert. Dieser zwischengeschaltete Auslagerungsschritt, der wiederum vorzugsweise unter Vakuum erfolgt, dient dazu Defekte in den Kohlenstoffnanoröhren auszuheilen.According to a first variant of the method, a seed layer is applied in a coating region which occupies at least part of the surface of a base body of the anode. Subsequently, carbon nanotubes are grown in the coating area, subsequently a matrix material is deposited in the coating area. Preferably, the carbon nanotubes grown on the seed layer are deposited before depositing the matrix material. This interposed Auslagerungsschritt, which in turn is preferably carried out under vacuum, serves to heal defects in the carbon nanotubes.

Gemäß einer zweiten Verfahrensvariante wird zunächst eine Ausgangssubstanz aus Kohlenstoffnanoröhren und einem Matrixmaterial bereitgestellt. Auch die in dieser Verfahrensvariante verwendeten Kohlenstoffnanoröhren können zuvor einem Auslagerungsschritt, der dem Ausheilen von Defekten dient, unterzogen werden. Die Kohlenstoffnanoröhren und das Matrixmaterial werden nun vermischt. Anschließend wird die Ausgangssubstanz gesintert, der entstandene Sinterkörper wird im Anschluss auf einen Grundkörper der Anode aufgebracht.According to a second variant of the method, initially a starting substance of carbon nanotubes and a matrix material is provided. The carbon nanotubes used in this process variant can also be subjected beforehand to an aging step which serves for the healing of defects. The carbon nanotubes and the matrix material are now mixed. Subsequently, the starting substance is sintered, the resulting sintered body is subsequently applied to a main body of the anode.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anode, der erfindungsgemäßen Röntgenquelle mit einer solchen Anode sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anode gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen sowie insbesondere aus der Beschreibung hervor.Further advantageous embodiments of the anode according to the invention, the X-ray source according to the invention with such an anode and the method according to the invention for producing an anode are apparent from the subclaims not mentioned above and in particular from the description.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung weiter erläutert, dabei zeigt derenIn the following, the invention will be further explained with reference to the figures of the drawing, wherein shows their

1 einen Längsschnitt durch eine Röntgenröhre, 1 a longitudinal section through an x-ray tube,

2a bis 2d ein Target einer Anode während einzelner Zwischenschritte des Herstellungsverfahrens und 2a to 2d a target of an anode during individual intermediate steps of the manufacturing process and

3 einen Längsschnitt durch eine Anode, jeweils in schematischer Darstellung. 3 a longitudinal section through an anode, each in a schematic representation.

1 zeigt eine Röntgenröhre 2, genauer eine sogenannte Drehkolbenröhre, im Längsschnitt. Die Drehkolbenröhre ist in bekannter Weise in einem nicht dargestellten Gehäuse drehbar gelagert, sie weißt dazu entsprechende Lager 4 auf. Die Röntgenröhre 2 umfasst ein Vakuumgehäuse 6, in welchem längs einer gemeinsamen Drehachse A eine Kathodenanordnung 8, von der ein Elektronenstrahl 10 ausgeht, eine Ablenkeinheit 12 und eine Anode 16 angeordnet sind. Die Anode 16 umfasst einen tellerförmig ausgebildeten Grundkörper 18, der auf seiner der Kathodenanordnung 8 zugewandten Oberseite, in einem ringförmigen äußeren Bereich, eine Schicht aufweist, welche das Target 14 bildet. Der von der Kathodenanordnung 8 ausgehende Elektronenstrahl 10 wird von der Ablenkeinheit 12 auf das Target 14 gelenkt, und trifft dieses im Fokus 19. Die von diesem ausgehende, in dem Material des Targets 14 hervorgerufene Röntgenemission verlässt als Röntgenstrahl 20 das Austrittsfenster 22 der Röntgenröhre 2. 1 shows an x-ray tube 2 , more precisely, a so-called rotary piston tube, in longitudinal section. The rotary tube is rotatably mounted in a known manner in a housing, not shown, they know to appropriate bearings 4 on. The x-ray tube 2 includes a vacuum housing 6 in which along a common axis of rotation A is a cathode arrangement 8th , from which an electron beam 10 goes out, a deflection unit 12 and an anode 16 are arranged. The anode 16 comprises a plate-shaped base body 18 on his the cathode layout 8th facing upper side, in an annular outer region, a layer having the target 14 forms. The of the cathode assembly 8th outgoing electron beam 10 is from the deflection unit 12 on the target 14 steered and meets this in focus 19 , The outgoing of this, in the material of the target 14 caused X-ray emission leaves as X-ray 20 the exit window 22 the X-ray tube 2 ,

Bei dem auf der Oberfläche des tellerförmigen Grundkörpers 18 angeordneten Target 14, welches ebenso in den Grundkörper 18 eingelassen sein kann, handelt es sich um ein Verbundmaterial aus einem die Röntgenemission hervorrufenden Matrixmaterial und darin eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren. Bevorzugt ist der Grundkörper 18 der Anode 16 aus TZM und das Target 14 zum überwiegenden Teil aus Wolfram hergestellt. Genauer gesagt wird bei der Herstellung des Targets Wolfram als Matrixmaterial verwendet. When on the surface of the plate-shaped body 18 arranged target 14 , which is also in the main body 18 can be embedded, it is a composite material from an X-ray emission inducing matrix material and carbon nanotubes embedded therein. The basic body is preferred 18 the anode 16 from TZM and the target 14 made for the most part from tungsten. More specifically, tungsten is used as the matrix material in the production of the target.

Die 2a bis 2d zeigen schematisch die einzelnen Phasen während der Herstellung eines solchen Targets 14. Auf den Grundkörper 18, beispielsweise den in 1 gezeigten tellerförmigen Grundkörper 18, wird in einem Beschichtungsbereich 24 zunächst eine Keimschicht aufgebracht. Diese kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich sein, und besteht vorzugsweise aus einem Übergangsmetall.The 2a to 2d schematically show the individual phases during the production of such a target 14 , On the main body 18 , for example, the in 1 shown plate-shaped body 18 , is in a coating area 24 first applied a seed layer. This may be both continuous and discontinuous, and is preferably a transition metal.

Ein Beispiel für eine diskontinuierliche Schicht ist in 2b gezeigt. Auf der Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 befinden sich Inseln 28 des Übergangsmetalls Kobalt. Die Inseln 28 von der Größe von Nanopartikeln können mit Hilfe allgemein bekannter Dünnschichtverfahren wie beispielsweise Aufdampfen oder Sputtern auf die Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 aufgebracht werden.An example of a discontinuous layer is in 2 B shown. On the surface 26 of the basic body 18 there are islands 28 of the transition metal cobalt. The islands 28 nanoparticles can be sized by well-known thin-film techniques such as vapor deposition or sputtering onto the surface 26 of the basic body 18 be applied.

2c zeigt einen weiteren Zwischenschritt des Herstellungsverfahrens des Targets 14. Nachdem die Keimschicht aufgebracht wurde, werden nun beispielsweise mit Hilfe eines CVD-Verfahrens (chemical vapor deposition) Kohlenstoffnanoröhren 30 auf die als Katalysatoren wirkenden Inseln 28 aufgewachsen. Dies geschieht, indem ein kohlenstoffhaltiges Gas unter bestimmten Prozessbedingungen in eine Beschichtungskammer eingelassen werden, so dass ausgehend von den Inseln 28 Kohlenstoffnanoröhren 30 auf dem Grundkörper 18 aufwachsen. Details zu diesem Prozess sind beispielsweise der Veröffentlichung von C. Bower et al.: „Plasma-induced alignment of carbon nanotubes”, Applied Physics Letters 2000, S. 830ff. zu entnehmen. Die Kohlenstoffnanoröhren 30 wachsen vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 auf, ihre Länge L1 beträgt vorzugsweise zwischen 1 μm und 100 μm. 2c shows a further intermediate step of the manufacturing process of the target 14 , After the seed layer has been applied, carbon nanotubes, for example by means of a CVD (chemical vapor deposition) method, are now being used 30 on the islands acting as catalysts 28 grew up. This is done by introducing a carbon-containing gas under certain process conditions into a coating chamber so that starting from the islands 28 Carbon nanotubes 30 on the body 18 grow up. Details of this process are, for example, the publication by C. Bower et al .: "Plasma-induced alignment of carbon nanotubes", Applied Physics Letters 2000, pp. 830ff. refer to. The carbon nanotubes 30 preferably grow perpendicular to the surface 26 of the basic body 18 on, their length L1 is preferably between 1 .mu.m and 100 .mu.m.

Es können verschiedene Formen von Kohlenstoffnanoröhren 30 aufgewachsen werden. Geeignet sind einwandige Kohlenstoffnanoröhren (single-wall carbon nanotubes) oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (multi-wall carbon nanotubes). Es ist vorteilhaft, wenn die zur Herstellung eines Targets 14 verwendeten Kohlenstoffnanoröhren 30 möglichst wenige strukturelle Defekte aufweisen, da in diesem Fall ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit am höchsten ist. Zu diesem Zweck werden die Kohlenstoffnanoröhren 30 vorzugsweise einem Auslagerungsschritt unterzogen. Die Auslagerung der nunmehr auf der Oberfläche des Grundkörpers 18 befindlichen Kohlenstoffnanoröhren 30 erfolgt unter Vakuum bei möglichst hoher Temperatur.There can be different forms of carbon nanotubes 30 to be raised. Single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes are suitable. It is advantageous if for the production of a target 14 used carbon nanotubes 30 have as few structural defects as in this case their electrical and thermal conductivity is highest. For this purpose, the carbon nanotubes 30 preferably subjected to an outsourcing step. The outsourcing of now on the surface of the body 18 located carbon nanotubes 30 takes place under vacuum at the highest possible temperature.

In einem weiteren Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in 2d skizziert ist, wird ein Matrixmaterial 32 in dem Beschichtungsbereich 24 auf die Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 und die auf den Inseln 28 aufgewachsenen Kohlenstoffnanoröhren 30 deponiert. Zur Deposition des Matrixmaterials 32 können wiederum übliche Dünnschichtverfahren, wie beispielsweise Aufdampfen, Sputtern oder PLD (pulsed laser deposition) eingesetzt werden. Da das Matrixmaterial 32 die Röntgenemission des Targets 14 definiert, kommen als Materialien beispielsweise Wolfram, Kobalt oder Molybdän in Betracht. Der Volumenanteil der Kohlenstoffnanoröhren 30 am Gesamtvolumen des Targets 14 beträgt vorzugsweise maximal 5%. Ein zu hoher Anteil an Kohlenstoffnanoröhren kann sich einerseits negativ auf die mechanischen Eigenschaft des Targets 14 auswirken, andererseits stünde in einem solchen Fall nicht mehr genügend Matrixmaterial 32 zur Erzeugung der Röntgenemission zur Verfügung.In a further process step, the result in 2d is sketched, becomes a matrix material 32 in the coating area 24 on the surface 26 of the basic body 18 and those on the islands 28 grown carbon nanotubes 30 landfilled. For the deposition of the matrix material 32 In turn, conventional thin-film methods, such as vapor deposition, sputtering or PLD (pulsed laser deposition) can be used. Because the matrix material 32 the X-ray emission of the target 14 are defined as materials, for example, tungsten, cobalt or molybdenum into consideration. The volume fraction of carbon nanotubes 30 on the total volume of the target 14 is preferably at most 5%. On the one hand, a too high proportion of carbon nanotubes can adversely affect the mechanical property of the target 14 On the other hand, there would not be enough matrix material in such a case 32 to generate the X-ray emission available.

Das Matrixmaterial 32 wird in einer Schichtdicke L2 aufgebracht, welche zumindest so groß ist, dass die sich vorzugsweise senkrecht zu der Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 erstreckenden Kohlenstoffnanoröhren 30 der Länge L1 vollständig bedeckt sind. Entscheidend für eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Röntgenquelle 2, welche mit einem Target 14 aus einem Verbundmaterial ausgestattet ist, ist, dass die durch den Elektronenstrahl 10 in das Matrixmaterial 32 eingetragene Verlustwärme möglichst effektiv an den Grundkörper 18 der Anode 16 abgegeben wird. Aus diesem Grund wird großer Wert darauf gelegt, dass die Kohlenstoffnanoröhren 30 an der Oberfläche 26 des Grundkörpers 18, vermittelt durch die als Katalysator wirkenden Inseln 28, anwachsen. Zumindest sollten die Kohlenstoffnanoröhren 30 derart in dem Matrixmaterial 32 eingebettet sein, dass sich deren eines Ende im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper 18 und dem Matrixmaterial 32 befindet und sich ausgehend von diesem Bereich B in das Matrixmaterial 32 hinein erstreckt. Als Bereich B der Grenzfläche ist dabei ein schmaler Bereich zwischen dem Grundkörper 18 und dem Matrixmaterial 32 zu verstehen, welcher sich zu beiden Seiten der eigentlichen Grenzfläche erstreckt. Die Breite des Bereiches B ist in etwa durch die Größe der auf der Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 aufgewachsenen Inseln 28 vorgegeben, welche innerhalb des Bereiches B liegen, und von denen ausgehend sich die Kohlenstoffnanoröhren 30 in das Matrixmaterial 32 hineinerstrecken.The matrix material 32 is applied in a layer thickness L2, which is at least so large that preferably perpendicular to the surface 26 of the basic body 18 extending carbon nanotubes 30 the length L1 are completely covered. Decisive for an increase in the performance of the X-ray source 2 which with a target 14 Made of a composite material, that is through the electron beam 10 into the matrix material 32 registered heat loss as effectively as possible to the body 18 the anode 16 is delivered. For this reason, great importance is attached to the carbon nanotubes 30 on the surface 26 of the basic body 18 , mediated by the islands acting as a catalyst 28 , grow. At least the carbon nanotubes should 30 such in the matrix material 32 be embedded, that of one end in the area of the interface between the main body 18 and the matrix material 32 is located and starting from this area B in the matrix material 32 extends into it. As area B of the interface is a narrow area between the body 18 and the matrix material 32 to understand which extends on both sides of the actual interface. The width of area B is approximately the size of that on the surface 26 of the basic body 18 grown islands 28 given, which are within the range B, and from which the carbon nanotubes 30 into the matrix material 32 hineinerstrecken.

Um eine möglichst gute thermische Verbindung zwischen dem Target 14 und dem Grundkörper 18 zu gewährleisten, wird in einem letzten vorzugsweise durchzuführenden Prozessschritt die gesamte Anode 16 einschließlich des Targets 14 ausgelagert. Auf diese Weise wird eine innige Verbindung der Komponenten der Anode 16 hergestellt.To achieve the best possible thermal connection between the target 14 and the body 18 to ensure, in a last preferably to be performed process step, the entire anode 16 including the target 14 outsourced. In this way, an intimate connection of the components of the anode 16 produced.

3 zeigt eine weitere Anode 16, deren Grundkörper 18 tellerförmig ausgebildet ist, und der im Betrieb um eine Achse A rotierbar ist. In die Oberfläche 26 des Grundkörpers 18 ist ein Target 14 eingelassen, welches sich entlang des Umfangs des Grundkörpers 18 erstreckt. Wie in der Ausschnittsvergrößerung in 3 sichtbar, handelt es sich bei dem Target 14 um ein Verbundmaterial aus einem Matrixmaterial 32, in welches regellos Kohlenstoffnanoröhren 30 eingebettet sind. Das Target 14 ist ein Sinterkörper, der vorzugsweise mit Hilfe des im folgenden beschriebenen Verfahrens hergestellt wird. 3 shows another anode 16 , whose basic body 18 is formed plate-shaped, and which is rotatable about an axis A in operation. In the surface 26 of the basic body 18 is a target 14 let in, which extends along the circumference of the main body 18 extends. As in the detail enlargement in 3 visible, is the target 14 a composite material of a matrix material 32 into which randomly carbon nanotubes 30 are embedded. The target 14 is a sintered body, which is preferably prepared by the method described below.

Prinzipiell sind zwei verschiedene Verfahrensvarianten denkbar, ein erster nasschemischer und ein zweiter trockener/pulverbasierter Prozess.In principle, two different process variants are conceivable, a first wet-chemical and a second dry / powder-based process.

Bei beiden Verfahrensvarianten werden zunächst Kohlenstoffnanoröhren 30 und ein Matrixmaterial 32, beispielsweise Wolframpulver bereitgestellt und miteinander vermischt.In both process variants, first carbon nanotubes 30 and a matrix material 32 , For example, provided tungsten powder and mixed together.

Gemäß der ersten/nasschemischen Prozessvarianten werden das Matrixmaterial 32 und die Kohlenstoffnanoröhren 30 zu einer Aufschlämmung verarbeitet, welche anschließend getrocknet wird. Vorzugsweise kann diese Trocknung unter Druck und hohen Temperaturen erfolgen. Der auf diese Weise hergestellte Rohkörper wird in einem sich anschließenden Sinterprozess zu einem Sinterkörper verarbeitet, der das Target 14 bildet. Bei dem zweiten trockenen/pulverbasierten Prozess wird das mit den Kohlenstoffnanoröhren 30 vermischte Matrixmaterial 30, vorzugsweise mit Hilfe einer Induktionsheizung gesintert. Bei beiden Verfahrensvarianten wird der das Target 14 bildende Sinterkörper mit dem Grundkörper 18 der Anode 16 verbunden, vorzugsweise wird die gesamte Anode einschließlich des Targets 14 einem weiteren Auslagerungsschritt unterzogen, um eine möglichst gute thermische Anbindung des Targets 14 an den Grundkörper 18 zu erreichen.According to the first / wet-chemical process variants, the matrix material becomes 32 and the carbon nanotubes 30 into a slurry, which is then dried. Preferably, this drying can be carried out under pressure and high temperatures. The raw body produced in this way is processed in a subsequent sintering process to a sintered body, which is the target 14 forms. In the second dry / powder-based process, this is done with the carbon nanotubes 30 mixed matrix material 30 , preferably sintered by means of induction heating. In both variants of the method becomes the target 14 forming sintered body with the main body 18 the anode 16 connected, preferably, the entire anode including the target 14 subjected to a further removal step to the best possible thermal connection of the target 14 to the body 18 to reach.

Auch bei dem Sinterkörper beträgt der Anteil der Kohlenstoffnanoröhren 30 am Gesamtvolumen des Targets 14 vorzugsweise weniger als 5% Vol. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Aggregation der Kohlenstoffnanoröhren 30, die bei einem zu hohen Füllgrad auftritt, unterbunden werden. Eine solche Aggregation führt zu einer unerwünschten Ansammlung der Kohlenstoffnanoröhren 30 in bestimmten Bereichen des Targets 14. In solchen Bereichen liegt dann ein für die Erzeugung einer Röntgenemission zu geringer Anteil des Matrixmaterials 32 vor. Außerdem können sich solche Aggregationen negativ auf die mechanische Belastbarkeit des Targets 14 auswirken.Also in the sintered body, the proportion of carbon nanotubes 30 on the total volume of the target 14 preferably less than 5% vol. In this way, an undesirable aggregation of the carbon nanotubes 30 , which occurs at too high a filling level, be prevented. Such aggregation leads to undesirable accumulation of the carbon nanotubes 30 in certain areas of the target 14 , In such areas there is then too little of the matrix material for the generation of an X-ray emission 32 in front. In addition, such aggregations can adversely affect the mechanical strength of the target 14 impact.

Claims

Anode ( 16 ) for an X-ray tube ( 2 ) with a target ( 14 ) for generating an X-ray emission which consists of a composite material of a matrix material which causes the X-ray emission ( 32 ) and carbon nanotubes embedded therein ( 30 ) consists.

Anode ( 14 ) according to claim 1, wherein the carbon nanotubes ( 30 ) are oriented in a preferred direction.

Anode ( 16 ) according to claim 2, in which the preferred direction is substantially perpendicular to an interface between the target ( 14 ) and a basic body ( 18 ) of the anode ( 16 ) is oriented.

Anode ( 16 ) according to one of the preceding claims, in which the carbon nanotubes ( 30 ) in the matrix material ( 32 ) are embedded, that their one end in the region of an interface between a main body ( 18 ) of the anode ( 16 ) and a target ( 14 ) and the carbon nanotubes ( 30 ) starting from this region into the matrix material ( 32 ) extend into it.

Anode ( 16 ) according to claim 4, wherein a seed layer between the base body ( 18 ) and the target ( 14 ) and the carbon nanotubes ( 30 ) starting from this seed layer into the matrix material ( 32 ).

Anode ( 16 ) according to claim 5, wherein the seed layer is discontinuous.

Anode ( 16 ) according to claim 6, wherein the seed layer is a layer of islands ( 28 ) is made of a transition metal.

Anode ( 16 ) according to claim 7, wherein the transition metal is cobalt.

Anode ( 16 ) according to claim 1, wherein the target ( 14 ) consists of a sintered material.

Anode ( 16 ) according to any one of the preceding claims, wherein the proportion of carbon nanotubes ( 30 ) on the total volume of the target ( 14 ) is a maximum of 5%.

Anode ( 16 ) according to one of the preceding claims, in which the length of the carbon nanotubes ( 30 ) Is 1 μm to 100 μm.

X-ray tube ( 2 ) with an anode ( 16 ) according to one of claims 1 to 11, wherein during operation of the x-ray tube ( 2 ) one from an electron source ( 8th ) outgoing electron beam ( 10 ) for generating an X-ray emission on the target ( 14 ) of the anode ( 16 ).

X-ray tube ( 2 ) according to claim 12, wherein the anode ( 16 ) is a rotary anode.

Method for producing an anode ( 16 ) comprising the following steps: applying a seed layer in at least one part of the surface of a base body ( 18 ) of the anode ( 16 ) engaging coating area ( 24 ), Growth of carbon nanotubes ( 30 ) in the coating area ( 24 ), Depositing a matrix material ( 32 ) in the coating area ( 24 ).

Process according to Claim 14, in which, following the deposition of the matrix material ( 32 ) the anode ( 16 ) is outsourced.

A method according to claim 14 or 15, wherein in the coating area ( 24 ) grown carbon nanotubes ( 30 ) before the matrix material ( 32 ) is deposited.

Method for producing an anode ( 16 ), comprising the following steps: providing a preparation of carbon nanotubes ( 30 ) and a matrix material ( 32 ), Mixing the carbon nanotubes ( 30 ) and the matrix material ( 32 ) for producing a starting substance, sintering the starting substance to produce a sintered body, applying the sintered body to a base body ( 18 ) of the anode ( 16 ).

A method according to claim 17, wherein the starting material is slurried and then dried before being sintered.