DE102023203166A1

DE102023203166A1 - Vakuumgehäuse mit einem urgeformten Werkstoffverbund

Info

Publication number: DE102023203166A1
Application number: DE102023203166.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Freudenberger; Wolfgang Schäff
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2023-04-05
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse, eine Röntgenröhre und ein Fertigungsverfahren.Das erfindungsgemäße Vakuumgehäuse für eine Röntgenröhre weist- ein Röhrenhüllenbauteil aus einem vakuumdichten sowie urgeformten Werkstoffverbund auf, wobei der Werkstoffverbund- eine erste Schicht aus einem Isolationswerkstoff und- eine zweite Schicht aus einem metallischen Werkstoff aufweist,wobei die erste Schicht und die zweite Schicht einen Übergangsbereich einschließen,wobei im Übergangsbereich eine Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs geringer ist als die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoff in der ersten Schicht und/oderwobei im Übergangsbereich eine Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs geringer ist als die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in der zweiten Schicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse, eine Röntgenröhre und ein Fertigungsverfahren.
Eine Röntgenröhre ist eine Kernkomponente für eine medizinische radiologische Diagnostik. Eine der größten Herausforderungen bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen ist, dass üblicherweise nur ca. 1% der verbrauchten Energie in Strahlung umgesetzt wird und 99% als Verlustwärme wieder abgeführt werden muss.

Die Röntgenstrahlen werden in Röntgenröhren mit Vakuumgehäusen, in welchem ein Hochvakuum herrscht, erzeugt. Durch die Wechselwirkung beschleunigter Elektronen mit einer Anodenoberfläche wird die kinetische Energie der fast mit Lichtgeschwindigkeit auf der Anode eintreffenden Elektronen in die Röntgenstrahlung umgewandelt. Eine herkömmliche für die medizinische radiologische Diagnostik vorgesehene Röntgenröhre wird typischerweise mit einer Beschleunigungsspannung zwischen 30 kV und 150 kV betrieben. Um den hohen thermischen und mechanischen Anforderungen Rechnung zu tragen, besteht die herkömmliche Röntgenröhre regelmäßig aus verschiedenen Röhrenhüllenbauteilen, woraus ein komplexes Materialsystem folgt. Aus den zuvor aufgeführten Gründen muss das komplexe Materialsystem, insbesondere die Verbindungen der Materialien der verschiedenen Röhrenhüllenbauteilen, vorzugsweise den Anforderungen nach Vakuumdichtheit und/oder ausreichender Festigkeit und/oder Zuverlässigkeit bei ständigen Thermowechselbelastungen genügen. Die Herausforderung hierbei ist, dass sich üblicherweise das thermische Ausdehnungsverhalten von Röhrenhüllenbauteilen aus verschiedenen Werkstoffen, insbesondere von Isolationswerkstoffen aus Glas oder Keramik und von metallischen Werkstoffen, unterscheidet. Die bei Fertigung oder im Betrieb eines Röhrenhüllenbauteils auftretenden Temperaturen können zu Spannungen führen, welche von zumindest einem dieser Röhrenhüllenbauteile oder von zumindest einer der Verbindungen zwischen den Röhrenhüllenbauteilen nicht ertragen werden könnte, was regelmäßig eine Beschädigung oder Zerstörung des Röhrenhüllenbauteils oder der Verbindung zur Folge hat. Beispielsweise ist daher eine stoffschlüssige Verbindung eines Glas-Isolationswerkstoffs und eines rostfreien Stahls als metallischen Werkstoff bisher nicht möglich. Zurückzuführen sind die Spannungen insbesondere auf das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten, was beispielhaft in folgender Übersicht für eine beispielhafte Auswahl an in der Röhrentechnik üblichen Werkstoffen gezeigt ist.

Werkstoff	Thermischer Ausdehnungskoeffizient RT-300°C in 10^-6K^-1
Fe-Ni-Co-Legierung (1.3981)	5, 4
Borosilikatglas	5, 1
Aluminiumoxid Al₂O₃	5,5 - 7,5
Rostfreier Stahl (1.4301)	17
Kupfer	17,7

Üblicherweise wird in der Röhrentechnik, bei welcher mit Isolationswerkstoffen beispielsweise vakuumdichte Verbindungen herzustellen sind, auf eine spezielle Gruppe von Stählen, den sogenannten Ausdehnungslegierungen, zurückgegriffen. Eine weitverbreitete Ausdehnungslegierung ist diejenige auf Basis von Fe-Ni-Co. Solche Fe-Ni-Co-Legierungen sind in verschiedenen Zusammensetzungen verfügbar und können üblicherweise in bestimmten Temperaturbereichen über die Variation der Zusammensetzung an das Ausdehnungsverhalten des zu verbindenden Werkstoffs angepasst werden. Eine beispielhafte Fe-Ni-Co-Legierung mit der Werkstoffnummer 1.3981 besteht aus Fe 53 wt- %, Ni 29 wt.-% und Co 17 wt.-% und hat bis ca. 400-450°C ein ähnliches Ausdehnungsverhalten wie üblicherweise verwendete Isolationswerkstoffe, wie z.B. Borosilikatglas oder Aluminiumoxid. Eine Fe-Ni-Co-Legierung wird beispielsweise für ein Röhrenhüllenbauteil, insbesondere für eine Verbindung verschiedener Röhrenhüllenbauteile, und/oder eine elektrische Durchführung eingesetzt.
Werkstoffverbunde aus einem Isolationswerkstoff, wie z.B. Glas oder Keramik, und aus einem metallischen Werkstoff sind regelmäßig in solchen Anwendungen eingesetzt, in denen die herausragende Eigenschaft eines Isolationswerkstoffs hinsichtlich z.B. einer Formbeständigkeit und/oder einer elektrischen Isolation, und die herausragende Eigenschaft eines metallischen Werkstoffs hinsichtlich z.B. einer elektrischen Leitfähigkeit und/oder einer Schweißbarkeit nötig sind. Typische Anwendungsgebiete für solche Werkstoffverbunde sind insbesondere elektrische Durchführungen für Leuchtmittel. Ein weiterer Vorteil solcher Werkstoffverbunde ist insbesondere im Vergleich zu Kunststoffverbundbauteilen eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit und/oder Vakuumtauglichkeit.
Einer Verbindungsstelle der Verbindung eines solchen Werkstoffverbunds kommt dabei regelmäßig eine zentrale Rolle zu, da eine Qualität der Verbindungstelle die Haltbarkeit der Verbindung und somit des gefertigten Bauteils maßgeblich beeinflussen kann. Aus diesem Grunde ist regelmäßig bei einer vakuumdichten Verbindung eine stoffschlüssige Verbindungstechnologie im Einsatz. Bei der herkömmlichen Fertigung eines solchen Werkstoffverbunds werden beispielsweise bei der Anglasung ein Glas als Isolationswerkstoff und ein metallischer Werkstoff miteinander verschmolzen, deren thermische Ausdehnung in bestimmten Temperaturregionen vorzugsweise aufeinander abgestimmt ist, damit thermische Spannungen so gut als möglich reduziert werden können.
Eine Werkstoffpaarung, welche bei einigen Röhrenhüllenbauteilen zur Anwendung kommt, ist z.B. Fe-Ni-Co (1.3981) und Glas, insbesondere Borosilikatgläser (8245 oder 8250). Bei der herkömmlichen Fertigung eines derartigen Röhrenhüllenbauteils werden typischerweise zunächst die Fügepartner jeweils gereinigt, damit sie möglichst sauber sind, und der metallische Werkstoff vordefiniert geglüht sowie in einer vordefinierten Dicke oxidiert, damit sich das Metalloxid im Glas anlösen und so eine haltbare, insbesondere vakuumdichte, Verbindung erzeugen kann. Die Fügepartner werden also bei der herkömmlichen Fertigung auf einer Drehbank in Rotation versetzt, mittels einer Gasflamme auf die notwendige Temperatur gebracht und das plastische Glas auf die feste Fügestelle des metallischen Werkstoffs gepresst. Dieses Fertigungsverfahren wird weitestgehend manuell durchgeführt.
Analog zu der vorherigen Metall-Glas-Werkstoffpaarung ist üblicherweise bei einer Metall-Keramik-Werkstoffpaarung eine Werkstoffauswahl aufgrund des abzustimmenden Wärmeausdehnungsverhalten stark eingeschränkt. Beispielhafte Metall-Keramik-Werkstoffpaarungen sind Aluminiumoxid als Isolationswerkstoff mit einer Fe-Ni-Co-Legierung oder Aluminiumoxid mit Molybdän. Damit eine vakuumdichte, stoffschlüssige Verbindung bei diesen Werkstoffpaarungen mit ausreichender Festigkeit erzielt werden kann, muss insbesondere ein keramischer Isolationswerkstoff vorab metallisiert werden, weil Oberflächen von keramischen Isolationswerkstoffen regelmäßig ein vergleichsweises geringes Benetzungsvermögen aufweisen. Um ein ausreichendes Benetzungsverhalten realisieren zu können, ist es üblich, die keramische Oberfläche vorher zu metallisieren.
Bewährt hat sich als Benetzungsverfahren hierbei das Mo-Mn-Verfahren, bei dem der Isolationswerkstoff an der späteren Verbundstelle mit einer Mo/Mn-Paste beschichtet und anschließend eingebrannt wird. Daraufhin muss die spätere Verbundstelle noch zur besseren Benetzbarkeit mit einer z.B. Ni-Schicht galvanisch beschichtet werden. Alternativ kann ein auf die Oberfläche aufzutragendes Lot selbst so modifiziert sein, dass ein direktes Benetzen des keramischen Werkstoffs mit dem Lot ohne vorheriges Metallisieren stattfinden kann.
Eine Möglichkeit der Verbindung der Metall-Keramik-Werkstoffpaarung wird regelmäßig durch edelmetallhaltige Lote ohne Flussmittel in Vakuumöfen oder in reduzierender Atmosphäre realisiert. Bei bestimmten Röhrenhüllenbauteilgeometrien hat sich dieses Verfahren allerdings manchmal als fehleranfällig erwiesen, da z.B. sehr kleine Durchmesser aufgrund der Erreichbarkeit nicht oder nur unter sehr erschwerten Bedingungen mit einer gleichmäßigen Metallisierung versehen werden können.
Hinsichtlich des Lötprozesses unterscheidet man zwischen dem Löten von metallisierter Keramik und dem Aktivlöten. Die bei beiden Verbindungstechniken verwendete Legierungsklasse, die Ausgleichslegierungen, sind teuer und/oder schwer verfügbar. Insbesondere das in solchen Ausgleichslegierungen verwendete Kobalt ist begehrt, da es insbesondere einen wesentlichen Bestandteil von bestimmten Akkus darstellt. Darüber hinaus ist der Abbau des Metalls aufwendig und kann mitunter umweltbelastend sein.
EP 0 984 839 A1 betrifft einen Metall-Keramik-Gradientenwerkstoff, insbesondere für ein Hitzeschild oder eine Gasturbinenschaufel, umfassend einen metallischen Grundwerkstoff, eine Keramik und einen Zusatzstoff für einen Hochtemperatur-Oxidationsschutz. Die Konzentration des metallischen Grundwerkstoffs nimmt von einer metallreichen Zone in eine keramikreiche Zone ab. Die Konzentration des Zusatzstoffes weist einen Konzentrationsgradienten auf.
Aus der US 5 525 374 A1 ist ein Herstellverfahren von Keramik-Metall-Verbundstoffen mit Keramik- und Metallphasen bekannt, wobei sich das Verhältnis von Keramik zu Metall innerhalb der Keramik ändert. Das Verfahren umfasst die Schritte des Kontaktierens eines porösen keramischen Matrixmaterials mit einem geschmolzenen Metall, wodurch das Metall durch Kapillarwirkung in die keramische Matrix gezogen wird, um den Hohlraum im Wesentlichen zu füllen. Die Keramikmatrix hat einen Porositätsgradienten, wobei der infiltrierte Verbundstoff ein variierendes Verhältnis von Keramik zu Metall hat.
In DE 10 2010 006 689 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung für eine implantierbare Vorrichtung, eine elektrische Durchführung und eine implantierbare Vorrichtung beschrieben. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grünling aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper und wenigstens einem den Grundkörper durchdringenden elektrisch leitenden Durchführungsleiter hergestellt wird, mit den folgenden Schritten:

- der Grundkörper wird aus einem Keramik-Schlicker geformt,
- ein Durchführungsleiter aus einem Metall-Pulver, Metall-Schlicker, Cermet-Pulver und/oder Cermet-Schlicker wird in den Grundkörper eingebracht, wobei im Durchführungsleiter ein zum Grundkörper hin abnehmender Metall-Anteil hergestellt wird,
- der den Grundkörper und den Durchführungsleiter umfassende Grünling wird gesintert.

Es werden Systeme und Verfahren zum Herstellen multifunktionaler Gegenstände in US 9 101 979 B2 bereitgestellt, die aus additiv geformten Gradientenmaterialien bestehen. Die Herstellung multifunktionaler Gegenstände unter Verwendung der additiven Abscheidung von Gradientenlegierungen stellt einen Paradigmenwechsel gegenüber der traditionellen Art und Weise dar, wie Metalllegierungen und Metall/Metalllegierungsteile hergestellt werden. Da eine Gradientenlegierung, die von einem Metall zu einem anderen Metall übergeht, nicht durch herkömmliche Metallurgietechniken hergestellt werden kann, bietet die Technik viele Anwendungen. Darüber hinaus identifizieren die beschriebenen Ausführungsformen ein breites Spektrum an Eigenschaften und Anwendungen
CN 1 317 408 C beschreibt die Herstellung von gradierten Metall-Keramik-Werkstoffverbunden auf Titankarbid und/oder Wolframkarbid-Basis durch Schmelzzentrifugieren.
In CN 201 677 547 U ist eine Glaskeramik-Gradientenverbundbeschichtungsmetallplatte offenbart, die eine Metallplatte als Grundplatte nimmt, die Oberfläche der Grundplatte mit einer Farbschutzschicht mit stärkerer Haftfestigkeit beschichtet ist, die Schutzschicht eine Unterschicht umfasst, eine Zwischenschicht und eine Arbeitsschicht, wobei die Dicke der Schutzschicht 150-300 um beträgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Vakuumgehäuse, eine Röntgenröhre und ein Fertigungsverfahren anzugeben, bei welchen eine thermische Belastbarkeit erhöht ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Vakuumgehäuse für eine Röntgenröhre weist

- ein Röhrenhüllenbauteil aus einem vakuumdichten sowie urgeformten Werkstoffverbund auf, wobei der Werkstoffverbund
- eine erste Schicht aus einem Isolationswerkstoff und
- eine zweite Schicht aus einem metallischen Werkstoff aufweist,

Ein Vorteil des Vakuumgehäuses ist, dass im Betrieb des Vakuumgehäuses auftretende Spannungen, beispielsweise durch Thermowechselbelastungen, im Übergangsbereich über ein größeres Material-Volumen verteilt werden und/oder sich nicht an einem diskreten Übergang zwischen dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff konzentrieren. Dadurch ist vorteilhafterweise die thermische Belastbarkeit erhöht.
Das Vakuumgehäuse ist ferner vorteilhaft, weil zur Verbindung des Isolationswerkstoffs mit dem metallischen Werkstoff keine Ausgleichslegierung nötig ist, da der Ausgleich der Materialeigenschaften vorteilhafterweise durch die Variation der Gehaltsgrößen im Übergangsbereich erfolgen kann. Somit können insbesondere Werkstoffe mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, z.B. der Isolationswerkstoff und der metallische Werkstoff, direkt angebunden werden. Ein weiterer Vorteil betrifft, dass eine knappe Verfügbarkeit bestimmter Materialien der Ausgleichslegierung keine Auswirkung auf die Fertigung des Vakuumgehäuses hat. Aufgrund der vergleichsweise hohen Preise für bestimmte Materialien solcher Ausgleichslegierungen kommt ein Vakuumgehäuse ohne eine solche Ausgleichslegierung vorzugsweise mit einem Kostenvorteil einher.
Vorzugsweise ist das Vakuumgehäuse technisch einfacher herzustellen, da auf aus dem Stand der Technik bekannte Fertigungsverfahren wie z.B. die Metall-Anglasung bzw. Lötung verzichtet werden kann. Denn an ein solches Röhrenhüllenbauteil kann z.B. direkt mit einem weiteren Röhrenhüllenbauteil verschweißt werden.
Das Vakuumgehäuse bildet insbesondere einen geschlossenen Container, in welchem eine Kathode und eine Anode der Röntgenröhre enthalten sein können. Das Vakuumgehäuse kann zumindest teilweise von einem Kühlmedium umgeben sein. Das Vakuumgehäuse kann in einer seitlichen Ansicht kegelförmig, doppelkegelförmig, länglich, bauchig und/oder kolbenförmig ausgebildet sein.
Das Vakuumgehäuse kann ausschließlich aus dem Röhrenhüllenbauteil bestehen. In diesem Fall bildet das Röhrenhüllenbauteil das Vakuumgehäuse. Alternativ kann das Vakuumgehäuse zusätzlich mindestens ein weiteres Röhrenhüllenbauteil aufweisen. Das Vakuumgehäuse, insbesondere das Röhrenhüllenbauteil und/oder das weitere Röhrenhüllenbauteil, ist zur Aufrechterhaltung eines Hochvakuums ausgebildet und beispielsweise vakuumdicht geschlossen.
Das Röhrenhüllenbauteil kann insbesondere der äußeren Form nach stabförmig oder würfelförmig oder kugelförmig sein. Denkbar ist, dass das Röhrenhüllenbauteil ringförmig oder Kreissegmentförmig oder Kappenförmig ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es möglich, dass das Röhrenhüllenbauteil das Hochvakuum vollständig umgibt.
Das Röhrenhüllenbauteil besteht aus dem vakuumdichten urgeformten Werkstoffverbund. Als Teil des Vakuumgehäuses benötigt das Röhrenhüllenbauteil daher keine Nachbearbeitung, insbesondere keine zusätzliche Beschichtung des Werkstoffverbunds, um das Hochvakuum aufrechterhalten zu können. Der Werkstoffverbund wird insbesondere durch eine abschließende Formgebung zu dem Röhrenhüllenbauteil. Der Werkstoffverbund weist eine derartige Dichte auf, dass eine das Hochvakuum beeinträchtigende Diffusion insbesondere von gasförmigen Molekülen durch den Werkstoffverbund hindurch ausgeschlossen ist, und der Werkstoffverbund somit vakuumdicht ist.
Ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren das Werkstoffverbundes als Röhrenhüllenbauteil für das Vakuumgehäuse weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen des Isolationswerkstoffs und des metallischen Werkstoffs als Rohmaterial,
- Urformen des Rohmaterials zur Fertigung des Röhrenhüllenbauteils derart, dass die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs zwischen der ersten Schicht und dem Übergangsbereich variiert und die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs zwischen der zweiten Schicht und dem Übergangsbereich variiert.

Das Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses und dessen Ausführungsbeispielen und teilt somit die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse zuvor beschriebenen Vorteile.
Das Urformen des Werkstoffverbunds erfolgt insbesondere gemäß einem solchen Fertigungsverfahren, bei welchem aus einem formlosen Werkstoff ein fester Körper hergestellt wird, der eine geometrisch definierte Form hat. DIN 8580 listet Fertigungsverfahren auf, welche dem Urformen zugeordnet sind. Für eine allgemeine Information ist auf die Wikipedia verwiesen: https://de.wikipedia.org/wiki/Urformen.
Insbesondere ist der Werkstoffverbund durch ein solches Fertigungsverfahren urgeformt, bei welchem eine Gehaltsgröße des jeweiligen Werkstoffs so kontinuierlich wie möglich variiert werden kann. Das urformende Fertigungsverfahren, sprich das Urformen, kann insbesondere Pulver-, Suspension- oder Feedstock-basiert sein. Feedstock ist insbesondere eine entsprechende Suspension mit einem Bindematerial. Das Urformen baut insbesondere den jeweiligen Werkstoff, insbesondere also den Isolationswerkstoff und/oder den metallischen Werkstoff, punktförmig, linienförmig oder flächig auf.
Das Urformen kann insbesondere gemäß einem additiven Fertigungsverfahren erfolgen, so dass der urgeformte Werkstoffverbund additiv gefertigt ist. Eine vorteilhafte Ausführung des additiven Fertigungsverfahren ist das sogenannte Multi-Material-Jetting. Dabei wird der Feedstock mit einem Mikrodosiersystem vorzugsweise lageweise aufgebaut, wodurch ein Grünkörper entsteht. Der aufgebaute Grünkörper wird typischerweise entbindert und/oder gesintert. Wie bei jedem Sinterverfahren ist ein gewisser Schwund beim Aufbauen des Grünkörpers vorzugsweise zu kompensieren. Alternativ kann das Urformen gemäß einem sogenannten Direct-Energy-Depositioning-, einem Badbasierten Photopolymerisation- oder einem additiven Schmelzschicht-, insbesondere einem sogenannten Fused-Filament-Fabrication- bzw. einem Fused-Deposition-Modelling-, Fertigungsverfahren erfolgen.
Das Urformen des Werkstoffverbunds umfasst insbesondere mehrere Teil-Fertigungsschritte. Ein erster Teil-Fertigungsschritt kann ein Aufbauen der ersten Schicht, ein zweiter Teil-Fertigungsschritt kann ein Aufbauen des Übergangsbereichs und ein dritter Teil-Fertigungsschritt kann ein Aufbauen der zweiten Schicht umfassen. Die mehreren Teil-Fertigungsschritte können inkrementell sein und/oder ineinander übergehen. Das Urformen kann insbesondere einen Fertigungsprozess umfassen, dessen anfallende Zwischenprodukte nicht vakuumdicht sind und/oder nicht verschiedene Werkstoffe umfassen. Das Röhrenhüllenbauteil besteht insbesondere aus einem abschließend urgeformten Werkstoffverbund. Abschließend urgeformt bedeutet nach Durchlaufen aller etwaigen Teil-Fertigungsschritte des Urformens.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht insbesondere definiert als ein Bereich des Werkstoffverbunds außerhalb des Übergangsbereichs, in welchem Bereich der Isolationswerkstoff oder der metallische Werkstoff sortenrein vorliegt. In anderen Worten sind in der ersten Schicht oder in der zweiten Schicht der Isolationswerkstoff und der metallische Werkstoff nicht vermischt sowie der Isolationswerkstoff bzw. der metallische Werkstoff nicht mit einem Werkstoff der anderen Funktion vermischt.
Der Werkstoffverbund ist insbesondere ein Schichtverbund, welcher die erste Schicht und die zweite Schicht umfasst. Die erste Schicht und die zweite Schicht stehen insbesondere über den Übergangsbereich unmittelbar in Kontakt und/oder sind mittels des Übergangsbereich miteinander verbunden und/oder hängen zusammen.
Der vakuumdichte und urgeformte Werkstoffverbund kann grundsätzlich zusätzlich zur ersten Schicht sowie zur zweiten Schicht eine weitere Schicht umfassen. Ein zusätzlicher Übergangsbereich, welcher beispielsweise von der weiteren Schicht und der zweiten Schicht bzw. der ersten Schicht eingeschlossen ist, kann im Wesentlichen wie der Übergangsbereich zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aufgebaut sein. Insbesondere kann die erste Schicht und die weitere Schicht aus demselben Werkstoff, beispielsweise also aus dem Isolationswerkstoff, und die zweite Schicht aus dem metallischen Werkstoff bestehen. Alternativ kann die weitere Schicht und die zweite Schicht aus dem metallischen Werkstoff sowie die erste Schicht aus dem Isolationswerkstoff bestehen. Typischerweise unterscheidet sich der Werkstoff derjenigen Schicht von dem Werkstoff der diese Schicht einrahmenden Schicht. In anderen Worten wechseln sich typischerweise die Werkstoffe schichtweise ab. Alternativ kann es zweckmäßig sein, Werkstoffe derselben Funktion in angrenzenden Schichten zu verwenden, um thermische Belastungen durch verschiedene Ausgestaltungen der Übergangsbereiche weiter zu reduzieren.
Der Isolationswerkstoff ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationswerkstoff für eine elektrische Isolation gegen Hochspannung geeignet ist und/oder elektrisch schwach oder nicht leitend ist. Der metallische Werkstoff weist insbesondere eine größere elektrische Leitfähigkeit auf als der Isolationswerkstoff. Der metallische Werkstoff kann im Vergleich zum Isolationswerkstoff röntgenstrahlendichter sein. Der metallische Werkstoff weist üblicherweise eine höhere Wärmeleitung auf als der Isolationswerkstoff.
Der Isolationswerkstoff kann zumindest teilweise als Vollmaterial im Röhrenhüllenbauteil vorliegen, beispielsweise in der ersten Schicht. Alternativ oder zusätzlich kann der metallische Werkstoff zumindest teilweise als Vollmaterial im Röhrenhüllenbauteil vorliegen, beispielsweise in der zweiten Schicht. Das Röhrenhüllenbauteil kann zumindest teilweise Partikel des Isolationswerkstoffs und/oder Partikel des metallischen Werkstoffs aufweisen, beispielsweise im Übergangsbereich.
Die erste Schicht umfasst insbesondere mindestens eine Lage des Isolationswerkstoffs. In der ersten Schicht ist der Isolationswerkstoffs insbesondere homogen verteilt. Der Isolationswerkstoff kann aus einem einzigen reinen Isolationswerkstoff oder einer Legierung aus Isolationswerkstoffen bestehen.
Die zweite Schicht umfasst insbesondere mindestes eine Lage des metallischen Werkstoffs. In der zweiten Schicht ist der metallische Werkstoff insbesondere homogen verteilt. Der metallische Werkstoff kann aus einem einzigen reinen metallischen Werkstoff oder einer Legierung aus metallischen Werkstoffen bestehen.
Das Einschließen des Übergangsbereich bedeutet insbesondere ein beidseitiges Abdecken des Übergangsbereichs durch die erste Schicht und die zweite Schicht. Der Übergangsbereich kann vollständig von der ersten Schicht und der zweiten Schicht, sprich in alle drei Raumrichtungen und/oder lückenlos, eingeschlossen sein. Alternativ kann der Übergangsbereich entlang einer Raumachse, beispielsweise parallel zur ersten Schicht und/oder zur zweiten Schicht, weder von der ersten Schicht noch von der zweiten Schicht eingeschlossen sein. In anderen Worten kann der Übergangsbereich an einer Grenzfläche beispielsweise mit einem Hochvakuum in Kontakt stehen. Das Einschließen kann alternativ als ein Umgeben bezeichnet sein. An den Übergangsbereich grenzen insbesondere die erste Schicht und die zweite Schicht flächig an. Der Übergangsbereich liegt insbesondere zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.
Der Begriff Gehaltsgröße ist insbesondere eine Gehaltsangabe zur Quantifizierung des materiellen Anteils eines Werkstoffs an einem Gemisch, beispielsweise also dem urgeformten Werkstoffverbund. Die Gehaltsgröße kann insbesondere unterschieden werden nach Anteil, Konzentration oder Verhältnis. Eine bevorzugte Gehaltsgröße ist der Volumenanteil.
Der Übergangsbereich umfasst insbesondere eine Lage mit mindestens einem Partikel des Isolationswerkstoffs und/oder eine Lage mit mindestens einem Partikel des metallischen Werkstoffs. Die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs im Übergangsbereich kann null oder größer null sein. Alternativ kann die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs im Übergangsbereich null oder größer null sein. Typischerweise ist wenigstens die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs im Übergangsbereich oder die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs im Übergangsbereich größer null.
Wenn die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs im Übergangsbereich geringer ist als die Gehaltsgrößer des Isolationswerkstoffs in der ersten Schicht, kann die Isolationsfähigkeit des Isolationswerkstoffs im Übergangsbereich geringer sein als die Isolationsfähigkeit in der ersten Schicht. Wenn die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs im Übergangsbereich geringer ist als die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in der zweiten Schicht, kann die elektrische Leitfähigkeit des metallischen Werkstoffs im Übergangsbereich geringer sein als die metallische Leitfähigkeit in der zweiten Schicht.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Schicht und die zweite Schicht einen weiteren Übergangsbereich einschlie-ßen, wobei die erste Schicht, der Übergangsbereich, der weitere Übergangsbereich sowie die zweite Schicht seriell ausgerichtet sind und dass sich die Materialzusammensetzung im Übergangsbereich von der Materialzusammensetzung im weiteren Übergangsbereich unterscheidet. Dass die erste Schicht und die zweite Schicht den weiteren Übergangsbereich einschließen bedeutet, dass der weitere Übergangsbereich zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist. Die serielle Ausrichtung bedeutet, dass entlang einer Raumrichtung, welche senkrecht auf der ersten Schicht oder einer Oberfläche der ersten Schicht steht, die erste Schicht, der Übergangsbereich, der weitere Übergangsbereich und die zweite Schicht nacheinander angeordnet sind. Der Übergangsbereich und der weitere Übergangsbereich können in Bezug auf die erste Schicht bzw. die zweite Schicht vertauscht sein. Der Übergangsbereich und der weitere Übergangsbereich unterscheiden sich in der Materialzusammensetzung derart, dass sich die im Übergangsbereich vorhandenen Werkstoffe von den im weiteren Übergangsbereich vorhandenen Werkstoffe unterscheiden. In anderen Worten kann im weiteren Übergangsbereich ein zusätzlicher Werkstoff vorhanden sein, wobei der zusätzliche Werkstoff nicht im Übergangsbereich vorhanden ist. Ansonsten sind die obigen Ausführungen zum Übergangsbereich analog auf den weiteren Übergangsbereich anwendbar. Der zusätzliche Werkstoff kann grundsätzlich ein metallischer Werkstoff sein, welcher sich vom metallischen Werkstoff der zweiten Schicht unterscheidet. Der zusätzliche Werkstoff kann eine Ausgleichslegierung, insbesondere eine Fe-Ni-Co-Legierung, sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch der Übergang zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht noch thermisch spannungsarmer erfolgen kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Werkstoffverbund im Übergangsbereich einen weiteren Werkstoff aufweist. Der weitere Werkstoff zusätzlich zum metallischen Werkstoff und zum Isolationswerkstoff ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Materialeigenschaften des Isolationswerkstoffs und des metallischen Werkstoffs besser aufeinander abgestimmt werden können. Der weitere Werkstoff kann grundsätzlich ein Isolationswerkstoff sein, welcher sich vom Isolationswerkstoff der ersten Schicht unterscheidet. Der weitere Werkstoff kann grundsätzlich ein metallischer Werkstoff sein, welcher sich vom metallischen Werkstoff der zweiten Schicht unterscheidet. Der weitere Werkstoff kann eine Ausgleichslegierung, insbesondere eine Fe-Ni-Co-Legierung, sein. Wenn der Werkstoffverbund einen weiteren Übergangsbereich aufweist, dann kann sich der weitere Werkstoff im Übergangsbereich vom weiteren Werkstoff im weiteren Übergangsbereich unterscheiden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Werkstoffverbund im Wesentlichen aus dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff besteht. Im Wesentlichen bedeutet, dass bei der Fertigung des Werkstoffverbunds kein Werkstoff außer dem Isolationswerkstoff für die erste Schicht und dem metallischen Werkstoff für die zweite Schicht verwendet wird. Grundsätzlich kann fertigungsbedingt eine Zugabe oder eine Verwendung von Hilfsmitteln nötig sein, welche typischerweise nicht die Materialeigenschaften des urgeformten Werkstoffverbunds beeinflussen. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil lediglich zwei Werkstoffe im Röhrenhüllenbauteil vorhanden sind.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Isolationswerkstoff ein Glas oder eine Keramik oder ein Aluminiumoxid ist. Das Glas kann insbesondere ein Borosilikatglas der Art 8245 oder der Art 8250 sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil die Anwendung dieser Isolationswerkstoffe in der Röhrentechnik vorteilhaft ist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der metallische Werkstoff Stahl oder ein legierter Stahl oder Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Titan oder eine Titanlegierung oder Molybdän oder eine Molybdänlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Beryllium oder eine Berylliumlegierung ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil die Anwendung dieser metallischen Werkstoffe in der Röhrentechnik vorteilhaft ist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine I-, eine L- oder eine O-Form aufweist. L-Form bedeutet, dass der Übergangsbereich in der Schnittebene zumindest eine Krümmung in einem Winkel kleiner als 180° umfasst. O-Form bedeutet, dass zwei Grenzflächen des Übergangsbereichs sich berühren. In anderen Worten ist der Übergangsbereich mit O-Form in der Schnittebene geschlossen. O-Form schließt ausdrücklich spitze und abgerundete Ecken ein, so dass der Übergangsbereich in der Schnittebene eine rechteckige Form aufweisen kann. Insbesondere das Urformen des Werkstoffverbunds ermöglicht derartige Geometrien.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die erste Schicht oder die zweite Schicht zumindest teilweise umschließt. Der Übergangsbereich kann die jeweilige Schicht vollständig in der Schnittebene umschließen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die vom Übergangsbereich zumindest teilweise umschlossene Schicht als Röntgenstrahlenaustrittfenster ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dabei ein herkömmlicherweise separates Bauteil wie ein herkömmliches Röntgenstrahlenaustrittfenster in das Röhrenhüllenbauteil durch das Urformen integriert werden kann. Die vom Übergangsbereich umschlossene Schicht ermöglicht also insbesondere eine Vorfilterung der generierten Röntgenstrahlung.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die zweite Schicht vollständig umschließt und dass die zweite Schicht als elektrische Durchführung ausgebildet ist. Die elektrische Durchführung ist insbesondere eine Hochspannungsdurchführung zur Bereitstellung der Hochspannung. In diesem Ausführungsbeispiel sind vorteilhafterweise herkömmliche separate Durchführungsdrähte oder Durchführungsbaugruppen überflüssig.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Vakuumgehäuse ein weiteres Röhrenhüllenbauteil aus einem Vollmaterial aufweist, wobei das weitere Röhrenhüllenbauteil mit dem Röhrenhüllenbauteil stoffschlüssig verbunden ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft, weil der urgeformte Werkstoffverbund, insbesondere dessen zweite Schicht aus dem metallischen Werkstoff, ein stoffschlüssiges Verbinden, z.B. ein Verschweißen, mit einem weiteren Röhrenhüllenbauteil insbesondere aus einem metallischen Werkstoff ermöglicht und somit ein Isolationswerkstoff in der ersten Schicht stoffschlüssig mit einem insbesondere metallischen weiteren Röhrenhüllenbauteil verbunden sein kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass im Übergangsbereich die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs in Richtung der zweiten Schicht zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt und/oder dass im Übergangsbereich die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in Richtung der ersten Schicht zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt. Eine bevorzugte Ausbildung ist, wenn die Abnahme quasi-kontinuierlich erfolgt. Diese Ausführungsform ermöglicht ein Verteilen der bei Fertigung und/oder im Betrieb auftretenden Spannungen, z.B. durch eine Thermowechselbelastung, über ein größeres Material-Volumen mit möglichst wenig diskreten Übergängen.
Eine erfindungsgemäße Röntgenröhre weist

- ein evakuiertes Vakuumgehäuse auf,
- einen innerhalb des Vakuumgehäuses angeordneten Elektronenemitter zur Emission von Elektronen und
- eine innerhalb des Vakuumgehäuses angeordnete Anode zur Generierung von Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen.

Die Röntgenröhre weist das erfindungsgemäße Vakuumgehäuse auf und teilt somit die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse zuvor beschriebenen Vorteile und dessen Ausführungsbeispiele. Das evakuierte Vakuumgehäuse weist insbesondere das Hochvakuum auf.
Typischerweise ist die Röntgenröhre für eine bildgebende Untersuchung eines Patienten ausgebildet. Alternativ kann die Röntgenröhre für eine Werkstoffprüfung vorgesehen sein. Die bildgebende Untersuchung kann insbesondere eine Angiographie, Computertomographie, Mammographie oder Radiographie sein.
Eine Kathode ist insbesondere innerhalb des Vakuumgehäuses angeordnet und/oder kann auf Hochspannungspotential liegen. Die Kathode umfasst typischerweise den Elektronenemitter. Der Elektronenemitter ist zum Generieren eines (primären) Brennflecks auf der Anode mittels der emittierten Elektronen ausgebildet. Der Elektronenemitter kann einen Feldeffekt-Emitter oder einen thermionischen Emitter aufweisen. Der thermionische Emitter kann ein Wendelemitter oder Flachemitter sein.
Die Elektronenemission beim Feldeffekt-Emitter wird typischerweise durch das Anlegen einer Gatespannung erwirkt, welche durch das in den Spitzen der Nanoröhrchen auftretenden elektrischen Felds die Elektronen aus diesen Nanoröhrchen extrahiert, wodurch der Elektronenstrom gebildet wird. Zusätzlich zum Schalten mittels der Gatespannung kann das Sperren eines generierten Elektronenstroms mittels eines Sperrgitters erfolgen. Der Feldeffekt-Emitter weist typischerweise eine Vielzahl an Nanoröhrchen, beispielsweise aus Kohlenstoff oder Silizium oder Molybdän, auf.
Die emittierten Elektronen werden von dem Elektronenemitter in Richtung der Anode entlang einer Beschleunigungsstrecke beschleunigt und generieren bei der Wechselwirkung in dem Brennfleck die Röntgenstrahlung. Die generierte Röntgenstrahlung weist üblicherweise eine maximale Energie von bis zu 150 keV in Abhängigkeit von der zwischen dem Elektronenemitter und der Anode angelegten Beschleunigungsspannung auf. Die Beschleunigungsspannung entspricht bei einer unipolaren Röntgenröhre typischerweise der Hochspannung und bei einer bipolaren Röntgenröhre regelmäßig dem doppelten Betrag der Hochspannung. Die emittierten Röntgenstrahlen sind typischerweise auf einen Untersuchungsbereich, beispielsweite mit dem Patienten oder dem Werkstoff, ausgerichtet.
Die Anode ist insbesondere innerhalb des Vakuumgehäuses angeordnet und/oder kann auf einem Hochspannungspotential liegen, welches sich vom Potential der Kathode unterscheidet. Die Anode kann als Drehanode oder Stehanode ausgebildet sein. Die Anode weist üblicherweise ein elektrisch leitfähiges Material wie z.B. Molybdän, Grafit und/oder Wolfram auf. Die Anode weist somit typischerweise ein einziges elektrisches Potential auf, welches gleichmäßig über die Anode verteilt ist. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Anode aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht. Röntgenstrahlengenerierendes Material wie z.B. Wolfram und/oder Rhenium ist vorzugsweise ausschließlich in der Anode verwendet, um den Anteil extrafokaler Röntgenstrahlung zu verringern.
Die Beschleunigungsstrecke verläuft insbesondere im Vakuum zwischen der Kathode und der Anode. Der Zentralstrahl der emittierten Elektronen propagiert insbesondere entlang der Beschleunigungsstrecke. Die Beschleunigungsstrecke ist insbesondere eine gerade Linie, kann alternativ mittels einer Ablenkungseinheit gekrümmt sein.
Die Hochspannung ist insbesondere eine Gleichspannung und/oder beträgt beispielsweise zwischen 20 und 200 kV, insbesondere mehr als 40 kV und/oder weniger als 150 kV. Die Hochspannung dient insbesondere der Beschleunigung der Elektronen innerhalb der Röntgenröhre entlang der Beschleunigungsstrecke.
Bei der Beschreibung der Vorrichtung erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können Ansprüche auf das Verfahren mit Merkmalen der Vorrichtung weitergebildet sein und umgekehrt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem Verfahren verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleich bleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.
Es zeigen:

1 einen herkömmlichen Werkstoffverbund gemäß dem Stand der Technik,
2 ein erfindungsgemäßes Röhrenhüllenbauteil,
3 ein Röhrenhüllenbauteil in einem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein Röhrenhüllenbauteil in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 ein Röhrenhüllenbauteil in einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 ein Röhrenhüllenbauteil in einem vierten Ausführungsbeispiel,
7 ein Röhrenhüllenbauteil in einem fünften Ausführungsbeispiel,
8 ein Röhrenhüllenbauteil in einem sechsten Ausführungsbeispiel,
9 ein Röhrenhüllenbauteil in einem siebten Ausführungsbeispiel,
10 ein erfindungsgemäßes Vakuumgehäuse,
11 ein erfindungsgemäßes Vakuumgehäuse in einem ersten Ausführungsbeispiel,
12 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre und
13 ein Fertigungsverfahren.

1 zeigt einen herkömmlichen Werkstoffverbund gemäß dem Stand der Technik und dessen Materialeigenschaft im Verlauf.
Der herkömmliche Werkstoffverbund weist eine erste Schicht S1 aus einem Isolationswerkstoff und eine zweite Schicht S2 aus einem metallischen Werkstoff auf. Zwischen der ersten Schicht S1 und der zweiten Schicht 2 liegt ein diskreter Übergang vor. Die erste Schicht S1 und die zweite Schicht S2 schließen keinen Übergangsbereich ein.
Unterhalb des herkömmlichen Werkstoffverbunds ist entlang der Längsachse z eine Materialeigenschaft e aufgetragen. Gemäß dem diskreten Übergang zwischen der ersten Schicht S1 und der zweiten Schicht 2 ist der Übergang in der Materialeigenschaft e stufig. Die Materialeigenschaft e kann insbesondere eine thermische Ausdehnung und/oder eine elektrische Leitfähigkeit darstellen.
2 zeigt ein erfindungsgemäße Röhrenhüllenbauteil 11 und dessen Materialeigenschaft im Verlauf.
Das Röhrenhüllenbauteil 11 besteht aus einem vakuumdichten urgeformten Werkstoffverbund. Das Röhrenhüllenbauteil 11 ist Teil eines nicht gezeigten Vakuumgehäuses 10.
Der Werkstoffverbund weist eine erste Schicht S1 aus einem Isolationswerkstoff und eine zweite Schicht S2 aus einem metallischen Werkstoff auf. Die erste Schicht S1 und die zweite Schicht S2 schließen einen Übergangsbereich Si ein. Im Übergangsbereich Si ist eine Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs geringer als die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoff in der ersten Schicht Sl. Alternativ oder zusätzlich ist im Übergangsbereich Si eine Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs geringer als die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in der zweiten Schicht S2. Die Materialeigenschaft e des erfindungsgemäßen Werkstoffverbunds ist im Übergangsbereich Si zwischen der ersten Schicht S1 und der S2 ausgeglichen.
Es ist grundsätzlich denkbar, dass der Isolationswerkstoff ein Glas oder eine Keramik oder ein Aluminiumoxid ist. Der metallische Werkstoff kann Stahl oder ein legierter Stahl oder Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Titan oder eine Titanlegierung oder Molybdän oder eine Molybdänlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Beryllium oder eine Berylliumlegierung sein.
Weiterhin ist es in einer Weiterbildung der in 1 gezeigten Ausführung denkbar, dass der Werkstoffverbund im Wesentlichen aus dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff besteht.
3 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem ersten Ausführungsbeispiel und dessen Materialeigenschaft im Verlauf.
Der Übergang zwischen dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff im Übergangsbereich Si zwischen der ersten Schicht S1 und der zweiten Schicht S2 ist im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 2 gradierter, insbesondere quasi-kontinuierlich. Das kann insbesondere dadurch erfolgen, dass im Übergangsbereich Si die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs in Richtung der zweiten Schicht S2 zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt und/oder dass im Übergangsbereich Si die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in Richtung der ersten Schicht S1 zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt. Entsprechend ist der Verlauf der Materialeigenschaft e gradierter, insbesondere quasi-kontinuierlich.
4 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem zweiten Ausführungsbeispiel und dessen Materialeigenschaft im Verlauf.
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel gilt insbesondere als vorteilhafte Weiterbildung des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels. Der Vorteil rührt insbesondere daher, dass der Übergang zwischen dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff im Übergangsbereich S1 mit einer so klein als möglichen Variation der Gehaltsgrößen der Werkstoffe verwirklicht ist. Somit ist der Übergang im selben Betrachtungsmaßstab wie in 3 vergleichsweise kontinuierlich.
5 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem dritten Ausführungsbeispiel.
Der Übergangsbereich Si weist in einer Schnittebene eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Die Schnittebene steht in diesem Fall senkrecht auf der Längsachse z. Ferner zeigt 5 eine homogene Verteilung der Werkstoffe, sprich eine einzige Materialzusammensetzung, in der Schnittebene im Übergangsbereich Si.
6 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem vierten Ausführungsbeispiel.
Der Übergangsbereich Si umschließt in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die zweite Schicht S2 vollständig. Die erste Schicht S1 umschließt in dieser Schnittebene den Übergangsbereich Si vollständig. In der Schnittebene liegt in diesem Ausführungsbeispiel die Längsachse z.
Beispielsweise kann die zweite Schicht S2 als Röntgenstrahlenaustrittfenster ausgebildet sein. Das Röntgenstrahlenaustrittfenster kann eckig oder rund ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Röntgenstrahlenaustrittfenster einen Ring bildet, welcher das Vakuum eines evakuierten Vakuumgehäuses zumindest teilweise umschließt. In diesem Fall weist der Übergangsbereich Si mindestens in einer Schnittebene beispielsweise ein O-Form auf.
7 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem fünften Ausführungsbeispiel.
Der Übergangsbereich Si umschließt in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die erste Schicht S1 vollständig. Die zweite Schicht S2 umschließt in dieser Schnittebene den Übergangsbereich Si vollständig. In der Schnittebene liegt in diesem Ausführungsbeispiel die Längsachse z. Beispielsweise kann die erste Schicht S1 als Röntgenstrahlenaustrittfenster ausgebildet sein.
8 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Der Übergangsbereich Si umschließt in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die zweite Schicht S2 vollständig. Die erste Schicht S1 umschließt in dieser Schnittebene den Übergangsbereich Si vollständig. In der Schnittebene liegt in diesem Ausführungsbeispiel die Längsachse z.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schicht S2 als elektrische Durchführung ausgebildet. Die elektrische Durchführung ist beispielsweise ein Leiter für die Hochspannung der Röntgenröhre. Die elektrische Durchführung ist mit einer Hochspannungszuführung 12, beispielsweise einem Hochspannungskabel oder einem Hochspannungskontakt, elektrisch verbunden.
9 zeigt das Röhrenhüllenbauteil 11 in einem siebten Ausführungsbeispiel.
Die erste Schicht S1 und die zweite Schicht S2 schließen einen weiteren Übergangsbereich Sii ein. Die erste Schicht S1, der Übergangsbereich Si, der weitere Übergangsbereich Sii sowie die zweite Schicht S2 sind seriell ausgerichtet. Die Materialzusammensetzung im Übergangsbereich Si unterscheidet sich von der Materialzusammensetzung im weiteren Übergangsbereich Sii. Alternativ kann die Reihenfolge des Übergangsbereich Si und des weiteren Übergangsbereich Sii vertauscht sein. Der Werkstoffverbund weist im Übergangsbereich Si einen weiteren Werkstoff auf.
10 zeigt das Vakuumgehäuse 10 in einer seitlichen Ansicht.
Das Vakuumgehäuse 10 kann alternativ aus dem Röhrenhüllenbauteil 11 bestehen. Das Röhrenhüllenbauteil 11 umgibt in diesem Fall das Vakuum eines evakuierten Vakuumgehäuses 10 vollständig. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht S1 aus dem Isolationswerkstoff als Röntgenstrahlenaustrittfenster ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Isolationswerkstoff z.B. Glas.
11 zeigt das Vakuumgehäuse 10 in einem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Vakuumgehäuse 10 weist ein weiteres Röhrenhüllenbauteil 13 aus einem Vollmaterial auf. Das weitere Röhrenhüllenbauteil 13 ist mit dem Röhrenhüllenbauteil 11 stoffschlüssig verbunden. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 10 ist die Reihenfolge der Schichten S1, S2 vertauscht. In diesem Fall kann vorteilhafterweise der Isolationswerkstoff Aluminiumoxid sein.
12 zeigt eine Röntgenröhre 20 in einer seitlichen Ansicht.
Die Röntgenröhre 20 weist ein evakuiertes Vakuumgehäuse 10, einen innerhalb des Vakuumgehäuses 10 angeordneten Elektronenemitter 21 zur Emission von Elektronen und eine innerhalb des Vakuumgehäuses 10 angeordnete Anode 22 zur Generierung von Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen auf.
13 zeigt ein Fertigungsverfahren eines Werkstoffverbundes als Röhrenhüllenbauteil für ein Vakuumgehäuse in einem Flussdiagramm.
Verfahrensschritt S100 kennzeichnet ein Bereitstellen eines Isolationswerkstoffs und eines metallischen Werkstoffs als Rohmaterial.
Verfahrensschritt S101 kennzeichnet ein Urformen des Rohmaterials zur Fertigung eines Röhrenhüllenbauteils derart, dass die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs zwischen der ersten Schicht und dem Übergangsbereich variiert und die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs zwischen der zweiten Schicht und dem Übergangsbereich variiert.
Der optionale Verfahrensschritt S102 kennzeichnet, dass beim Urformen der Isolationswerkstoff und/oder der metallische Werkstoff punktförmig, linienförmig oder flächig aufgebaut wird.
Grundsätzlich kann ein weiterer Teil-Fertigungsschritt nach den Verfahrensschritten S100 oder S101 ein Entbindern und/oder ein Sintern und/oder ein Pressen und/oder eine Wärmebehandlung sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0984839 A1 [0012]
US 5525374 A1 [0013]
DE 102010006689 A1 [0014]
US 9101979 B2 [0015]
CN 1317408 C [0016]
CN 201677547 U [0017]

Claims

Vakuumgehäuse (10) für eine Röntgenröhre (20), aufweisend - ein Röhrenhüllenbauteil (11) aus einem vakuumdichten sowie urgeformten Werkstoffverbund, wobei der Werkstoffverbund - eine erste Schicht (S1) aus einem Isolationswerkstoff und - eine zweite Schicht (S2) aus einem metallischen Werkstoff aufweist, wobei die erste Schicht (S1) und die zweite Schicht (S2) einen Übergangsbereich (Si) einschließen, wobei im Übergangsbereich (Si) eine Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs geringer ist als die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoff in der ersten Schicht (S1) und/oder wobei im Übergangsbereich (Si) eine Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs geringer ist als die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in der zweiten Schicht (S2).
Vakuumgehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (S1) und die zweite Schicht (S2) einen weiteren Übergangsbereich (Sii) einschließen, wobei die erste Schicht (S1), der Übergangsbereich (Si), der weitere Übergangsbereich (Sii) sowie die zweite Schicht (S2) seriell ausgerichtet sind und wobei sich die Materialzusammensetzung im Übergangsbereich (Si) von der Materialzusammensetzung im weiteren Übergangsbereich (Sii) unterscheidet.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoffverbund im Übergangsbereich (Si) einen weiteren Werkstoff aufweist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Werkstoffverbund im Wesentlichen aus dem Isolationswerkstoff und dem metallischen Werkstoff besteht.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolationswerkstoff ein Glas oder eine Keramik oder ein Aluminiumoxid ist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der metallische Werkstoff Stahl oder ein legierter Stahl oder Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Titan oder eine Titanlegierung oder Molybdän oder eine Molybdänlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Beryllium oder eine Berylliumlegierung ist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Übergangsbereich (Si) in einer Schnittebene eine I-, eine U- oder eine O-Form aufweist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Übergangsbereich (Si) in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die erste Schicht (S1) oder die zweite Schicht (S2) zumindest teilweise umschließt.
Vakuumgehäuse (10) nach Anspruch 8, wobei die vom Übergangsbereich (Si) zumindest teilweise umschlossene Schicht (S1, S2) als Röntgenstrahlenaustrittfenster ausgebildet ist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Übergangsbereich (Si) in einer Schnittebene in einer radialen Richtung die zweite Schicht (S2) vollständig umschließt und wobei die zweite Schicht (S2) als elektrische Durchführung ausgebildet ist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vakuumgehäuse (10) ein weiteres Röhrenhüllenbauteil (13) aus einem Vollmaterial aufweist, wobei das weitere Röhrenhüllenbauteil (13) mit dem Röhrenhüllenbauteil (11) stoffschlüssig verbunden ist.
Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Übergangsbereich (Si) die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs in Richtung der zweiten Schicht (S2) zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt und/oder wobei im Übergangsbereich (Si) die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs in Richtung der ersten Schicht (S1) zumindest abschnittsweise sukzessive abnimmt.
Röntgenröhre (20), aufweisend - ein evakuiertes Vakuumgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - einen innerhalb des Vakuumgehäuses (10) angeordneten Elektronenemitter (21) zur Emission von Elektronen und - eine innerhalb des Vakuumgehäuses (10) angeordnete Anode (22) zur Generierung von Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen.
Fertigungsverfahren eines Werkstoffverbundes als Röhrenhüllenbauteil für ein Vakuumgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Isolationswerkstoffs und eines metallischen Werkstoffs als Rohmaterial, - Urformen des Rohmaterials zur Fertigung eines Röhrenhüllenbauteils derart, dass die Gehaltsgröße des Isolationswerkstoffs zwischen der ersten Schicht und dem Übergangsbereich variiert und die Gehaltsgröße des metallischen Werkstoffs zwischen der zweiten Schicht und dem Übergangsbereich variiert.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 14, wobei beim Urformen der Isolationswerkstoff und/oder der metallische Werkstoff punktförmig, linienförmig oder flächig aufgebaut wird.