DE1127501B - Verfahren zum Herstellen von Drehanodenscheiben fuer Roentgenroehren - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

BiBlIOTHgK B£3 DEUTSCHE«

N17934 Vmc/21g

ANMELDETAG: 23. F E B RUAR 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

12. A P RIL 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Drehanodenscheiben für Röntgenröhren, in denen die Scheibe auf einer drehbar angeordneten Welle sitzt. Solche Scheiben werden aus Wolfram hergestellt, weil dieses Metall eine höhere Belastung je Oberflächeneinheit verträgt als andere Metalle und die Emission von Röntgenstrahlen infolge der hohen Atomnummer günstig ist.

Es ist bekannt, daß die Weise der Belastung einer drehbaren Anode in einer Röntgenröhre unregelmäßig auftretende nachteilige Folgen hat. Infolge des Elektronenbeschusses wird die Auftreffstelle der Elektronen sehr stark erhitzt. Bei der örtlich auftretenden großen Wärmeerzeugung ergeben sich hohe mechanische Spannungen im Anodenmaterial. Dadurch, daß die Wärmeerzeugung in einem kleinen Fleck konzentriert ist, der, wenn die Anode die vorgeschriebene Drehbewegung durchführt, nur kurzzeitig eine bestimmte Stelle an der Anodenoberfläche einnimmt, ergeben sich auch infolge des hohen Temperatur- ao gradienten in der Anodenscheibe starke Spannungen. Das Anodenmaterial wird durch die Einwirkung dieser Spannungen über kurz oder lang, häufig nach einer zu kurzen Gebrauchsdauer, beschädigt, wodurch die Intensität der erzeugten Röntgenstrahlen abnimmt oder die Röntgenröhre unbrauchbar wird. Die Art der auftretenden Schäden ist von der Struktur abhängig, die das Material nach der Herstellung der Anode aufweist.

Ursprünglich wurden die aus Wolframplatten hergestellten Anodenscheiben ohne Anwendung bestimmter Bearbeitungen, welche die Struktur des Materials ändern, in den Röntgenröhren verwendet. Das durch Walzbearbeitungen erhaltene plattenförmigeMaterial weist eineStruktur von im wesentlichen langgestreckten Fasern auf, wodurch es mechanisch stark ist. Es stellte sich heraus, daß die langfaserige Struktur die große Wärmeentwicklung in der Auftreffstelle der Elektronen nicht gut verträgt. Die unzureichende Eignung äußert sich durch die Entstehung von Spalten zwischen den Fasern und das Umbiegen und Abschiefern dieser Fasern.

Man hat versucht, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß man der Anode eine feinkristalline Struktur erteilte dureh eine während des Herstellungsvorganges mehrfach wiederholte Wärmebehandlung. Anodenmaterial, das eine feinkristalline Struktur besitzt, ist gegen die bei der Belastung auftretende hohe Temperatur unddie sich ergebenden Temperaturunterschiede weniger empfindlich. Nachteilig ist

jedoch, daß ein solches Material eine geringere me-

chanische Festigkeit besitzt. Man hat nun'"bei "Dreh-"*- ' Verfahren zum Herstellen

von Drehanodenscheiben

für Röntgenröhren

Anmelder:

N. V. Philip's Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 26. Februar 1959 (Nr. 236 552)

Lambertus Bernardus Joseph Janssen und Willem Mijndert Hogendoorn,

Eindhoven (Niederlande), sind als Erfinder genannt worden

anodenröntgenröhren die Betriebsfähigkeit zu verbessern versucht durch eine teilweise, nur die Struktur des die Brennfleckbahn bildenden Materials beeinflussende Erhitzung. Die bekannten, diesen Zweck beabsichtigenden Verfahren wenden bei in die Röhre bereits eingebauter Anode wiederholte und durch Betriebspausen getrennte Belastungsvorgänge an, die eine Alterung der Anode bewirken, wodurch diese, bevor die Röhre für den regelmäßigen Betrieb in Verkehr gebracht wird, die endgültige Struktur erhalten hat. Auf diese Weise vorbereitete Röhren arbeiten auch weiterhin betriebssicher. Falls eine Anode jedoch während der Vorbehandlung Schaden aufweist, ist der Verlust nicht auf die Anode beschränkt, sondern umfaßt die ganze Röntgenröhre. In der Praxis stellt es sich heraus, daß eine durch Rekristallisierung erhaltene isotrope Struktur des Wolframs die am meisten erwünschte ist, um eine möglichst einwandfreie Oberfläche an den Stellen beizubehalten, die vom Elektronenstrahl getroffen werden. Die Entstehung von Spalten an den Kristallgrenzen wird zwar nicht völlig vermieden, aber das Umbiegen und Abschiefern kommt dabei praktisch nicht mehr vor. Zur Erzielung der zuverlässigsten Ausbildung einer Anodenscheibe muß somit das Grundmaterial die Eigenschaften aufweisen, die durch die Walzstruktur bestimmt werden, während der Teil der Scheibe, auf den im Betrieb der Röhre das Elek-

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tronenbündel gerichtet ist, eine rekristallisierte isotrope Struktur aufweisen muß. Hierzu und zur Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren dient die Erfindung.

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Drehanodenscheiben für Röntgenröhren, bei dem das Anodenmaterial nach der endgültigen Formgebung durch mechanische Bearbeitungen zum Erzielen einer Rekristallisation einer" Wärmebehandlung längs der Brennfleckbahn unterworfen wird, wird erfindungsgemäß ein schmaler, für die Brennfleckbahn bestimmter ringförmiger Streifen der aus einer Wolframscheibe bestehenden Drehanode vor deren Einbau in die Röntgenröhre unter Vermeidung von Elektronenbeschuß auf eine so hohe Temperatur erhitzt, daß sich eine Rekristallisation des unterhalb der Brennfleckbahn liegenden Anodenmaterials über eine geringe Tiefe ergibt. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung derart durchgeführt, daß in einer verhältnismäßig dünnen Materialschicht unter der Oberfläche die Faserstruktur durch Rekristallisierung völlig in eine feinkörnige umgewandelt wird. Durch Anwendung einer passend durchgeführten künstlichen Kühlung läßt sich eine unerwünschte Erweiterung des Bereiches, in dem Rekristallisierung stattfindet, vermeiden.

Es sei bemerkt, daß das bekannte Verfahren, bei dem die Anode immer stärker werdenden Belastungen unterworfen wird, mit denen Perioden von Abkühlung abwechseln, äußerst zeitraubend ist. Bei der Röntgenröhre mit Drehanode ist eine erhebliche Anzahl von Belastungen erforderlich, um die erwünschte JEtekristallisierung zu erzielen. Trotz der anfänglich geringen Belastung ist es nicht ausgeschlossen, daß der Elektronenbeschuß der Anodenoberfläche Schaden zufügt, so daß die Röntgenröhre unbrauchbar wird. In diesen Fällen übersteigt der Verlust die Kosten der Anode vielmals. Beim Verfahren nach der Erfindung kann die Anodenoberfläche während der Rekristallisierung nicht in dieser Weise beschädigt werden, so daß beim Ingebrauchnehmen der Röntgenröhre der als Elektronenauftreffstelle dienende Streifen an der Anodenoberfläche noch völlig heil ist.

Die der Anode zugeführte Wärme kann in einem runden oder langgestreckten Fleck konzentriert sein, dessen Abmessung in der Richtung des Scheibenmittelpunktes gleich der Breite des Streifens an der Oberfläche ist. Durch Verschiebung dieses Wärmefleckens über die Oberfläche in einem Kreis um den Mittelpunkt der Scheibe beschreibt er eine ringförmige Bahn. Auch kann man mehrere Wärmequellen am Umfang der Scheibe anordnen. Das zweckmäßigste Erhitzungsverfahren besteht in der Zufuhr von Hochfrequenzenergie.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß hergestellten Anodenscheibe dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Anodenscheibe, von der

Fig. 2 einen Querschnitt zeigt;

Fig. 3 zeigt den Teil A-B des Querschnittes nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

Auf der Anodenscheibe 1 ist ein Streifen 2 angegeben, der zur Auftreffstelle für die Elektronen bestimmt ist. Dieser Streifen befindet sich auf der Randfläche 3 der Anode, die einen Teil eines Kegelmantels bildet. Der mittlere Teil 4 der Scheibe ist flach und weist eine mittlere Öffnung 5 zum Befestigen der Drehwelle auf, auf der die Scheibe sitzt.

Fig. 3 stellt den Teil A-B des Querschnittes des Randteiles 3 der Scheibe vergrößert dar. Strukturaufnahmen des Materials in diesem Teil zeigen das skizzierte Bild, wobei der Bereich 2 aus Material mit isotroper Struktur durch Metall 3 umgeben ist, das die durch die mechanischen Bearbeitungen erhaltene Faserstruktur im wesentlichen beibehalten hat.

Um die Ausbreitung der Wärme in der Scheibe bei Erhitzung der streifenförmigen Zone zu verhüten, kann man während der Wärmebehandlung einen Kühlgasstrom auf die Hinterseite der Scheibe richten, wobei vorzugsweise ein nichtoxydierendes Gas Verwendung findet.

Manchmal werden auf der Anodenoberfläche zwei nebeneinanderliegende Brennflecke vorgesehen, deren einer in einem größeren Abstand vom Mittelpunkt der Scheibe liegt als der andere. In diesen Fällen kann man den zu erhitzenden Streifen so breit wählen, daß er beide Brennfleckbahnen umfaßt. Bei größerem Abstand zwischen den beiden Brennfleckbahnen empfiehlt es sich, jeden Materialstreifen gesondert zu erhitzen.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von Drehanodenscheiben für Röntgenröhren, bei dem das Anodenmaterial nach der endgültigen Formgebung durch mechanische Bearbeitungen zum Erzielen einer Rekristallisation einer Wärmebehandlung längs der Brennfleckbahn unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmaler, für die Brennfleckbahn bestimmter ringförmiger Streifen der aus einer Wolframscheibe bestehenden Drehanode vor deren Einbau in die Röntgenröhre unter Vermeidung von Elektronenbeschuß auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, daß sich eine Rekristallisation des unterhalb der Brennfleckbahn liegenden Anodenmaterials über eine geringe Tiefe ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einem runden oder langgestreckten Fleck konzentriert wird und dieser Heck sich im Kreis um den Mittelpunkt der Scheibe bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenscheibe um eine durch den Mittelpunkt der Scheibe verlaufende Achse gedreht wird und die Erhitzungsstelle in bezug auf den Mittelpunkt radial verschoben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch Zufuhr von Hochfrequenzenergie erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode an der der Erhitzungsstelle abgekehrten Seite durch ein Oxydation des Metalls hinderndes Strömendes Gas gekühlt wird.

6. Drehanodenröntgenröhre, gekennzeichnet durch eine gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellte Anodenscheibe.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 982 986; britische Patentschrift Nr. 650 237.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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