DE1207515B - Drehanode fuer Roentgenroehren mit einem Belag ausserhalb der ringfoermigen Brennfleckbahn sowie Verfahren zum Herstellen des Belages - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIj

Deutsche KL: 21g-17/10

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

T 25081 VIII c/21g
16. November 1963
23. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehanode für Röntgenröhren und befaßt sich mit einer Verbesserung, mit welcher gleichzeitig die Abkühlung der Anode und die Stabilität des Betriebes dieser Röhre erreicht werden können, und zwar mit Hilfe der Anode, welche eine Absorption der von den innerhalb der Röhre befindlichen metallischen Teilen frei gewordenen Gasdämpfe bewirkt.

Es ist bekannt, daß die drehbar gelagerten Anoden von Röntgenröhren aus einer Wolframscheibe bestehen, welche auf einer auf Kugellagern gelagerten Achse angeordnet ist und überdies im Inneren der Röhre den Rotor eines Elektromotors trägt, welcher aus einem Kupferzylinder besteht. Die Anode ist in der Nähe ihrer Peripherie ringförmig oder spurförmig· ausgestaltet, wobei diese Ausbildung während der Drehbewegung von dem Bündel der Kathodenstrahlen getroffen wird, deren nahezu gesamte Energie in Wärme umgesetzt wird.

Die Abfuhr dieser Wärme, welche von der Anode im wesentlichen durch Strahlung nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz

W= σ jT*dF

erfolgt, stellt eine der großen Schwierigkeiten bei der Konstruktion von Röhren mit drehbar gelagerten Anoden dar. Die oben aufgeführte mathematische Formel zeigt, daß eine Erhöhung der Wärmeemission durch Strahlung der Anode lediglich durch Vergrößerung der Fläche F oder durch Vergrößerung des Wärmestrahlungskoeffizienten α erreicht werden kann. Eine Vergrößerung der Oberfläche z. B. durch Sandstrahlen oder durch Angriff chemischer oder elektrochemischer Mittel führt zu keinen vernünftigen Ergebnissen. Es gibt auch Oberflächenbehandlungsverfahren, welche darauf abzielen, die thermische Strahlungsemission zu erhöhen, z. B. durch Aufbringen einer dünnen Schicht auf der Oberfläche der Anode, wobei Werkstoffe verwendet werden, welche eine größere Strahlungsemissionsfähigkeit als Wolfram besitzen, z. B. hitzebeständige Kohlenstoffverbindungen, gewisse Metalloxyde oder andere Metalle, z. B. Rhenium. Es ist auch möglich, die Oberfläche mit Hilfe einer Oberflächenaufkohlung zu schwärzen.

Es ist bereits bekannt, die thermische Emission der Wolframanoden mit Hilfe eines Filmes zu erhöhen, welcher aus gesintertem Molybdän-, Zirkonium-, Thorium-, Vanadium-Tantal-Nickel- und Eisenpulver besteht. Indes führt die Verwendung eines Filmes aus Tantal insofern zu keinem Drehanode für Röntgenröhren mit einem Belag
außerhalb der ringförmigen Brennfleckbahn sowie Verfahren zum Herstellen des Belages

Anmelder:

S. A. Tubix, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Polzer, Patentanwalt,

Hannover, Königstr. 23

Als Erfinder benannt:

Pierre Aristide Nineuil,

Le Vesinet, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Januar 1963 (923 195)

positiven Ergebnis, als Tantal eine ungleich geringere thermische Emissionsstärke als Wolfram besitzt. Die Verwendung von Filmen, welche aus gesintertem Zirkoniumpulver oder anderen Metallpulvern besteht, die einen gegenüber Wolfram niedrigeren Schmelzpunkt besitzen, ermöglicht es, die thermische Emissionsstärke der Anode zu erhöhen. Wegen der Absenkung des Schmelzpunktes der die Anode abdeckenden Oberflächenschicht wird jedoch die Betriebstemperatur und damit die Möglichkeit eines ununterbrochenen Betriebes der Röhre herabgesetzt. Es ist ferner bekannt, die Wolframanoden mit einem Belag aus Tantalkarbid oder mit einer Mischung aus Tantalkarbid und Zirkoniumkarbid oder Nickelkarbid zu beschichten. Diese Schichten werden jedoch durch das auf die Anode während des Betriebes der Röhre auftreffende Elektronenbündel großer Energie zum Zerfall gebracht. Dabei wird sublimierter Kohlenstoff frei und der Belag der Anode zerstört.

509 759/431

Andererseits ist es bekannt, daß sämtliche metallischen Teile, welche im Inneren der Röhre enthalten sind, keineswegs von sämtlichen Gasen befreit werden können, die im Augenblick der Evakuierung der Röhre eingeschlossen sind, da die Evakuierung nicht bei einer genügend hohen Temperatur durchgeführt werden kann. Während des Betriebes der Röhre gibt das Freiwerden der Gase Veranlassung zu der Entstehung nachfolgender Phänomene, welche zu einer Zerstörung der Röhre führen:

1. Ionenbogen oder Ionenentladungen entstehen zwischen der Kathode und der mit den Elektronen beaufschlagten Bahn auf der Anode, welche eine Metallisierung des Glases in der benachbarten Zone der beiden Elektroden hervorrufen, wobei die Existenz dieser Bogen durch aus dem Metall herausgerissene Teile nachweisbar ist.

2. Die Ionenentladungen machen eine große Wärmemenge frei, welche die innere Wandung des Glases härtet, auf welcher man die Bildung eines ao »Mosaiks« feststellen kann.

3. Der Ionenfluß auf die Kathode bewirkt eine Reemission von Elektronen, die beim Erreichen der Anode ungebündelte Röntgenstrahlen entstehen lassen, welche die Qualität des Röntgenbildes beeinträchtigen.

Überdies bewirkt der zusätzliche Elektronenstrom einen Spannungsabfall an den Klemmen der Röhre, so daß die erzeugten Röntgenstrahlen nicht der auf die Röhre aufgebrachten Spannung entsprechen.

Es ist bekannt, daß Zirkonium in Röntgenröhren die Rolle eines Getters spielen kann. Zu diesem Zwecke hat man — unabhängig von der Beschichtung der Anode mit Zirkonium, was nach vorstehenden Überlegungen unzweckmäßig ist — bereits im Inneren der Röhre Zirkoniumstücke an der Drehanode angebracht, welche gegebenenfalls auf Trägern gelagert sind, die aus Tantal bestehen.

Die Erfindung hat eine mit einem Belag beschichtete Drehanode zum Ziel, welche die Nachteile der herkömmlichen Anordnungen vermeidet und mit welcher es möglich ist, gleichzeitig die thermische Emissionsintensität der Anode zu erhöhen, indem diese Drehanode die Rolle eines Getters spielt. Die Erfindung betrifft eine Drehanode für Röntgenröhren, bestehend aus einer Scheibe aus Wolfram, welche außerhalb der ringförmigen, von dem Kathodenstrahlbündel getroffenen Brennfleckbahn einen auf der Grundlage von Tantal beruhenden und durch Sintern erhaltenen Belag aufweist. Erfindungsgemäß besteht dieser Belag aus einer Legierung aus Tantal und Zirkonium und/oder Titan, wobei der Tantalanteil überwiegt.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung besteht die Legierung aus 75 bis 9O°/o Tantal und 25 bis 10% Titan und/oder Zirkonium.

Mit der erfindungsgemäßen Anode werden nachstehende Vorteile erzielt:

a) Das Sintern eines derartigen Filmes gestaltet sich wegen der Anwesenheit von Zirkonium oder Titan ungleich einfacher als in denjenigen Fällen, in welchen lediglich reines Tantal zur Anwendung gelangt, da Titan und Zirkonium gleichzeitig mit Tantal und Wolfram Legierungen bilden.

b) Dank der hauptsächlichen Verwendung von Tantal ist der Gettereffekt, welcher durch die Verwendung der Drehanode nach der Erfindung erreicht wird, zufriedenstellend, wobei diese Röntgenröhren einen Innendruck aufweisen, welcher 15- bis 20mal kleiner als derjenige der herkömmlichen Röhren ist. Dieser Gettereffekt bleibt über eine lange Zeitspanne hinweg bestehen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Belages. Dieses Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß die zu behandelnde Fläche der Wolframscheibe mit einer Mischung aus Tantal und Titan und/oder Zirkonium in pulverförmigem Zustand, suspendiert in einer organischen Flüssigkeit, z.B. in einer Amylazetat-Kollodium-Lösung beschichtet wird, wobei keinerlei Spuren von Kohlenstoff nach der Erhitzung übrigbleiben. Die aus Wolfram bestehende, so beschichtete Scheibe wird zunächst in warmer Luft getrocknet, welche auf eine Temperatur von 80 bis 100° C erwärmt wird. Anschließend daran wird die Scheibe unter Vakuum einer Wärmebehandlung unterworfen, wobei Temperaturen in der Größenordnung von 1600 bis 1700° C erreicht werden. Vorzugsweise erfolgt diese Wärmebehandlung durch Elektronenbeschießung, wobei die gewählte Temperatur etwas kleiner ist als diejenige Temperatur, welche zu Beginn der Bildung der Titan-Tantal- oder Zirkonium-Tantal-Legierung herrscht. Es bildet sich in diesem Augenblick eine Tantalsinterschicht, in welcher das Titan und das Zirkonium die Rolle eines Bindemittels spielen, das ein Haften der einzelnen Partikeln aneinander und an den Wolframteilchen sicherstellt. Die Mischungsverhältnisse der Bestandteile der verwendeten pulverförmigen Mischung sind vorzugsweise 75 bis 90% Tantal und 25 bis 10% Titan und/oder Zirkonium.

Damit der Film seine ganze Absorptionsfähigkeit hinsichtlich des zurückbleibenden Gases beim Einführen der Anode in die Röntgenröhre behält, muß das Sintern in einem geschlossenen Raum durchgeführt werden, in welchem ein Druck kleiner als 10~⁵ mm Quecksilber herrscht.

Die Korngrößenbestimmung der verwendeten Metalle wird so gewählt, daß nach dem Sintern eine rauhe Oberfläche erhalten wird, um auf diese Weise die Wärmestrahlungsfähigkeit durch Vergrößerung der Oberfläche zu erhöhen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drehanode für Röntgenröhren, bestehend aus einer Scheibe aus Wolfram, welche außerhalb der ringförmigen, von dem Kathodenstrahlbündel getroffenen Brennfleckbahn einen auf der Grundlage von Tantal beruhenden und durch Sintern erhaltenen Belag aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus einer Legierung aus Tantal und Zirkonium und/oder Titan besteht, wobei der Tantalanteil überwiegt.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 75 bis 90% Tantal und 25 bis 10% Titan und/oder Zirkonium besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Belages nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung der zu diesem Zweck verwendeten pulverförmigen Metalle so gewählt ist, daß nach dem Sintern eine rauhe Oberfläche erhalten wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Anode mit einem Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Tantal und Titan

5 6

und/oder Zirkonium in Pulverform in Suspen- Sintertemperatur von annähernd 1700⁰C ge-

sion in eine organische Flüssigkeit, z. B. in eine bracht wird.

Amylazetat-Kollodium-Lösung, eingebracht wird,

bei der nach dem Erwärmen keine Spur von In Betracht gezogene Druckschriften:

Kohlenstoff übrigbleibt, anschließend daran in 5 Deutsche Patentschriften Nr. 623 027, 896 234,

warmer Luft getrocknet und schließlich unter 934425;

Vakuum durch Elektronenbeschuß auf eine britische Patentschrift Nr. 741189.

509 759/431 12.65 © Bundesdruckerei Berlin