DE1951385A1 - Drehanoden-Roentgenroehre - Google Patents

Description

• Drehanoden-Röntgenröhre Die Erfindung betrifft Drehanoden-Röntgenröhren, deren Anode außerhalb der Brennfleckbahn mit einer rauhen Schicht aue schwerschmelzbarem Claterial belegt jet. Derartige Schichten werden als Mittel aufgetragen zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung, d. h. zur Verminderung der beim Erzeugen von Röntgenstrahlen entetehenden erhitzung und damit zur Erhöhung der Belastbarkeit.
• Bekannte Schichten bestehen etwa aus Pulvern von Tantal, Molybdän, Zirconium, Thorium, Vanadium und Eisen oder anderen schwer schmelzbaren Metallen und Verbindungen wie Karbiden etc. Auch Beschichtungen aus Kohlenstoff wurden angegeben. Alle diese Schichten haben aber keinen allgemeinen Eingang in den Röntgenröhrenbau gefunden, obwohl vor allew Kohlenstoffschichten wegen ihrer guten Wärmeabstrahlung interessant wären. Bei den ffir Drehanoden erforderlichen Bedintungen haftet nämlich Kohlenstoff nicht genügend und in eine Unterlage aus Wolfram oder Molybdän µm diffundiert er unter Karbidbildung ein und wird wirksam.
• Erfindungsgemäß wird eine gut haftende und dauerhaft abatrahlende Schicht aus Kohlenstoff erhalten, inaem das schwer schmelzbare Material der rauhen Schicht einen I)iffusionakoeffizienten für Kohlenstoff aufweist, der höchstens 6 x 10-7 cm2/sec bei 2000 °C beträgt, und die Schicht an ihrer Oberfläche mit einer schwärzenden Schicht aus Kohlenstoff belegt ist.
• Die mit Kohlenstoff geschwärzte echwer schmelzbare Schicht weist 1. wegen der geeignet auswählbaren Iaterialien gute Haftung auf den Flächen der Anode auf, 2. wegen der Trennung der Schwärzung vom Anodenkörper Beständigkeit bei den vorkommenden Betriebstemperaturen auf, 3. wegen der rauhen Oberflache und evtl.eintretender zusätzlicher chemischer Bindungen gute Haftfestigkeit auf und 4. wegen des kleinen Diffusionskoeffizienten für Kohlenstoff, sperrende Eigenschaften für die Diffusion des Kol> len-2toffs in den Anodenkörper, so daß die Schwärzung beständig ist.
• Die rauhe Schicht aus schwerschmelzbarem rTaterial wird iXeinfacher Weise dadurch erhalten, daß wie bei den bekannten belegten Anoden ein Pulver des betreffenden iIaterialo auf die zu belegenden Teile der Oberflächen aufgesintert wird. Diese als Zwiechen-Schicht zwischen dem Anodenmaterial und dem Kohlenstoff wirkende Beschichtung kann als schwer schmelzbares Material Tantal, Rhenium, Iridium, Osmium sowie hochtemperaturbeständige Verbindungen wie beispielsweise die Karbide von Tantal, Zirconium, Hafniutn, Titan oder Bor verwendet werden. Eine bevorzugte Stellung kann Tantal eingeräumt werden, weil bei diesem neben der mechanischen Halterung des Kohlenstoffe in den Poren der rauhen Oberflache auch noch chemische Bindungen erhalten werden.
• Die schwärzende Schicht aus Kohlenstoff kann etwa aus Graphit, Ruß oder Aktivkohle bestehen. Es iet aber auch möglich, die .Schwärzung erst durch Umsetzen kohlenstoffhaltiger Verbindungen an der Oberfläche bzw. im angrenzenden Raum entstehen zu lassen.
• Die schwärzende Schicht verbessert die thermische Abstrahlung von Schwermetall-Drehanoden aus Wolfram oder Molybdän. Schon bei Beschichtung der Unterseite der Anoden wird gegenüber Anoden, die bei gleicher Form unbeschichtet sind, die Abkühlzeit auf weniger als die Hälfte verkürzt.
• Die Zwischenschicht aus schwer schmelzbaren Katerialien und die schwärzende Schicht aus Kohlenstoff kann nach allen Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Als Beispiele seien hierzu genannt: Streichen, Spritzen, Sedimentieren, Gießen, Tauchen oder Beschichten iul elektrischen Feld. Auch aufgestäubte Schichten können durch Weiterbehandlung die erfindungsgemäß erforderliche Festigkeit erhalten. Dabei können die reinen Stoffe wie Tantal etc. in der Zwischenschicht benutzt werden oder ein Gemisch aus mehreren hochtemperaturbeständigen Werkstoffen.
• eine schwer schmelzbaren Materialien bzw. der Kohlenstoff werden auf die zu beschichtenden Teile der Anodenoberfläche etwa unter Verwendung eines Bindemittels aufgebracht. Als Bindemittel können vakuunfeste Stoffe oder solche verwendet werden, die durch chemische Veränderung eine vakuumfeste Substanz ergeben. Andererseite sind auch Substanzen a19 Bindemittel verwendbar, die eich im Verfahrensgang wieder vollständig entfernen lassen. Bei günstiger Zusammensetzung der Körnung, insbesondere bei der Verwendung feinkörniger Stoffe für die Zwischenschicht und die schwärzende Schicht, kann auf ein Bindenittel auch ganz verzichtet werden.
• Ein beson ders bequemes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung beeteht darin, daß wie beim Anbringen von Abziehbildern selbstklebende Folien aufgebracht werden, die den gewünschten Werkstoff bzw. den Kohlenstoff enthalten. Das Klebemittel bindet dabei den anzubringenden Stoff vorübergehend und kann etwa durch 15minütiges erhitzen auf 300 - 400 oO ausgetrieben werden. Bei Verwendung von Tantal wird eine ausreichende Versinterung durch 10 - 60 Minuten langes Erhitzen auf 1600 -2000 0O erreicht. Daran kann nach dem Abkühlen eine weitere Klebefolie angebracht werden, die den Kohlenstoff enthält. Das Bindemittel dieser Schicht kann durch 15mínütiges Erhitzen auf 200 - 300 oC entfernt werden. ach dem Aufsintern des Kohlenstoffe sollten weniger gut haftende Kohlenstoffteilchen entfernt, etwa abgebürstet werden.
• Bei eine anderen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemä-Ben Beschichtung wird das schwerschmelzende Pulver, das etwa aus Tantal bestehen kann, in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel dispergiert. Zur Unterstützung der iiaftfähigkeit kann in -der Flüssigkeit ein 10%iger Zusatz eines Bindemittels enthalten sein. In einer möglichen Mischung werden z. B. gleiche Gewichteteile, also etwa 10 Gramm Tantalpulver und 10 Gramm Bindemittellösung, homogenisiert und in einer Schichtdicke von etwa 50 auf die zu belegenden Teile der Oberfläche der Anode aufgetragen.
• Das Bindemittel kann dabei etwa Nitrozellulose oder Methacrylat sein. Ein vakuumfestes Bindemittel ist z. B. Kieselsäure, die aus Silikaten oder siliciumorganischen Verbindungen hergestellt wird.
• Nach der Auftragung der Schicht wird 15 Minuten auf 100 - 400 oO erhitzt, ao daß das Dispergiermittel verdampft und das Bindemittel, soweit möglich, durch Zersetzung entfernt wird. Daran schließt sich eine 10 - 60minütige Erhitzung von 1800 - POO oO an. Hierbei versintern die Tantalkörner mit der Oberfläche der Anode und untereinander. Außerdem werden alle etwa noch vorhandenen und bei diesen Ausheizungsbedingungen flüchtigen Substanzen entfernt, so daß eine in Hochvakuumraum verwendbare Anode erhalten wird. Auf die anschließend abgekühlte poröse Tantalschicht wird etwa in gleicher Weise wie das schwer schmelzbare Material eine Schicht aus Graphit aufgebracht und nach Entfernung des Lösungs- und des Bindemittels bei 200 - 300 °C im Hochvakuumraum auf etwa 1800 °C erhitzt. Um besonders gute Haftung des tohlenstoffee zu erhalten, kann die Einbringung unter gleich zeitiger Einwirkung von Ultraschall erfolgen. Bei der Erhitzung auf 1800 °C tritt durch Karbidbindung an den Berührungsstellen zwischen Kohlenstoff und Tantal feste Verbindung ein. Auch bei diesem Verfahren werden weniger gut haftende Graphitteilchen etwa durch Atbürsten entfernt. Dadurch wird das spätere Ablösen von Teilchen, welche die Hochspannungefestigkeit einer Röhre sehr beeinträchtigen können, weitestgehend vermieden.
• Weitere Vorteile und Uierkmsle der Erfindung werden nachfolgend anhand den in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
• Die Röntgenröhre 1 ist als perspektivisches Schaubild mit aufgebrochenem Kolben und aufgebrochenem Drehanodenteller dargestellt.
• Der gläserne Kolben 2 umschließt die an einen Kolbenende angebrachte Kathode 3 mit den Anschlußleitungen 4, 5 und G sowie die am anderen Ende befestigte Drehanode 7. Sowohl der Kolben 2 als auch die Kathode 3 und die Drehanode 7, welche aus dem Rotor 8 und den Anodenteller 9 besteht, sind in bekannter Weise aufgebaut und gelagert.
• Der Teller 9 besitzt einen Tragkörper 10 aus einer Molybdän-Wolfram-Legierung, die neben unvermeidlichen Verunreinigungen 5 % Wolfram und 95 % Molybdän enthält. Die gegenüber der Tellerachse 11 verschieden stark geneigten Elektronenaufprallflächen 12 und 13 eind mit einer 1,5 mm starken Schicht 14 aus einer 10 % Rhenium enthaltenden Wolfram-Legierung belegt. An der Unterseite und am Rand sowie an seiner von der Fläche 12 begrenzten inneren Oberfläche ist der teller 9 mit der Schicht 15 belegt, die aus zusammengesinterten Tantalkörnern besteht, welche nach einem der obengenannten Rezepte aufgetragen und mit der Schicht 16 aus Graphit belegt und gesintert sind.
• Die Strahlenerzeugung erfolgt bei dieser Röhre in bekannter Weise durch Anlegen von Hochspannung zwischen der Kathode 5 und der Anode 7. Die Heizspannung der Glühkathoden, die sich in der Abschirmung 3' der Kathode 3 befinden, wird zwischen der Leitung 5 und einer der Leitungen 4, 6 angelegt.. Damit können die auf der Oberfläche des Tellers 9 liegenden Brennfleckbahnen 12, 13 getrennt bzw. gemeinsam mit Elektronen beaufschlagt und zur Aussendung von Röntgenstrahlen gebracht werden. Die. Bahnen 12 und 13 unterscheiden sich nur dadurch, daß die Bahn 12 um 10 ° und die Bahn 13 um 15° gegenüber der Senkrechten auf der Tellerachse 11 nach unten geneigt ist. Bei Beaufschlagung der Flächen 12, 13 mit Elektronen entsteht bekanntlich neben den Röntgenstrahlen auch Wärme, die eine Erhitzung des Tellers 9 bewirkt. Durch die Belegung mit der Schicht 15 wird Abstrahlung und Wärme beschleunigt, so daß die Abkühlzeit verkürzt ist. Gegenüber einem Teller ohne Belegung 15, 16 wird die Abkühlzeit von 1500 °C auf 1000 °O auf weniger als die Hälfte reduziert.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anode außerhalb der Brennfleckbahn mit einer rauhen Schicht aus schwer schmelzbarem Material belegt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das chwer schmelzbare Material der rauhen Schlich (15) einen Diffusionskoeffizienten für Kohlenstoff aufweist, der höchstens 6 x 10-7 cm2/sec bei 2000 °C beträgt und die Schicht(15)an ihrer Oberfläche mit einer schwärzenden Schicht (16) aus Kohlenstoff belegt ist.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwer schmelzbare Schicht (15) eine Sinterschicht aus Pulverteilchen ist.

3. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner des Pulvers durch ein Sieb von 1 - 50 µ, insbesondere 10 µ Maschenweite, gehen.

4. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Porengröße der rauhen Oberfläche der Teilchengröße gemäß Anspruch 2 entspricht.

5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der schwärzenden Schicht (16) höchstens die Größe der Poren haben.

6. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwer schmelzbare Material Tantal ist.

7. Verfahren zur Herstellung der Schichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu bedeckenden Flächen eine Klebefolie aufgebracht wird1 die das Pulver aus schwer schmelzbarem Material enthält, daß diese Schicht an Luft 15 Minuten lang auf 300 - 400 °C gebracht, dann im Vakuum 10 - SO Minuten auf 1800 -@2000 °C erhitzt schließlich nach dem Abkühlen mit einer Kohlenstoff enthaltenden Klebefolie bedeckt wird, worauf eine 15minütige Erhitzung von 200 - 300 °C folgt und danach ein Glühen im Hochvakuum bei 1800.001 abschließend werden weniger gut haftende Kohlenstoffteilchen entfernt, etwa abgebürstet.

8. Verfahren zur Herstellung der Schichtung gemäß Anspruch1 dadurch gekennzeichnet daß das schwer schmelzbare Material in der gleichen Gewichtsmenge einer Flüseigkeit dispergiert ist, welche 10 % Bindemittel enthält*, daß die zu belegenden Stellen der Anode mit dieser Dispersion beschichtet werden, daß sich 15 Minuten lange Erhitzung von 100 - 400 °C anschließt und dann auf die Sintertemperatur von 1800 - 2000 °C erhitzt wird, daß hierauf in analoger Weise, aber ohne Erhitzung auf Sintertemperatur, die Auftragung des Kohlenstoffs erfolgt und zuletzt im Hochvakuum auf 1800 °C erhitzt wird.

9. Verfahren zur Herstellung der Schichtung gemäß Abspruch1, dadurch gekennzeichnet, daß die echwärzende Schicht (16) unter gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall in die Poren der schwer schmelzbaren Schicht (@15) eingedrllckt wird.