DE19837007C2 - Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse für eine Elektronen­ röhre, das wenigstens einen aus einem metallischen Material gebildeten Gehäuseabschnitt aufweist, der an seiner Innen­ seite derart behandelt ist, daß er einen gegenüber dem unbe­ handelten metallischen Material erhöhten thermischen Absorp­ tionskoeffizienten aufweist.

Im Interesse eines geordneten Wärmehaushalts einer im Betrieb befindlichen Elektronenröhre ist eine möglichst rasche Ablei­ tung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme erforderlich. Dies gilt in besonderem Maße für Röntgenröhren, bei denen nur ca. 1% der der Röntgenröhre zugeführten elektrischen Leistung in Röntgenstrahlung erfolgt, während die restliche zugeführte elektrische Leistung in Verlustwärme umgewandelt wird.

Insbesondere bei Röntgenröhren ist dafür, wie rasch die bei der Röntgenstrahlenerzeugung in die Anode der Röntgenröhre eingebrachte Verlustwärme von der Anode wieder abgeführt wer­ den kann, vor allem die Absorptionsfähigkeit der Innenflächen des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre für Wärmestrahlung maß­ geblich. Die Wärmeabfuhr erfolgt nämlich bei höheren Anoden­ temperaturen im wesentlichen durch Abstrahlung von der Anode und durch Absorption durch das Vakuumgehäuse mit nachfolgen­ der Ableitung an ein das Vakuumgehäuse umgebendes Kühlmedium.

Um den Wärmeabsorptionskoeffizienten dieser Innenflächen zu erhöhen, ist es bekannt, diese zur Schaffung einer großen realen, d. h. für die Wärmeabsorption wirksamen, Oberfläche aufzurauhen. Der tatsächliche Flächeninhalt der aufgerauhten Oberfläche ist dann größer, als sich dies rechnerisch aus den maßgeblichen Abmessungen der Oberfläche ergibt. Üblicherweise erfolgt die Aufrauhung mittels Korundstrahlen. Es werden da­ bei Wärmeabsorptionskoeffizienten in der Größenordnung von ε = 0,5 erzielt, im Vergleich zu ε = 0,15 bei unbehandelten me­ tallischen Oberflächen.

Ganz abgesehen davon, daß es wünschenswert wäre, höhere Wär­ meabsorptionskoeffizienten zu erreichen, tritt bei der Auf­ rauhung durch Korundstrahlen eine Verunreinigung der aufge­ rauhten Oberfläche auf, und zwar, weil Korundpartikel in die­ se eingeschossen werden. Hierunter ist zu verstehen, daß sich Korundpartikel beim Auftreffen so tief in die Oberfläche ein­ graben, daß sie stecken bleiben. Das Vorhandensein einge­ schossener Korundpartikel ist unerwünscht, weil sie aufgrund ihrer Halbleitereigenschaften die Spannungsfestigkeit von Elektronenröhren nachteilig beeinflussen.

Aus der DE 932 858, der DE 15 21 545, der FR 2 179 251, der CH 455 438 und der DE 71 84 79 ist es bekannt, den Wärmeab­ sorptions- bzw. Wärmeemissionskoeffizienten von Elektroden von Elektronenröhren und von Heizern für Elektroden von Elek­ tronenröhren durch Maßnahmen zu erhöhen, die das Aufbringen einer Beschichtung auf die Elektrode bzw. den Heizer umfas­ sen.

Aus der US 2 811 472 ist es bekannt, die zur Realisierung verbesserter elektrischer Eigenschaften, z. B. einer ver­ minderten Sekundäremission, erforderliche Schwärzung des zur Herstellung von Gitterelektroden von Elektronenröhren die­ nenden Drahtes durch Wärmebehandlung in einem eine geeignete Atmosphäre enthaltenden Ofen zu erzeugen.

Die an sich denkbare Beschichtung der inneren Oberfläche des Vakuumgehäuses mit einem den Wärmeabsorptionskoeffizienten erhöhenden Stoff wird wegen der Gefahr, daß sich Partikel von der Schicht dieses Stoffes ablösen und die Hochspannungs­ festigkeit der Röhre beeinträchtigen, als kritisch angesehen und deshalb normalerweise vermieden.

Aus der DE 23 63 566 C3 ist es bekannt, daß ein relativ hohes Absorptionsvermögen für Infrarotstrahlung aufweisende Ober­ flächen von Bauteilen von Elektronenstrahlröhren mit Hilfe von gesteuerter Oxidation der Oberflächen erzeugt werden kön­ nen, wobei es aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Che­ mie, Bd. 16, Seiten 549 ff., "Färben einzelner Metalle" be­ kannt ist, daß Anlauffarben durch Oxidation an der Luft er­ halten werden können, und es aus der DE 196 08 387 A1 außer­ dem bekannt ist, daß durch Wahl der Temperatur der Farbton von Anlauffarben festgelegt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen hohe Wärme­ absorptionskoeffizienten erreichbar sind, ohne daß die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung der Spannungsfestigkeit der Elektronenröhre besteht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise ein Wärmeabsorpti­ onskoeffizient erreicht wird, der durchaus in der Größenord­ nung des mit durch Korundstrahlen erreichbaren Wärmeabsorpti­ onskoeffizienten liegt oder diese sogar übersteigt. Dabei be­ steht keinerlei Gefahr, daß die Spannungsfestigkeit der Elek­ tronenröhre leidet, da bei den zur Bildung von Anlauffarben führenden chemischen Reaktionen keinerlei Partikel frei wer­ den.

Da das Bauteil vor Beaufschlagung mit dem mit dem Metall un­ ter Bildung von Anlauffarben reagierenden Stoff in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum geglüht wird, vorzugs­ weise findet dieser Glühvorgang bei Temperaturen zwischen 600 und 1.000°C statt, wird die Oberfläche des Bauteils vor der Erzeugung der Anlauffarben in einen definierten Zustand ver­ setzt, so daß bei der Erzeugung von Anlauffarben, die unmit­ telbar anschließend an den Glühvorgang erfolgt, gleichmäßige und reproduzierbare Ergebnisse erreicht werden. Zugleich bie­ tet die Durchführung der Erzeugung der Anlauffarben unmittel­ bar im Anschluß an den Glühvorgang den Vorteil, daß die Vor­ bereitung der Oberfläche und die Erzeugung der Anlauffarben in einem einzigen Prozeß erfolgen.

Besonders gute Ergebnisse, d. h. hohe Wärmeabsorptionskoeffi­ zienten, werden erreicht, wenn das Bauteil aus Kupfer, einer kupferhaltigen Legierung oder einem Stahlwerkstoff gebildet ist.

Die Erzeugung der Anlauffarben ist dann technisch besonders einfach, wenn als Stoff, der mit dem Metall unter Bildung von Anlauffarben reagiert, ein Gas, vorzugsweise Stickstoff oder Sauerstoff, verwendet wird.

Um hohe Wärmeabsorptionskoeffizienten zu erzielen, ist es von Vorteil, das Bauteil wenigstens auf einer Temperatur von 400°C zu erwärmen. Erwärmungen über eine Temperatur von 600°C hinaus führen in der Regel zu keiner Steigerung des Wärmeabsorptionskoeffizienten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nung näher erläutert. Deren einzige Figur zeigt in grob sche­ matischer Darstellung im Längsschnitt eine Drehanoden-Rönt­ genröhre mit einem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse.

Die in der Figur dargestellte Röntgenröhre weist ein aus ei­ nem metallischen Werkstoff gefertigtes Vakuumgehäuse 1 auf, dessen Mittelteil 1a mit einem rohrförmigen Ansatz versehen ist. An diesen ist beispielsweise mittels Löten oder Schweis­ sen ein Rohr 1c angesetzt, in das mittels eines Isolators 2 eine schematisch angedeutete, insgesamt mit 3 bezeichnete Ka­ thodenanordnung eingesetzt ist, die, wie in der Figur sche­ matisch angedeutet ist, eine in einer Fokussierungsnut 3a ei­ nes Kathodenbechers 3b aufgenommene Glühkathode 3c enthält. Von dieser geht ein in der Figur strichliert angedeuteter Elektronenstrahl E aus, der in einem Brennfleck BF auf die Auftrefffläche 4a des Anodenkörpers 4b einer insgesamt mit 4 bezeichneten Drehanode auftrifft.

Die Drehanode 4 ist in nicht näher dargestellter Weise an ei­ nem mittels Löten oder Schweißen mit dem Mittelteil 1a des Vakuumgehäuses 1 verbundenen Tragteil 1b in an sich bekannter Weise um eine Mittelachse M drehbar gelagert.

Die Drehanode 4 weist einen mit dem Anodenkörper 4b verbunde­ nen Rotor 5 auf, der mit einem außen auf dem Tragteil 1b an­ gebrachten Stator 6 nach Art eines Kurzschlußläufermotors zu­ sammenwirkt.

Die Drehanode 4 und das Vakuumgehäuse 1 sind elektrisch lei­ tend miteinander verbunden. Sie liegen im Falle des darge­ stellten Ausführungsbeispieles auf Erdpotential 7. Der eine Anschluß der Glühkathode 3c liegt auf negativer Hochspannung -U_R, z. B. -125 kV. Zwischen den beiden Anschlüssen der Glüh­ kathode 3c liegt die Heizspannung U_H.

Das Vakuumgehäuse 1 ist mit einem beispielsweise aus Beryl­ lium gebildeten Strahlenaustrittsfenster 8 versehen, durch das im Betrieb der Röntgenröhre das vom Brennfleck BF ausge­ hende Röntgenstrahlenbündel austritt, dessen Zentral- und Randstrahlen in der Figur strichliert angedeutet und mit ZS bzw. RS bezeichnet sind.

Um einen hohen Wärmeabsorptionskoeffizienten zu erreichen, wurde die innere Oberfläche des den Anodenkörper 4a der Drehanode 4 umgebenden Mittelteils 1a des Vakuumgehäuses 1 an seiner an das Vakuum angrenzenden und damit dem Anodenkörper 4b zugewandten Oberfläche derart behandelt, daß die Oberflä­ che Anlauffarben aufweist. Dazu wird das Mittelteil 1a im An­ schluß an einem Glühvorgang bei Temperaturen zwischen 600 und 1.000°C in einer Schutzgasatmosphäre (z. B. 85% Stickstoff und 15% Wasserstoff) oder unter Vakuum mit einem Stoff beauf­ schlagt, der mit dem metallischen Werkstoff des Mittelteils 1a, es handelt sich hierbei um Kupfer, einer kupferhaltigen Legierung oder einen Stahlwerkstoff, unter Bildung von An­ lauffarben reagiert. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Stoff um ein Gas, beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff, das im Anschluß an den Glühvorgang anstelle der Schutzgas­ atmosphäre oder des Vakuums mit der Oberfläche des Mittel­ teils 1a in Kontakt gebracht wird, und zwar bei einer Tempe­ ratur zwischen 400 und 600°C.

Auf diese Weise werden Wärmeabsorptionskoeffizienten er­ reicht, die zumindest in der Größenordnung der von durch Korundstrahlen erzielbaren Wärmeabsorptionskoeffizienten lie­ gen, diese normalerweise aber übersteigen.

Infolge der guten Wärmeabsorptionsfähigkeit der Innenseite des den Anodenkörper 4a umgebenden Bereichs des Vakuumgehäu­ ses 1 ergibt sich ein günstiger Wärmehaushalt der Röntgen­ röhre, da die beim Betrieb der Röntgenröhre in die Drehanode 4 eingebrachte Verlustwärme rascher durch das Vakuumgehäuse 1 aufgenommen und an ein das Vakuumgehäuse 1 umgebendes, in der Figur nicht besonders veranschaulichtes, z. B. flüssiges Kühl­ medium abgegeben werden kann.

In der Figur ist nur der dem Anodenkörper 4a der Drehanode 4 unmittelbar benachbarte Bereich der inneren Oberfläche des Vakuumgehäuses 1 derart behandelt, daß er Anlauffarben auf­ weist; es kann jedoch auch die gesamte innere Oberfläche des Vakuumgehäuses 1, also zusätzlich auch die innere Oberfläche des Tragteiles 1b und die innere Oberfläche des Rohres 1c, entsprechend behandelt werden.

Obwohl die Erfindung am Beispiel einer Drehanoden-Röntgen­ röhre beschrieben ist, können auch Bauteile von Festanoden- Röntgenröhren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschich­ tet werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sogenannte einpolige Röhre; die Erfindung kann aber auch bei sogenannten zweipoligen Röhren zur Anwendung kommen, bei denen die Kathode auf negativer Hochspannung, die Anode auf positiver Hochspannung und das Vakuumgehäuse auf Masse liegt.

Auch die Erläuterung der Erfindung anhand einer Röntgenröhre hat nur beispielhaften Charakter, da die Erfindung bei belie­ bigen Elektronenröhren zur Anwendung kommen kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebilde­ ten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenstrahlröhre, aufweisend den Verfahrensschritt, daß das Bauteil zumindest im Bereich seiner an das Vakuum angrenzenden Oberfläche unter Temperaturanwendung mit einem Stoff beaufschlagt wird, der mit dem Metall derart reagiert, daß an der Oberfläche des Bauteils Anlauffarben auftreten, wobei das Bauteil vor Beauf­ schlagung mit dem mit dem Metall unter Bildung von Anlauffar­ ben reagierenden Stoff in einer Schutzgasatmosphäre oder un­ ter Vakuum geglüht wird und wobei die Beaufschlagung mit dem mit dem Metall unter Bildung von Anlauffarben reagierenden Stoff unmittelbar im Anschluß an das Glühen in einer Schutz­ gasatmosphäre oder unter Vakuum erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bauteil aus Kupfer, einer kupferhaltigen Legierung oder einem Stahlwerkstoff ge­ bildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Stoff, der mit dem Metall unter Bildung von Anlauffarben reagiert, ein Gas verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Gas Stickstoff oder Sauerstoff verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Bauteil durch die Temperaturanwendung auf eine Temperatur von wenigstens 400°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Bauteil durch die Temperaturanwendung auf eine Temperatur von höchstens 600°C erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Bauteil bei einer Temperatur von wenigstens 600°C geglüht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Bauteil bei einer Temperatur von höchstens 1000°C geglüht wird.