DE2054040A1

DE2054040A1 - Verfahren zur Herstellung von Drehano den für Röntgenröhren und durch dieses Ver fahren hergestellte Drehanode

Info

Publication number: DE2054040A1
Application number: DE19702054040
Authority: DE
Inventors: Fredenk Rheenen Bernhard Josef Pieter van Eindhoven Magendans (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-11-08
Filing date: 1970-11-03
Publication date: 1971-05-27
Also published as: AT312749B; CH514231A; GB1308679A; BE758645A; NL158648B; DE2054040C3; JPS5416196B1; NL6916885A; CA935505A; DE2054040B2; US3735458A; FR2082957A5

Description

Dipl.-Ing. ERICH E. WALTHER ^PHNt

Απα.*.'*: H.ν. ^'i?V^mumhB

/Wc-: PHIi- 4425
Anmeldunß vom» 2. liOV. 1970

Verfahren zur Herstellung von Drehanoden für Röntgenröhren und durch dieses Verfahren hergestellte Drehanode.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drehanoden für Röntgenröhren, bei dem ein im wesentlichen aus Wolfram bestehender, scheibenförmiger Anodenteil und ein im wesentlichen aus Molybdän bestehender, scheibenförmiger Trägerteil bei höherer Temperatur unter Druck zu einem scheibenartigen Gefüge miteinander verbunden werden und eine durch dieses Verfahren hergestellte Drehanode .

Bekanntlich haben Drehanoden im Vergleich zu stillstehenden Anoden den Vorteil einer erheblich höheren Rönfcgeristrahlenausbeute. Diese hängt von dem Mass der Belastbarkeit der Anode ab d.h. von der Aufnahme von Energie auf

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dem die Anode treffenden Elektronenbündel und von der Abfuhr der aus dieser Energie entstandenen Wärme, ohne dass unzulässig hohe Temperaturen oder Temperaturgradienten im Material auftreten.

Der Höhe der zulässigen Temperatur wird eine Grenze gestellt, z.B. durch die erforderliche mechanische Festigkeit, die im allgemeinen bei einer Temperaturerhöhung geringer wird, während die Grosse der zulässigen Temperaturgradienten durch die infolge der Unterschiede zwischen thermischen Ausdehnungen entstehenden, mechanischen Spannungen bestimmt wird, die beim Überschreiten der mechanischen Festigkeit Risse insbesondere der Auftreffläche der Anode verursachen können.

Da im Betrieb bei einer Drehanode nacheinander alle Punkte einer ringförmigen Bahn auf der Oberfläche von dem Elektronenbündel getroffen werden, wird pro Zeiteinheit die in Wärme umgewandelte, von den Elektronen abgetretene Energie in ein erheblich grösseres Anodenvolumen aufgenom- W men, wodurch bei gleicher Energieaufnahme oder Belastung die auftretenden, mechanischen Spannungen geringer und die Temperaturen an den Auftreffstellen niedriger sind oder etwaige Überschreitung der zulässigen Temperaturen oder Temperaturgradienten erst bei einer beträchtlich höheren Belastung der Anode auftreten wird, wodurch höhere Strahlungsintensitäten erzielt werden können als bei stillstehenden Anoden.

Eine wesentliche Verbesserung der AnodenbeLastbar-

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keit erbringt ein bekannter Vorschlag zur Herstellung einer Drehanode bei dem eine den eigentlichen Anodenteil bildende, dünne Scheibe aus einem Metall hoher Röntgenstrahlungsausbeute, insbesondere Wolfram, in gutem Wärmekontakt mit einer den Trägerteil der Anode bildenden Scheibe aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit und mit im Vergleich zum Anodenscheibenmaterial niedrigem spezifischen Gewicht wie Molybdän zu einer Doppelscheibe vereinigt werden, so dass bei dem gleichen Gesamtgewicht eine höhere Wärmekapazität '

und ausserdem eine höhere mechanische Festigkeit erzielt werden, wodurch höhere Drehgeschwindigkeiten zulässig sind.

Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Doppelschicht-Drehanoden ergaben Resultate, die den bisher gestellten Anforderungen vorerwähnter Art gut entsprechen konnten. Infolge der Neuentwicklung im Gebiet z.B. der Röntgentomographie sind die jetzt den Drehanoden für solche Zwecke gestellten Anforderungen wesentlich gestiegen.

Die Drehanode wird dabei wiederholt kurzzeitig λ

belastet , wobei Strahlungsimpulse sehr hoher Intensität und genau definierter, reproduzierbarer Richtung verlangt werden.

Infolge dieser ganz anderen Art der Anodenbelastung können örtlich in der ringförmigen Elektronenauftreffbahn im Anodenteil der Drehanode äusserst hohe Temperaturen auftreten. Infolgedessen treten die an sich bekannten, beeinträchtigenden Einflüsse der in den Poren des im allgemeinen porösen Materials, insbesondere des Anodenteiles eingeschlossenen Gasgemische auf die Lebensdauer einer Röntgen-

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röhre eher auf, während die höheren Temperaturgradienten insbesondere im Grenzgebiet zwischen der Anode und dem Trägerteil der Wärmekontaktgüte und der Dauerhaftigkeit der Verbindung zwischen den Schichten höhere Anforderungen stellen. Dem Trägerteil werden erheblich höhere Anforderungen in bezug auf die Formfestigkeit bei häufig wenigstens örtlich höheren Temperaturen als bisher gestellt, wodurch auch die Anforderungen in bezug auf die mechanische Festigkeit k bei diesen Temperaturen erhöht werden. Die zuletzt genannte Anforderung lässt sich noch daher schwerer erfüllen, dass im Betrieb Rekristallisierung oder eine schnellere Rekristallisierung auftritt, wodurch das Material mechanisch schwächer wird und z.B. weniger hohe Drehgeschwindigkeiten der Anode zulässig sind.

Der Erfinder hat festgestellt, dass durch die bisher bekannten Verfahren keine Drehanoden erhalten werden können, wenigstens nicht in einfacher und nicht kostspieliger Weise, die allen bei den modernen Röntgenverwendungs-™ arten auftretenden Anforderungen einer Drehanode vorerwähnter Art genügen können.

Aus der deutschen Patentschrift 316.554 z.B. ist eine Doppelschicht-Drehanode bekannt, die aus gesondert hergestellten Träger- und Anodenteilen besteht, wobei der aus Wolfram bestehende Anodenteil in eine Ausnehmung in dem aus Molybdän bestehenden Trägerteil durch Klemmung eng passend aufgenommen wird.

Die heute geltenden Anforderungen für eine dauer-

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hafte einen guten Värmekontakt gewährleistende Verbindung zwischen den Schichten kann erfahrungsgemäss durch diese Anode nicht erfüllt werden.

Ein anderes Haftverfahren ist im deutschen Gebrauchsmuster 1.622.218 vorgeschlagen, wobei ein aus Wolframblech gestanzter Ring mit einem Trägerteil aus Molybdän dadurch verbunden wird, dass die beiden übereinander gelegten Teile in einer Atmosphäre eines inerten Gases wie Wasserstoff geglüht werden, wobei gegebenenfalls Druck ausgeübt wird. Die- ( ses Verfahren hat den Nachteil, dassJdie erforderlichen Ofen kostspielig sind und der Vorgang lange Zeit beansprucht, wobei ausserdem die mögliche Rekristaiiisierung den Trägerteil mechanisch schwächt, wenn bei dieser eigentlichen Diffusionshaftung eine hohe Glühtemperatur aufrechterhalten wird, bei der im Grenzgebiet zwischen den Teilen Material hin- und herdiffundiert während bei niedrigeren Glühtemperaturen die Glühperiode auf eine unbequem lange Dauer verlängert werden muss. ^

Die Nachteile vorerwähnter Art bei Verbindung der Teile durch ein Glühverfahren gelten ebenfalls bei bekannten Verfahren, bei denen die Verbindung durch einen Sintervorgang erzielt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der niederländischen Patentschrift 85.468 bekannt, bei dem eine gesondert hergestellte Wolframscheibe mit mindestens 98 # des für reines Wolframfeertgestellten, spezifischen Gewichtes mit einer Trägerschicht aue Molybdänpulver dauerhaft mit gutem Wärme-

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kontakt durch Sinterung des Molybdänpulvers auf der Oberfläche der Wolframscheibe verbunden wird.

Zwar kann bei dieser Anode die vorerwähnte Anforderung in bezug auf sehr geringe Porosität ausreichend erfüllt werden, aber infolge der hohen erforderlichen Sintertemperatur gelten auch hier die vorerwähnten Nachteil* der Rekristallisierung oder der langen Dauer und der hohen Kosten des Verfahrens, wie diese für das Glühverfahren erwähnt sind.

Diese Nachteile treffen auch zu bei einem anderen Verfahren, das aus der österreichischen Patentschrift 218.640 bekannt ist, und bei dem ein Presstück mit einer oberen Schicht aus pulvrigem Wolfram und einer Unterlage aus Molybdänpulver gemeinsam vorgesintert und durch Formschmieden miteinander verbunden werden.

Der Erfinde»,",hat insbesondere dabei den Nachteil festgestellt, dass die Versteifung des nach dem Sintern rekristallisierten und somit mechanisch schwachen Trägerteiles durch das Formschmieden in hohem Masse durch die Anwesenheit des durch die Sinterung anhaftenden Anodenteila behindert wird, der eine poröse Struktur aufweist und beim Formschmieden zwar in günstigem Sinne verdichtet aber gleich zeitig härter wird, so dass die dadurch erhöhte Möglichkeit eines Bruche im Laufe des Schmiedevorgangs zunimmt.

Die Erfindung bezweckt, ein einfaches, wenig kostspieliges, keine lange Zeit beanspruchendes Verfahren zu schaffen, bei dem die vorerwähnten Nachteile vermieden

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werden können, wobei eine aus einem Anodenteil und einem Trägerteil bestehende Drehanode erhalten wird, die alle vorerwähnten Anforderungen erfüllt.

Nach der Erfindung ist dieses Verfahren

dadurch gekennzeichnet, dass beide erwähnte Teile in einer nicht oxydierenden, vorzugsweise reduzierenden Atmosphäre erhitzt und darauf mit vorher bearbeiteten Flächen aufeinander gelegt und einem schnellen Schlagprozess unterworfen werden, wobei die Dicke der Teile und die Temperatur, bei *

der die Teile vorher aufeinander gelegt werden, und die durch die Art und Beschaffenheit des Materials der Teile bestimmten Verformbarkeiten derart gewählt werden, dass beim Schlagprozess der Durchmesser beider Teile zu- und deren Dicke abnimmt, während sie fest aneinander gehaftet werden, worauf das erhaltene Geftige der Teile in einer nicht oxydierenden, vorzugsweise reduzierenden Atmosphäre spannungsfrei geglüht und dann bekannten Formbearbeitungen unterworfen wird, bis eine Drehanode in der endgültigen λ

Form erhalten ist.

Die Erfindung schafft insbesondere ein Verfahren, das eine Drehanode liefern kann, von der mindestens der Anodenteil eine Materialdichte von mindestens 98 $ aufweist, auch im Falle dass das Ausgangsmaterial des Anodenteils die Dichte von 98 # nicht aufweist.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die für die Haftung der Teile nach der Erfindung nachteilige Oxydation der Oberflächen dieser Teile dadurch ver-109822/1187

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ringert, dass die Scheiben aufeinander gelegt und in einer um die Teile passende, dünnwandige Hülle aus einem beim Schlagprozess«^nicht schmelzenden, in bezug auf die Scheiben inerten Material gelegt und in dieser Hülle erhitzt und dem Schlagprozess unterworfen werden.

Das Verfahren nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil einer grossen Auswahl von Ausgangsmaterialien für den Träger- und Anodenteil, wodurch man den der Drehanode ^ zu stellenden Anforderungen näher kommen kann. *

Es kann z.B. erfindungegemäsa eine Drehanode mit einem mechanisch- besondere festen Trägerteil aus käuflich erhältlichen Materialien erhalten werden, die bereits die erwünschte hohe mechanische Festigkeit aufweisen, die durch das Verfahren nach der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mindestens einen Bestandteil enthält, der eine die Rekristallisierungsgeschwindigkeit verzögernde oder die Rekristallisierungstemperatur erhöhende Eigen- W schaft aufweist.

Die Erfindung wird an Hand einiger weiter unten zu beschreibenden Ausführungsformen näher erläutert, wobei in der Zeichnung einige Einzelheiten veranschaulicht sind.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die beiden Teile der Drehanode in einer perspektivischen Ansicht, welche Teile aufeinander in einer Schutzhülle untergebracht sind; deutlichkeitshalber sind Teile der Wände der Hülle weggelassen;

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Fig. 2 das nach dem Schlagprozess erhaltene Gefüge in einer perspektivischen Ansicht, wobei ein Sektor weggelassen ist;

Fig. 3 das Gefüge nach dem Abdrehen eines Randteiles ;

Fig. 4 das Gefüge, von dem ein Randteil über einen kleinen Winkel abgebogen und mit einem Achsenloch versehen ist, so dass die endgültige Form der Drehanode erreicht ist. Au s führung s form I. (

Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Drehanode aus einem aus Wolfram bestehenden Anodenteil und einem aus einer Molybdängusslegierung bestehenden Trägerteil. Das Ausgangsmaterial des Anodenteiles ist ein Stab aus gesintertem Wolfram rechteckigen Querschnittes von etwa 34 χ 23 mm, dessen Porosität einer Materialdichte von 60 $ bis 80 $ entspricht. Von diesem Stab werden Scheiben gesägt, die durch wiederholtes Walzen zu einer massiven Platte mit einer Dichte von mehr als 90 $ mit einer Dicke von 5 bis 7 j

mm geplättet werden. Aus dieser Platte.wird darauf eine runde Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 49 nun geschnitten, die auf mindestens einer Seite möglichst flach durch Abdrehen und/oder Schleifen abgearbeitet wird, wodurch gleichzeitig eine reine, oxydhautlfreie Oberfläche erhalten wird.

Fürnden Trägerteil wird in diesem Beispiel von normalem, käuflich erhältlichem Material und von einer unter dem Namen "TZM" bekannten Molybd&nguaaleglerung ausgegangen,

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die 0.55 bis 0.^0 vorzugsweise 0.50 $ Titan, 0.12 bis 0,06, vorzugsweise 0,08 $ Zirkon und 0,03 bis 0,02, vorzugsweise 0.015 $ Kohlenstoff enthält, eine ausreichende ι Dichte von mindestens 9&% aufweist und durch in der Fabrik bereits ausgeführte Temperatur- und Verformungsbehandlungen gut bearbeitbar ist. Durch die Titan- und Zirkonzusätze an das Molybdän ist der Schmelzpunkt erniedrigt, wodurch dieses Material giessbar und die Rekristallisierungstemperatur auf 1800° C erhöht ist. Dadurch wird die bei der Herstellung der Drehanode erzielte Versteifung oder Festigkeitserhöhung auch unter sehr hoher Betriebsbelastung aufrechterhalten, sofern die Temperatur des Trägerteiles unterhalb 1800° C bleibt.

Aus einem Stab dieses Materials wird eine Scheibe einer Dicke von z.B. 25 mm und mit einem Durchmesser von k9 nun gebildet, die auf mindestens einer Seite durch übliche Schneidbearbeitungen glatt abgearbeitet ist.

P Die Anoden- und Trägerscheiben werden darauf mit

den glatten Seiten passend aufeinander gelegt, worauf sie in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa I65O⁰ C erhitzt werden. Damit die aneinander liegenden glatten Oberflächen nicht durch Oxydation derart beeinflusst werden, dass sie sich zum Erzielen einer guten Haftung beim weiteren Schlagprozess weniger gut eignen, wird die Temperaturerhöhung auf I650⁰ C im Ofen in einer nicht oxydierenden z.B. aus Stickstoff gas bestehenden, oder einer reduzierenden z.B. aus Wasserstoffgas bestehenden Atmosphäre durchgeführt. ErfindungsgemMfts wird der Schutz vor Oxydation noch dadurch

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verbessert, dass die Scheiben in einer schachtelartigen Hülle untergebracht werden, wie dies in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. Diese Figur zeigt die Trägerscheibe 1 auf dem Boden 2 einer zylindrischen Schachtel 3 mit einer Wanddicke von etwa 0,4 mm. Diese Schachtel besteht aus einem beim Ausführen des Verfahrens nicht schmelzenden, in bezug auf das Träger- und Anodenmaterial inerten Material z.B. Molybdän, das durch Tiefziehen in die dargestellte Form gebracht ist. Deutlichkeitshalber sind Teile der Zylinderwand der Schachtel 3 und einer darin passenden, die Scheiben 1 und 6 eng umfassenden,-'zweiten Schachtel 4 mit einem Durchmesser von etwa 50 mm weggelassen, die auf gleiche Weise hergestellt worden ist. Fig. 1 zeigt weiterhin die dünne Anodenscheibe 6. Die beiden Scheiben 1 und 6 berühren einander in der Fläche 7 niit ihren reinen, glatt abgearbeiteten Oberflächen. Die engen Spalten zwischen den Scheiben und der Innenwand der Schachtel 4 und zwischen der Innenwand der Schachtel 3 und der Aussenwand der Schach- Λ tel 4 bilden, wie dies durch die gestrichelte Linie 8 angedeutet ist, einen sehr engen Verbindungskanal, der möglichst lang ist, da die dickere Trägerscheibe 1 am Boden der Schachtel 4 zwischen der Umgebung und der Grenzfläche 7 der Teile 1 und 6 liegt. Die Zufuhr von Sauerstoff aus der Umgebung, der die beeinträchtigende Oxydation der Haftflächen der Teile 1, 6 und 7 hervorruft, wird dadurch gehemmt und sobald die Teile in eine nicht oxydierende Umgebung geführt sind, ist der noch in der Hülle vorhandene

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Sauerstoff bald erschöpft dank dem geringen Volumen dieses Kanals, umso mehr da auch die auftretende Oxydation des Hüllenmaterials und auch der übrigen Oberflächen der Teile, wo die Oxydation nicht beeinträchtigend:' wirkt, Sauerstoff aufnimmt. Ein nicht in Fig. 1 dargestellter, straff gespannter Bindedraht z.B. aus Molybdän rings um die Aussenflache der Schachtel 3, der das Auseinanderfallen der gefüllten Schachtel 3 und der Schachtel k beim Versetzen verhütet, kann noch eine weitere Verbesserung des Verschlusses gegen die Umgebungsatmosphäre bis zu 100 $ ergeben.

Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von I650⁰ C in einem .nicht dargestellten Ofen werden die aufeinander gelegten Teile zur Beschränkung einer etwaigen Oxydation und zum Beschränken der Abkühlung möglichst schnell einer Schnellverformungsschlagvorrichtung zugeführt.

Mittels einer solchen Vorrichtung die unter verschiedenen Namen käuflich erhältlich ist, kann ein Werkstück durch einen Schlag hoher Energie sehr schnell verformt werden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wurde erfolglich eine solche Vorrichtung des Typs "USI High Energy Rate Machine" verwendet.

Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Maschine und die Verwendungsmöglichkeiten derselben sind aus einem Artikel in der Zeitschrift "Machine Design", September I965, Seite "\kk unter dem Titel: "High Energy Rate Forming" bekannt .

Im Prinzip besteht die Maschine aus einem Hammer

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und einem Amboss (je etwa 350 kg), die mit grosser Geschwindigkeit durch Antrieb mittels der Expansion eines stark komprimierten Gases in Richtung aufeinander zu bewegt werden.

Auf ein auf dem Amboss angebrachtes Werkstück, in diesem Falle auf die aufeinander gelegten Scheiben 1 und der vorerwähnten Abmessungen und des erwähnten Materials, kann dabei in einem einzigen Schlag in einer Verformungszeit von etwa 1 /usec eine Verformungsenergie von etwa 7000 m.kg. übertragen werden, welcher Wert etwa 80 $ der Maximalkapazität der Maschine entppricht, in welchem Falle das Gas auf etwa 125 kg/cm² komprimiert werden muss.

Fig. 2 zeigt das bei diesem Beispiel der Erfindung erhaltene Gefüge nach dem Schnellverformungsschlagprozess mittels der vorerwähnten Presse, wobei die Scheiben 1 und in der Schachtel nach Fig. 1 untergebracht sind. Die Gesamthöhe der aufeinander liegenden Scheiben ist durch den Schlag auf etwa ein Fünftel verringert d.h. auf etwa 6 mm.

Der Durchmesser des Gefüges 9 ist auf 2 von etwa

105 nun vergrössert, während die Ränder eine bestimmte Ab- "

rundung aufweisen. Die Molybäähhftlle ist dabei ebenso geplättet und bildet auf der Ober- und Unterseite Abdeckschichten 10 und 11 geringer Dicke, die bei einer späteren Nachbearbeitung durch Abdrehen oder Abschleifen entfernt werden können.

Um die zur Verfügung stehende Verformungsenergie von etwa 7000 m.kg möglichst auszunutzen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Amboss und den Hammer auf den

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" einer Temperatur, die infolge der kurzen Verformungszeit

und also der geringen Wärmeabfuhr zu den Maschinenteilen nach Beendigung des Schlags nur etwa 300° C niedriger ist als die Temperatur von etwa I65O⁰ C, mit der die Teile den Ofen verlassen. Diese gute Haftung wird wahrscheinlich dadurch erhalten, dass der Durchmesser beider Scheiben zunimmt, wodurch in der Berührungsfläche die vorhandene Struktur und etwaige hinderliche Oxydschichten zerbrochen werden, wodurch gleichsam frisches Material, das noch nicht mit der

fe Umgebung in Berührung gewesen ist, aus beiden Schichten unter sehr hohem Druck einen innigen Bund herstellt. Da die Verformung sich mutmasslich unter der Rekristallisie-H rungstemperatur von 1800° C des Trägerteiles vollzogen hat, so dass von einer Kaltverformung die Rede sein kann, liefert die durch den Schlag hervorgerufene starke Verformung ausserdem eine hohe Versteifung des Trägerteiles.

Ausser der erforderlichen Festigkeit und der guten Haftung kann das Verfahren auch eine gegebenenfalls not-

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wendige Dichte von 98 $ im Anoden- und gegebenenfalls auch im Trägerteil ergeben, und zwar inidiesem Beispiel dadurch, dass von Anoden- und Trägermaterial ausgegangen wird, das vor dem Schlag bereits eine hohe Dichte aufweist, die durch den Schlag auf mindestens 98 Ί° erhöht wird. Dieses Beispiel sowie die nachfolgenden Beispiele machen die überraschende Wirkung der Erfindung sehr auffällig d»h» eine grosse Aua«-»rj ι wahl des Ausgangsmaterials; jedes Material kann mit Rücksicht auf die späteren, erforderlichen Eigenschaften der Drehanode optimal gewählt werden und die Drehanoden lassen sich einfach und wirtschaftlich serienweise herstellen. Die Ausgangsmaterialien einschliesslich des Wolframs mit einer Dichte von 98 # sind käuflich erhältlich. Da die Haftung gleichsam durch einen Kaltverformungsprozess hergestellt ist, was weiter unten noch näher erläutert wird, sind keine kostspieligen Ofen notwendig, die bei einem Sinter- oder Glühprozess zur Herstellung der Haftung erforderlich sind. Dadurch wird eine gute Anpassung der Verformbarkeit der ä

Materialien des Anoden- und Trägerteiles während des Schlagprozesses ermöglicht.

Andere Freiheiten in der Wahl der Art und Beschaffenheit der Anoden- und Trägermaterialien werden nachstehend noch erwähnt.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass das Material, insbesondere die Elektronenbündel-Auftreffstelle des Anodenteiles keine Textur aufweist. Dies ist günstig für die Strahlungseigenschaf-

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ten des Anodenteiles unter besonderen Betriebsverhältnissen, in denen die Richtung des erhaltenen Röntgenstrahlenbündels wichtig ist z.B. bei Röntgentomographie, wie vorstehend erwähnt.i- 1 .

Anschiiessend an den Schlagprozess werden die im Material erzeugten, mechanischen Spannungen durch einen Glühprozess behoben, der z.B. anderthalb Stunden lang in fc einer nicht oxydierenden Atmosphäre von Stickstoff* und/oder Wasserstoff bei einer Temperatur durchgeführt wird, die hinreichend niedrig ist, um die gegebenenfalls erzielte Versteifung aufrechtzuerhalten; dazu wird die Temperatur unterhalb der Rekristallieierungstemperatur des Trägerteiles gewählt. Diese Temperatur muse jedoch einen Wert überschreiten, bei dem die Fliesegrenze des Materials verschwindet; diese sogenannte kristische Temperatur liegt bei Molybdän je nach Vorhergehender Verformung bei einigen Hundert Grad Celsius. Wenn der Glühprozess bei etwa 100O⁰ C durchgeführt wird, kann diese Stufe des Verfahrens auf etwa anderthalb Stunden verkürzt werden.

Fig. 3 zeigt das Gefüge nach dem Abdrehen eines geeigneten Teiles 13 der Scheibe 9 nach Fig. 2 mit einem Durchmesser 3 von etwa 80 mm, wobei auch zurückgebliebene Teile einer etwaigen Hülle nach Fig. 1 entfernt werden.

Die endgültige Form der Drehanode ist häufig schüsselartig. Eine Scheibe 15 dieser Form nach Fig. k kann durch Kaltumsetzung eines Randteiles 16 bei etwa 1000° C erhalten werden.

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In der Scheibe 15 wird darauf ein Loch 17 gebohrt zur Befestigung der Drehanode an einer Drehwelle.

Wenn während des Schlagprozesses die Teile 1 und ungleichmässig im Durchmesser vergrössert werden, z.B. dadurch dass bei der Bearbeitungstemperatur die Wolframanodenschicht sich zu wenig oder doch kaum in bezug auf die Molybdänlegierungsschicht verformt, so dass insbesondere in Richtung auf den Rand des Gefüges die Dicke der Wolframschicht zu gering ist, oder die Haftung weniger gut ausfällt, kann eine Verbesserung durch Anpassung des Dickenverhältnisses zwischen den Anoden- und Trägerscheiben erzielt werden, aber erfindungsgemäss hat es sich erwiesen, dass dieses Verhältnis in einem Bereich zwischen 1 : 3 und 1 : 6 bei der vorerwähnten Materialwahl nicht kritisch ist. Ausführungsfprm II.

Verfahren zur Herstellung einer Drehanode aus einer massiven Wolframanodenscheibe und.einem Trägerteil aus Molybdän mit Kaliumsilikat, einer die Rekristallisie*- rungsgeschwindigkeit des Trägerteiles verringernden Zu- "

mischung. .

Bei diesem Verfahren ist der Vorgang praktisch gleich dem des Beispiels,.I mit dem nachfolgenden Unterschied. Der Anodenteil ist gleich dem des Beispiels I. Für den Trägerteil wird von Molybdän mit einem Prozentsatz an Kaliumsilicat von (10 bis 50).10~ auegegangen, das durch Sinterung eine» Gemisches aus pulverigem Molybdän und Kaliumailicat erhalten ist.

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Das so erhaltene Material ist jedoch porös, hat eine Dichte von 50 bis 60 % und hat infolgedessen eine grössere Verformbarkeit als das "TZM"-Material des Trägers nach Beispiel I. Daher muss zur Anpassung der Verformbarkeit an die der massiven Wolframanodenscheibe der Trägerteil eine geringere Dicke haben, damit nicht alle Verfor·* mungsenergie in den Trägerteil gelangt. Dies könnte jedoch eine zu dünne, und somit möglicherweise schwache Trägerschicht der endgültigen Anode mit sich bringen.

Obgleich also im Prinzip von porösem, gesintertem Trägermaterial ausgegangen werden kann, wird in diesem Beispiel eine durch Schmieden oder Plätten, z.B. durch die vorerwähnte "U.S.I. High-Energy Rate Machine" vorverdichtete Platte aus gesintertem Molybdän mit Kaliumsilicat als Zumischung als massives Ausgangsmaterial für den Träger mit einer Dicke entsprechend dem "vorerwähnten Wert bevorzugt.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich auch andere Beimischungen dem Molybdän zusetzen, weiche auch die Re- W kristallisierungstemperatur erhöhen oder die Rekristallisierungsgeschwindigkeit erniedrigen. Die zuerst genannte Wirkung trat bereits im ersten Beispiel auf, und die zweite auch im zweiten Falle.

Da die Rekristallieierung eine bestimmte Zeit beansprucht und das Verfahren nach der Erfindung sehr kurz z.B. etwa 10 see dauern kann, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen die Haftung durch Sintern oder Glühen hergestellt wird, und die eine Zeit von mehreren

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Stunden beanspruchen, ist eine kurze Periode, während der das Trägermaterial möglicherweise die Rekristallielerungstemperatur überschreitet, bei dem Verfahren nach der Erfindung wenig beeinträchtigend für die beim Schlagprozess erzielte Festigkeitsverbesserung des Trägerteiles. Es ist nämlich gar möglich, dass bei der grossen Energiezufuhr während der kurzzeitigen Verformung die Temperatur stark ansteigt, aber die Dauer ist zu kurz, um eine merkliche Rekristallisierung herbeizuführen, weshalb vorstehend bereits festgestellt wurde, dass die Haftung als durch Kaltverformung hergestellt gedacht werden kann.

Beimischungen im Molybdän zur Verringerung der Rekristallisierungsgeschwindigkeit z.B. Kaliumsilicat ergeben die beabsichtigte Aufrechterhaltung der Versteifung wenigstens während einer längeren Betriebezeit des Trägerteiles unter Anodenbetriebsverhältnissen, bei denen die Temperatur des Trägerteiles die Rekristallisierungstemperatur des Trägermaterials d.h. Molybdän überschreitet.

Die zwei erwähnten Beispiele beziehen sich auf ein Verfahren, bei dem der Anodenteil aus massivem Wolfram besteht, das durch Walzen oder durch eine andere Plättbearbeitung aus porösem, gesintertem Wolfram erhalten wird.

Obgleich im zweiten Beispiel vorzugsweise ein massiver Trägerteil aus geplättetem Material am Anodenteil gehaftet wird, bedeutet dies noch nicht, dass Porosität des Trägermaterials an sich unzulässig wäre, um das Verfahren nach der Erfindung durchzuführen. Wenn der Anoden-

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teil aus massivem Wolframblech besteht, kann für eine gute Verformbarkeitsanpassung das poröse Material des Trägerteiles zu dünn sein. Diese Anpassung kann jedoch auch dadurch erzielt werden, dass nicht massives sondern poröses Wolfram für den Anodenteil benutzt wird.

Die Porosität gesinterter Materialien lässt sich bekanntlich einigermassen durch das Sinterungsverfahren beeinflussen, so dass auch die Haftung zweier gesinterter Schichten z.B. einer Platte gesinterten Wolframs für den Anodenteil und einer gesinterten Molybdänplatte für den Trägerteil durch das Verfahren nach der Erfindung durchführbar ist.

Es sei bemerkt, dass zum Erzielen einer bei hohen Temperaturen besonders festen und formfesten Drehanode durch das Verfahren nach der Erfindung der Trägerteil durch an sich bekannte- Hilfsmittel versteift werden kann, z.B. durch den Einbau von Siliciumcarbidnadeln oder durch ein Wolframdrahtgitter.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE .

Verfahren zur Herstellung von Drehanoden für Röntgenröhren, bei idem ein im wesentlichen aus Wolfram bestehender, scheibenartiger Anodenteil und ein im wesentlichen aus Molybdän bestehender, scheibenartiger Trägerteil bei höherer Temperatur unter Druck zu einem scheibenartigen Gefüge miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teile in einer nicht oxydierenden, vorzugsweise reduzierenden Atmosphäre erhitzt und darauf mit zu diesem Zweck vorbearbeiteten Flächen aufeinander gelegt und einem Schnellverforraungsschlagprozess unterworfen werden, wobei die Dicken der Teile und die Erhitzungstemperatur der Teile, sowie die Verformbarkeit entsprechend der Art und Beschaffenheit der Materialien der Teile derart gewählt werden, dass sie beim Schlagprozess einen grösseren Durchmesser annehmen und ihre Dicke verringern, wobei sie fest aneinander gehaftet werden, worauf das Gefüge der Teile in einer nicht oxydierenden, vorzugsweise reduzierenden Atmosphäre spannungsfrei geglüht und dann in bekannter Weise Formbearbeitungen unterworfen wird zum Erzielen der endgültigen Form der Drehanode.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schlagprozess die Scheiben bereits eine solche Materialdichte aufweisen, dass nach dem Schlagprozess mindestens der Anodenteil des erhaltenen Gefüges eine Materialdichte von mindestens 98 i» aufweist« 3» Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,

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dass die erwünschte, hohe Dichte vor dem Schlagprozess dadurch erhalten wird, dass eine Plättung durchgeführt wird.

U. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben aufeinander gelegt und in einer um die Teile passenden, dünnwandigen Hülle aus einem beim Schlagprozess nicht schmelzenden, in bezug auf die Scheiben inerten Material untergebracht und darin er-™ hitzt und dem Schlagprozess unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mindestens einen Bestandteil enthält, der die Rekristallisierungsgeschwindlgkeit verringern oder die Rekristallisierungstemperatur erhöhen kann.

6, Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Bestandteil einen kleinen Prozentsatz dea Trägermaterials bildet und aus Kaliumsilicat besteht.

fe 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Prozentsatz 0,001 bis 0,005 beträgt. 8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial einen Prozentsatz an Titan und gegebenenfalls Zirkon und/oder Kohlenstoff enthält. 9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial 0,U0 bis 0,55 % Titan, 0,06 bis 0,12 % Zirkon und 0,01 bis 0,03 £ Kohlenstoff enthält. 10* Drehanode für Röntgenröhren, die durch ein VerfeJuran nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt

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