DE2118425C3 - Röntgenröhren-Drehanode mit einem Verbundkörper aus einem Schwermetallteil und einem oder mehreren Graphitteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode, die einen Verbundkörper aus einem wenigstens zum Oberwiegenden Teil aus Molybdän bestehenden, plattenförmigen Schwermetallteil und einem oder mehreren Graphitteilen aufweist, wobei die Brennfleckbahn auf dem Schwermetallteil liegt und dieses mit dem oder den Graphitteil(en), die außerhalb der Brennfleckbahn liegen, über je eine Zwischenschicht durch je eine Lötung verbunden ist

Röntgenröhren mit derartigen Anoden werden verwendet, weil bei ihnen wegen der hohen spezifischen Wärme und des guten Abstrahlungsvermögens des Graphits höhere Belastbarkeit erzielbar ist.

Bekannte Drehanoden haben z. B. einen Verbundkörper aus einem Graphitteil, der wenigstens an der Brennfleckbahn mit einer Schicht aus Schwermetall belegt ist. Solche Schichten werden beispielsweise aufgedampft, aufgesprüht oder durch pyrolytisch^ Zerset-Eung von Verbindungen erzeugt. Um dabei wirtschaftlich arbeiten zu können und in fabrikatorisch brauchbaren technologischen Bahnen zu bleiben, müssen die Schichten dünn sein. Es ergibt sich dann aber die Schwierigkeit, daß die Schichten, etwa bei der Verwendung von Wolfram, unter Bildung eines Karbids zerstört werden. Karbidschichten sind überdies spröde und haben schlechte Wärmeleitung. Anoden der bekannten Art sind daher den hohen Wärmewechselbeanspruchungen moderner Hochleistungsröntgenröhren nicht gewachsen. Es ist daher aus der FR-PS 14 70 382 eine Verbund-Drehanode bekannt, bei der zwischen dem Graphit-Teil und dem die Brennfleckbahn bildenden Schwermetall-Teil eine Tantal-Schicht liegt. Die entsprechende Verwendung von Zwischenschichten aus Tantal-Karbid ist aus der DT-OS 1913 793 bekannt Und die einer Zwischenschicht aus Wolfram aus der DTPS 11 06 429.

Andererseits können aber vom Grundkörper Graphitteilchen im hohen elektrischen Feld losgerissen werden, was durch Ausbildung von lichtbogenartigen Entladungen zu Störungen der Kathodenemission bzw. zur Zerstörung der Röhre führt. Außerdem ist die mechanische Beanspruchung des Graphits wegen der benutzten Umdrehungszahlen bis über 10 000 pro Minute und Beschleunigung von 200 bis 300 U/sec² sehr groß. Bei der Auswahl des Graphits muß daher vor allem auf gute Festigkeit geachtet werden. Dies bedeutet aber, daß auch schlechtere thermische Eigenschaften und schlechtere Elastizität bei ausreichender Festigkeit in Kauf genommen werden müssea So liegen etwa die Verhältnisse bei einer Anode, bei welcher der Schwermetallteil die Form eines Ringes hat, dessen Innenraum mit dem Graphitteil ausgefüllt ist, w.e s.e aus der DT-

GbmS 67 53 695 bekannt ist. Auch dort ist die mechanische Beanspruchung des Graphits groß.

Bei einer den Gegenstand des aiteren deutschen Patents 1951 383 bildenden Drehanode der eingangs genannten Art ist unabhängig von der Wahl der Eigeno schäften des Graphits eine Konstruktion ausreichender Festigkeit erzielt Dabei ist der Schwermetallteil plattenförmig und an der Achse befestigt Die Graphitteile ' sind außerhalb der Brennfleckbahn daran in bei einer Festanode aus der DT-PS 8 96 234 bekannten Weise

„ angelötet Eine Zwischenschicht, die unter anderem aus Tantalkarbid bestellen kann, wird dabei auf die Graphitteile aufgebracht und dient zur Verlötung. Dadurch wird eine Anode erhalten, deren tragende Struktur die Scheibe aus SchwermetaJl bildet, an dem sich Graphii-

J₀ teile befinden, welche die von der Platte aus der Brennfleckbahn abgeleitete Wärme speichern und abstrahlen. Die Anode ist dadurch kurzzeitig hoch belastbar, weil im Metallteil wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit schneller Wärmeabtransport von der Brennfleckbahn

J₅ stattfindet Andererseits ist auch guts Dauerbelastbarkeit gegeben, weil in den Graphitteilen wegen der großen Wärmekapazität und Abstrahlfähigkeit auf die Dauer die Wärme entfernt werden kann. Sofern der Schwermetallteil wenigstens zum überwiegenden Teil

aus Molybdän besteht und als Lot etwa Zirkonium verwendet wird, können aber bei sehr hoher Belastung und insbesondere bei thermischer Überlastung die Lötstellen wegen der Bildung eines tiefschmelzenden Eutektikums, welches das Lot mit dem Molybdän des

Schwermetallteils bildet, aufschmelzen und sich lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermisch stabilere Drehanode der eingangs genannten Art zu erhalten, indem die Bildung eines tiefschmelzenden Eutektikums aus dem Material des Schwermetallteils und des Lotes verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenröhren-Drehanode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht zwischen dem Schwermetallteil und einer Lotschicht angebracht ist und aus Tantal und/oder Wolfram besteht

Durch die Erfindung wird gegenüber den bekannten Anoden und dem älteren Vorschlag der wesentliche Vorteil erzielt daß die Wärmefestigkeit, d. h. die Belastbarkeit, wegen der Vermeidung eines tiefschmel- zenden Eutektikums wesentlich verbessert ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Anode aus einem in bekannter Weise geformten Schwermetallteller aus Molybdän, welchem 5% Wolfram zulegiert sind, und der an der Brennfleckbahn eine Deckschicht aus Wolfram und 10% Rhenium aufweist. An der Unterseite ist an diesem Teller eine Schicht aus Tantal angebracht, die zwischen 0,1 und 1 mm dick ist, um die Bildung eines tiefschmelzenden Eutektikums aus Molybdän und Lot zu vermeiden. Eine Schicht aus Wolfram erfüllt bei einer Dicke von 0,1 bis 1 mm den gleichen Zweck. Dabei sind die angegebenen Grenzen an sich nicht kritisch, weil es nur darauf ankommt, die Molybdänfläche dicht zu überdecken, so daß eine Einwirkung des Lotes sicher verhindert wird. Die Schicht kann aufgesintert werden. Ein zusätzlicher Arbeitsgang bleibt erspart wenn die Zwischenschicht, wie die bekannten Verbundschichten der Brennfleckbahnen, gleich beim Herstellen mit erzeugt wird. Sie kann aber

auch sehr gleichmäßig und daher in dünnen, z.B. 0,2 mm dicken Schichten durch eine Plasmaspritze aufgebracht werden.

Als Lot eignen sich verschiedene hochschmelzende Metalle oder Mischungen aus diesen, wie Zirkonium und Hafnium bzw. deren Legierungen. Der anzulötende Teil aus Graphit kann eine etwa 1 bis 25 mm dicke Platte sein, welche die gesamte Fläche des Tellers abdeckt

Bei Röhren, bei denen an der der Kathode zugewandtem Oberfläche nur geringfügige Mengen von Streuelektronen auftreffen und die nicht bei sehr hohen Spannungen betrieben werden müssen, können zusätzlich die oberen Teile der Anode zur weiteren Erhöhung der Wärmeabstrahlung mit Graphitteilen versehen werden. Dadurch kann auch die störende extrafokale Strahlung herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

In der F i g. 1 ist die Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenröhre dargestellt und in der F i g. 2 die teilweise aufgebrochen gezeichnete Drehanode einer Röntgenröhre, bei welcher die Brennfleckbahn an der Peripherie der Anode liegt

Die F i g. 1 zeigt den gläsernen Kolben t einer Drehanoden-Röntgenröhre 2. Im Kolben 1 ist am einen Ende eine Kathode 3 und am anderen Ende eine Anode 4 angebracht. Die Kathode besteht aus der Umhüllung 5, welche in einem Ansatz 6 die eigentliche, hier nicht sichtbare Glühkathode in bekannter Ausführung enthält. Die Anode 4 umfaßt in ebenfalls bekannter Weise den Rotor 7, der an seiner Achse 8 einen Verbundkörper 9 trägt Dieser wird mittels einer Schraube 10 an das Widerlager 11' gedrückt und festgehalten. Der Verbundkörper 9 besteht aus einem Metallteil 11 aus einer Molybdän und 5% Wolfram enthaltenden Legierung. Zwei Brennfleckbahnen 12 und 13, die gegenüber der Senkrechten auf der Achse 8 verschiedene Neigungen nach unten aufweisen, liegen auf einer Belegung 14 aus einer Wolfram und 10% Rhenium enthaltenden Legierung, die 1 mm stark ist

An der Unterseite des 10 mm dicken Metallteiles ist eine 5 mm dicke Platte 15 aus Graphit angelötet. Als Lötmittel zu seiner Befestigung ist Zirkonium benutzt. Die eigentliche Lötung ist in der Zeichnung durch eine verdickte Grenzlinie 16 zwischen der Platte 15 und einer Zwischenschicht 17 angedeutet. Die Zwischenschicht 17 ist 1 mm dick, besteht aus Tantal und ist bei der Herstellung des Metallteile 11 nach dem pulvermetallurgischen Sinterverfahren angebracht

Die Erzeugung von Röntgenstrahlen erfolgt in bej kannter Weise dadurch, daß zwischen einer der Leitungen 18, 19 und 20 und dem Anodenstiei 21 Hochspannung und zwischen einer der Leitungen 18 und 19 und der Leitung 20 eine Heizspannung für die in dem Ansatz 6 befindlichen Glühkathoden angeschlossen wird.

ίο Von der Glühkathode ausgehend prallen dann auf eine oder beide der Brennfleckbahnen 12 und 13 Elektronen auf und lösen Röntgenstrahlen aus. Bekanntlich entsteht dabei als Nebenprodukt sehr viel Wärme. Diese wird dann im Metallteil 11 abgeleitet und in dem Graphitteil 15 gespeichert und abgestrahlt

Die in der F i g. 2 teilweise aufgebrochen dargestellte Drehanode besteht aus einer 10 mm starken Molybdänplatte von 150 mm Durchmesser als Metallteil 22, dessen große Flächen mit je 1 mm starken Schichten 23

jo und 24 aus Wolfram belegt sind. An diesen Schichten ist mittels Hafnium an der Schicht 23 die 5 mm dicke Graphitplatte 25 und an der Schicht 24 die 15 mm dicke Graphitplatte 26 angelötet Sowohl die Schichten 23 und 24 als auch die Graphitplatten 25, 26 haben einen Duichmesser von 110 mm, so daß von dem Metallteil 22 ein 5 mm breiter Rand frei bleibt. Dadurch erhält die zwischen den Schichten 23 und 25 sowie 24 und 26 liegende Löüung einen Abstand von der an der Peripherie des Metallteils 22 liegenden Brennfleckbahn und ist thermisch weniger belastet.

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen ist die der Kathode 3 der F i g. 1 entsprechende Anordnung seitlich gelagert, so daß die auf einer 1 mm starken Schicht 27 aus einer 10% Rhenium enthaltenden Wolframlegierung liegende Brennfleckbahn in Richtung der Pfeile 28 mit Elektronen beaufschlagt wird. Die Drehung erfolgt in bekannter Weise mit einem dem Rotor 7 entsprechenden Teil, der sich an dem nicht dargestellten unteren Teil einer Achse 29 befindet. Wegen der gegenüber der Graphitplatte 26 geringeren Dicke der Graphitplatte 25 wird weniger Wärme auf den Rotor übertragen, ohne daß die Achse 29 unter Verlängerung des an den Lagern angreifenden Hebelarmes länger gemacht zu werden braucht, um den Abstand zu vergrößern. Dabei werden somit die Lager sowohl thermisch als auch mechanisch geschont.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Röntgenröhren-Drehanode, die einen Verbundkörper aus einem wenigstens zum überwiegenden Teil aus Molybdän bestehenden, plattenförmigen Schwermetallteil und einem oder mehreren Grafhitteilen aufweist, wobei die Brennfleckbahn auf dem Schwermetallteil liegt und dieses mit dem oder den Graphitteil(en), die außerhalb der Brennfleckbahn liegen, über je eine Zwischenschicht durch je eine Lötung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (17; 23, 24) !wischen dem Schwermetallteil (11; 22) und einer Lotschicht (16) angebracht ist und aus Tantal ■nd/oder Wolfram besteht.