DE2212058A1 - ROTATING ANODE FOR ROSE TUBES - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine tellerförmige Verbundanode als Drehanode für Röntgenröhren bestehend aus einem geschichteten und sintergepreßten Anodenkörper aus schwer schmelzbarem Material, wobei wenigstens die von Elektronen beaufschlagte Oberflächenschicht (Brennfleckbahn) eine röntgenaktive Schicht aus einer Wolframlegierung ist.The invention relates to a plate-shaped composite anode as a rotating anode for X-ray tubes consisting of a layered and sinter-pressed anode body made of heavy fusible material, with at least the surface layer (focal point path) acted upon by electrons X-ray active layer is made of a tungsten alloy.
Bei den bekannten Röntgen-Drehanoden werden speziell für hohe Dosisleistungen Zweischichten-Werkstoffe mit einer Wolfram-Rhenium-Legierung in der röntgenaktiven Oberflächenschicht und einer Molybdän-Legierung als zweite Schicht verwendet. Derartige Drehanoden führen bei hoher Belastung (Kalt- und Warmbelastung, z.B. bei 100 kW-Leistung) zur Rißbildung und damit zum Ausfall der Röntgenröhre.In the known X-ray rotating anodes, two-layer materials with a tungsten-rhenium alloy are used especially for high dose rates used in the X-ray active surface layer and a molybdenum alloy as the second layer. Such rotating anodes lead to the formation of cracks under high loads (cold and hot loads, e.g. at 100 kW power) and thus to failure of the X-ray tube.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen-Drehanode zu schaffen, bei der auch bei hoher Belastung keine Rißbildung im Anodenkörper auftritt.The invention is based on the object of an X-ray rotating anode to create, in which no crack formation occurs in the anode body even under high loads.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der, Anodenkörper unterhalb der röntgenaktiven ersten Schicht zwei weitere Schichten aufweist, wobei die zweite Schicht aus Reinwolfram oder einer hochwoIframhaltigen Wolframlegierung mit wenigstens 70 Gew. -°/ό Wolfram und die darunter liegende dritte Schicht aus einer Molybdänlegierung besteht.The object is inventively achieved in that the, anode body below the X-ray active first layer comprises two layers, wherein the second layer of pure tungsten or a hochwoIframhaltigen tungsten alloy with at least 70 wt -. ° / ό tungsten and the underlying third layer of a molybdenum alloy consists.
Die röntgenaktive erste Schicht des Anodenkörpers besteht aus einer Wolframlegierung mit 3-20 Gew.-^, vorzugsweise 5-15 Gew.-^, wenigstens eines der Metalle Zirkon, Hafnium, Mob, Tantal, Rhenium, Osmium oder Iridium als Legierungselemente. Durch diese Legierungselemente erhält die röntgen-' The X-ray active first layer consists of the anode body from a tungsten alloy with 3-20 wt .- ^, preferably 5-15 wt .- ^, at least one of the metals zirconium, hafnium, Mob, tantalum, rhenium, osmium or iridium as alloy elements. These alloy elements give the X-ray '
/01/ 01
- 2 - 7PA 72/7518- 2 - 7PA 72/7518
aktive Schicht eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Aufrauhung und Mikro-Rißbildung im energiereichen Elektronenstrahl.active layer has a high resistance to roughening and micro-cracking in the high-energy electron beam.
Die zweite Schicht in der Mitte des Anodenkörpers besteht aus einer reinen Wolfram-Schicht oder einer hochwolframhaltigen Wolfram-Legierung mit einem Wolfram-Anteil von wenigstens 70 Gew. -$>. Um die Kaltduktilität und Warmfestigkeit gegenüber Reinwolfram zu steigern, werden dem Wolfram als Legierungszusätze Mob, Tantal oder Zirkon hinzugegeben. The second layer in the middle of the anode body consists of a pure tungsten layer or a high-tungsten-containing tungsten alloy with a tungsten content of at least 70% by weight . In order to increase the cold ductility and heat resistance compared to pure tungsten, Mob, tantalum or zirconium are added to the tungsten as alloy additives.
Die dritte untere Schicht des Anodenkörpers besteht aus einer Molybdän-Legierung mit mindestens einem der Metalle Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Wolfram oder Rhenium als Legierungselemente. Die Zusatzmengen an Legierungselementen zu Molybdän betragen 0,05-20 Gew.-?«, vorzugsweise 2-10 Gew. ~"/o. The third lower layer of the anode body consists of a molybdenum alloy with at least one of the metals titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, tungsten or rhenium as alloying elements. The amount of alloying elements added to molybdenum is 0.05-20% by weight, preferably 2-10% by weight .
Die Dicke der röntgenaktiven Oberflächenschicht beträgt 0,05-1 mm, vorzugsweise 0,1-0,7 mm; die Dicke der Mittelschicht beträgt 1-5 mm, vorzugsweise 1,5-4 mm; die Dicke der unteren Molybdän-Legierungsschicht' beträgt 2-6 mm, vorzugsweise 2,5-4 mm. Die Gesamtdicke der dreischichtigen Röntgen-Drehanode beträgt im Bereich des elektronenstrahlbeaufschlagten Ringes (Brennfleckbahn) 5-12 mm, vorzugsweise 6-8 mm.The thickness of the X-ray active surface layer is 0.05-1 mm, preferably 0.1-0.7 mm; the thickness of the middle layer is 1-5 mm, preferably 1.5-4 mm; the thickness of the lower molybdenum alloy layer is 2-6 mm, preferably 2.5-4 mm. The total thickness of the three-layer rotating X-ray anode is in the area of the area exposed to the electron beam Ring (focal point path) 5-12 mm, preferably 6-8 mm.
In den Figuren 1 bis 3 sind einige Formbeispiele der erfindungsgemäßen Drehanode als Querschnitt schematisch dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Kennziffern gekennzeichnet. Mit V^ ist der tellerförmige Anodenkörper bezeichnet. Der Anodenkörper ist aus drei übereinander liegenden Schichten aufgebaut, der röntgenaktiven Schicht 12, der mittleren zweiten Schicht 13 aus Reinwolfram oder aus einer hochwolframhaltigen Wolfram-Legierung und aus der unteren dritten Schicht 14 aus einer Molybdän-Legierung. Mit 15 ist derIn the figures 1 to 3 some shape examples of the rotating anode according to the invention are shown schematically as a cross section. The same parts are marked with the same code numbers. The plate-shaped anode body is denoted by V ^. The anode body is made up of three layers lying one above the other, the X-ray active layer 12, the middle second layer 13 made of pure tungsten or a high-tungsten tungsten alloy and the lower third layer 14 made of a molybdenum alloy. At 15 he is
elektronenstrahlbeaufschlagte Ring (Brennfleckbahn) bezeichnet.electron beam acted ring (focal point path) designated.
Die Herstellung der Röntgen-Drehanode gemäß der ErfindungThe manufacture of the X-ray rotating anode according to the invention
bekannten
erfolgt mittels der/pulvermetallurgiechen Technik durch Ver-known
takes place by means of the powder metallurgy technique by
309838/0188309838/0188
" 3·~ /pa 72/751β"3 · ~ / pa 72 / 751β
dichten dreier übereinander geschichteter Pulverschichten zu einem kantenfesten Preßkörper. Der Preßdruck für die Verdichtung liegt zwischen 1 und 8 Mp/cm . Uach Verfestigung durch Sinterung in Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum wird zur Erzielung einer hohen Enddichte und einem möglichst porenfreien Werkstoff "bei einer Temperatur zwischen 1400 und 1800 0C warm verdichtet oder geschmiedet. Vorzugsweise wird dabei das erhitzte Sinterteil unter Schutzgas oder im Vakuum verdichtet. Die formgeschmiedete Röntgen-Drehanode wird an der röntgenaktiven Fläche überschliffen und in eine enge Toleranz gebracht.dense three layers of powder stacked on top of one another to form a solid-edged pressed body. The pressure for compaction is between 1 and 8 Mp / cm. Uach consolidation by sintering in a hydrogen atmosphere or in vacuum is compressed hot in order to obtain a high final density and a pore-free as possible Material "at a temperature of 1400-1800 0 C or forged. Preferably, there the heated sintered part compacted under protective gas or in vacuum The shape forged. X-ray rotating anode is ground on the X-ray active surface and brought into a tight tolerance.
In den nachfolgenden Beispielen wird beschrieben, wie eine Drehanode gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.The following examples describe how a Rotary anode can be made according to the invention.
In eine Stahlmatrize wird zur Bildung der unteren Schicht zuerst eine Schicht von 6 mm Höhe einer Pulvermischung aus Molybdän und einem weiteren Metallpulver, z.B. Wolfram, eingefüllt. Darüber wird zur Bildung der mittleren zweiten Schicht 13 eine Pulverschicht von 6 mm Höhe aus Reinwolfram geschichtet. Darüber wird zur Bildung der röntgenaktiven Schicht 12 eine Schicht einer WReIO Pulvermischung in einer Dicke von 1,5 mm gefüllt. Die drei Pulverschichten werden mit einem Preßdruck von 4 Mp/cm zu einem kantenfesten Preßkörper verdichtet. Die Sinterung erfolgt in Wasserstoffatmosphäre bei Temperaturen zwischen 2000 und 2400 0C während einer Stunde. Im Anschluß an die Sinterung wird die möglichst hohe Enddichte durch, einen oder mehrere Verdichtungsschritte bei Temperaturen zwischen 1500 und 1700 0C erreicht. Das in. Schutzgas induktiv erhitzte Sinterteil befindet sich beim Schmieden kurzzeitig an Luft. Die Restporosität der durch Warmhämmern verdichteten Drehanode ist kleiner als 0,3 "/<>· To form the lower layer, a layer of a powder mixture of molybdenum and another metal powder, for example tungsten, 6 mm high is first filled into a steel die. D is layered over a layer of powder of a 6 mm height of pure tungsten to form the intermediate second layer. 13 Above this, a layer of a WReIO powder mixture is filled with a thickness of 1.5 mm to form the X-ray-active layer 12. The three layers of powder are compacted with a pressure of 4 Mp / cm to form a solid-edged pressed body. Sintering takes place in a hydrogen atmosphere at temperatures between 2000 and 2400 ° C. for one hour. Following sintering, the final density as high as possible by one or more densification steps at temperatures of 1500-1700 0 C is reached. The sintered part, inductively heated in protective gas, is briefly exposed to air during forging. The residual porosity of the rotary anode compacted by hot hammering is less than 0.3 "/ <> ·
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- 4 - 7PA 72/751 β- 4 - 7PA 72/751 β
In eine Stahlmatrize wird zur Bildung der oberen Schicht zuerst eine Schicht von 1,5 mm Höhe WHe1O-Iegierungspulver gefüllt. Darüber wird zur Bildung der mittleren zweiten Schicht 13 eine Pulverschicht von-5 mm Höhe aus einer VlWo3-PuIVermischung geschichtet. Darüber wird zur Bildung der unteren Schicht 14 eine Schicht von 6 mm einer Pulvermischung aus Mo und einem weiteren Metallpulver,z.B. Hafnium, eingefüllt. Die drei Pulverschichten werden mit einem Preßdruck von 3 Mp/cm zu einem kantenfesten Preßkörper verdichtet. Die Sinterung erfolgt in zwei Schritten. Eine Vorsinterung im Wasserstoff bei 1000 0C während 30 min und eine Hochsinterung im Vakuum bei 2000 bis 2400 0C während 1 Stunde. Im Anschluß an die Sinterung wird dieTo form the upper layer, a layer of WHe10 alloy powder 1.5 mm in height is first filled into a steel die. In a powder layer of the intermediate is used to form the second layer 13-5 mm height from a VlWo3 -PuIVermischung layered. In order to form the lower layer 14, a layer of 6 mm of a powder mixture of Mo and a further metal powder, for example hafnium, is filled in. The three layers of powder are compacted with a pressure of 3 Mp / cm to form a solid-edged pressed body. Sintering takes place in two steps. Pre-sintering in hydrogen at 1000 ° C. for 30 minutes and high-sintering in vacuo at 2000 to 2400 ° C. for 1 hour. Following the sintering, the
möglichst hohe Enddichte durch einen oder mehrere Vereiner dichtungsschritte bei/Temperatur zwischen 1400 und 1700 G in Schutzgas erreicht. Die Restporosität der durch Warmhämmern verdichteten Drehanode ist kleiner als 0,3 #.Highest possible final density through one or more Vereiner sealing steps at / temperature between 1400 and 1700 G reached in protective gas. The residual porosity of the rotary anode compacted by hot hammering is less than 0.3 #.
Das Verfahren entspricht dem nach Beispiel 2, jedoch bestehen die drei Schichten,nämlich die 0,2 mm dicke röntgenaktive Schicht 12 aus einem WRe15-Legierungspulver, die 1,5 mm dicke mittlere Schicht 13 aus einem 7/Re3-legierungspulver und die untere 4 mm dicke 3· Schicht 14 aus einer MoTa5-PuIve rmi s chung.The method corresponds to that of Example 2, but there are three layers, namely the X-ray active layer 0.2 mm thick Layer 12 of a WRe15 alloy powder that is 1.5mm thick middle layer 13 made of a 7 / Re3 alloy powder and the lower 4 mm thick 3 x layer 14 made of a MoTa5 PuIve rmi s chung.
Verfahren wie bei Beispiel 1, jedoch wird die Molybdän-Schicht nur 4 mm hoch gefüllt und besteht aus einer MoZr5-Pulvermischung. Die zweite Schicht aus reinem Wolframpul ve r wird 8 mm hoch gefüllt. Die dritte Pulverschicht besteht aus WIrO,5, wobei die Füllhöhe 1 mm beträgt.Procedure as in Example 1, but the molybdenum layer is only filled 4 mm high and consists of one MoZr5 powder mixture. The second layer of pure tungsten bulb ve r is filled 8 mm high. The third layer of powder consists of WIrO, 5, whereby the filling height is 1 mm.
Die erfindungsgemäße Röntgen-Drehanode ermöglicht gegenüber den bisher bekannten Verbundanoden mit einer WRe-Legierung als röntgenaktive Schicht eine erhebliche Einsparung an Rhenium-Anteil. Bei den bekannten Röntgen-Drehanoden liegt der Rhenium-Gehalt der röntgenaktiven SchichtThe X-ray rotating anode according to the invention enables opposite the previously known composite anodes with a WRe alloy as the X-ray active layer a considerable Saving of rhenium content. With the known X-ray rotating anodes is the rhenium content of the X-ray active layer
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- 5 - VPA 72/7518- 5 - VPA 72/7518
zwischen 3 und 10 Gew.-5&. Es ist bekannt, daß höherer Rhenium-Gehalt, z.B. zwischen 10 und 20 fo. zu einer geringeren Aufrauhung der röntgenaktiven Oberflächenschicht führt, als Gehalte bis 10 Gew.-$ Hhenium. Durch den dreischichtigen Aufbau der erfindungsgemäßen Drehanode sind Rhenium-Gehalte von z.B. 15 Gew.-$ in der röntgenaktiven Schicht möglich, wobei der Gesamt-Rhenium-Anteil pro Drehanode kleiner gehalten werden kann.between 3 and 10 wt. It is known that higher rhenium content, for example between 10 and 20 fo. leads to less roughening of the X-ray active surface layer than contents of up to 10% by weight of hhenium. The three-layer structure of the rotating anode according to the invention enables rhenium contents of, for example, 15% by weight in the X-ray-active layer, it being possible to keep the total rhenium content per rotating anode smaller.
12 Patentansprüche
3 Figuren12 claims
3 figures
309838/0186309838/0186
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