DE2346925A1 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Description

Röntgenröhren-Drehanode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode mit einem mehrschichtigen Anodenteller, umfassend einen Grundkörper, der aus schwerschmelzbarem Metall guter Wärme-Kapazität und -Leitfähigkeit besteht, der wenigstens an dem Teil seiner Oberfläche, die zur Aussendung von Röntgenstrahlen mit Elektronen beaufschlagt wird, mit einer Schicht aus einem Material guten Bremsstrahlumsatzes belegt ist. Derartige Körper werden bekanntlich zur Erzeugung von Röntgenstrahlen verwendet, weil an der Schicht, für die in der Regel Wolfram bzw. eine seiner Legierungen verwendet wird, mit guter Ausbeute bei der Beaufschlagung mit Elektronen Röntgenstrahlen erhalten werden. Andererseits ist der Basiskörper, für den vorwiegend Molybdän als Metall in Benutzung ist, wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität gut zur Ableitung und Speicherung sowie späteren Abgabe der Wärme geeignet.

Zur Zeit bestehen die genannten Anodenteller in der Regel aus Verbundkörpern, die nach dem Sinterverfahren hergestellt "„-erden. Sie weisen aber verschiedene Nachteile auf« Diese sind "hauptsächlich:

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. Der Basiskörper aus Molybdän, der auf Sinterbasis hergestellt ist, weist Kaltsprödigkeit auf. Die Übergangstemperatur (DBT-Temperatur), bei welcher der Übergang von der Kaltsprödigkeit zur Warmduktilität erfolgt, liegt zwischen 150 und 35O⁰C. Dies bedeutet aber, daß bei diesen Tellern im Gebrauch eine Tendenz zum Springen hingenommen werden muß.

2. Bei den Sinterkörpern bleiben offene Poren in der Größenordnung von 1 %. Diese Poren stellen eine zusätzliche Grundlage zur Bildung von Rissen dar.

3. Die in der Regel etwa 1 mm starke Deckschicht aus Wolfram, seinen Legierungen etc. kann nur mit einer Toleranz von ca. 1/2 mm hergestellt werden, d.h. eine Mindestdicke von 1/2 mm kann nicht unterschritten werden.

4. Infolge der Dickenschwankungen der Deckschicht erhält der Anodenkörper wegen der materiellen Unterschiede seines Aufbaus Unwuchten, die unvermeidbar sind. Die Teller müssen daher nachträglich ausgewuchtet werden.

5. Nach dem Bearbeiten der fertigen Anode muß die Wolframbzw. Wolframlegierungsschicht an ihrer Oberfläche geschliffen werden.

6. Es können nur Schichten verwendet werden, die auch mit dem Sinterprozeß aufgebracht werden können. Wegen der großen Sauerstoffaffinität sind davon Metalle, wie z.B. Tantal

■ und Niob, weitgehend ausgeschlossen.

7. Man ist bei der Herstellung an bestimmte, in einem Preßvorgang erzielbare Formen gebunden.

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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Herstellung und insbesondere die thermische und mechanische Qualität der Anodenkörper zu verbessern.

Erfindungsgemäß sind in Lösung vorgenannter Aufgabe aus einem Verbundkörper bestehende Drehanoden dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus erschmolzenem Blech besteht. Die Beschichtung kann z.B. durch Beaufschlagen mit Pulver des Materials der Schicht aufgebracht sein, welches bis in die Nähe des Schmelzpunktes erhitzt, d.h. durch Erhitzung plastisch gemacht, und auf angenähert Schallgeschwindigkeit beschleunigt ist.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

1. Das anstelle des üblichen Sintermetalls, wie Sintermolybdän, verwendete, im Lichtbogen geschmolzene Metall ist bei Zimmertemperatur nicht kaltspröde, so daß Tellersprünge während des Erhitzens beim Anlaufen der Drehanode vermieden sind. Ebenso ist die Zugfestigkeit des Materials erhöht.

2. Geschmolzenes Metall, das in Form von Blech oder in sonst geeigneter Form zu erhalten ist, insbesondere Molybdän oder Molybdänlegierungen, weist Poren nur in sehr geringem Umfang auf.

3. Der Grundkörper kann aus Materialien gefertigt werden bzw.

es können ihm solche beigemengt werden, die für den Sinterprozeß nicht geeignet sind. So können z.B. außer Molybdän und seinen Legierungen auch Niob und Tantal verwendet werden, die im Sinterprozeß zu viel Empfindlichkeit gegenüber dem Sauerstoff der Luft aufweisen.

4· Für die Beschichtung können dieselben Materialien verwendet werden wie beim Sinterprozeß. Es sind aber auch solche

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benutzbar, die im Sinterprozeß nicht aufbringbar sind, wie z.B. Legierungen von Wolfram mit Tantal.

5. Die geometrischen Formen, die man erreichen will, sind weitgehend frei wählbar, weil man nicht an die Geometrie von Preßteilen gebunden ist, während bei der Pulvermetallurgie, d.h. beim Verpressen eines Mehrschichttellers, bestimmte, d.h. zum Pressen geeignete, Formen zu berücksichtigen sind.

6. Der aus geschmolzenem Metall bestehende Basiskörper kann im · allgemeinen leicht bearbeitet werden (irräsen, Drehen etc.). Diese Arbeitsgänge erscheinen bei einem Tellerkörper mit Wolfram- oder Wolfram-Rhenium-Deckschicht, wie er im üblichen Sinterverfahren erhalten wird, kaum geeignet.

Als Materialien für den Basiskörper sind, wie bereits erwähnt, geschmolzenes Molybdän oder Molybdänlegierungen verwendbar, die übliche Beimengungen enthalten. Als solche Beimengung sind z.B. 1 "fo bis 10 io Wolfram anzusprechen. Auch die zur Beschichtung verwendeten Metalle können die zu diesem Zweck üblichen sein.

Die Beschichtung kann etwa durch .Plasmaspritzen oder nach dem Detonation-G-un-Yerfahren etc. erfolgen, bei denen die Teilchen des Beschichtungsstoffes mit hoher Geschwindigkeit auf den Träger geschleudert werden, nachdem sie durch Erhitzung plastisch geworden sind. Es ist lediglich wichtig, daß die gewählten Bedingungen zu dichten Beschichtungen führen, die z.B. reines Wolfram bzw. eine überwiegend aus Wolfram bestehende Wolframlegierung enthalten. Als Legierungspartner des Wolframs sind vorzugsweise bis zu 20 $ Rhenium zu betrachten.

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Beim an zweiter Stelle genannten "Verfahren wird das Wolfram bzw, die Wolframlegierung in der Form eines Pulvers in einer Explosion erhitzt und durch den Explosionsdruck beschleunigt auf die Oberfläche des Molybdän- oder Molybdänlegierungskörpers geschleudert. Je nachdem, wie oft die Explosionsvorgänge hintereinander ausgelöst werden, werden mehr oder weniger dicke Schichten erhalten. Eine nähere Beschreibung des Detonation-Gun-Yerfahrens befindet sich z.B. in der Zeitschrift "Metalloberfläche" 24 (1970), Heft 10, Seite 404 bzw. in der DT-AS 1 184 176.

Die genannten Verfahren bieten insbesondere im Zusammenhang mit der Erfindung folgende Vorteile:

1. Die Dicke der Beschichtung kann über die gesamte Fläche des Drehanodentellers genau eingehalten werden. Unwuchten sind so vermieden.

2. Die Beschichtungen sind schon von der Herstellung her glatt, so daß ein Überschleifen weitgehend vermieden werden kann.

3. Der Basiskörper bleibt bei der Beschichtung kalt, d.h. die Materialeigenschaften bleiben erhalten, weil beim Erhitzen eintretende Umstrukturierungen unterbleiben.

4. Die Erfindung ergibt zusammen mit dem aus Schmelzmetall entstehenden Basiskörper preiswerte Drehanoden. Der Preis kann wesentlich, z.B. in der Größenordnung von 50 %, unterhalb desjenigen eines entsprechenden Sinterkörpers liegen.

5. Die Beschichtung eines scheibenförmigen Anodentellers ist auch an der seitlichen Zylinderfläche möglich.

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Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren weiter erläutert.

In der Fig. 1 ist im Schaubild eine Drehanoden-Röntgenröhre mit aufgebrochener Drehanode dargestellt, deren Anodenkörper erfindungsgemäß aufgebaut ist und

in der Fig. 2 der Querschnitt durch den Drehanodenkörper.

Der in der Fig. 1 dargestellte Kolben 1 der Röntgenröhre 2 enthält an seinem inneren Ende die Kathodenanordnung 3 und am gegenüberliegenden die Anodenanordnung 4. Dabei besteht die Kathodenanordnung aus einer Hülse 5, mit welcher sie an dem einen Ende des Kolbens 1 befestigt ist. Die Kathodenanordnung 3 weist außerdem einen Ansatz 6 auf, in welchem sich die eigentliche Glühkathode befindet. Gegenüber der Kathodenanordnung befindet sich am anderen Ende des Röhrenkolbens 1 die Anodenanordnung 4. Sie umfaßt einen Rotor 7, der mittels eines außen an dem Kolben 1 ansetzbaren, in der Figur nicht dargestellten Stators in Rotation versetzbar ist. Diese Rotation wird dann über die Achse 8 auf die damit verbundene Drehanode 9 übertragen. Die Drehanode 9 besteht aus einer Platte 10, die 10 mm stark ist und aus Molybdän besteht, welchem 5 % Wolfram zulegiert sind. Die Anode 9 ist mittels der Schraube 1 1 gegen"das Widerlager 12 der Achse 8 gepreßt und so an die Drehbewegung des Rotors 7 gebunden. An der der Kathodenanordnung 3 zugewandten Oberfläche ist die Platte 10 mit der Belegung 13 versehen, die 1 mm stark ist und aus einer Legierung besteht, die 97 % Wolfram und 3 % Rhenium enthält. Von der Glühkathode 14 aus treffen auf diese Belegung bei Anlegen eines entsprechenden Potentials zwischen den Leitungen 15, 16, 17 und dem Stutzen 18 Elektronen auf. Sie werben in den Brehn-

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fleckbahnen 19 und/oder 20, die einzeln oder gemeinsam verwendet werden, abgebremst und erzeugen dabei Röntgenstrahlen, die in der Röntgendiagnostik oder -therapie verwendet werden können.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   r 1 .JRöntgenröhren-Drehanode mit einem mehrschichtigen Anodenteller, umfassend einen Grundkörper, der aus schwerschmelzbarem Metall guter Wärme-Kapazität und -leitfähigkeit besteht, der wenigstens an dem Teil seiner Oberfläche, die zur Aussendung von Röntgenstrahlen mit Elektronen beaufschlagt wird, mit einer Schicht aus einem Material guten Bremsstrahlumsatzes belegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus erschmolzenem Metall besteht, dessen Schmelzpunkt wenigstens 2000⁰C beträgt.
2. 2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Beaufschlagen mit einem Pulver des Materials der Schicht aufgebracht ist, welches durch Erhitzung plastisch gemacht und auf angenähert Schallgeschwindigkeit beschleunigt ist.
3. 3. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper wenigstens überwiegend aus Molybdän besteht und die Schicht wenigstens überwiegend aus Wolfram.
4. 4. Anode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper eine Molybdän-Wolfram-legierung mit bis zu 10 %, insbesondere 5 %, Wolfram ist und die Schicht eine Wolfram-Rhenium-Legierung, die im Wolfram bis zu 20 %, insbesondere 3 bis 5 %, Rhenium enthält.
5. 5. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein Material, wie Niob, Tantal etc., enthält.

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