DE2357292C3

DE2357292C3 - Röntgenröhren-Drehanode mit einer Auftreffläche aus einer Wolfram-Rhenium-Tantal-Legierung

Info

Publication number: DE2357292C3
Application number: DE2357292A
Authority: DE
Inventors: Frederik Magendans; Bernhard Josef Pieter Van Rheenen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-11-16
Publication date: 1981-02-19
Also published as: ATA1009273A; FR2210009A1; DE2357292A1; NL7216500A; BE808201A; JPS541380U; JPS4989494A; JPS5642933Y2; CH566074A5; FR2210009B1; AT338941B; US3875444A; DE2357292B2; GB1395138A; IT999875B; CA1009870A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehanode gemäß dem Oberbegriff des Anspruches. Unter der »Auftrefffläche« ist in diesem Zusammenhang mindestens die A "tftreffstelle der Elektronen, die sogenannte Brentifieckbahn. zu verstehen.

Drehanoden dieser Art sind aus NL-PS 127 039 bekannt. Es wird in dieser Patentschrift zwar bemerkt, daß Drehanoden mit einer Auftrefffläche für die Elektronen aus Wolfram mit 1 bis 5 Gew.% Rhenium infolge der Kaltduktilität dieser Legierung erst bei viel höherer Belastung rauh werden, aus der Literatur ist aber bekannt, daß der günstigste Rheniumgehalt bei etwa 10 Gew.% Hegt, weil bei dieser Legierung der sogenannte Dosisverlust nicht wesentlich geringer als bei Legierungen mit einem höheren Rheniumprozentsatz ist; Schmelzerscheinungen in der Brennfleckbahn, die ebenfalls zu eii.em Dc ,isverlust führen, treten aber erst bei viel höheren Belastungen auf. (Siehe Sedlatschek und Elsas »Hö' crre Belastung von Drehanodenröhren durch Verwendung von legierten Anoden« in der Zeitschrift Angew. Physik, 15 Nr. 2 (1963], S. 175-8 und die niederländische Patentschrift 122291.) In der Praxis werden denn auch Drehanoden mit einer Auftrefffläche für die Elektronen aus einer Wolframlegierung mit ca. 10 Gew.Of Rhenium verwendet. In der niederländischen Patentschrift 127039 wird bemerkt, daß 5 bis 25 Gew.',λ des Wolframs durch Tantal ersetzt sein kann. In der niederländischen Patentschrift 122 291, die sich ebenfalls auf Drehanoden aus einer Wolframlegierung mit Rhenium bezieht, wobei jedoch die Rheniumgehaite 5 bis 35 Gew.% betragen, wird dem hinzugefügt, daß die Wärmebeständigkeit von Wolfram-Rhenium-Legierungen durch den Zusatz von Tantal vergrößert wird. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Schmelzpunkt von Rhenium bei ca. 3180° C und der von Tantal bei ca. 2996" C liegt. Rhenium ist ein sehr kostspieliges Metall, der in der Praxis verwendete Gehalt von 10 Gew.% trägt zu einem erheblichen Teil zudem hohen Preis von Drehanoden für Röntgenröhren bei. Eine Herabsetzung des Rheniumgehaltes auf Prozentsätze zwischen 1 und 5 Gew.% führt im allgemeinen zu einer Beeinträchtigung der Güte der damit hergestellten Röntgendrehanoden. Es tritt nicht nur ein größerer Dosisverlust bei derselben Anzahl Belastungen wie bei der Anwendung von Legiertingen mit 10 Gew,% Rhenium auf (siehe den vorerwähnten Artikel; Fig. 9), sondern dieser Verlust fangt gewöhnlich auch bereits in einer etwas früheren Phase an. Die Temperaturbeständigkeit von Legierungen mit geringeren Rheniumprozentsätzen ist geringer, so daß die sog. Tellerverformung der Drehanoden zu berücksichtigen ist. Bei dieser Tellerverformung ändert

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sich der Winkel der Brennfleckbahn zu der Drehanode. Dadurch wird ebenfalls ein Dosisverlust herbeigeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehanode für eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz des geringen Rheniumgehaltes einen geringen Dosisverlust aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Es wurde gefunden, daß innerhalb der angegebenen Prozentsätze Legierungen erhalten werden, mit denen Drehanoden hergestellt werden können, die, sofern es den Dosisverlust bei gleicher Belastung anbelangt, qualitativ mit Drehanoden vergleichbar sind, deren Auftrefffläche aus einer Wolframlegierung mit 10 Gew.% Rhenium, Rest Wolfram besteht. Der überraschende Effekt der Anwendung geringer Tantalprozentsätze ließ sich aufgrund der Literatur nicht erwarten. Bei einer Vergrößerung des Tantalgehaltes oberhalb 4 Gew.% werden keine weiteren Vorteile erhalten, während dagegen das Auftreten von Schmelzerscheinungen bei Belastung der Anode berücksichtigt werden muß.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß aus der DE-OS 2 108 192 eine Anode für eine Röntgenröhre bekannt ist, die aus einer Legierung von 0,1 bis 99,7 Gew.% Wolfram, 0,1 bis 20 Gew.% Rhenium und 0,1 bis 99,9 Gew.% Molybdän und 0,01 bis 1 Gew.% Bor besteht. Diese Zusammensetzung soll sich entlang eines Axialschnittes der Anode stetig verändern derart, daß die Brennfläche die Maximalwerte für Wolfram und Rhenium und der Schaft die Maximalwerte für Molybdän aufweist. Durch einen Zusatz von 0,1 bis 25 Gew.% Tantal soll dabei die Bearbeitbarkeit des (im wesentlichen aus Molybdän bestehenden) Grundkörpers verbessert werden.

Aus der US-PS 3 160501 sind mehrere Wolfram-Rhenium-Tantal-Legierungen bekannt, von denen eine 4% Tantal, 2% Rhenium und 94% Wolfram und eine andere ebensoviel Wolfram, 2% Tantal und 4% Rhenium enthält. Diese Legierungen sind für Raketendüsen und Gasturbinenblätter vorgesehen und werden auch für Lampen- und Röhrenanwendungen empfohlen. Diese Legierungen haben einerseits bei Raumtemperatur und darunter eine relativ gute Duktilität und andererseits bei Temperaturen über 1070° C eine hohe Widerstandsfähigkeit. Bei den üblichen Entladungsröhren überschreitet die Anodentemperatur diesen Wert auch nicht; bei Drehanoden-Röntgenröhren hingegen können die Tempel dturen in der Brennfleckbahn viel höher werden, weil dabei im Hinblick auf die Abbildungsschärfe der mit einer solchen Röhre angefertigten Röntgenaufnahmen angestrebt wird, daß die Elektronen einen möglichst kleinen Teil der Anodenscheibe treffen. Bei den üblichen Entladungsröhren spielt auch die Aufrauhung der Anode keine Rolle.

Der Trägerkörper der Röntgendrehanode besteht beispielsweise aus einer Molybdänlegierung mit einer großen Wärmebeständigkeit, einer hohen Rekristallisationstemperatur und einem unter Zimmertemperatur liegenden Übergang zwischen spröde und duktil. Geeignete Legierungen sind z, B, Legierungen, die geringe Mengen an Titan, Zirkon und Kohlenstoff enthalten, wie die unter den Bezeichnungen »TZM« und »TZC* käuflich erhältlichen Legierungen, deren angegebene Zusammensetzung 0,40 bis 0,55 Gew.%

Titan, 0,06 bis 0,12 Gew.% Zirkon, Rest Molybdän bzw. ca. 1,25 Gew.% Titan, 0,15 bis 0,25 Gew.% Zirkon, 0,15 bis 0,30 Gew.% Kohlenstoff, Rest Molybdän, ist.

Beispielsweise wird die Drehanode nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß eine Scheibe aus der ternären Wolframlegierung mit einer im wesentlichen aus Molybdän bestehenden Scheibe unter Herabsetzung der Dicke und Vergrößerung des Durchmessers der beiden Scheiben unter Kaltverformung durch einen einzigen Schlag großen Energieinhalts zwischen Sachen Preßbiöcken verbunden wird. Dann wird aus der erhaltenen Scheibe auf bekannte Weise eine Drehanode hergestellt.

Es ist naturgemäß auch möglich, einen Trägerkörper aus Kohlenstoff oder Graphit zu verwenden, wobei z. E. die Auftrefffläche an dem Trägerkörper durch Hartlöten oder ein anderes geeignetes bekanntes Verfahren, befestigt wird.

Ausführungsbeispiel I

Es wurde eine Drehanode mit einer Auf trefffläche aus einer ternären Wolframlegierung mit 3 Gew.% Rhenium, 0,4 Gew.% Tantal, Rest Wolfram, und einem Trägerkörper aus einer Molybdänlegierung mit 0,5 Gew.% Titan, 0,08 Gew.% Zirkon, Rest Molybdän, hergestellt. Bei Versuchen ergab sich, daß diese Drehanode nach einer gleichen Anzahl gleichartiger Belastungen einen geringeren Dosisverlust als eine Drehanode gleicher Bauart mit einer Auftrefffläche aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung mit 10 Gew.% Rhenium aufwies.

Ausführungsbeispiel II

Völlig gleiche Ergebnisse wie bei dem Ausführungsbeispiel I wurden erzielt, wenn die Auftrefffläehe für die Anode aus einer Wolfram-Rhenium-Tantal-Legierung bestand, die 3 Gew.% Rhenium, 1,5 Gew.% Tantal, Rest Wolfram, enthielt.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Anzahl Kurven, die die Beziehung zwischen der Dosisausbeute D in Röntgen/sec als Ordinate (linear aufgetragen) und der Anzahl der Belastungen B als Abszisse (logarithmisch aufgetragen) angeben.

Die Kurve 1 bezieht sich auf eine Drehanode nach dem Ausführungsbeispiel I; die Kurve 2 bezieht sich ι > auf eine Drehanode nach Ausführungsbeispiel Π. Die anderen Kurven in der Figur beziehen sich auf Drehanoden mit einer Auftrefffläche
bei 3 aus Wolfram,

bei 4 aus einer Wolfram-Tantal-Legierung mit 0,33 Gew.% Tantal, Re^. Wolfram,

bei S aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung mit

5 Gew.% Rhenium, Rest Wolfram,
bei 6 aus einer Wolfram-Tantal-Legierupg mit 1,23 Gew.% Tantal, Rest Wolfram, bzw.
:5 bei Ί aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung mit

10 Gew.% Rhenium, Rest Wolfram.
Aus einem Vergleich dieser Kurven gehen deutlich die Vorteile der Anwendung der beschriebenen Legierungen für die Auftrefffläche einer Drehanode, sowohl in bezug auf die Abnahme der Dosis, als auch auf den Zeitpunkt des Anfangs dieser Abnahme im Vergleich zu z. B. Wolfram- und Wolfram-Rhenium-Legierungen hervor.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Drehanode für eine Röntgenröhre, bei der mindestens die Auftrefffläche für die Elektronen aus einer ternären Legierung von Wolfram, 2,3 bis 3,5 Gew.% Rhenium und Tantal besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1 bis 2 Gew.% Tantal enthält.