DE2619293B2

DE2619293B2 - Strahlendurchgangsfenster, insbesondere für Röntgenbildverstärker

Info

Publication number: DE2619293B2
Application number: DE2619293A
Authority: DE
Inventors: Ulrich 8520 Erlangen Bodes; Hermann Ing.(Grad.) 8510 Fuerth Christgau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2349952A1; DE2619293C3; DE2619293A1; FR2349952B1; US4153854A

Description

Ein Strahlendurchgangsfenster nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der DE-PS 31 210 bekannt.

Bei den bekannten Fenstern wird die Scheibe aus einem Formteil aus Aluminium-Kupfer-Zweischichtenmaterial hergestellt, bei dem im Strahlendurchgangsteil die Kupferschicht und am Rand die Aluminiumschicht abgelöst ist. So wird eine Scheibe erhalten, die am Rand eine Beschichtung hat, die aus Schwermetall besteht und über die Scheibe hinausragt. Dieser Schwermetallrand kann dann mit dem Metallrahmen verschweißt werden. Bei derartigen Fenstern hat es sich als nachteilig erwiesen, daß es Schwierigkeiten bereitet, Zweischichtenmaterial in industrieller Fertigung immer in gleicher, vakuumdicht aneinander haftender Qualität zu erhalten. Außerdem ist die Abtragung von Material durchzuführen, bevor man an die Verschweißung gehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Strahlendurchgangsfenster gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Befestigung im Rahmen so auszubilden, daß bei vertretbarem Aufwand reproduzierbar dichte Verbindungen erhalten werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die Anwendung einer Beschichtung aus Silber ist es möglich, dichte Verbindung sowohl zur Fenster-

scheibe als auch zum Fensterrahmen zu erhalten. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man zuerst die Scheibe und den Rahmen an den miteinander zu verbindenden Stellen mit Silber belegt und anschließend diese Silberschichten bei erhöhter Temperatur aufeinanderpreßt

Ein entsprechend geformtes, etwa gewölbtes, Eingangsfenster aus Aluminium oder Aluminiumlegierung wird zur Anbringung einer geeigneten Silberschicht ebenso wie ein etwa aus Edelstahl bestehender Rahmen vernickelt Hierauf erfolgt die Versi'berung. Beide Schichten können galvanisch niedergeschlagen werden oder im Hochvakuum etwa aufgedampt Die Vernickelung des Aluminiums kann in Anlehnung an die in der DE-OS 25 12 339 beschriebenen Verfahren auch dadurch erfolgen, daß die Fläche zunächst gereinigt und entfettet, anschließend oxidfrei gebeizt und hierauf aktiviert wird durch Ätzung und anschließendes Niederschlagen vor Eisen und darauffolgende galvanisehe Mattvernickelung. Auf die Nickelschicht kann dann in üblicher Weise Silber aufgalvanisiert etc. werden. Die Schichtdicken sollten dabei für Nickel 5μπι bis 25μπι, insbesondere 15μπι, betragen und für das Silber 5μΐη bis 20μΐτι, insbesondere 15μηι.

Die Verbindung der Fensterscheibe mit dem Rahmen erfolgt über die Diffusion zweier Silberschichten unter einem Druck, der in der Größenordnung von 100 N/mm² liegt. Gleichzeitig wird die Temperatur der miteinander zu verbindenden Teile auf 200 bis 500⁰C, insbesondere 260⁰C, erhöht. Der Druck kann in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß die Teile in eine Form eingespannt werden. Es ist zweckmäßig, eine solche aus Preßringen zu verwenden, die an Rahmen und Fensterscheiben gegenüber den zu verbindenden Flächen angelegt und zusammengeschraubt werden. Günstig sind Preßringe, deren linearer Temperaturkoeffizient größer ist als derjenige der sie zusammenhaltenden Schrauben. Vor dem Diffusionsschweißen werden die Schichten abrasiv gereinigt, um evtl. dem Silber anhaftende Sulfidschichten zu entfernen. Dazu werden die Silberflächen mit Scheuermitteln, etwa solchen, die auch für den Gebrauch im Haushalt im Handel erhältlich sind, oder feinstem Siliziumkarbid (600 mesh) behandelt.

Als Material für die Teile der Preßform ist hochfester Stahl geeignet. Auch die Schrauben sollten aus einem Material hoher Festigkeitsklasse bestehen. Abhängig von der Festigkeit des Schraubenmaterials wird eine geeignete Anzahl von Schrauben in entsprechender Vorspannkraft benutzt. Bei einem Fenster von ca. 25 cm Durchmesser und Verwendung eines Stahls der Festigkeitsklasse St 60 soweit von Schrauben der Festigkeitsklasse 12,9 werden 20 Schrauben in regelmäßigen Abständen mit einem Drehmoment von 78 Nm angebracht. Dadurch wird in der Verbindung, d. h. in einem 4 mm breiten Rand des Fensters, ein Druck von 100 N/mm² erzeugt Die aneinandergepreßten Teile werden in der Preßvorrichtung eine Stunde lang auf 26O⁰C erhitzt Während dieses Ausheizens darf der Preßdruck nicht wesentlich unter 100 N/mm² abfallen. Der Rand der Aluminiumfensterscheibe wird bei dieser Beanspruchung an der Verbindungsstelle mit ca. 15% der Materialstärke plastisch verformt Durch dieses Fließen des Aluminiums werden morphologische Fehler, wie z. B. Kratzer, in den Fügeflächen ausgeglichen und eine Annäherung dieser Flächen auf etwa atomaren Abstand erreicht
Unter diesen Voraussetzungen wird eine Diffusion

des Silbers in ausreichendem Maße und gleichmäßig über die Verbindungsfläche erreicht.

Eine Abwandlung der Preßform kann so konstruiert werden, daß bei gleichem Grundprinzip, d. h. bei Verwendung eines Preßrahmens mit Verschraubung, die Flächenpressung dadurch erzeugt wird, daß die Preßform aus Edelstahl mit hohem linearem Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Schrauben aus einem solchen mit geringerem linearem Ausdehnungskoeffizienten erzeugt werden. Dabei ist der Vorpreßdruck so einzustellen, daß bei der Diffusionstemperatur unter Berücksichtigung der dabei eintretenden Ausdehnungsverhältnisse der Anpreßdruck in die Größenordnung von 100 N/mm² kommt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

In der Fig. 1 ist in schematischem Querschnitt ein Röntgenbildverstärker mit eingesetztem erfindungsgemäßem Aluminiumfenster gezeichnet,

in der Fig.2 der in Fig. 1 mit einem Kreis Ii gekennzeichnete Ausschnitt der Befestigung der Fensterscheibe an dem Fensterrahmen,

in der F i g. 3 eine Anordnung zur Diffusions-Preßverschweißung der Fensterscheibe mit dem Rahmen und

in der Fig.4 ein der Darstellung in Fig.2 entsprechender Ausschnitt, bei welchem der Fensterrahmen von dem Rand der im Vakuumkolben mit dem Strahleneintrittsfenster zu verschließenden Öffnung gebildet ist.

In der F i g. 1 ist mit 1 ein aus Stahl bestehender Vakuumkolben eines Bildverstärkers bezeichnet, dessen Strahleneintrittsfenster 2 aus Aluminiumblech besteht, welches 0,9 bis 1,5 mm dick ist. Hinter dem Fenster 2 befindet sich eine Kathodenanordnung, welche aus einer Aluminiumkalotte 3, einer Leuchtschicht 4 und einer Fotokathodenschicht 5 besteht. Auf die Kathoden folgen dann Elektroden 6, 7, 8 und 9, die Teile einer Elektronenoptik sind, mit welcher an der Kathodenanordnung ausgelöste Elektronen auf einem Leuchtschirm 10 abgebildet werden, der parallel zu einer durchsichtigen Endwand 11 des Kolbens 1 liegt. Die eigentliche Abbildung der Elektronen wird durch über Leitungen 12 bis 16 angelegte Spannungen bewirkt.

In der F i g. 2 ist in einem vergrößerten Ausschnitt der Rand des Fensters 2 gezeichnet. Dabei ist ersichtlich, daß zwischen den 0,9 bis 1,5 mm dicken Aluminiumblechen der Fensterscheibe 2 und dem Rahmen 17, der ein L-förmig gebogener Ring ist, die Schichten 19 und 19' aus Silber liegen, welche die eigentliche Verbindung der Scheibe 2 mit dem Rahmen 17 darstellen. An seinem freien Ende ist der Rahmen 17 an der Schweißnaht 18 vakuumdicht mit dem Kolben 1 verbunden, wo der Rahmen an seiner Abknickstelle an einer Sicke 20 aufsitzt Bei der Verbindung des Rahmens 17 mit dem Fenster 2, welche an ihren einander berührenden Flächen mit den Silberschichten 19 und 19' in der oben bereits angegebenen Weise versehen sind, werden die Haftflächen dadurch gereinigt, daß .?ie mit Wasserschleifpapier (600 mesh Siliziumkarbid) behandelt werden. Hierauf werden sie in eine in Fig.3 dargestellte Preßvorrichtung 22 eingelegt, die aus einem Stahlring 23 besteht, der an einer Seite am Rand eine hochgezogene Wand 24 aufweist, so daß innen eine Ausnehmung bleibt, in welche ein weiterer Ring 24 aus Stahl paßt. Beide Ringe werden durch eine Mehrzahl von Schrauben 25 in oben bereits dargelegter Weise fest miteinander verbunden, so daß ein auf den Ring 23 im Zwischenraum zum Ring 24 hin gelegter Rahmen 17 und der Rand eines Fensters 2, der auf den Teil 21 des Rahmens paßt, durch Anziehen der Mutter 26 aufeinandergepreßt werden. Damit ausreichend Bewegungsfreiheit für den Ring 24 verbleibt, besitzt dieser eine Ausnehmung 27, in welche sich die L-förmige Abwinkelung des Teiles 17 erstrecken kann. Mit einer Presse, die in dieser Art ausgebildet ist, kann das oben beschriebene Verfahren, d. h. Aufeinanderpressen des Teils 21 des Rahmens 17 und des Randes des Fensters 2 erfolgen. Anschließend wird dann dieser Rahmen, in welchen Fensterscheibe und Rahmen eingeklemmt sind, zur Erhitzung in einen Heizofen gelegt, so daß die erwähnte einstündige Erhitzung auf 260° erfolgen kann. In ähnlicher Weise kann auch eine vereinfachte Anbringung eines Fensters 2 an einen Kolben 1 erfolgen, indem wie in F i g. 4 angedeutet, als Rahmen der Rand der mit dem Fenster 2 zu verschließenden Strahleneintrittsöffnung eines Kolbens Γ, der dem Kolben 1 aus F i g. 1 entspricht, ausgebildet ist und einen rechtwinkelig ausgestülpten Flansch 21' aufweist, der dem Teil 21 des Rahmens 17 der F i g. 2 entspricht. Der Kolben nach F i g. 4 weist eine Eingangsfensterscheibe 2' auf, die völlig derjenigen gleicht, die in den übrigen Figuren mit 2 bezeichnet ist. Auch dort sind Silberschichten 29 und 29' vorgesehen, die mit einer Vorrichtung aneinandergepreßt und erhitzt sind, wie mit F i g. 3 erläutert. Bei einer Fensterverbindung, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist, kann bei einer Preßvorrichtung nach F i g. 3 eine Ausnehmung 27 wegfallen, so daß auch bei dieser Anordnung eine Vereinfachung erzielbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlendurchgangsfenster mit einer Aluminiumfensterscheibe, die am Rand mit einer Beschichtung versehen und mittels dieser Beschichtung mit einem Metallrahmen verschweißt ist, insbesondere Strahlendurchgangsfenster für einen Röntgenbildverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Silber besteht

2. Strahlendurchgangsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Flansch am Vakuumkolben ist, der mit der Fensterscheibe aus Aluminium verschlossen wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Verschweißung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Flächen am Rahmen und am Rand der Aluminiumfensterscheibe versilbert werden und daß diese Beschichtungen durch Diffusionsverschweißung miteinander verbunden werden, indem die Schichten aus Silber aufeinandergepreßt und erhitzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber den zu verbindenden Flächen Preßringe angelegt, bis zur Entstehung eines Druckes von 60 N/mm² bis 180 N/mm², insbesondere 100 N/mm², miteinander verschraubt, dann auf 200 bis 500⁰C, vorzugsweise 26O⁰C, für eine Dauer von 1 bis 4 Stunden, insbesondere 1 Stunde, erhitzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Stellen der Aluminiumfensterscheiben vor der Versilberung vernickelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernickelung 5 bis 25μπΊ, insbesondere 15μπι, und die Versilberung 5 bis 20μπι, insbesondere 15μπι, dick ist.