DE2748566A1

DE2748566A1 - Drehanode fuer eine roentgenstrahlroehre und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2748566A1
Application number: DE19772748566
Authority: DE
Inventors: Hideo Koizumi; Michiyasu Komatsu; Tadashi Miyano; Shigeharu Nishino
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-05-18
Also published as: US4168449A; DE2748566B2; DE2748566C3

Description

Drehanode für eine Röntgenstrahlröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Drehanode für eine Röntgenstrahlröhre, insbesondere eine verbesserte Zwischen- oder Bindeschicht zur Verbindung eines Anodenkörpers mit einer Prallelektroden- bzw. Antikathodenschicht einer solchen Drehanode, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Drehanode.

Röntgenstrahlröhren, insbesondere solche für medizinische Zwecke, enthalten eine schnell umlaufende Drehanode aus Wolfram und eine Kathode, die der Anode innerhalb eines unter einem hohen Vakuum gehaltenen Glaskolbens zugewandt ist. Die über einer Prallelektroden- bzw. Antikathodenfläche der Drehanode ausgebildete Prallelektrodenschicht der Drehanode wird mit von der Kathode emittierten Elektronenstrahlen beschossen, woraufhin die Prallelektrodenschicht Röntgenstrahlung emittiert

Drehanoden mit großer Wärmekapazität erlauben eine gute Wärme abstrahlung und liefern daher eine große Röntgenstrahlung-Ausgangsleistung.

Da Molybdän im Vergleich zu Wolfram eine größere Wärmekapazität und ein niedrigeres spezifisches Gewicht besitzt, sind bereits

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Drehanoden bekannt, die aus einem Laminat aus Molybdän- und Wolframschichten aufgebaut sind. Ebenso sind Drehanoden vorgeschlagen worden, die einen Graphitanodenkörper aufweisen, der mit einer Prallelektrodenschicht aus Wolfram oder einer Wolfram-Rhenium-Legierung verbunden ist. Derartige Drehanoden sind insofern vorteilhaft, als Graphit eine größere Wärmekapazität besitzt als Wolfram oder Molybdän. Nachteilig daran ist jedoch, daß Wolfram und Graphit miteinander reagieren und eine spröde Zwischenschicht bilden, durch welche die Eigenschaften der Drehanode beeinträchtigt werden.

Gemäß der US-PS J> 579 022 wird der vorgenannte Mangel dadurch ausgeschaltet, daß der Graphitanodenkörper mittels einer Zwischenschicht aus Rhenium mit der Prallelektrodenschicht aus Wolfram-Rhenium-Legierung verbunden wird. Gemäß dieser US-PS werden die Prallelektrodenschicht und die Zwischenschicht beide unter Ausnutzung der thermischen Zersetzung der entsprechenden Metallverbindungen gebildet.

Die JA-PS 79289/75 bezieht sich auf eine Verbesserung der genannten US-PS. Gemäß dieser JA-PS erfolgt die Verbindung des aus Graphit bestehenden Anodenkörpers und der aus Wolfram oder seiner Legierung bestehenden Prallelektrodenschicht mittels einer Zwischenschicht aus Molybdän oder Molybdän-Ruthenium-Legierung, wobei diese Zwischenschicht in der Weise hergestellt wird, daß auf die Prallelektrodenfläche des Anode.körpers eine Paste aufgetragen wird, die Molybdän pulver oder aber Molybdän- und Rutheniumpulver enthält, ein vorgeformtes Wolframblech oder -band auf die so aufgetragene Schicht aufgelegt wird und das so gebildete Laminat unter

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Vakuum oder in einem Inertgas heißverpreßt wird.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Drehanode für eine Röntgenstrahlröhre mit hoher Bindungsfestigkeit zwischen Anodenkörper und Prallelektrodenschicht.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung von Röntgenstrahlröhren-Drehanoden, deren Bindungsi^ ;i^>c^r untereinander nur geringfügig schwankt.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur festen Verbindung des Anodenkörpers aus Graphit mit einem vorgeformten Blech oder Band aus Wolfram oder seiner Legierung zur Verwendung als Prallelektrodenschicht.

Diese Drehanode soll dabei eine hohe Röntgenstrahlen-Ausgangsleistung gewährleisten.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Drehanode für eine Röntgenstrahlröhre erfindungsgemäß gelöst durch einen aus Graphit bestehenden Anodenkörper, durch eine aus Wolfram oder seiner Legierung bestehende Antikathoden- bzw. Prallelektrodenschicht und durch eine Rhenium und Molybdän enthaltende Zwischenschicht, die zwischen Anodenkörper und Prallelektrodenschicht angeordnet und mit beiden fest verbunden ist. Die Zwischenschicht enthält dabei vorteilhaft ^O - 90 Gew.-% Rhenium.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Drehanode kennzeichnet sich dadurch, daß eine Paste, die Rhenium- und Molybdänpulver enthält, auf eine Prallelektrodenfläche eines aus Graphit hergestellten Anodenkörpers aufgetragen wird, daß auf die aufgetragene Schicht als Prallelektrodenschicht eine aus Wolfram oder seiner Legierung vorgeformte Lage aufgelegt

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wird und daß sodann der so gebildete Laminatkörper unter Vakuum oder in einem Inertgas mit Hilfe eines druckübertragenden Pulvers einem Heißpressen unterworfen wird, wodurch der Anodenkörper mit der Lage fest verbunden wird.

Die Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise 5 - 800 /um und insbesondere 10 - 500 /um dick.

Das Heißpressen erfolgt vorteilhaft bei einer Temperatur von 15ΟΟ - 2000⁰C unter einem Druck von 21 während einer Dauer von 30 - 120 min.

1500 - 2000⁰C unter einem Druck von 200 - 1000 kg/cm und

Die bevorzugte mittlere Teilchengröße des Rheniumpulvers kann im Bereich von 1 - 10 ,um liegen.

Der bevorzugte Bereich der mittleren Teilchengröße des Molybdänpulvers liegt zwischen 0,5 und 4

Als druckübertragendes Pulver wird ein solches benutzt, das mit dem Anodengrundmaterial nicht reagiert und das sich bei Erhitzung und Verdichtung nicht zu einer (festen) Masse umbildet.

Ein bevorzugtes Beispiel für das druckübertragende Pulver ist Bornitridpulver.

Die die erfindungsgemäße Prallelektrodenschicht bildenden Werkstoffe umfassen reines Wolfram, Wolfram mit Fremdatomen, wie SiOp, KpO, AIpO^,, Pe usw., dotiert, Wolfram-Rhenium-Legierung und Wolfram-Tantal-Legierung.

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Die Pastenschicht kann ein zweilagiges Gebilde sein, das eine erste, mit dem Anodenkörper in Berührung stehende Schicht und eine zweite, auf der ersten Schicht ausgebildete und mit der Prallelektrodenschicht in Berührung stehende Schicht aufweist. In diesem Fall enthält die erste Schicht vorzugsweise eine große Menge an Rhenium, z.B. 70 - 90 Gew.-% Rhenium, bezogen auf das Gesamtgewicht von Rhenium und Molybdän, während die zweite Schicht vorzugsweise, im Gegensatz zur ersten Schicht, eine große Molybdänmenge enthält.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung'näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung der Röntgenstrahlenröhren-Drehanode gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten AusfUhrungsforal der Vorrichtung und

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht der Drehanode zur Veranschaulichung ihrer Form vor dem Heißpressen.

Fig. 1 veranschaulicht eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Heißpreßvorgangs geeignete Vorrichtung.

In einem Formbehälter 1 ist eine Form 2 angeordnet, in deren oberes und unteres Ende ein Abschlußelement 3 bzw. ein Kolben eingeführt sind. Ein durch die Form 2, das Abschlußelement 3 und den Kolben 4 gebildeter Raum bildet dabei einen Formraum 5» der mit einem druckübertragenden Pulver 6, wie Born!tridpulver, gefüllt ist. Die Form 2 ist von einem adiabatischen Füllmaterial 7 umschlossen, welches eine Außenwand des Formbehälters 1 bildet. Außerhalb des adiabatischen FUllmaterials ist eine Induktionsspule 8 zur Beheizung angeordnet.

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Die Form 2 kann jedoch auch unmittelbar durch Widerstandsbeheizung erwärmt werden, so daß kein adiabatisches Füllmaterial 7 nötig ist. Bei 9 ist ein zu verpressender, in das druckübertragende Pulver 6 eingebetteter Körper im Zustand vor dem Heißpressen dargestellt. Der Preßkörper 9 besteht aus einem Anodenkörper aus Graphit, einer Pastenschicht, die Rheniumpulver und Molybdänpulver enthält und die über einer Prallelektrodenfläche des Anodenkörpers ausgebildet ist, und einer auf die Pastenschicht aufgebrachten Antikathoden- bzw. Prallelektrodenschicht aus Wolfram oder seiner Legierung. Beim Heißpressen wird die Induktionsspule 8 eingeschaltet, während der Kolben H herabgefahren wird. Durch das Heißpressen unter Verwendung des druckübertragenden Pulvers 6 kann der Druck unabhängig von der Form des Preßkörpers gleichmäßig auf diesen ausgeübt werden. Auch wenn die Kontaktfläche zwischen Anodenkörper und Prallelektrodenschicht mehr oder weniger ungleichmäßig ist, wird aufgrund des gleichmäßig auf die gesamte Kontaktfläche ausgeübten Drucks keine örtlich fehlerhafte Verbindung hervorgebracht. Bornitrid ist für den vorgesehenen Zweck besonders vorteilhaft, weil es beim Heißpressen kaum mit Graphit und Wolfram reagiert. Gemäß Fig. 2 kann der Druck auf den Preßkörper über das druckübertragende Pulver 6 auch nur von bestimmten Seiten, also z.B. von oben und unten ausgeübt werden. In Fig. 2 sind die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet.

Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen näher erläutert. Beispiel 1

Molybdänpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,5 /um wurde in einem Mischungsverhältnis von 50:50, auf

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Gewicht bezogen, mit Rheniumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2 /um gemischt. Diesem Gemisch wurden 1,5 Gew.-% eines organischen Bindemittels zugesetzt, worauf das Gemisch zur Herstellung einer Paste gründlich gerührt wurde. Diese Paste wurde dann gemäß Fig. 3 unter Bildung einer Pastenschicht 12 auf die Prallelektrodenfläche des Graphit-Anodenkörpers 11 aufgetragen. Auf die Pastenschicht 12 wurde eine konische Prallelektrodenschicht 13 aus Wolfram aufgelegt. Das so gebildete Laminat wurde mit Hilfe der Heißpreßvorrichtung gemäß Fig. 1 unter den im folgenden angegebenen Bedingungen heißverpreßt. Dabei wurde das Laminat unter Vakuum auf eine Temperatur von 1200 C erwärmt, wobei Bornitridpulver als Druckübertragungspulver benutzt wurde. Anschließend wurde das Laminat unter einer Stickstoffatmosphäre weiter auf 1650⁰C erwärmt und bei dieser

Temperatur 30 min lang mit einem Druck von 200 kg/cm beaufschlagt. Dabei wurde die Pastenschicht 12 in eine Zwischenschicht umgewandelt, die im wesentlichen aus einer Rhenium-Molybdän -Legierung bestand, eine Dicke von etwa 300 /um besaß und fest mit dem Graphit-Anodenkörper sowie der Wolfram-Prallelektrodenschicht verbunden war. Eine eiektronenmikroskopische Untersuchung von Schnitten dieser Bindungsflachen zeigte keine Bildung von Wolframkarbid, das zur Entstehung einer spröden Zwischenschicht führen könnte.

Beispiel 2

Molybdänpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 /um wurde in einem Gewichts-Mischungsverhältnis von 50:50 mit Rheniumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2,5 /um vermischt. Dieses Gemisch wurdqmlt einem organischen Bindemittel in einer Menge von 0,5-3 Gew.-% vei*setzt und dann

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zur Herstellung einer Paste gründlich gerührt. Diese Paste wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 als Pastenschicht auf die Prallelektrodenfläche des Anodenkörpers aufgetragen. Auf die Pastenschicht wurde die konische Prallelektrodenschicht oder -lage aus Wolfram aufgelegt. Der so hergestellte Laminatkörper wurde im Vakuum auf eine Temperatur von 1600 - 2000 C erwärmt und unter Verwendung von Bornitridpulver als Druckübertragui
verpreßt.

körper wurde im Vakuum auf eine Temperatur von 1600 - 2000 C Übertragungspulver 60 min lang mit einem Druck von 300 kg/cm

Dabei wurde die Pastenschicht in eine etwa 200 /um dicke, im wesentlichen aus Rhenium-Molybdän-Legierung bestehende Zwischenschicht umgewandelt, die sowohl mit dem Graphit-Anodenkörper als auch mit der Wolfram-Prallelektrodenschicht fest verbunden war. Die Haftfestigkeit bei der so hergestellten Drehanode gemäß der Erfindung erwies sich als um 10 - 2O$6 höher als bei einer Drehanode, die auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, nur mit dem Unterschied, daß als Paste eine Masse aus Molybdänpulver und organischem Bindemittel, eine Masse aus Rheniumpulver und organischem Bindemittel bzw. eine Masse aus Rutheniumpulver, Molybdänpulver und organischem Bindemittel eingesetzt wurde. Die Schwankung in der Bindungsfestigkeit bei zehn nach diesem Beispiel hergestellten Drehanoden gemäß der Erfindung lag zudem bei nur 20$ oder weniger. Dagegen zeigten die mit den bisher üblichen Pasten hergestellten Drehanoden eine Schwankung der Bindungsfestigkeit im Bereich von 20 - 200#.

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Claims

Henkel, Kern, Feier &Hänzel Patentanwälte Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Kawasaki-shi, Japan TeL 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid 28. Okt. 1977 Patentansprüche

1. Drehanode für eine Röntgenstrahlröhre, gekennzeichnet durch einen aus Graphit bestehenden Anodenkörper (11), durch eine aus Wolfram oder seiner Legierung bestehende Antikathoden- bzw. Prallelektrodenschicht (13) und durch eine Rhenium und Molybdän enthaltende Zwischenschicht (12), die zwischen Anodenkörper und Prallelektrodenschicht angeordnet und mit beiden fest verbunden 1st.

2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Zwischenschicht 30 - 90 Gew.-% Rhenium enthält.

3. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 5 - 800 /um dick ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß eine Paste, die Rhenium- und Molybdänpulver enthält, auf eine Prallelektrodenfläche eines aus Graphit hergestellten Anodenkörpers aufgetragen wird, daß auf die aufgetragene Schicht als Prallelektrodenschicht eine aus

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ORIGINAL INSPECTED

Wolfram oder seiner Legierung vorgeformte Lage aufgelegt wird und daß sodann der so gebildete Laminatkörper unter Vakuum oder in einem Inertgas mit Hilfe eines druckübertragenden Pulvers einem Heißpressen unterworfen wird, wodurch der Anodenkörper mit der Lage fest verbunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch ^, dadurch gekennzeich net, daß als druckübertragendes Pulver Bornitridpulver verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die eingesetzte Menge an Rheniumpulver J>0 - Gew.-% der Gesamtmenge von Rhenium- und Molybdänpulver ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß das Heißpressen bei einer Temperatur von 1500 - 2000 c unter einem Druck von 200 - 1000 kg/cm während einer Zeitspanne von J>0 - 120 min durchgeführt wird.

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