DE2927010A1

DE2927010A1 - Target fuer roentgenroehren

Info

Publication number: DE2927010A1
Application number: DE19792927010
Authority: DE
Inventors: Harold Howard Hirsch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-07-24
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1980-02-07
Also published as: ATA506579A; FR2433829B1; DE2927010C2; AT377640B; NL7905718A; FR2433829A1; JPS5531188A; US4195247A; GB2031458A; JPS6017817B2; GB2031458B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein rotierbares Target für Röntgenröhren.

Eines der Hauptprobleme bei diesen Targets für Röntgenröhren, die für medizinische Zwecke eingesetzt werden, ist durch das

Verziehen der Brennspur bedingt. Während ein leichtes Verziehen, sei es entweder konkav oder konvex, toleriert werden kann, führt bereits ein etwas stärkeres Verziehen, obwohl noch weniger als mit dem bloßen Auge erkennbar, zu einem unerwünschten Abfall bei der Röntgenstrahlabgabe. Bei Verziehen der Brennspur werden die Röntgenstrahlen an der Peripherie des Röntgenstrahlfensters in der umgebenden Umhüllung der Röhre abgeschnitten. Wie man durch die Zentrumsposition der Röntgenstrahlen auf einem äußeren Film nachweisen kann, kann bereits eine Röntgenstrahlschwächung auftreten, wenn dieser Fleck nur um etwa 1 wandert. Bei gewissen Ausführungsformen von Targets und bei gewissen Bestrahlungen kann dies in weniger als 10OO Bestrahlungen erfolgen, während für die Röntgenröhren üblicherweise eine Garantie von 10000 Bestrahlungen gegeben wird. Dieses Verziehen wird noch schwerwiegender und tritt noch eher auf, wenn der Targetdurchmesser zunimmt-und die Gesamttemperatur des Substrates ansteigt.

Es ist dieses Problem, auf das sich die vorliegende Erfindung richtet, und es ist festgestellt worden, daß dieses Verziehen dadurch verhindert werden kann, indem man für den Grundkörper bzw. das Subü'rat gewisse Molybdänlegierungen verwendet.

In der GB-PS 1 121 407 ist die Verwendung einer Röntgenbasis aus Molybdän beschrieben, das mit Titan und/oder Zirkon und wahlweise Kohlenstoff legiert ist. In der US-PS 3 649 355 ist die Verwendung einer Graphitbasis beschrieben, während die US-PS 3 660 O53 die Verwendung einer Molybdänbasis offenbart. Außerdem wird eine Röntgenröhre vertrieben, die eine Basis aus Molybdän hat, das mit 5 % Wolfram legiert ist.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden rotierbare Targets für Röntgenröhren mit verbesserter Beständigkeit gegen Verziehen geschaffen, die einen Grundkörper aus Molybdän aufweisen, der mit einem stabilisierenden Anteil an Eisen, Silizium, Kobalt, Tantal, Niob, Hafnium, stabilem Metalloxid oder einer Mischung der vorgenannten Stoffe legiert ist.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist im Querschnitt eine Scheibenbaueinheit dargestellt.

Die gezeigte Anodenbaueinheit 10 ist brauchbar zur Verwendung in einer Röntgenröhre mit rotierender Anode. Diese Anodenbaueinheit 10 weist eine Scheibe 12 auf, die mit einem Schaft 14 auf geeignete Weise verbunden ist, z. B. durch Diffusionsverbinden, Schweißen, mechanisch oder auf andere Weise. Die Scheibe 12 umfaßt ein Molybdänsubstrat, das mit einem stabilisierenden Anteil von Eisen, Kobalt, Tantal, Niob, Hafnium, stabilem Metalloxid oder einer Mischung der vorgenannten Stoffe legiert ist. Unter stabil in bezug auf das Metalloxid wird verstanden, daß es sich beim Sintern oder anderen Wärmebehandlungen bei der Herstellung des rotierbaren Targets und während des Betriebes der Röntgenröhre nicht zu irgendeinem merklichen Ausmaße zersetzt, verflüchtigt oder sich in der Teilchengröße vergröbert, so daß auch kein Verziehen über die tolerierbaren Grenzen hinaus stattfindet. Beispielhilft für" geeignete stabile Metalloxide sind Thoriumoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumdioxid, Yttriumoxid, Ceroxid und die Oxide der Seltenen Erdmetalle, wie La.,0., Nd„O " und Pr-O₁₁.

Zi Ai oll

Ein stabilisierender Anteil des oder der hinzuzulogierenden Materialien reicht aus, um das Verziehen der Brennspur zu verhindern oder tolerierbare Ausmaße zu reduzieren. Die genaue Menge hängt von dem jeweils hinzulegierten Material ab, sie liegt jedoch allgemein im Bereich von etwa 0,05 I)Ls etwa K) %.

Auf eine ausgewählte Oberfläche des Substrates 15 wird ein Anodentarget 24 aufgebracht. Das Material des Anodentargets kann irgendein geeignetes Material sein, wie Wolfram, oder eine Legierung aus Wolfram und Rhenium. Der Rhen iuingehalt kann von

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etwa 1 bis zu etwa 25 Gew.-& variieren, doch liegt er üblicherweise im Bereich von 3 bis 10 Gew.-o.

Beispielhaft für geeignete Mischungen, die angewendet werden können, sind 0,5 bis 10 und vorzugsweise 1,25 bis 2,25 % Tantal, Niob oder Hafnium mit 0,5 bis 5 und vorzugsweise 1 bis 2 % Yttriumoxid oder von 0,05 bis 0,3 und vorzugsweise 0,08 bis 0,13 % Kobalt oder Silizium mit den vorgenannten Mengen an Yttriumoxid oder von 0,05 bis 0,3 und vorzugsweise 0,08 bis 0,13 Gev>.~% Eisen mit den vorgenannten Mengen an Yttriumoxid.

In einer bevorzugton Aus führungs form wirci ein weiteres Material in die Molybdänbasis ein Legiert, wie Karbide von Tantal oder Hafnium. Eine Menge von O,1 bis 5 Gew.-% vom Molybdän ist ausreichend.

Obwohl die verschiedenen Materialien, die mit dem Molybdän legiert werden, einen weiten Teilchenbereich haben können, wie z. B. von O,O1 bis 30,um, ist es bevorzugt, wenn der durchschnittliche TeiLchengrößenbereich von etwa 0,1 bis etwa 10,um reicht. Die Materialien können gemahlen und vorzugsweise trokkongemahlen werden, um die Agglomeration zu begrenzen.

Tm folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Alle angegebenen Teile und Prozentsätze sind in diesen Beispielen wie auch an anderer Stelle in der Beschreibung und den Ansprüchen Gewichtsteile und Gewichtsprozente, wenn nichts anderes angegeben.

Beispiele

Rotierbare Röntgentargets mit einer Bronnspur aus Wolfram, Legiert mit 5 Ί, Rhenium, und einem Grundkörper £ius Molybdän, legiert mit einem Metall gemäß der weiter unten folgenden Tabelle 1, wurden nach dem folgenden allgemeinen Verfahren hergestellt, bei dem man einen Grundkörper für ein rotierendes Target erhielt, der zusammengesetzt war aus Molybdän, legiert mit 1 έ Yttriumoxid.

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Eine Probe von 986 g Molybdän wurde mit 9,85 g Yttriumoxid oder einem zersetzbaren Yttriumsalz, wie Yttriumoxalat, - acetat oder -nitrat für eine Stunde in einem Patterson-Kelly-Zweischalenmischer vermengt. Danach nahm man die Mischung heraus und mahlte sie trocken für 3 Stunden in einer etwa 1 Liter Volumen aufweisenden Karbidmühle. Obwohl die Ingredienzien auch feucht gemahlen werden können, wird das trockene Vermählen bevorzugt.

Alternativ können die Legierungen nach dem Lösungsverfahren hergestellt werden, bei dem z. B. 24,9 g Yttriumacetat, gelöst in entionisiertem Wasser, mit 908 g Molybdän vermengt wurden. Wenn erforderlich, wurde noch mehr Wasser hinzugegeben, um das Molybdän vollständig zu bedecken, und dann dampfte man die Mischung langsam auf einer heißen Platte zur Trocknung ein, während man ununterbrochen knetete, um Taschen aus Yttriumacetatkristallen zu vermeiden, während dieses Salz aus der gesättigten Wasserlösung auskristallisiert. Dann wurde etwa 1 kg der obigen Mischung in der genannten Karbidmühle für 3 Stunden trocken kugelgemahlen. Dieses Verfahren führt zu einer fein zerteilten Oxidphase, die gleichmäßig in der Molybdänmatrix verteilt ist. Eisen und Kobalt werden erwünschterweise als zersetzbare reduzierbare Salze in einer Weise zugegeben, ähnlich wie die Yttriumsalze, obwohl das Metallpulver eingesetzt werden kann. Hafnium wird erwünschterweise als Hydridpulver hinzugegeben.

Rotierbare Targets für Röntgenröhren wurden hergestellt, indem man das Pulver zum Zersetzen und Reduzieren erhitzte, und dann brachte man die Brennspurschicht aus Wolframrhenium in ein Preßwerkzeug ein, ebnete die Mischung und legte eine der Basiskörperschichten nach der Erfindung auf die Brennspurschicht. Dann ebnete man die Basiskörperschicht ein, preßte den Verbundkörper und sinterte ihn.

Representative Beispiele der Erfindung wurden getestet, indem man das Verziehen nach 52 Cine-Bestrahlungen maß, d. h. 2OO mA bei 100 kVp für 8 Sekunden alle 3 Minuten. Dies ist eine sehr belastende Bestrahlung, die ein außergewöhnlich starkes Verziehen in allen bekannten Targets erzeugt, die bisher getestet

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wurden. In der folgenden Tabelle I sind vier Zusammensetzungen nach der Erfindung πα t. zwei unter 5 und 6 aufgeführten, im Hände] erhältlichen bekannten Zusammensetzungen verglichen. Beispiel 1 ist mehr als zehnmal besser, verglichen mit der kommerzieJJen Zusammensetzung 5, und alle Beispiele 1 bis 3 sind mindestens fünfmal besser als die kommerzielle Zusammensetzung 6. Beispiel 4 gemäß der vor]legenden Erfindung ist mindestens doppelt so gut als jede der kommerziellen Zusammensetzungen mit B e zug auf das Ve r ζ 1 el ι e η .

TAIiELLE I

Verziehtests an Targets mit Molybdänlegierungssubstrat von der Art mit 11°-Elügel.

Köhre Target substrat; Verziehtest

. , ., (prozentualer Anteil des Grade nach

Beispiel Kr. Legierungsbesfandteils 52 Cine*

in Molybdän)

1 O,12^r) S Co/Mo -0,30°

2 O, 12S :, Cm/Mo -0,4 5°

3 1,O Y O₃AMo -O,4 8°

4 1 , 2^r> % Ta/Mo -1 ,25°

5 1OO , Mo -J,1° -

6 - S '-I W/ Mo -2,6°

*10000 Umdrehungen pro Minute, 100 KVP, 2OO inA, B Sekunden dauernde Bestrahlungen, al Ie 3 Minuten eine.

Um die Wirksamkeit anderer Legierungen z.u demonstrieren, wurden Zugfestigkeitstesfs an Stäben aus diesen Legierungen ausgeführt. Die Legierungen wurden durch Vermischen der Legierungsel einen te (die in Tabelle- IJ aufgeführt sind) mit Molybdän, Pressen um! Si nt ein "on stäben au:; den Pulvern und Heißschmieden zur Verdichtung hergestellt, pii.: Stäbe, die eine Gewichtshoberst.angen-f örmi ge Gestalt, nil einem Imrchiuessei- von 2,5 min in der Mitte hatten, wurden für eine halbe Stunde bei 1 (> 5O C geglüht und dann urit t-i Anv.'enduiM '-ines I nst ron-"u<il * st i gkei tstest-

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Gerätes im Vakuum bei 1100 C gezogen. Die Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gesamtdehnung und durchschnittliche Dickenverminderung im Bereich des genannten Durchmessers sind in Tabelle II für die Legierung nach der Erfindung und für nicht legiertes Molybdän gemäß dem Stand der Technik sowie für Molybdän, legiert mit 5 % Wolfram, gezeigt. Von jeder Zusammensetzung wurden mindestens 2 Stäbe getestet und die Ergebnisse gemittelt.

TABELLE II
Zugfestigkeitsdaten von Stäben bei 1100 C

Zusammensetzung	0,2 'r, S treckgrenze kg/cm2	Zugfestig keit kg/cm^	Ά Gesamt- dehnung	Prozentuale Querschnitts verminderung
nicht-legiert eis Mo	3 52-49 2	6 3 3-844	M	85
1-1/4 % Ta	612	126 5	45	70
2-1/4 % Ta	70 3	1 3 36	28	80
1 * Y₂O₃	5 34	984	4 5	88
O, 125 % Co	984	1828	6 9	77
0,125 % Fe	773	1 3 36	4 3	90
O,2 5 % Fe	101 9	1758	(.0	85
0,1 % Si	109O	17 58	5 5	85
0,9 'h Hf	7O3	1 406	IO & 24	35 & 40
5 % W	4O1	9 49	4 5	9O
1/2 % Y₃O₃	492	949	50	85
0,55 % MgO	4 22-4 7 1	8 4 4-T/O	25 - 3 5	85
1 I HfC	288 2	3374	8,8	5 5
*O,O85 % Fe + 1 % Y O₃	6 89	9OO	37	77

^getestet bei 13 5O°C

Die in der Tabelle II zusammengefaßten Daten zeigen, daß bei den Zusammensetzungen nach der Erfindung sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit besser sind als bei den Zusammensetzungen nach dem Stand der Technik.

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Leerseite

Claims

Dr. rer. nat. Horst Schüler

PATENTANWALT

6000 Frankfurt/Main 1, 3.7.79 Kaiserstraße 41 Dr . Sb/Rq

Telefon (06Π) 23 55 55 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Franlcfurf-M.

Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

8O79-RD-1O117

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Target für Röntgenröhren

Patentansprüche

(j ., Rotierbares Target für RönLqenröhren, gekennzeichnet durch einen Grundkörper aus Molybdän, legiert mit einem stabilisierenden Anteil aus Eisen, Silizium, Kobalt, Tantal, Niob, Hafnium, stabilem Metalloxid oder einer Mischung der vorgenannten Stoffe.
2. Target nach Anspruch 1, da d u r c h gekennzeichnet, daß das Molybdän mit 0,05 bis etwa IO '·', der genannten Stoffe, bezogen auf das CJewicht des Molybdäns, legiert ist.

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ORIG&AL INSPECTED
3. Target nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Molybdän des Grundkörpers zusätzlich mit einem Anteil aus inertem Karbid legiert ist.
4. Target nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Molybdän mit 0,5 bis bis 5 % Yttriumoxid legiert ist.
5. Target nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Molybdän mit etwa 1 bis etwa 2 % Yttriumoxid legiert ist.
6. Target nach den Ansprüchen 1 bis 3, J a durch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Molybdän mit 0,O5 bis 0,3 % Kobalt oder Silizium legiert ist.
7. Target nach Anspruch 6, d a d u r c Ii gekennzeichnet, daß das Molybdän mit etwa 0,08 bis etv/a 0,125 % Kobalt oder Sil.iziam legiert ist.
8. Target nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch

g e k e η η ζ e ι c Ii η e t , daß das Molybdän mit etwa 1,25 bis etwa 2,25 % Tantal, Niob oder Hafnium legiert ist.
9. Target nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch

cj c k e η η ζ e i c h η e t , daß das Molybdän mit 0,05 bis O, 3 % Kisen und 0,5 bis 5 % YttrLumoxi.il legiert ist.
10. Target nach Anspruch '), d a d u r c h g e k e η η -

ζ e i c h η e t , daß das Molybdän mit O,O825 % Eisen und etwa 1 % Yttriumoxid legiert ist.
11. Target nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß auf den Grundkörper ein Elektronenaufschlagbereich aufgebracht ist, der Wolfram, legiert mit einein Anteil Rhenium, umfaßt.

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12. Target nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß von 0,5 bis 35 Gew.-% Rhenium in der Wolframlegierung vorhanden sind-

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