DE2928993C2 - Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhren-Drehanode - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhren-DrehanodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer Röntgenröhren-Drehanode, bei dem eine Schicht aus pyrolytischem Graphit auf der Oberfläche eines
Grundkörpers aus Kohlenstoff abgeschieden wird und auf der Schicht aus pyrolytischem Graphit eine weitere
Schicht aus einem hochschmelzenden Metall angebracht wird.
Eine solche Drehanode mit einem Grundkörper aus Graphit, der mit einer Schicht aus pyrolytischem
Graphit versehen ist, ist aus der DE-OS 2146 918
bekannt. Die pyrolytische Beschichtung dient bei dieser bekannten Drehanode dazu, glatte dichte Oberflächen
zu schaffen, so daß sich kleine Teilchen vom Grundkörper lösen können. Wegen des Fehlens von
Poren, d. h. der Behinderung des sogenannten Nachgasens, ist außerdem die Aufrechterhaltung eines permanenten
Hochvakuums wesentlich leichter als bei unbeschichteten Grundkörpern aus Graphit. Für die
Verbesserung der Ausbeute bei der Erzeugung der Röntgenstrahlen soll es nach dieser Offenlegungsschrift
schon ausreichend sein, wenn nur die Brennfleckbahn beschichtet wird. Dann können keine losen Teilchen
auttreten, so daß die Brennfleckbahn gut hält. Außerdem wird durch die pyrolytische Beschichtung
eine glatte Fläche erhalten, auf der auch eine dünne Beschichtung mit Metall glatt wird, so daß Rötgenstrahlen
gut austreten können und der bei unbeschichteten Graphitanoden an den Rauhigkeiten auftretende
Dosisverlust vermieden wird.
Die pyrolytische Beschichtung des Grundkörpers kann nach der DE-OS 2146 918 nach bekannten
Verfahren vorgenommen werden. Diese gehen davon aus, daß sich an erhitzten Teilen, die sich in einer
Atmosphäre gasförmiger Kohlenstoffverbindungen befinden, Kohlenstoff, d.h. Graphit, abscheidet. Dazu
werden Grundkörper mittels Mittelfrequenzglühung auf eine Temperatur von 500 bis 1200°C erhitzt. Gleichzeitig
wird eine gasförmige Kohlenstoffverbindung an den Grundkörpern vorbeibegleitet Die Dicke der Schicht
nach dieser Offenlegungsschrift ist schon ausreichend, wenn die Rauhtiefe der Oberflächen verschwunden ist.
Die Rauhigkeiten betragen bei unbeschichteten Anoden etwa 7 U/m, können aber nach Durchführung verschiedener
Reinigungsverfahren bis zu 15 U/m erreichen. Eine etwa 5 bis 15 U/m starke Schicht aus pyrolytischem
Graphit reicht also in erste Näherung meistens aus, um eine glatte Oberfläche entstehen zu lassen, stärkere
Schichten sind bei den vorgenannten Wirkungen aber nicht hinderlich, auch bei mehr als 100 U/m.
Die Brennfleckbahn aus hochschmelzendem Metall kann nach der DE-OS 21 46 918 ein kompakter Ring
oder eine kompakte Scheibe sein, der bzw die auf dem beschichteten Grundkörper angebracht ist. Das Metall
kann aber auch die Form einer dünnen Schicht haben. Zur Herstellung der Brennfleckbahn wird das Metall
z. B. durch Pyrolyse, Elektrolyse, Bedampfen oder Bestäuben aufgebracht. Die Schicht wird dabei im
Gegensatz zu unbeschichteten Anoden schon bei wenigen Mikrometern (1 bis 100 U/m) Dicke glatt, weil
die Fläche, auf die sie aufgetragen wird, selbst schon
10
eben ist Es brauchen keine Rauhigkeiten mehr aufgefüllt zu werden. Gegebenenfalls kann durch
Schleifen und/oder Polieren noch zusätzlich geglättet werden, ohne daß lose Teilchen an der Oberfläche
zurückbleiben, die bei unbeschichteten Grundkörpern nur sehr schwer, wenn überhaupt entfernbar sind.
Aus der DE-OS 17 71980 ist die Herstellung von Gegenständen und Einzelteilen aus pyrolytischem
Graphit die bei Betriebstemperaturen von mehr als 27600C verwendet werden können, bekannt Die
Verwendba/keit bei derart hohen Temperaturen beruht auf der Orientierung der.atomaren bzw. knstallographischen
Schichten oder Lamellen des pyrolytischen Graphits, die bei der Abscheidung von pyrolytischem
Graphit aus der Gasphase entstehen. Diese Orientie- is
rung wird nachfolgend auch »Schichtung des pyrolytischen Graphits« genannt. Wird der pyrolytische
Graphit auf einem Dorn oder in einer Form aus der Gasphase abgeschieden, dann sind die sich dabei
ergebenden Ebenen der Graphitstruktur im allgemeinen parallel zu den Dorn- oder Formoberflächen und
parallel zueinander angeordnet. Die Schichtung des pyrolytischen Graphits folgt genau den Umrissen des
Dorns. Die Wärmeübertragungsrichtung oder -leitfähigkeit verläuft entlang dieser Schichtung, d. h. entlang
von Bahnen, die parallel zur Schichtung verlaufen. Umgekehrt dazu wird die optimale Wärmeisolation
senkrecht zur Schichtung erzielt.
Dies bedeutet, daß die aus der DE-OS 2146 918 bekannte Schicht aus pyrolytischem Graphit nicht ^o
geeignet ist, gut Wärme von der Brennfieckbahn in den Grundkörper zu leiten, da die Schichtung des pyrolytischen Graphits genau den Umrissen des Grundkörpers
folgt. Das Problem der Wärmeableitung wird denn auch in der DE-OS 21 46 918 nicht angesprochen. ^
Aus der DE-OS 17 71 980 ist ferner ein Verfahren bekannt, das angewendet wird, wenn die Orientierung
der Ebenen nicht den gewünschten Oberflächenkonturen folgt. In diesem Falle wird zunächst das Produkt
selbst unter Berücksichtigung seiner äußeren Konfiguration und seinen Abmessungen konstruiert. Die
Orientierung der Ebenen des Produkts wird dann so entworfen, daß allen funktionellen Erfordernissen, wie
Richtung der Wärmeübertragung und Zugfestigkeit, entsprochen wird. Dann wird ein Dorn entworfen, der "5
der vorstehend angeführten Orientierung der Ebenen Rechnung trägt Durch Abscheidung aus der Gasphase
wird dann auf dem Dorn ein Überzug aus pyrolytischem Graphit gebildet, wobei die Abmessungen des Überzugs
so beschaffen sind, daß sie den Abmessungen des Endprodukts entsprechen. Der pyrolytische Überzug
wird dann vom Dorn entfernt und maschinell bearbeitet, so daß er die Abmessungen und die Form des
Endprodukts erhält
Die nach der DE-OS 17 71 980 hergestellten Gegenstände bestehen ausschließlich aus pyrolytischem
Graphit, während es sich bei den aus der DE-OS 2146 918 bekannten Drehanoden um Verbundkörper
aus mehreren Materialien handelt. Eine Lösungsmöglichkeit für die Wärmeprobleme bei derartigen Verbund-Drehanoden
kann daher der DE-OS 17 71980 nicht entnommen werden.
Aus der DE-OS 24 40 988 ist eine Röntgenröhren-Drehanode bekannt, die im wesentlichen aus einem
scheibenartigen Graphitkörper und einer daran vorge- b5
sehenen, kreisringförmig verlaufenden Brennfieckbahn aus schwer schmelzbarem Material besteht und bei der
wenigstens der im Bereich der Brennfieckbahn liegende
50
55
60 Teil des Graphitkörpers eine pseudomonokristalline,
durch Druck- und Wärmeeinwirkung auf pyrolytischem Graphit hergestellte Struktur aufweist, wobei die
senkrecht zur Aufwachsrichtung des pyrolytischen Graphits befindlichen Ebenen der größeren thermischen
und elektrischen Leitfähigkeit senkrecht zur Achse des Graphitkörpers der Drehanode liegen. Das
pseudo-monokristalline Graphitmaterial wird aus einer oder mehreren Platten) oder Scheibe(n) aus pyrolytischem
Graphit durch in einer Richtung ausgeübten Druck (2000 bis 3000 bar) und Erhitzung auf Temperaturen
über 30000C hergestellt Bei der als Sinterung
bezeichneten Erhitzung erfolgt vermutlich eine Rekristallisation. Der Druck erfolgt parallel zur Richtung des
Schichtwachstums des pyrolytischen Graphits, wodurch eine ungefähre Geradlinigkeit der Kristalle in den
Ebenen senkrecht zur Wachstumsvorrichtung hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird zwar gegenüber
Drehanoden mit nur aus Graphit bestehenden Grundkörpern eine wesentlich höhere Wärmeleitung der auf
der Brennfieckbahn erzeugten Wärme zur Masse des aus Graphit bestehenden Grundkörperteils erzielt Die
dabei verwendete extrem anisotrope Art von pyrolytischem Graphit erfordert aber einen sehr großen
Aufwand in bezug auf ihre Herstellung; außerdem ist sie schwierig handhabbar. Die Drehanode in der in den
Figuren 1 und 2 der Zeichnung der DE-OS 24 40 988 angegebenen Form (Orientierung) hat den großen
Nachteil, daß die im Fokus des Elektronenstrahls (d. h. im Brennfleck) entstehende Verlustwärme vorzugsweise
in Richtung auf die Drehanodenachse hingeleitet wird, wodurch die gesamte Röhrenkonstruktion, insbesondere
die Welle und die Lager, in unzulässiger Weise thermisch belastet werden kann.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Röntgenröhren-Drehanode zu schaffen, deren Brennfieckbahn relativ
kalt gehalten wird, ohne daß die besagte thermische Belastung auftritt, und die darüber hinaus auch relativ
einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem
die Schicht aus pyrolytischem Graphit vor dem Anbringen der Schicht aus hochschmelzendem Metall
derart angeschliffen wird, daß die so enstehende Kontaktfläche zwischen den beiden Schichten mit der
Ebene der Schichtung des pyrolytischen Graphits einen von 0° abweichenden Winkel einschließt, und bei dem
die gesamte Schicht aus hochschmelzendem Metall auf dem angeschliffenen Teil der Schicht aus pyrolytischem
Graphit angebracht wird.
Der Grundkörper besteht z. B. aus folgenden Kohlenstofformen oder -arten: Elektrographit, Schaumkohlenstoff,
faserverstärktem Kohlenstoff oder glasartiger Kohle.
Durch den Anschliff der Schicht aus pyrolytischem Graphit wird die Voraussetzung für eine wirksame
Einkopplung der Wärme aus der Brennfieckbahn in die parallel zu den Basisebenen gutleitenden Schichten des
pyrolytischen Graphits geschaffen.
Um eine besonders gute Einkopplung der Wärme zu erreichen, wird die gesamte Schicht aus hochschmelzendem
Metall auf dem angeschliffenen Teil der Schicht aus pyrolytischem Graphit angebracht. Dies bedeutet, daß
keine Stelle der Metallschicht auf nicht angeschliffenem pyrolytischem Graphit angeordnet ist.
Ferner ist es zweckmäßig, daß die Breite des angeschliffenen Teiles der Schicht aus pyrolytischem
Graphit derart bemessen wird, daß sie der Breite der
Schicht aus hochschmelzendem Metall entspricht. Die Schliffläche braucht also nicht breiter als die Metallschicht
zu sein. Auf diese Weise wird die mit dem Anlegen von größeren Schlifflächen verbundene Mehrarbeit
vermieden. >
Aus der eingangs genannten Bedingung, daß die Schicht aus hochschmelzendem Metall auf der Schicht
aus pyrolytischem Graphit angebracht wird, ergibt sich bereits, daß keine Stelle der Metallschicht direkt auf
dem Grundkörper aus Kohlenstoff angeordnet ist. Dies i<> bedeutet, daß nur die Schicht aus pyrolytischem
Graphit, nicht aber auch der Grundkörper aus Kohlenstoff angeschliffen ist. Mit anderen Worten: Die
Schlifffläche soll sich nicht in den Grundkörper hinein fortsetzen. ι
Um einerseits zu erreichen, daß durch den Anschliff
der erforderliche Anodenwinkel erzielt wird, und um andererseits zu vermeiden, daß der Grundkörper
angeschliffen wird, muß die ursprünglich abgeschiedene Schicht aus pyrolytischem Graphit eine entsprechende
Mindestdicke aufweisen (Der Begriff »Anodenwinkel« ist in dem Buch von Van der Plaats »Leitfaden der
medizinischen Röntgentechnik« (Eindhoven 1961) S. 18—20 erläutert). Diese Mindestdicke hängt auch von
der gewählten Breite der Metallschicht ab, die sich aus einfachen geometrischen Überlegungen ergibt. Die
optimale Dicke der Schicht hängt außerdem auch noch von dem zu leistenden Wärmetransport und damit von
den geometrischen Gegebenheiten der Drehanode ab. Im allgemeinen erfüllen 1 bis 10 mm dicke Schichten alle jo
diese Voraussetzungen. Um eine hinreichende Ableitung der im Betrieb der Röhre im Brennfleck
entstehenden Verlustwärme zu erzielen, ist zu berücksichtigen, daß es mehrere Arten bzw. Qualitäten von
pyrolytischem Graphit gibt, die sich untereinander nicht nur durch ihren kristallographischen Orientierungsgrad
(Perfektion), sondern damit auch durch ihre Wärmeleitfähigkeit merklich unterscheiden, wobei im Rahmen der
Erfindung insbesondere die Wärmeleitfähigkeit entlang den zuvor erörteten Schichten oder Lamellen des ίο
pyrolytischen Graphits von Bedeutung ist.
Der Orientierungsgrad der einzelnen Arten von pyroiytischem Graphit läßt sich durch die Divergenz der
jeweiligen kristallographischen c-Achsen von der Aufwachsrichtung des pyrolytischen Graphits ausdrükken.
Je kleiner der Raumwinkei zwischen der kristallographischen c-Achse und der Aufwachsrichtung ist,
umso höher ist der Orientierungsgrad und umso besser ist die Wärmeleitung parallel zur Schichtung. Im
einzelnen gilt folgendes:
Normaler grobstrukturierter (»coarse grained«) pyrolyiibchci
Gräphii hai einen maximalen RaunvÄ'inkci von
ungefähr 30° und einen Wärmeleitungskoeffizienten parallel zur Schichtung von ungefähr 3,4 J/cm - K ■ s.
Gut orientierter, feinstrukturierter (»fine grained«) pyrolytischer Graphit, wie man ihn bei Verwendung von
Substraten mit sehr glatter (polierter) Oberfläche erhält, hat einen maximalen Raumwinkel von ungefähr 15° und
einen Wärmeleitungskoeffizienten parallel zur Schichtung vor. ungefähr 4,2 J/cm -K-s. b0
Rekristallisierter («high temperature and stress recrystallized«) pyrolytischer Graphit (heißgepreßt bei
etwa 3500 K unter einem Druck zwischen 10 und 1000 bar) hat einen Raumwinkel von 5° oder kleiner (bis
zu 0,2°) und einen Wärmeleitungskoeffizienten parallel n5
zur Schichtung von ungefähr 5,9 J/cm · K · s.
Die Bezeichnungen und Arten besonders der gut orientierten pyrolytischen Graphite sind von A. W.
Moore in »Chemistry and Physics of Carbon« Band 11, S. 69-187 (Herausgeber: P. L. Walker jr. und P.A.
Thrower) ausführlich beschrieben worden.
Im Vergleich zu den üblichen Werkstoffen für Röntgenröhren-Drehanoden, nämlich Molybdän und
Wolfram, ergeben sich damit folgende Verhältnisse für die Wärmeleitungskoeffizienten: Der Wärmeleitungskoeffizient
von »normalem« pyrolytischem Graphit ist etwa doppelt so groß wie der Wärmeleitungskoeffizient
von Molybdän und Wolfram, während der von gut orientiertem pyrolytischem Graphit etwa zwei- bis
dreimal und der von rekristallisiertem pyrolytischem Graphit etwa vier- bis fünfmal so groß wie der von
Molybdän und Wolfram ist.
Unter Berücksichtigung der zweifachen, dreifachen bzw. vierfachen Wärmeleitfähigkeit von unterschiedlich
gut orientiertem pyrolytischem Graphit läßt sich abschätzen, mit welchen Schichtdicken an pyrolytischem
Graphit die gleiche Wärmeableitung wie bei entsprechenden Leiterquerschnitten aus Molybdän oder
Wolfram erreicht werden kann. Hierzu müssen noch folgende vereinfachende Annahmen getroffen werden:
Die Breite der Brennfleckbahn beträgt etwa 10 mm. Der Anodenwinkel beträgt etwa 15°. Der Anschliffwinkel,
d. h. der Winke! der Schliffläche zum Verlauf der lamellaren Schichten, beträgt bei »normalem« pyrolytischem
Graphit 30°, bei gut orientiertem pyrolytischem Graphit 20° und bei rekristallisiertem pyrolytischem
Graphit 15°.
Diese angenommenen Werte sind so gewählt, daß die folgenden Werte für die Mindestdicke der Schichten aus
pyrolytischem Graphit für alle in der Praxis auftretenden Fälle bevorzugt werden können: Bei »normalem«
pyrolytischem Graphit etwa 5 mm, bei gut orientiertem pyrolytischem Graphit etwa 3,5 mm und bei rekristallisiertem
pyrolytischem Graphit etwa 2,6 mm.
Die Schicht aus rekristallisiertem pyrolytischem Graphit wird vorzugsweise hergestellt, indem die
Drehanode nach der Beschichtung mit pyrolytischem Graphit einer thermischen Nachbehandlung bei 2500 bis
3500°C unterzogen wird. Die thermische Npchbehandiung wird vorzugsweise im Vakuum durchgeführt, sie
kann aber auch in einem Inertgas, z. B. Argon durchgeführt werden. Bei der thermischen Nachbehandlung
in einem Inertgas wird vorzugsweise ein Druck zwischen i 0 und 500 bar angewendet.
Nach einer anderen weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper Nuten oder Erhebungen
auf, in die bzw. auf denen durch nachträgliches Wegschleifen von Teilen der Schicht aus pyrolytischem
Graphit Wärmeleitungsbarrieren eingebaut sind oder in bzw. auf denen zusätzlich abstrahlende Flächen
vorhanden sind. Durch Schräganschliff kann die Größe dieser bevorzugt abstrahlenden Flächen in gewissen
Grenzen variiert werden. Die bevorzugte Abstrahlung der durch Anschnitt von kristallographischen Basisflächen
(002) erzeugten Flächen hat zwei Ursachen:
a) Die Wärme wird aufgrund überwiegender Leitung längs der kristallographischen Basisflächen vom
Ort der Erzeugung, der Brennfleckbahn, vorzugsweise zu diesen angeschliffenen Flächen hingeleitet
b) Der Emissionskoeffizient dieser angeschliffenen Flächen ist — wie aus einem photometrischen
Vergleich unmittelbar hervorgeht — größer als der Emissionkoeffizient einer sozusagen natürlich gewachsenen
Oberfläche des pyrolytischen Graphits.
Das Erzeugen von Wärmeleitungsbarrieren und bevorzugt abstrahlenden Flächen schützt wesentliche
Teile der Röntgenröhre, wie die Antriebswelle und über diese die Lager, zusätzlich vor thermischer Überbelastung.
Um zu erreichen, daß die Kontaktfläche zwischen der Schicht aus pyrolytischem Graphit und der Schicht aus
hochschmelzendem Metall mit der Ebene der Schichtung des pyrolytischen Graphits einen möglichst großen
Winkel einschließt, weist der Grundkörper nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
eine andere Art von Erhebung als zuvor beschrieben auf, nämlich eine ringförmige Erhebung, von deren
Oberfläche die Schicht aus pyrolytischem Graphit stellenweise derart weggeschliffen worden ist, daß die
Schichtung des pyrolytischen Graphits freiliegt, wobei die Schicht aus schwerschmelzendem Metall auf der
Schlifffläche angeordnet ist. Auf diese Weise werden Winkel zwischen Kontaktfläche und Schichtung von bis
zu 90° erreicht.
Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, daß die Erhebung möglichst dünnwandig ist. Dazu kann man
sie aus einem anderen Material als dem übrigen Grundkörper, nämlich z. B. aus schichtförmigen, dünnen
anisotropen Graphitfolien oder auch aus Folien aus glasartiger Kohle, herstellen.
Das Verfahren erzeugt Drehanoden mit folgenden Vorteilen:
Unter optimaler Ausnutzung der anisotropen Wärmeleitungscharakteristik des pyrolytischen
Graphits kann die Temperatur der Brennfleckbahn relativ gehalten werden und eine günstige Verteilung
der Verlustwärme im Grundkörper erreicht werden, wobei die Verlustwärme vorzugsweise
durch Strahlung an die Umgebung abgegeben wird. Die Kontaktfläche zwischen Brennfleckbahn und
Grundkörper kann sehr einfach und präzise durch Anschliff der kristallographischen Basisflächen
(002) des Graphits hergestellt werden.
Die direkte Beschichtung des Grundkörpers mit pyrolytischem Graphit macht eine — im allgemeinen schwierige — wärmeleitende Verbindung, z. B. Lötung dieser beiden Komponenten überflüssig.
Die leichte Bearbeitbarkeit des Grundkörpermaterials ermöglicht eine Vielfalt von Formen und Profilen, wodurch sich hinsichtlich der Wärmekapazität und Wärmeleitung eine optimale Anpassung an ein vorgegebenes Röhrensystem erreichen läßt
Die direkte Beschichtung des Grundkörpers mit pyrolytischem Graphit macht eine — im allgemeinen schwierige — wärmeleitende Verbindung, z. B. Lötung dieser beiden Komponenten überflüssig.
Die leichte Bearbeitbarkeit des Grundkörpermaterials ermöglicht eine Vielfalt von Formen und Profilen, wodurch sich hinsichtlich der Wärmekapazität und Wärmeleitung eine optimale Anpassung an ein vorgegebenes Röhrensystem erreichen läßt
Durch Anschleifen der Schicht können Wärmebarrieren und bevorzugt abstrahlende Flächen angebracht
werden. Dadurch läßt sich die Wärmebilanz in gewissen Grenzen steuern. Außerdem können
dadurch empfindlichere Teile der Röntgenröhre auf gezielte Weise vor thermischer Überbelastung
geschützt werden.
Durch Schleifbearbeitung (mechanische Bearbeitung) können exakte Abmessungen realisiert
werden.
Die umhüllende Schicht aus pyrolytischem Graphit verbessert die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit)
der Drehanode erheblich. Dadurch werden größere Abmessungen möglich (z. B.
> 150 mm Durchmesser).
Die Vakuumtauglichkeit der Drehanode wird erhöht da Gasausbrüche wegen der Impermeabilität
des pyrolytischen Graphits auch bei hohen
Temperaturen praktisch nicht vorkommen.
Bei Aufbringen der Brennfleckbahn durch reaktive Abscheidung aus der Gasphase (CVD) oder Spritzverfahren wird jede Löttechnik vermieden (Lötungen sind wegen der hohen Beanspruchungen, besonders auch wegen der Notwendigkeit eines einwandfreien Wärmeüberganges von der Brennfleckbahn auf den Grundkörper immer problematisch).
Bei Aufbringen der Brennfleckbahn durch reaktive Abscheidung aus der Gasphase (CVD) oder Spritzverfahren wird jede Löttechnik vermieden (Lötungen sind wegen der hohen Beanspruchungen, besonders auch wegen der Notwendigkeit eines einwandfreien Wärmeüberganges von der Brennfleckbahn auf den Grundkörper immer problematisch).
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Querschnittsprofil einer Drehanode,
F i g. 2 einen Teil eines ebensolchen Querschnittsprofils, jedoch mit einer Nut, und
F i g. 3 und 4 einen Teil eines ebensolchen Querschnittsprofils, jedoch mit Erhebungen.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Drehanode wird anhand von Fi g. 1 näher erläutert. Der rechte
Teil dieser Figur zeigt einen noch nicht beschichteten Grundkörper 1. Zunächst wird ein solcher mit einer
Bohrung 2 für die Antriebswelle versehener Grundkörper aus Elektrographit hergestellt. Wichtig ist dabei vor
allem, daß die zuvor erwähnten Winkelbeziehungen realisiert werden können. Deshalb ist der Neigungswinkel
ix der Fläche 3 des Grundkörpers, die bei der fertigen Drehanode unterhalb einer Schicht 4 aus hochschmelzendem
Metall, d. h unterhalb der Brennfleckbahn, liegen wird, zum Zentralstrahl 5 um einige Grad großer
als der Anodenwinkel φ. Die Begriffe »Anodenwinkel« und »Zentralstrahl« sind in dem Buch von Van der
Plaats »Leitfaden der medizinischen Röntgentechnik« (Eindhoven 196I)S. !8-20erläutert.
Auf den so vorbereiteten Grundkörper wird eine Schicht 6 aus pyrolytischem Graphit nach an sich
bekannten Verfahren durch Abscheiden aus einer Gasphase aufgebracht. Diese Schicht oberhalb der
Fläche 3 wird auf folgende Weise angeschliffen:
Die Anodenscheibe wird in eine Rundschleifmaschine eingespannt, wie sie bei der Metallbearbeitung üblich ist.
Die Materialabtragung wird — unter Einhaltung des oben angegebenen Anodenwinkels ψ — mittels einer
Siliziumkarbid-Schleifscheibe vorgenommen, z. B. vom Typ »Feldmühle« - SCg 70/2 H 15 Ke 38, einer keramikgebundenen
porösen Schleifscheibe mit einem SiC-Korn von etwa 250 bis 300 U/m Korndurchmesser.
In gewissen Fällen ist es auch möglich, die Materialabtragung zur Erzeugung der Anschlifffläche
mittels Abdrehen auf einer Drehbank vorzunehmen. Es werden dazu normale Drehstähle mit Hartmetallbestükkung,
in einzelnen Fällen mit Diamant- oder Schneidkeramikbestückung (AI2O3) verwendet. Im allgemeinen
erfolgt jedoch die Materialabtragung bevorzugt mittels Schleifen, da die Gefahr des Ausbrechens größerer
Materialstücke dabei geringer als beim Drehen ist
Zur Einhaltung exakter Abmessungen wird die Drehanode nach dem Beschichten mit pyrolytischem
Graphit und vor der Aufbringung der Metallschicht in vielen Fällen nachbearbeitet. Dies geschieht am besten
durch Schleifbearbeitung.
Nach Fertigstellung des mit pyrolytischem Graphit beschichteten und nachbearbeiteten Grundkörpers wird
die Schicht 4 aus hochschmelzendem Metall angebracht. Dazu können in bekannter Weise drei Verfahren
angewendet werden:
a) Anbringen beispielsweise eines Ringes auf die angeschliffene Fläche unterhalb 4 durch Löten mit
einem hochschmelzenden, im Ausdehnungskoeffizienten angepaßten Lötmetall.
b) Abscheiden des Metalls aus einer Gasphase nach dem CVD-Verfahren (z. B. Wolfram aus dem
System WF6 + 3 H2 - W + 6 HF).
c) Kathodenzerstäubung, Flamm- oder Plasmaspritzen.
In Fig. 2 wird gezeigt, daß durch Anbringen einer Nut 7 im Grundkörper 1 durch nachträgliches
Wegschleifen von Teilen der Schicht 6 Wärmeleitungsbarrieren 8 und zusätzlich abstrahlende Flächen 9 und
10
10 erzeugt werden können.
Nach den Fig.3 und 4 weist der Grundkörper 1
Erhebungen 11 und 12 auf, auf denen abstrahlende Fläcl.en 13 und 14 vorhanden sind. Ferner weist der
Grundkörper 1 eine ringförmige Erhebung 15 bzw. 15' auf. Gemäß Fig. 3 ist die Schicht 6 aus pyrolytischem
Graphit auf der Erhebung 15 bereits entlang der strichpunktierten Linie A-A', durch die die Schlifffläche
angedeutet ist, abgeschliffen; die Schlifffläche ist bereits mit einer Schicht 4 aus hochschmelzendem Metall
bedeckt. Fig.4 zeigt eine schichtförmige Erhebung 15'
vordem Schleifen entlang der Linie A-A'.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhren-Drehanode, bei dem eine Schicht (6) aus
pyrolytischem Graphit auf der Oberfläche eines Grundkörpers (1) aus Kohlenstoff abgeschieden
wird und auf der Schicht (6) aus pyrolytischem Graphit eine weitere Schicht (4) aus einen·
hochschmelzendem Metall angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6)
aus pyrolytischem Graphit vor dem Anbringen der Schicht (4) aus hochschmelzendem Metall derart
angeschliffen wird, daß die so entstehende Kontaktflache
zwischen den beiden Schichten mit der Ebene der Schichtung des pyrolytischen Graphits einen von
0° abweichenden Winkel einschließt, und daß die gesamte Schicht (4) aus hochschmelzendem Metall
auf dem angeschliffenen Teil der Schicht (6) aus pyrolytischem Graphit angebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des angeschliffenen Teils der
Schicht (6) aus pyrolytischem Graphit derart bemessen wird, daß sie der Breite der Schicht (4) aus
hochschmelzendem Metall entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (1) Nuten (7)
und/oder Erhebungen (11, 12) angebracht werden, von deren Oberfläche die Schicht (6) aus pyrolytischem
Graphit stellenweise (9, 10, 13, 14) derart weggeschliffen wird, daß die Schichtung des jo
pyrolytischen Graphits freiliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (1) eine ringförmige
Erhebung (15) angebracht wird, von deren Oberfläche die Schicht (6) aus pyrolytischem Graphit J5
stellenweise derart weggeschliffen wird, daß die Schichtung des pyrolytischen Graphits freiliegt, und
daß die Schicht (4) aus schwerschmelzendem Metall auf der so entstandenen Schlifffläche (A-A')
angeordnet wird. to
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Erhebung (15') aus
schichtförmigem, zu Folien verpreßtem Graphit hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 1 bis 10 mm dicke Schicht (6) aus
pyrolytischem Graphit abgeschieden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mindestens 5 mm dicke Schicht (6) aus normalem grobstrukturiertem pyrolytischem
Graphit abgeschieden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens 3,5 mm dicke Schicht
(6) aus gut orientiertem, feinstrukturiertem pyrolytischem Graphit abgeschieden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens 2,6 mm dicke Schicht
(6) aus rekristallisiertem pyrolytischem Graphit auf dem Grundkörper (1) angebracht wird.
10. Verfahren nacn Anspruch 9, dadurch gekenn- &o
zeichnet, daß die Drehanode nach der Beschichtung mit pyrolytischem Graphit einer thermischen Nachbehandlung
bei 2500 bis 35000C unterzogen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Nachbehandlung im b5 Vakuum durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Nachbehandlung in einem Inertgas durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet
daß die thermische Nachbehandlung bei einem Inertgasdruck zwischen 10 und 500 bar
durchgeführt wird.
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| DE2928993A DE2928993C2 (de) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhren-Drehanode |
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