DE2941396A1

DE2941396A1 - Drehanoden-roentgenroehre mit einem grundkoerper aus graphit

Info

Publication number: DE2941396A1
Application number: DE19792941396
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Horst Hübner; Dipl.-Phys. Dr. Berhard 5100 Aachen Lersmacher
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS5663760A; US4367556A; GB2062953A; FR2467483B1; FR2467483A1; GB2062953B

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 79-118

Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Grundkörper aus Graphit

Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anodenscheibe einen aus Graphit bestehenden Grundkörper umfaßt, der an einer Welle befestigt ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anodenscheibe. Solche Drehanoden-Röntgenröhren sind bekannt z.B. aus der DE-AS 1 764 042.

Der Grundkörper besteht dabei in der Regel aus Elektrographit, der einfach zu bearbeiten ist und - gegenüber den sonst üblichen Anodenscheiben mit einem Grundkörper aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung - den Vorteil aufweist, daß er besonders leicht ist, eine größere spezifische Wärme und ein besseres thermisches Emissionsvermögen aufweist. Allerdings ist die Verbindung einer Anodenscheibe mit einem solchen Grundkörper mit der Welle, die im Betrieb die Anodenscheibe antreibt, nicht ohne Probleme.

Die Massenverteilungen einer solchen Anodenscheibe, die aus dem Graphit-Grundkörper und einer Wolfram-Rhenium-Beschichtung auf der Elektronenauftreffseite besteht, sind zwar rotationssymmetrisch, aber ungleichförmig in axialer Richtung. In Verbindung mit der geringen mechanischen Festigkeit bzw. der Brüchigkeit des Elektrographits führt dies schon beim Auswuchten einer solchen Anodenscheibe zu großen Schwierigkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mechanische Stabilität insbesondere an der Verbindungsstelle zwischen Welle und Anodenscheibe zu verbessern.

130017/0321

2 PHD 79-118

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Anodenscheibe an einer auf der Welle angebrachten hohlzylindrischen Buchse aus pyroly ti schein oder mikroporösem Graphit befestigt ist.

Pyrolytischer Graphit ergibt sich bekanntlich durch die thermische Aufspaltung von Kohlenstoffverbindungen, insbesondere durch Abscheidung aus der Gasphase. Die Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der Zeitschrift "Chemie-Ingenieur-Technik" 39. Jahrgang, Heft 14, 1967, Seiten 833 bis 842, beschrieben. Mikroporöser Graphit ergibt sich durch Erhitzung von Hartgeweben, die im wesentlichen aus mit Baumwollgeweben verstärkten Phenol- oder Kresolharzen bestehen, auf eine Temperatur oberhalb von 80O⁰C in einer nichtoxydierenden Atmosphäre, wie beispielsweise in der DE-OS 26 48 900 beschrieben. Beide Graphitmodifikationen haben eine größere Festigkeit als Elektrographit, wodurch sich eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung mit der Welle ergibt und gleichzeitig eine geringe thermische Leitfähigkeit, was die Welle bzw. die mit ihr verbundenen Lager vor Überhitzung schützt. Pyrolytischer Graphit hat diese geringe thermische Leitfähigkeit zwar nur in seiner Wachstumsrichtung; diese verläuft bei den verschiedenen Her-Stellungsmöglichkeiten einer solche Buchse aber stets radial, so daß die Flächen der größeren thermischen Leitfähigkeit dieser Buchse konzentrisch zur Welle verlaufen.

Aus der DE-OS 24 40 988 ist zwar bekannt, daß man den Grundkörper einer Anodenscheibe ganz aus pyrolytischem Graphit herstellen kann, doch wären solche Anodenscheiben sehr teuer, da die Herstellung ausreichend dicker Scheiben aus pyrolytischem Graphit außerordentlich aufwendig ist. Außerdem hat bei der bekannten Drehanoden-Röntgenröhre die Anodenscheibe eine zur Richtung der Welle parallele Wachstumsrichtung, so daß sich zwischen der Welle und dem Brennfleck

130017/0321

/ζ PHD 79-118

ein geringer thermischer Widerstand ergibt, was zu einer Überhitzung der Welle und der mit ihr verbundenen Lager führen kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Buchsenquerschnitt von der Ringform abweicht. Diese Ausführungsform ist vor allen Dingen bei Buchsen aus pyrolytischem Graphit von Bedeutung. Pyrolytischer Graphit hat nämlich eine ausgeprägte Schichtstruktur. Dabei wird seine "interlaminare Scherfestigkeit", die in der Größenordnung von einigen N/cm liegt, also seine Bindung zwischen einzelnen Schichten oder Schichtpaketen, um so geringer, je perfekter seine Orientierung im kristallographischem Sinne ist. Eine Buchse mit ringförmigem Querschnitt aus pyrolytischem Grpahit, dessen Wachstumsrichtung radial verläuft, verhält sich bei tangential angreifender Last wie ein System von ineinandersteckenden, gegeneinander verdrehbaren zylindrischen Röhren. Da beim Betrieb einer Drehanoden-Röntgenröhre starke tangentiale Belastungen der Buchse auftreten, ist die Gefahr von Spannungen, die die geringe interlaminare Scherfestigkeit überschreiten und zu sogenannten interlaminaren Brüchen führen, relativ groß. Durch das Abweichen von dem ringförmigen Querschnitt kann diesem Effekt leicht abgeholfen werden. Dabei kann entweder die innere oder die äußere Kontur der Buchse von der Kreisform abweichen; zweckmäßigerweise weichen aber beide davon ab. Dadurch könnten sich zwar Unwuchten ergeben, doch sind diese relativ klein, weil die Massen nur in unmittelbarer Nähe der Welle unsymmetrisch verteilt sind. Gegebenenfalls kann diese Unwucht auch durch eine bezüglich des Anodenscheibenmittelpunktes symmetrische Ausbildung der Buchse klein gehalten werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Anodenscheibe mit einer Buchse aus pyrolytischem Graphit dadurch hergestellt werden, daß Kohlenstoff aus der Gasphase direkt in eine Bohrung in dem Grundkörper abgeschieden wird. Bei der

130017/0321

ζ PHD 79-118

Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase wird das Substrat, auf das die pyrolytische Graphitschicht anzubringen ist - im vorliegenden Fall die Bohrung im Grundkörper der Anodenscheibe - im direkten Stromdurchgang in einer Kohlenwasserstoff-Atmosphäre, etwa aus Methan oder Benzol, bei Drücken bis zu 100 Torr auf rund 2000⁰C erhitzt, wobei sich in der Bohrung nach eiriger Zeit Niederschlag aus Kohlenstoff ergibt. Wenn sich dabei ein Niederschlag auch auf anderen Teilen der Anodenscheibe nicht vermeiden läßt, kann dieser gegebenenfalls anschließend wieder - z.B. durch spanabhebende Bearbeitung - entfernt werden.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Anodenscheibe mit einer Buchse aus pyrolytischem Graphit sieht vor, daß die Buchse durch Abscheidung auf einem geeignet geformten Dorn hergestellt wird und daß sie anschließend - gegebenenfalls nach mechanischer Bearbeitung - in die Anodenscheibe eingelötet wird. Das Löten erfolgt dabei mittels hochschmelzender Lötmetalle z.B. auf der Basis von Zirkon/Nickel oder Molybdän/Nickel usw. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt dieses Anlöten insbesondere dadurch, daß zur Verbindung der Anodenscheibe mit der Buchse ein hochschmelzendes Metall aus der Gasphase reaktiv in den Zwischenraum zwischen der Buchse und der Anodenscheibe abgeschieden wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anodenscheibe in Verbindung mit einer Welle in einer Seitenansicht und

Fig. 2 eine Anodenscheibe mit nicht ringförmigem Buchsenquerschnitt in einer Draufsicht.

130017/0321

PHD 79-118

Die Anodenscheibe enthält einen Grundkörper 1, vorzugsweise aus Elektrographit. Dieser ist im Bereich der Brennfleckbahn mit einer Beschichtung 3 aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung versehen. Im Zentrum der Anodenscheibe ist eine Bohrung bzw. Ausnehmung angebracht, in der sich eine Buchse aus mikroporösem oder pyrolytischem Graphit befindet.

Bei Herstellung aus pyrolytischem Graphit kann die Buchse unmittelbar durch lokale Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase in der Bohrung bzw. der Ausnehmung des Grundkörpers 1 in bekannter Weise hergestellt werden. Infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Elektrographit einerseits und Pyrographit andererseits ergibt sich ein sehr fester Verbund zwischen dem Grundkörper 1 und der Buchse 2, da beim Abkühlen von der Abscheidungstemperatur (ca. 2 000 C) auf Raumtemperatur der Elektrogrraphitkörper auf die Pyrographitbuch.se aufschrumpft. Der dadurch erzielte feste Sitz wird durch die beim Betrieb der Röntgenröhre auftretenden Temperaturen nicht nachteilig beeinflußt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, zunächst die Buchse gesondert herzustellen mit Wandstärken von vorzugsweise 1 bis 5 mm. Dazu wird auf einem Dorn, dessen Form der Form der Welle, auf die die Buchse ausgesetzt werden soll, entspricht, Kohlenstoff aus einer Kohlenwasserstoffatmosphäre bei einem Druck bis zu 100 Torr und einer Temperatur von ca. 2000⁰C abgeschieden.

Bei dieser Herstellung der Buchse ergibt sich ebenso wie bei der direkten Abscheidung von Kohlenstoff in die Bohrung bzw. Ausnehmung der Anodenscheibe eine Orientierung des pyrolytischen Graphits, bei der die Flächen größerer thermischer Leitfähigkeit konzentrisch zur Welle verlaufen. Bei einer Anodenscheibe mit einem Außendurchmesser von

120 mm und einem Grundkörper aus Elektrographit wurden bei einer Buchse mit 20 mm Außendurchmesser und k mm Wandstärke

130017/0321

PHD 79-118

die Außenpartien der Anodenscheibe auf eine Temperatur von ca. 1500⁰C erhitzt. Der Bereich im Innern der Buchse blieb dabei unter 500⁰C, wobei sich innerhalb der Buchse in radialer Richtung ein Temperaturgradient von mehr als 100 C/mm ergab.

Nach der separaten Herstellung der Buchse wird diese vorzugsweise durch Löten mit dem Grundkörper verbunden. Dazu können konventionelle Löttechniken, beispielsweise das Löten mittels hochschmelzender Metalle, auf der Basis von Zirkon/Nickel oder Molybdän/Nickel verwendet werden. Die Anbringung des Lotes in die Verbindungsstelle zwischen die Buchse und den Grundkörper kann aber auch durch eine sogenannte Diffusionslötung erfolgen, wobei das Lot aus der Gasphase abgeschieden wird.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist die Anodenscheibe mit einer Welle 4 verbunden. Die Welle 4 ist durch die hohlzylindrische Buchse 2 hindurchgesteckt, so daß die Unterseite der Anodenscheibe bzw. der Buchse auf einer flanschartigen Verdickung 5 der Welle aufliegt. An ihrem äußersten Ende ist die Welle mit einem Gewinde versehen, in das eine Mutter 6 eingreift, bei deren Festziehen die Anodenscheibe gegen die flanschartige Verbreiterung 5 gedrückt wird.

Wie bereits erwähnt wurde, ist es von Vorteil, wenn die Buchse aus Pyrographit einen von der Ringform abweichenden Querschnitt aufweist, weil dadurch interlaminare Brüche vermieden weiden können, deren Entstehen aufgrund der geringen tangentialen Scherfestigkeit des pyrolytischen Graphits (in Richtung senkrecht zu sainer Wachstumsrichtung) durch einen ringförmigen Querschnitt begünstigt würde.

Zu diesem Zweck ist die in Fig. 2 dargestellte Anodenscheibe 1 mit einer Buchse 2 versehen, deren Außen- und

130017/0321

PHD 79-118

Innenkontur etwa segmentförmig verläuft, so daß sich überall eine annähernd gleichmäßige Wandstärke ergibt. Dies setzt voraus, daß die Ausnehmung im Zentrum des Grundkörpers 1 und der Querschnitt der Welle - wenigstens in 5 dem Bereich, in dem sie mit der Buchse verbunden ist entsprechend geformt sind.

130017/0321

Claims

PHD 79-118 PATENTANSPRÜCHE:

1. Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anodenscheibe einen aus Graphit bestehenden Grundkörper umfaßt, der an einer Welle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenscheibe an einer auf der Welle angebrachten hohlzylindrischen Buchse aus pyrolytischera oder mikroporösem Graphit befestigt ist.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Buchsenquerschnitt von der Ringform abweicht.

3. Verfahren zur Herstellung einer Anodenscheibe nach Anspruch 1 mit einer Buchse aus pyrolytischem Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoff aus der Gasphase direkt in eine Bohrung in dem Grundkörper abgeschieden wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Anodenscheibe nach Anspruch 1 mit einer Buchse aus pyrolytischem Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse durch Abscheidung auf einem geeignet geformten Dorn hergestellt wird und daß sie anschließend - gegebenenfalls nach mechanischer Bearbeitung - in die Anodenscheibe eingelötet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Anodenscheibe mit der Buchse ein hochschmelzendes Metall aus der Gasphase reaktiv in den Zwischenraum zwischen der Buchse und der Anodenscheibe abgeschieden wird.

130017/0321

ORIGINAL INSPECTED