DE3236104A1

DE3236104A1 - HIGH-PERFORMANCE X-RAY ANODE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION

Info

Publication number: DE3236104A1
Application number: DE19823236104
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Phys.Dr. 8521 Uttenreuth Hillenbrand; Alfred Dr.rer.nat. 8520 Erlangen Müller; Hans Dipl.-Phys.Dr. 8520 Erlangen Pfister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29
Also published as: EP0104515A3; JPS5981847A; EP0104515A2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 82 P 3 3 0 0 DESIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark Berlin and Munich VPA 82 P 3 3 0 0 DE

Hochleistungs-Röntgendrehanode und Verfahren zu ihrer Herstellung High-performance X-ray rotating anode and process for its manufacture

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochleistungs-Röntgendrehanode mit einem rotierenden, tellerförmigen Elektronen-Abbremskörper, der ein Material aus einer oder mehreren Komponenten mit einem hohen charakteristischen Wert Z · 1?__e„ '/Ζ* f ' c^N enthält, wobei Z die Ordnungszahl, 1?_av die maximal zulässige Temperatur,Xdie Wärmeleitfähigkeit, f die Dichte und c die spezifische Wärme sind, und der mit Teilen aus Kohlenstoff wärmeleitend verbunden ist, die bei den auftretenden Betriebstemperaturen des Abbremskörpers ein hohes Emissionsvermögen € aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Drehanode. Eine entsprechende Hochleistungs-Röntgendrehanode geht z.B. aus der von E.Krestel herausgebenen Veröffentlichung "Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik", Siemens AG, Berlin-München, 1980, insbesondere Seiten 157 bis 16O hervor.The invention relates to a high-performance X-ray rotary anode with a rotating, plate-shaped electron braking body which contains a material made up of one or more components with a high characteristic value Z · 1? _ _E "'/ Ζ * f' c ^N , where Z is the atomic number, 1? _{av is} the maximum permissible temperature, X is the thermal conductivity, f is the density and c is the specific heat, and which is thermally connected to parts made of carbon that have a high emissivity € at the operating temperatures of the braking body. The invention also relates to a method for producing such a rotating anode. A corresponding high-performance X-ray rotating anode is evident, for example, from the publication "Imaging Systems for Medical Diagnostics" published by E. Krestel, Siemens AG, Berlin-Munich, 1980, in particular pages 157 to 160.

Röntgenröhren enthalten prinzipiell in einem Vakuumgefäß eine Glühkathode auf negativem und eine Anode auf positivem Potential. Durch thermische Emission treten aus der Glühkathode Elektronen aus. Eine Fokussierungseinrichtung als Bestandteil der Kathode sorgt für eine Bündelung der austretenden Elektronen, um eine örtlich begrenzte Aufprallfläche auf derX-ray tubes basically contain a hot cathode on a negative and an anode in a vacuum vessel on positive potential. Electrons emerge from the hot cathode as a result of thermal emission. One Focusing device as part of the cathode ensures that the emerging electrons are bundled, a localized impact surface on the

SIm 2 Hag / 22.9.1982SIm 2 Hag / 22.9.1982

VPA 82 P 33 0 0 DEVPA 82 P 33 0 0 DE

Anode, den sogenannten Brennfleck, zu erzwingen. Das elektrische Feld zwischen den Elektroden sorgt für eine ausreichende Beschleunigung der Elektronen. Im Brennfleck der Anode werden durch die aufprallenden Elektronen etwa 99 % der Elektronenenergie in Wärme umgesetzt, während nur etwa 1 % zu der gewünschten Röntgenstrahlung führt. Die in der Anode dabei entstehende Wärmeenergie muß durch geeignete Kühlung abgeführt werden.To force the anode, the so-called focal point. The electric field between the electrodes ensures sufficient acceleration of the electrons. In the focal point of the anode, about 99 % of the electron energy is converted into heat by the impacting electrons, while only about 1% leads to the desired X-ray radiation. The heat energy generated in the anode must be dissipated by suitable cooling.

PUr die medizinische Diagnostik geforderte hohe Kurzzeitleistungen von Röntgenröhren sind bei den erforderlichen Belichtungszeiten und kleinaiBrennflecken praktisch nur mit Drehanoden zu erreichen.High short-term performance required for medical diagnostics of X-ray tubes are at the required exposure times and small focal spots practically only achievable with rotating anodes.

Dabei bringt man durch Rotation der Anode noch nicht von Elektronenstrahlen bombardiertes, also nicht erwärmtes bzw. weitgehend wieder abgekühltes Material in den Elektronenstrahl. Die maximale Kurzzeitleistung einer solchen Anode wird hauptsächlich durch den Schmelzpunkt, durch die Aufrauhung infolge der sehr hohen Temperaturgradienten und/oder die Abdampfrate des Anodenmaterials im Brennfleck bestimmt.Rotating the anode does not cause it to be bombarded by electron beams, i.e. not heated or largely cooled again material in the electron beam. The maximum short-term output such an anode is mainly due to the melting point, due to the roughening the very high temperature gradients and / or the evaporation rate of the anode material in the focal point certainly.

Als besonders geeignetes Anodenmaterial wird Wolfram angesehen. Dies ist bedingt durch die hohe Ordnungszahl dieses Materials, seine hohe Schmelztemperatur und seine, verglichen mit anderen hochschmelzenden Materialien, guten thermischen Eigenschaftswerte.Tungsten is considered to be a particularly suitable anode material. This is due to the high atomic number of this material, its high melting temperature and its good thermal property values compared to other refractory materials.

Dementsprechend ist der Wert der für Drehanoden als charakteristisch angesehenen Größe Z · 2?" „ *5&. · f · c für dieses Material besonders hoch und liegt bei etwa 370 000 (vgl. die genannte Veröffentlichung, Seiten 76 und 77). Hierbei sind Z die Ordnungszahl, 2^__QV die maximal zulässige Temperatur, X die Wärme-Accordingly, the value of the variable Z · 2? "" * 5 &. · F · c, which is regarded as characteristic for rotating anodes, is particularly high for this material and is around 370,000 (cf. the publication mentioned, pages 76 and 77) Z the ordinal number, 2 ^ _ _QV the maximum permissible temperature, X the heat

UIcLAUIcLA

-5- VPA 82 P 3 3 0 0 DE-5- VPA 82 P 3 3 0 0 DE

leitfähigkeit, S die Dichte und c die spezifische Wärme. In der Regel liegt die zugelassene maximale Brennflecktemperatur 20 bis 30 % unter der Schmelzpunkttemperatur des Anodenmaterials. 5conductivity, S the density and c the specific heat. As a rule, the maximum permitted focal point temperature is 20 to 30 % below the melting point temperature of the anode material. 5

Zur Kühlung von Hochleistungs-Drehanoden aus Wolfram oder Wolframlegierungen wird allgemein die Strahlungskühlung angewandt. Die Anode nimmt dabei eine mittlere Temperatur von etwa 1000°C an ihrer der Strahlung zugewandten Oberfläche an. Die Wärmeabstrahlung erfolgt mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur entsprechend dem Gesetz P = A* Cq · £ (T) · T , wobei P die abgestrahlte Leistung, A die abstrahlende Fläche, Cq die Stefan-Boltzmann~Konstante,f (T) das totale Emissions vermögen und T die absolute Temperatur sind. Über das Emissionsvermögen £ (T) ist somit die abgestrahlte Leistung beeinflußbar. Für Wolfram liegen die ε-Werte bei Temperaturen von 1000⁰C bei etwa 0,2. Für Graphit hingegen liegen die Werte bei diesen Temperaturen zwischen 0,5 und 0,9.Radiation cooling is generally used to cool high-performance rotating anodes made of tungsten or tungsten alloys. The anode assumes an average temperature of around 1000 ° C on its surface facing the radiation. The heat radiation takes place with the fourth power of the absolute temperature according to the law P = A * Cq £ (T) T, where P is the radiated power, A the radiating surface, Cq the Stefan-Boltzmann constant, f (T) das total emission capacity and T are the absolute temperature. The emitted power can thus be influenced via the emissivity £ (T). For tungsten, the ε values at temperatures of 1000 ^° C. are around 0.2. For graphite, on the other hand, the values at these temperatures are between 0.5 and 0.9.

Das verhältnismäßig niedrige Emissionsvermögen der ursprünglich reinen Metallteller der Drehanoden versuchte iran durch Schwärzungen der Anodenrückseite, d.h. auf der der Slektronenstrahlung abgewandten Seite, zu erhöhen. Darüber hinaus sind Metall-Graphit-Verbunddrehanoden bekannt, deren Anodenteller auf ihrer Rückseite eine angeschweißte Graphitscheibe aufweisen. Hierbei wird nicht nur das gute Abstrahlungsvermogen des Graphits, sondern auch die hohe spezifische Wärme des Materials ausgenutzt. Auf diese Weise können hohe Dauerleistungen, z.B. bei 100 mm Anodendurchmesser bis zu 4 kW abgestrahlt werden, ohne daß die Anode unzulässig hoch erhitzt wird.The relatively low emissivity of the originally pure metal plates of the rotating anodes Iran tried by blackening the back of the anode, i.e. on the one facing away from the slectron radiation Side, increase. In addition, metal-graphite composite rotating anodes are known whose The anode plate has a welded graphite disc on its back. This is not just about the good radiation properties of graphite, but also the high specific heat of the material. In this way, high continuous outputs, e.g. up to 4 kW with an anode diameter of 100 mm, can be emitted without the anode being excessively heated.

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^4- VPA 82 P 3 3 0 0 OE^ 4- VPA 82 P 3 3 0 0 OE

Bei dieser bekannten Drehanode befinde'; sich jedoch das Graphitmaterial nicht in unmittelbarer Verbindung mit der den Elektronen ausgesetzten Vorderseite des Anodentellers, wo die hohen Temperaturen auftreten. Da vielmehr das auf der Rückseite des Anodentellers angebrachte Graphitmaterial von den Hochtemperatur-Bereichen über die aus mechanischen Gründen bedingte, erhebliche Dicke des Anodentellers getrennt ist, wird nur eine aufgrund der dort herrsehenden -tieferen Temperaturen entsprechend geringe AbStrahlungsleitung erreicht. Das bekannte Graphitmaterial kann auch nicht ohne weiteres auf die Vorderseite des Anodentellers aufgebracht werden, da sich sonst bei den dort herrschenden Temperaturen das Graphit mit dem Anodenmaterial unter unerwünschter Karbidbildung umsetzen würde. Die Strahlungskühlung der bekannten Drehanode ist somit dementsprechend begrenzt.This known rotating anode is located '; however, the graphite material is not in direct contact with the front of the anode plate exposed to the electrons, where the high temperatures occur. Rather, since the graphite material attached to the back of the anode plate is from the High temperature areas over the considerable thickness of the anode plate due to mechanical reasons is separated, only one will be correspondingly low due to the lower temperatures prevailing there Radiation line reached. The known graphite material can also not easily the front of the anode plate are applied, otherwise the temperatures prevailing there the graphite would react with the anode material with undesired carbide formation. the Radiation cooling of the known rotating anode is therefore limited accordingly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Strahlungskühlung dieser bekannten Verbunddrehanode noch weiter zu erhöhen.The object of the present invention is the radiation cooling to increase this known composite rotating anode even further.

Diese Aufgabe wird für die Hochleistungs-Drehanode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens die den Elektronen ausgesetzte Vorderseite des tellerförmigen Abbremskörpers zumindest teilweise mit einer Schicht aus einem amorphen Kohlenstoff versehen ist, der bei den dort auftretenden Betriebstemperaturen des Abbremskörpers ein hohes Emissionsvermögen <f von mindestens 0,5 aufweist und dabei gegenüber dem röntgenaktiven Material des Abbremskörpers zumindest weitgehend chemisch resistent ist.This is the task for the high-performance rotating anode of the type mentioned at the outset, according to the invention, in that at least the one exposed to the electrons Front of the plate-shaped braking body at least partially with a layer an amorphous carbon is provided, which occurs at the operating temperatures of the Braking body has a high emissivity <f of has at least 0.5 and at least compared to the X-ray active material of the braking body is largely chemically resistant.

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VPA 82 P330 ODEVPA 82 P330 ODE

Unter einer gegenüber dem Material des Abbremskörpers resistenten Kohlenstoffschicht ist dabei eine Schicht zu verstehen, die höchstens eine im Rahmen der geforderten Lebensdauer der Drehanode vernachlässigbar geringe chemische Reaktion, insbesondere Karbidbildung, mit dem Material des Abbremskörpers bzw. seiner röntgenaktiven Teile eingeht.Under one opposite the material of the braking body Resistant carbon layer is to be understood as a layer that is at most one in the frame the required service life of the rotating anode negligibly low chemical reaction, in particular Carbide formation, with the material of the braking body or its X-ray active parts.

Die mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Drehanode verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß durch die Anordnung von Bereichen mit hohem Emissionsvermögen in unmittelbarer Nähe zu der ringförmigen Brennfleckzone die abgestrahlte Leistung der Oberfläche des Anodentellers gegenüber der bekannten Ausführungsform der Drehanode wesentlich gesteigert werden kann. Dadurch kann die Temperatur des Anodentellers abgesenkt werden, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Röntgenröhre führt. Oder man kann die Leistung der Röhre weiter erhöhen, ohne daß es zu einer unzulässigen Überhitzung der Anode kommt.The advantages associated with the design of the rotating anode according to the invention are in particular to see that by arranging areas of high emissivity in the immediate Proximity to the ring-shaped focal point zone is the radiated power of the surface of the anode plate compared to the known embodiment of the rotating anode can be increased significantly. Through this the temperature of the anode plate can be lowered, which leads to an increase in the service life of the X-ray tube leads. Or you can increase the power of the tube further without it becoming an impermissible one The anode is overheating.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochleistungs-Röntgendrehanode ist dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Kohlenstoffschicht mittels einer Gasentladung von Kohlenwasserstoffen abgeschieden wird.An advantageous method for producing the high-performance X-ray rotary anode according to the invention is characterized in that the amorphous carbon layer by means of a gas discharge of hydrocarbons is deposited.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochleistungs-Röntgendrehanode nach der Erfindung bzw. des Verfahrens zu ihrer Herstellung gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.Further advantageous configurations of the high-performance X-ray rotary anode according to the invention and the method for their production are set out in the remaining subclaims emerged.

vpa 82 P 3 3 O O OEvpa 82 P 3 3 O O OE

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung noch weiter erläutert, in deren Figur eine Hochleistungs-Röntgendrehanode gemäß der Erfindung angedeutet ist.The invention is explained further below with reference to the drawing, in the figure of which a high-performance X-ray rotary anode is indicated according to the invention.

Bei der in der Figur als Längsschnitt schematisch gezeigten Hochleistungs-Röntgendrehanoc.e wird von bekannten Ausführungsformen solcher Anoden ausgegangen (vgl. z.B. die genannte Veröffentlichung, Seite 158). Die Drehanode enthält einen Anodenteller 2, der als Abbremskörper für von einer in der Figur nicht ausgeführten Glühkathode erzeugte und in einer Fokussierungseinrichtung gebündelte Elektronenstrahlen dient. Dieser Anodenteller ist an einer zentralen Welle 3 befestigt, die mit drehbeweglichen Teilen eines in der Figur nicht .ausgeführten Rotors verbunden sind. Die Drehzahlen des Rotors liegen im allgemeinen zwischen !6 A und 300 Hz. Der Anodenteller 2 besteht im wesentlichen aus einem Basiskörper 4, der mindestens einen radial weiter außenliegenden, ringförmigen Bereich 5 aufweist, welcher gegenüber einem zentralen Bereich 6, an dem die Welle 3 befestigt ist, um einen vorbestimmten Winkel cL abgewinkelt ist. Auf diesen abgewinkelten Bereich 5 trifft zumindest in einem ringförmigen Teilbereich 7 das in der Figur durch gepfeilte Linien angedeutete Elektronenstrahlbündel 8. Dieser Teilbereich stellt somit die Brennfleckzone des Anodentellers 2 dar. Zumindest diese ringförmige Brennfleckzone 7 des abgewinkelten Bereiches 5 ist mit einer röntgenaktiven Deckschicht versehen. Diese Deckschicht mit einer Dicke D von z.B. 1 bis 2 mm besteht vorteilhaft aus Reinwolfram oder einer Wolframlegierung wie z.B. aus Wolfram-Rhenium, während der Basiskörper 4 und die WelleIn the high-performance X-ray rotors shown schematically as a longitudinal section in the figure, known embodiments of such anodes are assumed (cf., for example, the cited publication, page 158). The rotating anode contains an anode plate 2, which serves as a braking body for electron beams generated by a hot cathode (not shown in the figure) and bundled in a focusing device. This anode plate is fastened to a central shaft 3, which is connected to rotatable parts of a rotor not shown in the figure. The speeds of the rotor are generally between 6 A and 300 Hz. The anode plate 2 consists essentially of a base body 4, which has at least one radially further outward, annular region 5 which, opposite a central region 6, on which the shaft 3 is attached to is angled at a predetermined angle cL. The electron beam 8 indicated by the arrow lines in the figure strikes this angled area 5, at least in an annular partial area 7. This cover layer with a thickness D of, for example, 1 to 2 mm advantageously consists of pure tungsten or a tungsten alloy such as, for example, tungsten-rhenium, while the base body 4 and the shaft

VPA 82 p 33 0 0 DEVPA 82 p 33 0 0 DE

z.B. aus einer Molybdänlegierung gefertigt sind. Gegebenenfalls kann auch der gesamte Anodenteller 2 aus Wolfram oder einer Wolframlegierung bestehen.e.g. made of a molybdenum alloy. If necessary, the entire anode plate 2 consist of tungsten or a tungsten alloy.

Gemäß der Erfindung ist auf dem Anodenteller 2 auf der Oberfläche seiner dem Elektronenstrahlbündel 8 zugewandten Vorderseite eine dünne Schicht aus einem amorphen diamant- oder graphitartigen Kohlenstoff festhaftend aufgebracht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, daß die Brennfleckzone 7 nicht mit diesem Kohlenstoff beschichtet ist. Gegebenenfalls kann jedoch auch eine entsprechende Beschichtung dieser Zone vorgesehen werden. Im Bereich der Brennfleckzone 7 kann entweder durch eine Maskentechnik ein Abscheiden von amorphem Kohlenstoff vermieden werden; oder aber man entfernt mechanisch, physikalisch oder chemisch nach dem Abscheidungsvorgang den amorphen Kohlenstoff aus diesem Bereich. Die Brennfleckzone 7 liegt gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen einer ringförmigen Kohlenstoff-Schicht 11 am Außenrand und einer kreisscheibenförmigen, das Zentrum des Anodentellers 2 abdeckenden Kohlenstoff-Schicht 12. Mit diesen amorphen Kohlenstoff-Schichten 11 und 12, deren Dicke d etwa zwischen 0,1 und 10 /um liegt, soll eine effektive Strahlungskühlung des Anodentellers 2 gewährleistet werden. Hierzu hat das Kohlenstoff-Material der Schichten ein hohes Emissionsvermögen f., ' das annähernd dem eines schwarzen Körpers entspricht.According to the invention, the electron beam 8 is on the anode plate 2 on the surface of it facing front a thin layer of an amorphous diamond or graphite-like carbon firmly applied. In the illustrated embodiment, it is assumed that the Focal spot zone 7 is not coated with this carbon. If necessary, however, can also be a corresponding coating of this zone can be provided. In the area of the focal point zone 7, either a deposition of amorphous carbon can be avoided by a mask technique; or one removes it mechanically, physically or chemically after the deposition process the amorphous carbon from this Area. According to the exemplary embodiment shown, the focal point zone 7 lies between an annular one Carbon layer 11 on the outer edge and a circular disk, the center of the anode plate 2 covering carbon layer 12. With these amorphous carbon layers 11 and 12, their Thickness d is approximately between 0.1 and 10 μm, should an effective radiation cooling of the anode plate 2 can be guaranteed. To do this, the carbon material has the layers have a high emissivity f., which corresponds approximately to that of a black body.

fliegt somit bei mindestens 0,5, z.B. bei etwa 0,8,^ bei den Temperaturen, die sich bei dem Aufprall des. Elektronenstrahlbündels 8 auf die Brennfleckzone 7 in den unmittelbar unter den Schichten 11 und 12 liegenden Teilbereichen des Anodentellers 2 einstellen. Die entsprechenden Temperaturen können dortthus flies at at least 0.5, for example at about 0.8, ^ at the temperatures which are set upon the impact of the electron beam 8 on the focal spot zone 7 in the subregions of the anode plate 2 lying directly below the layers 11 and 12. The corresponding temperatures can be found there

ft "Λ W <& M w ■ nt ·* «* rr « ■»· ft "Λ W <& M w ■ nt · *« * rr «■» ·

"-SS-' v?a 82 ρ 33 0 GOE "-SS- ' v? A 82 ρ 33 0 GOE

z.B. etwa 1OQO⁰C betragen. Bei dieser; Temperaturen, bei denen das Emissionsvermögen von 'Wolfram z.3. bei etwa 0,2 liegt, ist der amorphe Kohlenstoff ausreichend chemisch resistant gegenüber dem Material des Anodentellers 2, insbesondere gegenüber dem Wolfram bzw, der Wolframlegierung; der röntsenaktiven Deckschicht 9. D.h., das Kohlenstoff-Material setzt sich mit dem benachbarten Material des Anodentellers bei diesen Temperaturer während der Lebensdauer der Anode praktisch nicht, um.for example about ⁰ C 1OQO amount. At this; Temperatures at which the emissivity of 'tungsten z.3. is about 0.2, the amorphous carbon is sufficiently chemically resistant to the material of the anode plate 2, in particular to the tungsten or the tungsten alloy; the X-ray-active cover layer 9. That is, the carbon material practically does not react with the neighboring material of the anode plate at this temperature during the service life of the anode.

Wie aus der Figur ferner hervorgeht, können auch auf der der Elektronenstrahlung 8 abgewandten Rückseite des Anodentellers 2 sowie gegebenenfalls auf .15 dem Außenrand des Tellers entsprechende Schichten 13 bzw, 14 aus dem amorphen Kohlenstoff-Material aufgebracht sein, um die Strahlungskühlung noch weiter zu erhöhen.As can also be seen from the figure, on the rear side facing away from the electron beams 8 of the anode plate 2 and optionally on .15 layers corresponding to the outer edge of the plate 13 or 14 made of the amorphous carbon material can be applied to the radiation cooling to increase further.

Gegebenenfalls kann der gesamte, beschichtete Anodenteller 2 in bekannter Weise mit radialen Schlitzen in seinem ringförmigen, abgewinkelten Bereich 5 versehen sein (vgl. die genannte Veröffentlichung, Seiten 159 und 162).If necessary, the entire, coated anode plate 2 can be provided with radial slots in a known manner be provided in its annular, angled area 5 (see the publication mentioned, Pages 159 and 162).

Die Herstellung amorpher Kohlenstoff-Schichten auf Substraten ist an sich bekannt (vgl. z.B. "Appl. Phys. Lett.» 36 (4), 15.2.1980, Seiten 291 und 292j »Thin Solid Films" Vol. 80 (1981), Saiten 193 bis 200 und Seiten 227 bis 234 sowie Vol. 60 (1979), Seiten 213 bis 225). Danach können solche Schichten z.B. in einem Gleichspannungs- oder Hochfrequenz-Plasma aus Kohlenwasserstoffen oder durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.The production of amorphous carbon layers on substrates is known per se (cf. e.g. "Appl. Phys. Lett. " 36 (4), February 15, 1980, pages 291 and 292j "Thin Solid Films" Vol. 80 (1981), strings 193 to 200 and pages 227 to 234 as well as Vol. 60 (1979), Pages 213 to 225). Such layers can then be used, for example, in a DC or high-frequency plasma from hydrocarbons or by high-frequency cathode sputtering.

Diese Schichten, die vielfach auch als diamant-These layers, which are often also called diamond

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

<* W Φ H<* W Φ H

-¥- VPA 82 P 33 0 0 DE - ¥ - VPA 82 P 33 0 0 DE

ähnlich bezeichnet werden und sich durch eine hohe Härte auszeichnen, sollten bisher gemäß den genannten Veröffentlichungen' in optischen Einrichtungn als Antireflektionsschichten von Halbleitern im Infrarot-Bereich oder als Schichten zur Oberflächenhärtung angewandt werden.are referred to similarly and are characterized by a high degree of hardness, should so far according to those mentioned Publications' in optical devices as anti-reflective layers of semiconductors in the infrared range or applied as layers for surface hardening.

Es wurde nun erkannt, daß derartige amorphe Kohlenstoff-Schichten bei hohen Temperaturen von z.B. über 1000⁰C gegenüber den im allgemeinen für Hochleistungs-Röntgendrehanoden vorgesehenen röntgenaktiven Materialien, insbesondere gegenüber Wolfram oder Wolframlegierungen, ausreichend chemisch resistent sind. Vorteilhaft können deshalb entsprechende amorphe Kohlenstoff-Schichten auch zur Verbesserung der Strahlungskühlung von Röntgendrehanoden dienen. Hierzu geeignete amorphe Kohlenstoff-Schichten lassen sich nach den bekannten Verfahren auf dem Anodenteller einer Drehanode aufbringen. Besonders vorteilhaft ist eine Abscheidung der Kohlenstoff-Schichten auf dem Anodenteller mittels einer Gasentladung von Kohlenwasserstoffen. It has now been recognized that such amorphous carbon layers ^{are sufficiently chemically resistant at high temperatures of, for example, over 1000 °} C. to the X-ray-active materials generally provided for high-performance X-ray rotating anodes, in particular to tungsten or tungsten alloys. Corresponding amorphous carbon layers can therefore advantageously also be used to improve the radiation cooling of X-ray rotating anodes. Amorphous carbon layers suitable for this purpose can be applied to the anode plate of a rotating anode using the known methods. It is particularly advantageous to deposit the carbon layers on the anode plate by means of a gas discharge of hydrocarbons.

Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer erfincungsgemäßen Röntgendrehanode wurde zunächst deren mit dem amorphen Kohlenstoff zu beschichtender Anodenteller aus Reinwolfram als röntgenaktivem Material einer Reinigungsbehandlung unterzogen. Hierzu kann man insbesondere eine Sandstrahl-Behandlung mit AIpO,-Pulver von etwa 10 /um Durchmesser der Pulverteilchen vorsehen. Gegebenenfalls ist statt dieser Behandlung oder auch als sich daran anschließende Ergänzung ein an sich bekanntes Kathodenstrahlätzen, das auch als Sputterätzen bezeichnet wird, möglich. Eine solche Sputterreinigung wurde nach der Sahdstrahlbehandlung vorgenommen. Dies kann in einer Beschichtungskammer,According to a specific exemplary embodiment for the production of an X-ray rotary anode according to the invention, initially their anode plate made of pure tungsten, which is to be coated with the amorphous carbon, as an X-ray active material subjected to a cleaning treatment. In particular, a sandblasting treatment with AIpO, powder can be used for this purpose of about 10 / µm diameter of the powder particles provide. If necessary, instead of this treatment or as a subsequent supplement, a known cathode ray etching, which is also referred to as sputter etching, is possible. Such Sputter cleaning was carried out after the jet treatment. This can be done in a coating chamber,

4ί ,4ί,

-ys- ' VPA 82 P 33 0 0 OE -ys- ' VPA 82 P 33 0 0 OE

z.B. in einem zylinderförmigen Glasbehälter, in einer Argon-Atmosphäre mit einem Druck von etwa 0,1 mbare.g. in a cylindrical glass container in an argon atmosphere with a pressure of about 0.1 mbar

erfolgen, wobei eine Stromdichte von etwa 100 /uA/cm bei einer Brennspannung von etwa 1,5 kV eingestellt wird. Die BeSchichtungskammer mit dem so vorbehandelten Wolfram-Anodenteller wurde dann von Methangas oder Butangas durchströmt«, Der Druck dieser Kohlenwasserstoff-Atmosphäre betrug dabei etwa 0,1 mbar. In dieser Atmosphäre wurde eine Gleichstrom-Gasentladung zwischen dem als Kathode geschalteten Wolfram-Anodenteller und einer Anode bei Raumtemperatur gezündet. Während einer Zeit von etwa 0,5 bis 3 Stunden, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden, wurde eine Glimmentladung mit einer auf die Kathode bezogenen Stromdichte vontake place, with a current density of about 100 / uA / cm is set at an operating voltage of about 1.5 kV. The coating chamber with the pretreated Methane gas or butane gas then flowed through the tungsten anode plate. The pressure of this hydrocarbon atmosphere was about 0.1 mbar. In In this atmosphere there was a direct current gas discharge between the tungsten anode plate connected as the cathode and ignited an anode at room temperature. For a period of about 0.5 to 3 hours, preferably 1 to 2 hours, a glow discharge with a cathode-related current density of

etwa 50 bis 100 /um/cm bei einer Leistungsdichte vonabout 50 to 100 / µm / cm at a power density of

/ ρ/ ρ

0,3 bis 3_f z.B. etwa 1 W pro mbar und cm Kathodenfläche eingestellt. Am Ende der Glimmentladungsbehandlung befand sich auf dem Anodenteller eine festhaftende amorphe Kohlenstoff-Schicht mit einer Dicke im /um-Bereich, Diese Schicht, die ein dunkelgraues Aussehen hat, ist bis zu Temperaturen von über 1000⁰C gegenüber dem Wolfram des Anodentellers beständig und weist bei diesen Temperaturen ein hohes Emissionsvermögen S von etwa 0,8 auf.0.3 to 3 _f, for example, about 1 W per mbar and cm of cathode area. At the end of the glow discharge treatment there was a firmly adhering amorphous carbon layer with a thickness in the / um range on the anode plate. This layer, which has a dark gray appearance, is resistant to the tungsten of the anode plate ^{up to temperatures of over 1000 ° C.} at these temperatures a high emissivity S of about 0.8.

Gegebenenfalls kann man noch den Anodenteller mit den auf ihm abgeschiedenen Schichten aus dem amorphen Kohlenstoff einer thermischen Nachbehandlung, insbesondere bei erhöhten Temperaturen von über 300⁰C, vorzugsweise über 500⁰C, z.B. bei etwa 1000⁰C unterziehen. Auf diese Weise läßt sich vorteilhaft in den amorphen Kohlenstoff-Schichten eventuell noch eingebauter Wasserstoff aus diesen Schichten austreiben. If necessary, the anode plate with the layers of amorphous carbon deposited on it can also be subjected to a thermal aftertreatment, in particular at elevated temperatures of over 300 ^° C., preferably over 500 ^° C., for example at about 1000 ^° C. In this way, any hydrogen still built into the amorphous carbon layers can advantageously be expelled from these layers.

VPA 82 P 3 3 0 0 DEVPA 82 P 3 3 0 0 DE

Auf der Vorderseite des beschichteten Anodentellers kann außerdem noch im Bereich der Brennfleckzone der abgeschiedene Kohlenstoff wieder entfernt werden, falls nicht durch eine Maskentechnik eine Abscheidung des Kohlenstoffs während der Gasentladungsbehandlung von vornherein ausgeschlossen wurde. Gegebenenfalls kann jedoch der amorphe Kohlenstoff auch in der Brenn fleckzone belassen werden.On the front side of the coated anode plate, it is also possible in the area of the focal point zone the deposited carbon can be removed again, if not a deposition by a mask technique of the carbon was excluded from the outset during the gas discharge treatment. If necessary, can however, the amorphous carbon can also be left in the focal zone.

9 Patentansprüche
1 Figur9 claims
1 figure

Claims

VPA 82 P S3 0 0 DE

Claims

(1. "/ high-performance X-ray rotating anode with a rotating, plate-shaped electron braking body, which contains a material made up of one or more components with a high characteristic value Z · ^ _max · τ / λ · S * c, where Z is the atomic number,

^ max ^{the max: i} - ^ma3 - permissible temperature,

2 the thermal conductivity,
S the density and
c are the specific heat,

and which is thermally conductively connected to parts made of carbon which have a high emissivity £ at the operating temperatures of the braking body, characterized in that at least the front side (areas 5 and 6) of the plate-shaped braking body (2) exposed to the electrons (8) at least partially is provided with a layer (11, 12) made of an amorphous carbon, which at the operating temperatures of the braking body (Z) © has an emissivity £ of at least 0.5 and in comparison to the X-ray active material (layer 9) of the braking body (2) is at least largely chemically resistant.

2. Rotating anode according to claim 1, characterized in that that the amorphous carbon layer (11, 12) has a thickness (d) of at least 0.1 / µm.

3 » Rotary anode according to Claim 1 or 2, characterized in that the thickness (d) of the amorphous carbon layer (11, 12) is at most 10 μm.

VPA 82 P 3 3 0 0 DE

4. rotating anode according to one of claims 1 to 3> characterized in that on the front of the braking body (2) only the focal point zone exposed to the electrons (8) (7) adjacent surface parts (areas 5 and 6) provided with the amorphous carbon layer (11, 12) are.

5. Rotary anode according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the back of the electron beam (8) facing away from Braking body (2) is provided with a layer (13) made of amorphous carbon.

6. Process for the production of a high-performance X-ray rotary anode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the amorphous carbon layer (11, 12) by means of a Gas discharge of hydrocarbons is deposited.

7. The method according to claim 6, characterized that the amorphous carbon layer (11,12) is deposited in a gas discharge in flowing methane or butane.

8. Process for the production of a high-performance X-ray rotary anode according to one of claims 1 to 5, in particular according to one of claims 6 or 7, characterized in that the braking body (2) with the deposited on it Carbon layer (2) is subjected to a thermal aftertreatment.

VPA 82 P 3 3 0 0 OE

9. The method according to claim 8, characterized in that the thermal aftertreatment at temperatures above 30O ⁰ C, preferably above 50O ⁰ C, is carried out.