DE3236386A1

DE3236386A1 - Drehanode fuer roentgenroehren und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3236386A1
Application number: DE19823236386
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yokohama Fukuhara; Hideo Machida Tokyo Koizumi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1983-04-14
Also published as: AT388627B; US4531227A; JPS5857247A; ATA363082A

Description

* 4 Dq

• S-

European Patent Attorneys
Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentami

Dr phil Q Henke¹ München DipMng J Pfenning. Beriin
Dr rer-nat L Feiler. München Dipi-!ng W Hänzel. München Dipl -Phys K H Meinig. Berlin Dr Ing A. Butenschon. Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel. 089/982085-87 Telex 0529802 hnkld Teiegramme ellipsoid

57P858-2

TOKIO SHIBAURA DHKI KABUSHIKI
Kawasaki»shi, Japan

Drehanode für Röntgenröhren und
¥erfahren zu Ihrer Herstellung

^:..^:*^:..^:.::. 323638Θ

ir

Drehanode für Röntgenröhren und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Drehanode für Röntgenröhren und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Drehanoden für Röntgenröhren großer Wärmekapazität und hoher Röntgenstrahlenemission werden weitverbreitet in auf medizinischem Gebiet eingesetzten Röntgenröhren benutzt.

In der Regel werden Drehanoden zur Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Elektronenbeschuß aus Wolfram und Wolframlegierungen gefertigt, da letztere eine hohe Hitzebeständigkeit gegenüber der bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen als Nebenprodukt gebildeten Wärme besitzen. Es wurden auch bereits Drehanoden verbesserter Hitzebeständigkeit zum Einsatz gebracht. Bei die sen ist auf der Rückseite der Elektronenfangschicht als wärmeabsorbierende Schicht eine Molybdänschicht vorgesehen. Letztere bildet mit der Wolframelektronenfangschicht eine Einheit und ist dicker ausgestaltet als die Elektronenfangschicht.

Mit zunehmender Verbesserung der Röntgentechnik benötigt man Drehanoden noch größerer Wärmekapazität und größerer Widerstandsfähigkeit gegenüber spontaner Hochlastaufnähme oder kontinuierlicher Belastung.

Um diesem Erfordernis zu genügen, wurde bereite eine Drehanode aus einem Graphitkörper geringen spezifischen Gewichts und großer Wänneableitfähigkeit und einer Wolframschicht oder einer zusammengesetzten Schicht aus einer Molybdänschicht und einer Wolframschicht entwickelt. Der Graphitkörper und die Wolframschicht bzw. die zusammengesetzte Schicht werden aneinander beispielsweise durch Heißpressen befestigt.

Beim Heißpressen beträgt der Wärmeausdehnungsfaktor von Wolfram etwa 5 x 10" 'pro Gradier vom Graphit etwa 2 χ 10" gj:© Grad. Da sich die beiden Materialien in ihren Wärmeausdehnungsfaktoren stark unterscheiden, kommt es beim Abkühlen in der Nähe der Verbindungsstelle zvi-· sehen dem Graphitkörper und der Elektronenfangschicht zu einer Verformung, so daß der Graphitkörper reißt.

Selbst wenn die Haftung zwischen dem GraphitkSrper und der Elektronenfangschicht perfekt ist, neigt der Graphitkörper zur Rißbildung infolge thermischer Belastung bei hoher Temperatur, wenn die Drehanode in die Röntgenröhre eingebaut ist und durch Röntgenstrahlen einfall erwärmt wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Drehanode für Röntgenröhren und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu entwickeln, wobei eine Rißbildung im Graphitkörper vermieden wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Drehanode für Röntgenröhren aus einem Graphitkörper mit einer Mehrzahl von, vorzugsweise 4 oder mehr radialen Schlitzen und einer auf einer Oberfläche desselben befindlichen Elektronenfangschicht.

Die Elektronenfangschicht kann aus einer einzigen

Schicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung oder einer zusammengesetzten Schicht aus der einzelnen Schicht und einer Molybdänschicht bestehen. 5

Das Volumenverhältniß Graphitkörper zu KLektronenfangschicht beträgt vorzugsweise etwa 7 bis 15:1₀ Die Breite der in dem Graphitkörper ausgebildeten Schlitze beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,5 bis 3» vorzugsweise etwa 0,6 bis 1 mm.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung werden ein Graphitkörper längs einer Ebene, die eine drehbare Welle oder Oreh-Achse des Graphitkörpers umschließt, radial in mehrere Segmente unterteilt, die Segmente zu einem eine Einheit bildenden Körper zusammengefügt, auf eine Oberfläche des eine Einheit bildenden Körpers eine El ektronenfangschicht gelegt und zur Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an der El ektronenfangschicht eine Heißpressung durchgeführt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein Graphitkörper längs einer Ebene, die eine rotierende Welle oder Dreh-Achse des Graphitkörpers umschließt, radial in aehrere Segmente unterteilt, zwischen die Segmente Abstandshalter vorgegebener Breite eingefügt, damit die Segmente einen eine Einheit bildenden Körper liefern, auf eine Oberfläche des eine Einheit bildenden Körpers eine Elektronenfangschicht gelegt, zur Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchgeführt und die Abstandshalter entfernt.

323638Θ

Bei einer weiteren vorteilhaften Aus fuhnangs for« ds© " erfindungsgemfißen Verfahrens werden sa©hr©r@ S©gra<§;at@, die zusammen einen Graphitkörper bilden, hergestellt _s wobei die Segmente an ihren Oberteilen langgestreckt© Stufen aufweisen, so daß bei der Bildung d@s graphitkörpers unter den langgestreckten- Stufen mehrere Schlitze gebildet werden, die S©ge©ntG έμ. ©ia®ia ö©m Graphitkörper entsprechenden und ©ine Eiah@it den Körper zusammengefügt, auf den ein© Einheit den Körper eine. Elektronenfangsehiefat gelegt und Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an dar Elektronenfangschieht eine Heißpressung durchgeführt„

Bei einer weiteren vorteilhaften erfindungsgeiBäßen Verfahrens werden eis© Elektronen= fangschicht auf eine Oberfläche eines GraphitkSrpers gelegt, zur Befestigung des Graphitkörpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpreseung durchgeführt und in dem Graphitkörper mehrere radiale Schlitze ausgebildet.

Bei einem weiteren vorteilhaften "Verfahren g©aI0 der Erfindung werden In eine» Graphitkörper mit 'Ausnahme seines oberen und unteren Endes laehrere radiale Schlitze erzeugt, auf eine Oberfläche des alt den radialen Schlitzen versehenen Graphitkörpers eine Elektronenfangschicht gelegt, zur Befestigung des Graphitkörpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchgeführt und das untere Bade des Graphit= körpers zur Freilegung der radialen Schlitze auf der Unterseite des Graph!tkörperei entfernt«

Die Erfindung wird Im folgenden anhand d@r 2©Ictoung©i näher erläutert. Im einzelnen zeigenι

Figt 1 einen vertikalen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehanode für eine Röntgenröhre;

Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt der Drehanode gemäß Fig. 1 längs der Linie Ii-IIj

Fig. 3 und 4 teilperspektivische Darstellungen eines

erfindungsgemäß benutzten Graphitkörpers; 10

Fig. 5 einen Querschnitt, aus dem die erfindungsgemäß durchgeführte Heißpressung ersichtlich ist;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungeform einer Drehanode gemäß der Erfindung und

Fig. 7 eine teilperspektivische Darstellung des Graphitkörpers der Drehanode gemäß Fig. 6.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehanode 1 enthält eine kegelstumpfförmige Elektronenfangschicht 2 und einen an der Unterseite der Elektronenfangschicht 2 befestigten bzw. hängenden GraphitkSrper 3. Die Elektronenfangschicht 2 besteht aus einem Verbundgebilde aus einer Wolframschicht 4 und einer MolybdSnschicht 5, Dieses Verbundgebilde erhält man durch Heißpressen, und zwar derart, daß die Molybdänschicht 5 nach innen weist. Das ganze Verbundgebilde ist kegelstumpfförmig. Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Graphitkörper 3 radial in (bei dieser Ausführungsform vier) Segmente 3* derselben Größe unterteilt ist. Zwischen den Segmenten 3^f sind Schlitze 6 gebildet. Der horizontale Querschnitt des Graphitkörpers ist kreisförmig.

In den Fig. 1 und 2 bedeutet die Bezugszahl 7 eine Bohrung zur Aufnahme der drehbaren Welle oder Achse.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Graphitkörper 8 sind an den oberen Enden der Segmente 8° langgestreckte Stufen 9 vorgesehen. Wenn die Segmente 8¹ zu dem Graphitkörper 8 zusammengefügt werden, bilden sich unter den langgestreckten Stufen 9 Schlitze derselben Breite, wie sie die langgestreckten Stufen 9 aufweisen. Der Graphitkörper 8 als Ganzes ist säulenförmig aufgebaut. In der Drehanode dieser Ausführungsform dienen die langgestreckten Stufen 9 als Abstandshalter, so daß die Segmente nach dem Heißpressen nicht in Fehlstellung ausgerichtet sein können.

Bei dem in Fig. A dargestellten und eine Einheit bildenden Graphitkörper 10 sind mit Ausnahme an seinen oberen und unteren Enden radiale Schlitze 11 vorgesehen. Bei der/ Verarbeitung dieses Graphitkörpers wird dieser mit einer EL ektronenfangschicht belegt, worauf das Ganze zur Bildung eines einheitlichen Körpers einer Heißpressung unterworfen wird. Schließlich wird der untere Teil des einheitlichen Körpers weggeschnitten, um an der Unterseite des Graphitkörpers 10 Schlitze freizulegen.

Eine Drehanode für Röntgenröhren der beschriebenen Bauweise läßt sich wie folgt herstellen?

Da man die Elektronenfangschicht in üblicher bekannter Weise herstellen kann, werden im folgenden lediglich ein Verfahren zur Herstellung des Graphitkörpers und ein Verfahren zum Heißverpressen des Graphitkörpers

mit der Elektronenfangschicht erläutert. 35

Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Drehanode beschrieben. Zunächst wird in üblicher bekannter Weise ein säulenförmiger Graphitkörper 3 mit kegelstumpfförmiger Abschrägung im Oberteil hergestellt. Zur Ausbildung von Schlitzen geeigneter Breite in dem Graphitkörper 3 wird dieser beispielsweise mit Hilfe eines Diamantschneiders längs zweier Ebenen, die die drehbare Welle 'Dreh-Achse umschließen, radial in vier Segmente zerschnitten. Bei dieser Ausf Uhrungsform wird der Graphitkörper in vier Segmente zerschnitten, die Anzahl der Segmente ist jedoch nicht auf vier begrenzt, solange die zwischen der Elektronenfangschicht und dem Graphitkörper 3 auftretende thermische Belastung sich innerhalb der Festigkeitsgrenzen des fertigen Graphitkörpers 3 bewegt.

Nach dem Heißverpressen der Elektronenfangschicht und des Graphitkörpers und bei Gebrauch der Drehanode treten in dem Graphitkörper 3 keine Risse infolge thermischer Belastung auf.

Während des Heißpressens können die Segmente 3' beispielsweise in eine zylindrische Graphitform 13» die in die Wärmepresse gestellt wird, eingeschlossen werden (vgl. Fig. 5). Die Segmente 3¹ werden in gegebener Form aufgestellt. Die Elektronenfangschicht 2 wird an der Oberfläche des Graphitkörpers 3 befestigt. Um den auf die Segmente 3' ausgeübten Druck gleichmäßig zu halten, wird unter die Segmente 3' eine dicke Molybdänplatte 14 gelegt. Zur Verhinderung eines Haftenbleibens der Molybdänplatte 14 an dem Graphitkörper 3 und zur Druckübertragung werden auf die Elektronenfangschicht und unter die Molybdänplatte 14 feuerfeste keramische Teilchen 15, z.B. Bornitridteilchen, gefüllt. Zur BiI-

-Al.

dung der Schlitze zur Yenainderung d©r thermisches Β©= lastung können zwischen den Segmenten 3° Abstandshalter 16 aus beispielsweise keramischen Sinterkörper© @iag©° fügt werden. Die Abstandshalter 16 werden aach des H@iß= verpressen der Elektronenfang®chicht 2 ait körper 3 wieder entfernt»

Bei der' Ausführungsform , bei der an ä©r Oberseite Segmente 8· langgestreckte Stufen 8 jeweils gegebener Breite vorgesehen sind (vgl. Fig» 3)/ wirken di@ !©ag-= gestreckten Stufen 9 als Abstandshalter„ Somit wird der Spalt zwischen benachbarten Segmenten 8" konstant gehalten.

Nach dem Zusammenfügen der Segmente"in der ten Weise erfolgt eine Heißpressung in Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1400 - 16OO®C unter einem Druck von etwa 14715 - 29430 kPa„ Hi@rb©i kommt es zu einer Verbindung der Elektronenfangschicht mit den Segmenten 3'· Mach dem Abkühlen des erhalteaen einheitlichen Körpers werden die Abstandshalter 16 ent= fernt, wobei eine "Drehanode für Röntgenröhren @ntspre° chend Fig. 1 und 2 erhalten wird.

Bei der Ausführungsform _t bei der ein Graphitkörper 10 entsprechend Fig. 4 zum Einsatz gelangt_f wird dieser₉ da er nicht durch die Schlitze 11 geteilt ist, als Ganzes, in die .Vä'rmepresse gestellt.

Hierbei werden vorzugsweise in die Schlitze 11 feuerfeste keramische Teilchen gefüllt,, Die zylindrische Graphitform 13.. dient zur gleichmäßigen'Druckapplikation auf den Graphitkörper 10. "

förmigen Graphitkörper 17 ein kegelstumpfförmiger Molybdänkörper 18 ausbilden. Auf diese Weise wird die Oberseite des Graphitkörpers 17 abgeflacht und die Haftung zwischen dem Molybdänkörper 18 und dem Graphitkörper 17 verbessert. In diesem Fall kann der Graphitkörper 17 entsprechend Fig. 7 langgestreckte Stufen 19 aufweisen, wobei dann darunter Schlitze gebildet werden.

ι *^SU Leerseite

Claims

' PATENTANSPRÜCHE

My Drehanode für eine Röntgenröhre, gekennzeichnet durch einen Graphitkörper mit mehreren radialen Schlitzen und eine an einer Oberfläche des Graphitkörpers haftende Fangelektrodenschicht.
2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangelektrodenschicht aus einer einzigen Schicht aus Wolfram oder einer Wolfraialegierung oder- einer zusammengesetzten Schicht aus der Einzeischicht und einer Ifolybdlnschicht besteht.
3. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der Graphitkörper in mehrere voneinander durch die radialen Schlitze getrennte Segmente unterteilt ist.
4. Drehanode nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitkörper mit Ausnahme seines ununterbrochenen oberen Teils mit radialen Schlitzen versehen ist.
5. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_t daß der Graphitkörper säulenförmig und im oberen Teil konisch ausgebildet ist»
6.. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis Graphitkörper zu Elektronenfangschicht etwa 7 bis 15:1 beträgt.
7· Drehanode nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet, daß die Schlitze eine Breite von etwah»5 - 3 mm aufweisen,
8. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze eine Breite von etwa 0,6 - 1 nun aufweisen.
9. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitkörper säulenförmig ausgebildet ist

und die Elektronenfangschicht eine kegelstumpfförmige Molybdänschicht und eine auf der Oberseite der Molybdänschicht gebildete Schicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung umfaßt. 15
10. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Graphitkörper längs einer Ebene, die eine drehbare Welle oder Dreh-Achse (des Graphitkörpers) umfaßt, radial in mehrere Segmente unterteilt,, die Segmente zu einem einheitlichen Körper gestaltet und eine Elektronenfangschicht auf eine Oberseite der Breite des eine Einheit bildenden Körpers legt und daß man zur Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpreßsung durchführt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Graphitkörper längs einer Ebene, die eine drehbare Welle oder Dreh-Aiise/des Graphitkörpers) umfaßt, radial in mehrere Segmente unterteilt, zwischen die Segmente zur Überführung derselben in einen eine Einheit bildenden Körper Abstandshalter einer gegebenen Breite einfügt und auf eine Oberfläche des

ι eine Einheit bildenden Körpers eine Elektronenfangschicht legt, zur Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchführt und schließlich die Abstandshalter entfernt,
12. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Segmente, die zusammen einen Graphitkörper liefern, herstellt, wobei die Segmente an ihrem Oberteil verlängerte Stufen aufweisen, so daß bei der Zusammenfügung des Graphitkörpers unter den langgestreckten Stufen mehrere Schlitze entstehen, daß man die Segmente zur Bildung eines dem Graphitkörper entsprechenden und eine Einheit bildenden Körpers zusammenfügt und auf den eine Einheit bildenden Körper eine Elektronenfangschicht legt und daß man zur Befestigung des eine Einheit bildenden Körpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchführt.
13. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine Oberflache eines Graphitkörpers eine Elektronenfangschicht legt, zur Befestigung des Graphitkörpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchführt und in dem Graphitkörper mehrere radiale Schlitze ausbildet.
14. Verfahren zur Herstellung einer Drehanode für Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Graphitkörper mit Ausnahme seines oberen und unteren Endes mehrere radiale Schlitze ausbildet, auf eine Oberfläche des mit den Schlitzen versehenen Graphitkörpers eine Elektronenfang-

ι schicht legt und zur Befestigung des Graphitkörpers an der Elektronenfangschicht eine Heißpressung durchführt und daß man den unteren Teil des Graphitkörpers zur Freilegung der radialen Schlitze an der Graphitkörperunterseite entfernt.
15. Verfahren nach Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektronenfangschicht in Form einer Einzelschicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung oder einer zusammengesetzten Schicht aus der Einzelschicht und einer MolybdSnschicht verwendet.
16. Verfahren nach Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Volumenverhältnis Graphitkörper zu Elektronenfangschicht von etwa 7 bis 15i1 wählt.
17. Verfahren nach Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Heißpressung über feuerfeste keramische Teilchen bei einer Temperatur von etwa 1400 - 1600⁰C und einem Druck von etwa 14715 - 29430 kPa durchführt.