DE3650051T2

DE3650051T2 - Verfahren zur Herstellung einer Roentgenlinse.

Info

Publication number: DE3650051T2
Application number: DE3650051T
Authority: DE
Inventors: Mutsuaki Murakami; Susumu Yoshimura
Original assignee: Research Development Corp of Japan; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2006-10-15
Also published as: EP0219345B1; JPH0521438B2; US4788703A; EP0219345A3; EP0219345A2; JPS6287899A; DE3650051D1; CA1271068A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Graphit-Kristallelement, welches als ein optisches Strahlungselement bei dem Röntgenspektrum, Neutronenspektrum, usw. verwendet wird.
Es ist allgemein bekannt, daß optische Elemente, die für optische Röntgeninstrumente, wie bspw. ein Röntgenspektroskop, ein Röntgenmikroskop, usw. verwendet werden, im allgemeinen eine Bragg-Kristallreflektion anders als die gesamte Röntgenreflektion, welche die in dem speziellen Fall verwendete Oberfläche abtasten. Die für diesen Zweck wie beschrieben verwendeten Kristalle erfordern, daß der Kristallaufbau vollständig ist, daß der Kristall mit einer Größe wie erforderlich erhalten wird, daß der Kristall einen kleinen Absorptionskoeffizienten in Bezug auf den Röntgenstrahl hat und daß der Kristall ein elastisch-flexibles Verhalten aufweist, wenn er für ein Kristallspektroskop od. dgl. verwendet wird.
Graphit ist eines der Elemente, die als ein optisches Röntgenelement erwünscht sind, da der Absorptionskoeffizient in Bezug auf den Röntgenstrahl klein ist, wie bspw. der Graphit, der als CAPG (pressgeglühter Pyrographit) von Union Carbide Ltd. vermarktet wird. Das Produkt wird durch ein Glühen eines Graphitkristalls über eine lange Zeitdauer bei einer gleichzeitigen Druckbeaufschlagung erhalten.
Es ist allgemein bekannt, daß die Bragg-Reflektion dargestellt wird durch die Gleichung
2 d sin u = λ
wobei d den Abstand eines Kristallgitters, λ die Reflektion- Wellenlänge eines Röntgenstrahls und 9 den Reflektionswinkel darstellen. Im Fall des Graphits der Union Carbide Ltd. wird festgestellt, daß wenn ein monochromer Röntgenstrahl, wie bspw. die Kα-Zeile (λ = 1.5418 Å) von Kupfer, bei einer (002) Vorderseite reflektiert wird, der Abstand d des Gitters nahe bei d = 3.354 Å liegt, wobei dies der Abstand eines Graphit-Monokristalls ist, und die Breite Δδ&sub0;&sub0;&sub2; der Reflektionszeile nahezu 0.7º beträgt. Wenn jedoch versucht wird, einen Graphit wie vorstehend beschrieben zu erhalten, und zwar als ein Monokristall eines natürlichen Graphits, dann ist es nicht möglich, einen solchen mit einer großen Fläche zu erhalten. Wenn versucht wird, einen Graphit durch ein Warmwalzen eines warm aufgebrochenen sedimentären Materials von Kohlenwasserstoff zu erhalten, dann ist ein Glühen bei einer hohen Temperatur über eine lange Zeitdauer und einer Druckbeaufschlagung erforderlich, was einen komplizierten Herstellungsprozeß und höhere Kosten der Produkte ergibt.
Im Falle eines Konvergierens von Röntgenstrahlen wurde in der Vergangenheit ein dünner, gebogener bzw. gebeugter Siliziummonokristall verwendet, oder es wurde ein Graphit einer Bearbeitung unterworfen, um eine sphärische Linse auszubilden. Jedes dieser Verfahren erfordert ein mühsames Herstellungsverfahren und erhöht die Kosten.
Die vorliegende Erfindung stellt einen künstlichen Graphit bereit, der einfach ohne die Anwendung eines komplizierten Verfahrens wie bspw. einer Druckbeaufschlagung und eines Glühens od. dgl. hergestellt werden kann, so daß er also mit niedrigen Kosten zu erhalten ist und eine vollständige Kristallinität und Flexibilität bei einer großen Fläche aufweist.
Es ist bekannt, daß wenn ein Polymer einem thermischen Aufbrechen unterworfen wird, es carbonisiert wird, während es seine ursprüngliche Form beibehält. Dieses Verfahren ist ein gutes Verfahren für die Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Materials mit einer Flexibilität und einer großen Fläche. Das durch dieses Verfahren erhaltene kohlenstoffhaltige Material ist oft freier Graphit mit einem sich von Graphit unterscheidenden Aufbau.
Als das Ergebnis von Untersuchungen des thermischen Aufbrechens verschiedener Arten von hohen Polymeren hat der vorliegende Erfinder gefunden, daß sich ein Material (nachfolgend als GPOD bezeichnet) für die Graphitisierung eignet, welches durch eine Verarbeitung von Poly(Paraphenylen 1, 3, 4-oxadiazol) (nachfolgend als POD bezeichnet) erhalten wird, wobei ein graphitisierter Film eine Flexibilität aufweist, die sich zur Verwendung in einem optischen Strahlungselement, wie bspw. einer Röntgenlinse, eignet.
Das als Ausgangsmaterial für die Graphitisierung verwendete POD ist als ein wärmebeständiges Polymer bekannt. Es wird besonders erhalten durch ein Entwässern und ein zyklisieren von Polyhydrazid, welches durch die Polykondensation von Terephthalsäure und Hydrazin erhalten wird. Es ist auch möglich, das POD durch die Reaktion von Dimethylterephthalat und Hydrazidsulfat oder die Reaktion von Terephthalsäurechlorid und Hydrazin, usw. zu erhalten. POD ist in konzentrierter Schwefelsäure löslich, und ein durch ein Gießen aus einer konzentrierten Schwefelsäurelösung erhaltener Film hat eine hohe Kristallinität. Dies wird als das Ergebnis der georteten Orientierung von hochpolaren 1, 3, 4- Oxaziazolringen, induziert durch die wechselseitige Wechselwirkung von Dipolen, betrachtet. POD bildet leicht eine Stickstoff enthaltende polyzyklische Kondensationskonstruktion durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 520 bis 1400ºC, was offenbar aus der Orientierung von POD resultiert. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit einer solchen gesteuerten polyzyklischen Konstruktion die Bereitstellung der Graphitisierung erleichtert. Wenn verschiedene Isomere von POD eine hohe Kristallinität haben, dann haben sie folglich eine ähnliche Eigenschaft bezüglich der leichten Graphitisierung.
Die Isomere von POD umfassen Poly (m-phenylen-1, 3, 4-oxadiazol), Poly (p-phenylen-1, 2, 4-oxadiasol), Poly (m-phenylen- 1, 2, 4-oxadiasol), Poly (0-phenylen-1, 3, 4-oxadiasol), Poly (O-phenylen-1, 2, 4-oxadiasol) und Copolymere davon, usw.
Ein solches Verfahren für die Herstellung von Graphit aus POD ist in der EP-A-0 203 581 beschrieben.
Die Reaktion der Graphitisierung wird durch die Anwesenheit von Druck oder eines Katalysators gefördert. Unter einem Druck von 5 Kb wird durch ein Erwärmen bei 2200ºC bspw. die gleiche Wirkung erhalten wie durch ein Erwärmen bei 2800ºC unter Normaldruck. Die Reaktion der Graphitisierung wird auch durch eine Wärmebehandlung bei Anwesenheit der Elemente IVB bis VIIB der Tabelle des periodischen Systems gefördert.
Die durch eine Behandlung des vorerwähnten Ausgangsmaterials bei einer Temperatur oberhalb 2800ºC unter Normaldruck erhaltenen Werte des Verhaltens von GPOD sind nachfolgend angegeben:
(1) Die Reflektionszeilen in Bezug auf CuKα(1.5418 Å) entsprechen den Vorderseiten 002, 004 und 006 gemäß der Darstellung in Fig. 1.
(2) Der Reflektionswinkel (2u der Vorderseite 002 beträgt 26.572º, und der Abstand d ist 3.354 Å, was mit demjenigen eines Graphit-Monokristalls übereinstimmt.
(3) Die Halbwertbreiten der Reflektionszeile (etwa 2u = 26.576º) der Vorderseite 0.02 waren 2.0º und 0.14º in Bezug auf die Wärmebehandlungstemperaturen von 2800ºC und 3000ºC.
(4) GPOD hat eine Flexibilität, und eine Fläche davon kann vergrößert werden, wie es nach der Fläche des Ausgangsmaterials POD und der Größe des Wärmebehandlungsofens gewünscht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Röntgenlinse bereitgestellt, bestehend aus den Stufen der Wärmebehandlung eines Polyphenylenoxadiazolmaterials für eine Umwandlung des Polymers in einen Graphitfilm mit einem vorbestimmten Wert der 002 Reflektion-Linien- oder Zeilenbreite und der Aufbringung dieses Graphitfilms auf eine Innenfläche eines zylindrischen Grundkörpers für die dadurch erhaltene Ausbildung der Röntgenlinse.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, bei welchen
Fig. 1 ein Reflektionsspektrum einer CuKα-Zeile von GPOD zeigt;
Fig. 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und eine optische Anordnung angibt, bei welcher eine Röntgenlinse verwendet ist; und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt und eine optische Anordnung ist, bei welcher ein Röntgenmonochrometer verwendet ist.

1) Röntgenlinse

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem GPOD an der Innenseite einer zylindrischen Fläche angebracht ist, um eine konvergierende Linse auszubilden. Ein CuKα-Strahl trifft auf eine Linse 1 auf, hergestellt durch die Anbringung von GPOD mit einer Größe von 5 cm · 10 cm und einer Dicke von 30 um auf die Grundplatte, und zwar durch ein Loch hindurch mit einem Durchmesser von 1 mm einer Mo- Platte 2. Ein Bild auf einer photographischen Trockenplatte 3, die in einem Brennpunkt angeordnet ist, wird zu einer einzigen Linie oder Zeile ausgebildet, deren Länge 1 mm und deren Breite etwa 15 um beträgt, wobei eine ausgezeichnete Kondensation erhalten wurde. Ein feines Muster weniger als 1 um wurde dadurch erhalten, daß die Linse doppelt durchgeführt wurde.

2) Röntgenmonochrometer

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem GPOD auf eine ebene Grundplatte aufgebracht ist, um einen Monochrometer aus zubilden. Der Monochrometer 4 wird hergestellt durch die Anbringung von GPOD mit einer Größe von 5 cm · 5 cm und einer Dicke von 15 um auf eine glatte Glasgrundplatte, und die Wellenlänge des Röntgenstrahls, der durch ein Stiftloch einer Mo-Platte 2 hindurchgeht, kann durch eine Veränderung des Winkels u verändert werden. Der durch das Stiftloch hindurchgegangene Röntgenstrahl geht durch ein Stiftloch einer zweiten Mo-Platte 2' hindurch unter Mitwirkung der Linse 1 ähnlich derjenigen der Ausführungsform 1 und wird bei einem Zähler 5 kondensiert. Wenn ein Röntgenstrahl mit Cu als ein Ziel zum Auftreffen gebracht wird, dann wurde die Kennlinie des CuKα-Röntgenstrahls in der Richtung von u = 13.288º intensiv beobachtet. Wenn dies mit dem Fall verglichen wird, wo ein natürlicher Graphit-Monokristall verwendet wurde, dann wird die Linien- oder Zeilenbreite von 0.3º auf 0.2º verkleinert, was folglich ein hohes Leistungsverhalten von GPOD versichert.
Während bei der Ausführungsform eine Beschreibung eines optischen Röntgenelements erfolgt ist, soll angemerkt werden, daß weil das Material Graphit ist und es eine kleine Neutronenabsorption aufweist, es auch als ein Monochrometer bei einem Neutronenspektrum verwendet werden kann, als ein Analysator und als ein Filter auf der Basis desselben Prinzips zusätzlich zu der Verwendung für die Röntgenstrahlen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wie vorstehend beschrieben ist es möglich, ein vollständig graphitisiertes GPOD bei einer Temperatur viel niedriger als derjenigen eines herkömmlichen CAPG herzustellen, welche oberhalb 2800ºC liegt, und ein optisches Röntgenelement konnte bei extrem niedrigen Kosten erhalten werden. Zusätzlich kann ein Element mit einer größeren Größe sowie auch mit einer größeren Flexibilität erhalten werden. Dies ist sehr bequem für die Bereitstellung einer Röntgenlinse u. dgl.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Röntgenlinse, bestehend aus den Stufen der Wärmebehandlung eines Polyphenylenoxadiazolmaterials für eine Umwandlung des Polymers in einen Graphitfilm mit einem vorbestimmten Wert der 002 Reflexion-Linienbreite und der Aufbringung dieses Graphitfilms auf eine Innenfläche eines zylindrischen Grundkörpers für die dadurch erhaltene Ausbildung der Röntgenlinse.

2. Verfahren zum Herstellen einer Röntgenlinse nach Anspruch 1, bei welchem das Polyphenylenoxadiazolmaterial ohne die Anwendung eines zusätzlichen Druckes wärmebehandelt wurde.