DE4421810C2

DE4421810C2 - Thermionic electron emitter and method for its production

Info

Publication number: DE4421810C2
Application number: DE4421810A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr Ing Fiebiger; Thomas Dr Rer Nat Redel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: DE4421810A1

Description

Die Erfindung betrifft einen thermionischen Elektronenemitter für eine Elektronenröhre, insbesondere eine Röntgenröhre, welcher zumindest in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich ein karburiertes, mit Lanthanoxid (La₂O₃) dotiertes Substrat aus einem hochschmelzenden Material aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektronenemitters.The invention relates to a thermionic electron emitter for an electron tube, in particular an X-ray tube, which at least in the area intended for electron emission a carburized, doped with lanthanum oxide (La₂O₃) substrate comprises a high-melting material, and a method for the production of such an electron emitter.

Derartige beispielsweise in der DE 38 07 324 A1 und der US 4 083 811 beschriebene Elektronenemitter machen sich den Umstand zunutze, daß die zur Elektronenemission zu leistende Austrittsarbeit vergleichsweise niedrig ist, wenn Lanthan an der Oberfläche des Elektronenemitters vorhanden ist. Die Elektronenemission bei derartigen Emittern erfolgt also be reits bei relativ niedrigen Temperaturen (ca. 1600°C im Ver gleich zu ca. 2500°C bei Wolframemittern), was z. B. der mechanischen Haltbarkeit zugute kommt und es ermöglicht, den Elektronenemitter mit geringeren Stromstärken auf Emissions temperatur zu bringen. Um stets ausreichend Lanthan an der Oberfläche des Elektronenemitters zur Verfügung zu haben, ist das Substrat karburiert. Der im Zuge der Karburierung in das Substrat eingebrachte Kohlenstoff reduziert nämlich das Lanthanoxid, worauf das freie Lanthan an die Oberfläche des Elektronenemitters diffundiert. Von dort dampft es beim Be trieb des Elektronenemitters nach und nach ab. Die Lebens dauer des Elektronenemitters ist dann erschöpft, wenn auch der infolge der Dotierung des Substrats mit Lanthanoxid und die Karburierung des Substrats zugängliche Lanthan-Vorrat er schöpft ist. Es kann dann nämlich das von der Oberfläche des Emitters abdampfende Lanthan nicht mehr durch aus dem Inneren des Substrates an die Oberfläche diffundierendes Lanthan er setzt werden. Such as in DE 38 07 324 A1 and US 4 083 811 described electron emitter make the Take advantage of the fact that the electron emission Work function is comparatively low when lanthanum is on the surface of the electron emitter is present. The Electron emission in emitters of this type takes place riding at relatively low temperatures (approx. 1600 ° C in ver equal to about 2500 ° C for tungsten emitters), which z. B. the mechanical durability benefits and enables the Electron emitter with lower currents on emissions bring temperature. To always have sufficient lanthanum on the Surface of the electron emitter is available carburized the substrate. The in the course of carburizing in the Carbon introduced into the substrate reduces this Lanthanum oxide, whereupon the free lanthanum reaches the surface of the Electron emitter diffuses. From there it steams at the Be gradually drove off the electron emitter. The life The duration of the electron emitter is then exhausted, even if that due to the doping of the substrate with lanthanum oxide and the carburization of the substrate accessible lanthanum stock he is scooped. It can then namely from the surface of the Emitter's evaporating lanthanum no longer comes through from inside of the substrate diffusing lanthanum to the surface be set.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronen emitter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er bei gleicher durch Dotierung bzw. Karburierung in das Substrat eingebrachter Menge von Lanthanoxid und Kohlenstoff eine län gere Lebensdauer erreicht.The invention has for its object an electron emitter of the type mentioned in such a way that he at the same by doping or carburizing into the substrate amount of lanthanum oxide and carbon introduced longer service life.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen eingangs beschriebenen thermionischen Elektronenemitter gelöst, bei dem die Tiefe der Karburierung und/oder Dotierung in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich des Substrates größer als außerhalb dieses Bereiches ist. Infolge des Umstandes, daß bei dem erfindungsgemäßen Elektronenemit ter das Substrat bevorzugt in dem zur Elektronenemission vor gesehenen Bereich karburiert bzw. dotiert ist, sind auch das zur Funktion des Elektronenemitters erforderliche Lanthanoxid und der Kohlenstoff in diesem Bereich bevorzugt vorhanden. Wenn also der Elektronenemitter in Betrieb genommen wird, wird im Gegensatz zu bekannten Elektronenemittern, deren Substrat überall gleichmäßig dotiert und karburiert ist, das in dem Substrat vorhandene Lanthan vorzugsweise in demjenigen Bereich verbraucht, in dem auch die Elektronenemission er folgt. Es dampft also im Vergleich zum Stand der Technik we niger Lanthan außerhalb desjenigen Bereiches ab, in dem die Elektronenemission erfolgen soll.According to the invention, this object is described by one Solved thermionic electron emitter, in which the depth of carburization and / or doping in the area of the Substrate is larger than outside this range. As a result the fact that in the electron with the invention ter the substrate preferably in that for electron emission seen area is carburized or doped, are also Lanthanum oxide required for the function of the electron emitter and the carbon is preferably present in this area. So when the electron emitter is put into operation, is in contrast to known electron emitters, whose Substrate is uniformly doped and carburized everywhere lanthanum present in the substrate preferably in that Area consumed in which the electron emission follows. So it steams compared to the prior art niger lanthanum outside the area in which the Electron emission should take place.

Gemäß vorteilhaften Varianten der Erfin dung ist daher vorgesehen, daß, falls der Elektronenemitter eine den zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich enthal tende Vorder- und eine von dieser abgewandte Rückseite auf weist, das Substrat auf der Vorderseite tiefer dotiert und/oder karburiert ist als auf der Rückseite, also unsymme trisch dotiert und/oder karburiert ist, bzw. daß die Tiefe der Karburierung und/oder Dotierung in dem zur Elektronen emission vorgesehenen Bereich des Substrates wenigstens dop pelt so groß wie außerhalb dieses Bereiches ist.According to advantageous variants of the Erfin is therefore provided that if the electron emitter contains the area intended for electron emission front and a back facing away from this points, the substrate doped deeper on the front and / or is carburized than on the back, so asymmetrical is trically doped and / or carburized, or that the depth carburization and / or doping in the electron emission intended area of the substrate at least dop pelt is as large as outside this range.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist je doch vorgesehen, daß die Tiefe der Karburierung und/oder Do tierung außerhalb des zur Elektronenemission vorgesehenen Be reiches des Substrates wenigstens annähernd null ist. In die sem Fall ergibt sich ein optimaler Lanthan-Haushalt, da das Lanthan ausschließlich in dem zur Elektronenemission vorge sehenen Bereich verbraucht wird.According to one is particularly preferred embodiment of the invention but provided that the depth of carburization and / or Do tation outside the intended for electron emission range of the substrate is at least approximately zero. In the In this case there is an optimal lanthanum budget, because that Lanthanum exclusively featured in the electron emission seen area is consumed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronenemitter als Flach- oder Formemitter mit einer den zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich bildenden Vorder seite ausgeführt. Flach- oder Formemitter sind deshalb für eine erfindungsgemäße Ausbildung besonders geeignet, weil sie im Gegensatz zu wendel- oder gitterförmigen Elektronenemit tern einen klar definierten, zur Elektronenemission vorge sehenen Bereich aufweisen, so daß es mit einfachen Mitteln möglich ist, die Dotierung und/oder Karburierung bevorzugt bzw. ausschließlich in diesem Bereich vorzunehmen.According to a preferred embodiment of the invention, the Electron emitter as a flat or form emitter with one Front forming area intended for electron emission side executed. Flat or form emitters are therefore for an inventive training particularly suitable because it in contrast to helical or lattice-shaped electrons a clearly defined, pre-emitted electron emission see area so that it can be done with simple means is possible, the doping and / or carburization is preferred or only in this area.

Als Material für das Substrat eignen sich insbesondere hoch schmelzende Metalle, z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder ei ne wolfram- oder molybdänhaltige Legierung, obwohl es nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist, das Substrat auch aus ande ren Materialien, beispielsweise Keramik, zu bilden.High materials are particularly suitable as the material for the substrate melting metals, e.g. B. tungsten (W), molybdenum (Mo) or egg an alloy containing tungsten or molybdenum, although not is fundamentally excluded, the substrate from other ren materials, such as ceramics to form.

Insbesondere bei metallischen Substraten ist es zumindest im Falle von durch direkten Stromdurchgang beheizten Elektronenemit tern vorteilhaft, als Substrat ein Blech vorzusehen, da dann, wegen des sich ergebenden relativ hohen elektrischen Wider standes des Elektronenemitters bereits relativ geringe Heiz ströme ausreichen, um den Elektronenemitter auf Emissionstem peratur aufzuheizen. Geeignete mit Lanthanoxid dotierte Wolf ram-Halbzeuge sind bei der Firma Plansee, Österreich, erhält lich.In the case of metallic substrates in particular, at least in the case of electrons heated by direct current passage tern advantageous to provide a sheet as a substrate, because then because of the resulting relatively high electrical resistance level of the electron emitter already relatively low heating currents are sufficient for the electron emitter to emit heat up temperature. Suitable wolf doped with lanthanum oxide ram semi-finished products are available from Plansee, Austria Lich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Substrat wenigstens in seinem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich mit einer ein Metall der Platingruppe (z. B. Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platin (Pt)), insbesondere Platin, enthal tenden Schicht versehen ist. Das Platinmetall erfüllt bekann termaßen zwei Funktionen. Zum einen verringert es die Ab dampfgeschwindigkeit von Lanthan; zum anderen wirkt es, da es während der Wärmebehandlung des Substrats in dieses eindif fundiert, als "Schmiermittel", das die Diffusion von Lanthan entlang der Korngrenzen des Substrats an die zur Elektronen emission vorgesehene Oberfläche erleichtert.Another advantageous embodiment of the invention provides that the substrate at least in its electron emission provided area with a platinum group metal (e.g. ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), Iridium (Ir), platinum (Pt)), in particular platinum, contain tendency layer is provided. The platinum metal known measured two functions. For one, it reduces the down vapor velocity of lanthanum; on the other hand it works because it during the heat treatment of the substrate well-founded, as a "lubricant" that diffuses lanthanum along the grain boundaries of the substrate to that to the electrons emission intended surface facilitated.

Gemäß einem wegen seiner Einfachheit besonders bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektro nenemitters ist der Verfahrensschritt vorgesehen, daß das Substrat in seinem zu karburierenden Bereich mit Kohlenstoff oder einem kohlenstoffhaltigen Material beschichtet und an schließend auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der eine Diffusion von Kohlenstoff in das Substrat erfolgt. Als koh lenstoffhaltiges Material kann beispielsweise eine Kohlen stoffpaste verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines wenigstens im wesentlichen aus Wolfram gebildeten Substrats erfolgt die Erwärmung im Vakuum oder einer die Entzündung des Kohlenstoffs verhindernden Atmosphäre aus eine Temperatur von größenordnungsmäßig 1500°C.According to one particularly preferred for its simplicity Process for producing an electric according to the invention The procedural step is envisaged that the Substrate in its area to be carburized with carbon or coated with a carbon-containing material is then heated to a temperature at which one Diffusion of carbon takes place in the substrate. As koh For example, carbon-containing material can be a coal fabric paste can be used. In the case of using a at least essentially substrate formed from tungsten the heating takes place in a vacuum or the ignition of the Carbon-preventing atmosphere from a temperature of in the order of 1500 ° C.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the accompanying Drawings shown. Show it:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen erfindungsge mäßen Elektronenemitter, Fig. 1 is a perspective view of a erfindungsge MAESSEN electron emitter,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a section according to line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Elektronenemitter nach dem Stand der Technik in zu Fig. 2 analoger Darstellung, Figure 3 is an electron emitter according to the prior art in to FIG. 2 analog representation.,

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Röntgenröhre mit einem erfindungsgemäßen Elektronenemitter während des Herstellungsprozesses, Fig. 4 shows a schematic representation of an x-ray tube comprising an electron emitter according to the invention during the manufacturing process,

Fig. 5 und 6 Varianten des Elektronenemitters gemäß Fig. 1 in zu Fig. 2 analoger Darstellung, und FIGS. 5 and 6 show variants of the electron emitter of FIG. 1 in to FIG. 2 analog representation, and

Fig. 7 einen weiteren erfindungsgemäßen Elektronenemitter in perspektivischer Darstellung. Fig. 7 shows a further electron emitter according to the invention in perspective view.

Der Elektronenemitter gemäß Fig. 1 ist aus einem als Substrat vorgesehenen Blechstreifen 1 U-förmig gebogen. Über die bei den Schenkel 2 und 3 wird der zum Betrieb des Elektronenemit ters erforderliche Heizstrom zu- und abgeführt. Das zwischen den Schenkeln 2 und 3 befindliche Mittelteil 4 trägt den zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5, der von rechtecki ger Gestalt ist. Die Breite B des zur Elektronenemission vor gesehenen Bereiches 5 entspricht der Breite des Blechstrei fens 1. Die Längserstreckung L des zur Elektronenemission vorgesehenen Bereiches 5 ist in Fig. 1 durch zwei strichlierte Linien angedeutet, deren eine dem Schenkel 2 und deren andere dem Schenkel 3 benachbart ist. Die den zur Elek tronenemission vorgesehenen Bereich 5 tragende Fläche des Blechstreifens 1 und damit auch der zur Elektronenemission vorgesehene Bereiche 5 selbst sind wenigstens im wesentlichen eben.The electron emitter shown in FIG. 1, 1 is a U-shape bent from a sheet metal strip provided as the substrate. About the at the legs 2 and 3 , the heating current required to operate the electron emitter is supplied and discharged. The middle part 4 located between the legs 2 and 3 carries the area 5 intended for electron emission, which is of rectangular shape. The width B of the area 5 seen for electron emission corresponds to the width of the sheet metal strip 1 . The longitudinal extent L of the area 5 intended for electron emission is indicated in FIG. 1 by two dashed lines, one of which is adjacent to the leg 2 and the other of which is adjacent to the leg 3 . The area 5 of the sheet metal strip 1 intended for the electron emission area and thus also the areas 5 provided for the electron emission itself are at least essentially flat.

Der Blechstreifen 1 ist aus einem hochschmelzenden Metall, beispielsweise Molybdän, Wolfram oder einer wolfram- oder molybdänhaltigen Legierung, gebildet. Der Blechstreifen 1 ist vollständig mit Lanthanoxid dotiert, was in Fig. 2 dadurch veranschaulicht ist, daß der Blechstreifen 1 schraffiert und zusätzlich punktiert ist.The sheet metal strip 1 is formed from a high-melting metal, for example molybdenum, tungsten or an alloy containing tungsten or molybdenum. The sheet metal strip 1 is completely doped with lanthanum oxide, which is illustrated in FIG. 2 in that the sheet metal strip 1 is hatched and additionally dotted.

Der Blechstreifen 1, dessen Dicke D in der Fig. 1, insbeson dere aber auch in der Fig. 2, aus Gründen der Übersichtlich keit übertrieben dargestellt ist, ist außerdem karburiert und mit einem Metall der Platingruppe, insbesondere Platin, be schichtet.The sheet metal strip 1 , the thickness D in FIG. 1, in particular but also in FIG. 2, for the sake of clarity speed is exaggerated, is also carburized and coated with a metal of the platinum group, in particular platinum, be.

Die Karburierung beschränkt sich auf den zur Elektronenemis sion vorgesehenen Bereich 5 und hier auf eine begrenzte Tiefe T. Die Begrenzung der in Fig. 2 mit 6 bezeichneten und strichliert unterlegten karburierten Zone ist strichliert dargestellt. Die Schicht des Metalls der Platingruppe ist in Fig. 2 mit 7 bezeichnet.The carburization is limited to the area 5 intended for electron emission and here to a limited depth T. The boundary of the carburized zone denoted by 6 in FIG. 2 and shown with dashed lines is shown in dashed lines. The layer of the platinum group metal is designated in Fig. 2 7.

Wenn der Blechstreifen 1 beispielsweise 50 µm dick ist, be trägt die Tiefe T der karburierten Zone 6 vorzugsweise 40 µm.If the sheet metal strip 1 is for example 50 microns thick, the depth T of the carburized zone 6 is preferably 40 microns.

Bei der Herstellung des Elektronenemitters wird so vorgegan gen, daß der dotierte Blechstreifen 1 in dem zur Elektronen emission vorgesehenen Bereich 5 mit einer kohlenstoffhaltigen Paste beschichtet und anschließend in einer Schutzgas atmosphäre oder unter Vakuum auf Temperaturen von 1500 bis 1600°C erwärmt wird. Die für die jeweils gewünschte Karbu rierungstiefe geeignete Dauer der Erwärmung kann leicht expe rimentell ermittelt werden.In the manufacture of the electron emitter it is preceded that the doped sheet metal strip 1 is coated with a carbon-containing paste in the area 5 intended for electron emission and then heated in an inert gas atmosphere or under vacuum to temperatures of 1500 to 1600 ° C. The duration of the heating suitable for the desired carburization depth can easily be determined experimentally.

Im Anschluß an die Karburierung des Blechstreifens 1 wird vorzugsweise durch Sputtern oder durch ein anderes Verfahren durch Abscheidung aus der Dampfphase die Schicht 7 des Pla tinmetalls aufgebracht. Wenn sich die Schicht 7, wie in Fig. 2 dargestellt, auf den zur Elektronenemission vorgesehenen Be reich 5 beschränken soll, ist es erforderlich die übrigen Be reiche des Blechstreifens 1 in geeigneter Weise zu maskieren. Die Dicke der Schicht 7 ist so bemessen, daß, wenn der Blech streifen 1 in einer solchen Weise getempert wird, daß das Me tall der Platingruppe in der zur Erfüllung seiner Funktion als "Schmiermittel" für das Lanthan erforderlichen Weise ent lang der Korngrenzen des Materials des Blechstreifens 1 in die karburierte Zone 6 eindiffundiert, noch eine geschlossene Schicht des Metalls der Platingruppe in dem zur Elektronen emission vorgesehenen Bereich 5 bestehen bleibt, um in der gewünschten Weise wirksam die Abdampfgeschwindigkeit des Lanthans wirksam zu verringern.Following the carburization of the metal strip 1 , the layer 7 of the platinum metal is preferably applied by sputtering or by another method by deposition from the vapor phase. If the layer 7 , as shown in FIG. 2, is to be limited to the area 5 intended for electron emission, it is necessary to mask the remaining areas of the sheet metal strip 1 in a suitable manner. The thickness of the layer 7 is such that when the sheet metal strip 1 is annealed in such a way that the metal tall of the platinum group in the manner required to fulfill its function as a "lubricant" for the lanthanum ent along the grain boundaries of the material the sheet metal strip 1 diffuses into the carburized zone 6 , a closed layer of the metal of the platinum group remains in the area 5 provided for electron emission in order to effectively reduce the evaporation rate of the lanthanum in the desired manner.

Es wird also deutlich, daß im Falle des erfindungsgemäßen Elektronenemitters gemäß den Fig. 1 und 2 das gesamte in der das Volumen B·L·T aufweisenden karburierten Zone 6 vor handene Lanthan für die Elektronenemission in dem zur Elek tronenemission vorgesehenen Bereich 5 nutzbar gemacht werden kann, wobei das Maß T annähernd gleich der Dicke D des Blech streifens ist. Im Gegensatz dazu steht bei einem Elektronen emitter nach dem Stand der Technik, der allseits karburiert ist, für die Elektronenemission in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 eine Lanthanmenge zur Verfügung, die allenfalls halb so groß wie im Falle des erfindungsgemäßen Elektronenemitters ist. Dies wird aus der Fig. 3 ersichtlich, die einen Elektronenemitter nach dem Stand der Technik zeigt, bei dem der Blechstreifen 1 allseits karburiert ist. Die Kar burierungstiefe t ist halb so groß wie die Karburierungstiefe im Falle des erfindungsgemäßen Elektronenemitters gemäß den Fig. 1 und 2, was zur Folge hat, daß zur Elektronenemission in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 nur die halbe Lanthanmenge zur Verfügung steht. Zwar werden Elektro nen auch auf der Rückseite 8 des Blechteiles 1 und im Bereich der Schenkel 2 und 3 emittiert, jedoch ist eine Elektronen emission an diesen Stellen, insbesondere im Falle von Rönt genröhren, unerwünscht, da sie der Bildqualität abträglich ist. Es wird somit ein weiterer wesentlicher Vorteil des er findungsgemäßen Elektronenemitters deutlich, nämlich daß die Elektronenemission in einem klar definierten Bereich 5 er folgt, der dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann. So ergibt ein wie im Falle des Elektronenemitters gemäß den Fig. 1 und 2 rechteckig ausgebildeter Bereich 5 beim Ein satz des Elektronenemitters in einer Röntgenröhre die dort gewünschte Gaußkurvenförmige Brennfleckbelegung, d. h., die Intensität der Röntgenstrahlung nimmt ausgehend von der Mitte des Brennfleckes, wo sie maximal ist, zum Rand hin monoton ab.It is therefore clear that in the case of the electron emitter according to the invention according to FIGS. 1 and 2, the entire lanthanum present in the carburized zone 6 having the volume B.L.T. can be used for the electron emission in the area 5 provided for the electron emission can, the dimension T is approximately equal to the thickness D of the sheet metal strip. In contrast to this, in the case of an electron emitter according to the prior art, which is carburized on all sides, a quantity of lanthanum is available for the electron emission in the area 5 provided for electron emission, which is at most half as large as in the case of the electron emitter according to the invention. This can be seen from FIG. 3, which shows an electron emitter according to the prior art, in which the sheet metal strip 1 is carburized on all sides. The Kar burierungstiefe t is half the carburization depth in the case of the electron emitter according to the invention according to FIGS . 1 and 2, which has the result that only half the amount of lanthanum is available for electron emission in the area 5 provided for electron emission. Although electrical NEN are also emitted on the back 8 of the sheet metal part 1 and in the region of the legs 2 and 3 , an electron emission at these points, in particular in the case of X-ray tubes, is undesirable since it is detrimental to the image quality. It is thus a further significant advantage of the electron emitter according to the invention, namely that the electron emission follows in a clearly defined region 5 , which can be adapted to the respective application. Thus, as in the case of the electron emitter according to FIGS . 1 and 2, a region 5 of rectangular design when using the electron emitter in an X-ray tube gives the desired Gaussian-shaped focal spot coverage, that is, the intensity of the X-ray radiation starts from the center of the focal spot, where it is maximal is monotonous towards the edge.

In der Fig. 4 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die eine insgesamt mit 14 bezeichnete Drehanodenanordnung aufweist, die in einem Vakuumkolben 15 untergebracht ist. Der Vakuum kolben 15 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathodenanordnung 16, in deren Kathodenbecher 17 eine in Fig. 4 nicht sichtbare Glühkathode aufgenommen ist, die einen erfindungsgemäßen Elektronenemitter enthält. FIG. 4 shows an X-ray tube which has a rotating anode arrangement, designated overall by 14 , which is accommodated in a vacuum piston 15 . The vacuum piston 15 also contains, in a manner known per se, a cathode arrangement 16 , in the cathode cup 17 of which a hot cathode (not visible in FIG. 4) is accommodated, which contains an electron emitter according to the invention.

Die Drehanodenanordnung 14 weist einen Anodenteller 18 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 19 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanodenanordnung 14 zu gewährleisten, sind als Lager zwei Wälzlager 20, 21 vorgese hen.The rotating anode arrangement 14 has an anode plate 18 which is fixedly attached to one end of a bearing shaft 19 . In order to ensure the rotatable mounting of the rotating anode arrangement 14 , two roller bearings 20 , 21 are provided as bearings.

Um die Drehanodenanordnung 14 in Rotation versetzen zu kön nen, ist ein Elektromotor vorgesehen, dessen fest mit der La gerungswelle verbundener Rotor mit 22 bezeichnet ist. Der schematisch angedeutete Stator 23 ist im Bereich des Rotors 22 auf die Außenwand des Vakuumkolbens 15 aufgesetzt und bil det mit dem Rotor 22 einen elektrischen Kurzschlußläufer motor, der bei Versorgung mit dem entsprechenden Strom die Drehanodenanordnung 14 rotieren läßt.In order to be able to set the rotating anode arrangement 14 in rotation, an electric motor is provided, the rotor of which is permanently connected to the bearing shaft and is designated by 22 . The schematically indicated stator 23 is placed in the region of the rotor 22 on the outer wall of the vacuum piston 15 and bil det with the rotor 22 an electric squirrel-cage motor, which can rotate the rotating anode assembly 14 when supplied with the appropriate current.

Werden in üblicher, nicht dargestellter Weise die Heizspan nung für die Glühkathode der Kathodenanordnung 16 und die Röntgenröhrenspannung, die zwischen Kathodenanordnung 16 und Drehanodenanordnung 14 liegt, angelegt, geht von der Glüh kathode der Kathodenanordnung 16 ein Elektronenstrahl aus, der im sogenannten Brennfleck oder Fokus auf den Anodenteller 18 auftrifft und dort Röntgenstrahlen auslöst, die durch den Vakuumkolben 15 aus der Röntgenröhre austreten. Infolge der Rotation der Drehanodenanordnung 14 bildet sich auf dem Anodenteller 18 eine sogenannte Brennfleckbahn von ringför miger Gestalt aus, da ständig eine andere Stelle des Anoden tellers 18 mit dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird.If the Heizspan voltage for the hot cathode of the cathode arrangement 16 and the X-ray tube voltage, which lies between the cathode arrangement 16 and the rotating anode arrangement 14 , are applied in a conventional manner, not shown, an electron beam emanates from the hot cathode of the cathode arrangement 16 , the so-called focal spot or focus strikes the anode plate 18 and releases X-rays there, which emerge from the X-ray tube through the vacuum piston 15 . Due to the rotation of the rotating anode assembly 14 a so-called focal path of ringför miger shape forms on the anode plate 18, since constantly a different location of the anode is applied to the plate 18 with the electron beam.

Der Vakuumkolben 15 weist einen Pumpstutzen 24 auf, der dazu diente während des Herstellungsprozesses der Röntgenröhre ei ne Vakuumpumpe anschließen zu können, die der Evakuierung des Inneren des Vakuumkolbens dient. Nach erfolgter Evakuierung wird der Pumpstutzen 24 vakuumdicht verschlossen.The vacuum piston 15 has a pump nozzle 24 , which was used during the manufacturing process of the X-ray tube to be able to connect a vacuum pump, which serves to evacuate the interior of the vacuum piston. After the evacuation, the pump nozzle 24 is closed in a vacuum-tight manner.

Im Zuge des Evakuierens des Vakuumkolbens 15 erfolgt das so genannte Ausheizen der Röntgenröhre. Hierbei wird die Rönt genröhre bei bereits evakuiertem Vakuumkolben 15 und bei noch an den noch nicht verschlossenen Pumpstutzen 24 angeschlossener Vakuumpumpe in Betrieb genommen. Infolge der dann starken Aufheizung der Röntgenröhre treten gasförmige Verunreinigun gen aus den Bauelementen der Röntgenröhre aus bzw. verdampfen niedrig schmelzende Verunreinigungen und werden mittels der Vakuumpumpe 25, die in Fig. 4 schematisch angedeutet und über eine Leitung 26 mit dem Pumpstutzen 24 verbunden ist, aus dem Inneren des Vakuumkolbens 15 abgesaugt.In the course of the evacuation of the vacuum piston 15 , the so-called heating of the X-ray tube takes place. Here, the X-ray tube is put into operation when the vacuum piston 15 has already been evacuated and the vacuum pump is still connected to the pump nozzle 24 which is not yet closed. As a result of the then strong heating of the x-ray tube, gaseous impurities emerge from the components of the x-ray tube or evaporate low-melting impurities and are removed by means of the vacuum pump 25 , which is indicated schematically in FIG. 4 and is connected to the pump nozzle 24 via a line 26 sucked the inside of the vacuum piston 15 .

Da im Zuge des Ausheizens die Glühkathode auf Temperaturen aufgeheizt wird, die ausreichen, um einen Teil des Metalls der Platingruppe in das Blechteil 1 eindiffundieren zu lassen, besteht die Möglichkeit, abweichend von dem zuvor Beschriebe nen nach dem Aufbringen der Schicht 7 auf das Blechteil 1 auf eine gesonderte Temperung zu verzichten und die Temperung statt dessen im Zuge des Ausheizens der Röntgenröhre vorzu nehmen.As the hot cathode is heated to temperatures sufficient to allow part of the metal of the platinum group to diffuse into the sheet metal part 1 during the course of the bakeout, there is the possibility, deviating from the description above, of applying the layer 7 to the sheet metal part 1 to dispense with a separate tempering and instead to carry out the tempering in the course of heating the X-ray tube.

Der erfindungsgemäße Elektronenemitter gemäß Fig. 5 unter scheidet sich von dem gemäß den Fig. 1 und 2 dadurch, daß der Blechstreifen 1 durch und durch karburiert ist, während sich die Dotierung des Blechstreifens 1 auf den zur Elektronen emission vorgesehenen Bereich 5 beschränkt. Die Begrenzungs linien der dotierten Zone 9 sind in Fig. 5 punktiert einge tragen. Da die dotierte Zone 9 die gleiche Tiefe T wie die karburierte Zone 6 im Falle des Elektronenemitters gemäß den Fig. 1 und 2 aufweist, ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie im Falle des Elektronenemitters gemäß den Fig. 1 und 2.The electron emitter according to the invention of FIG. 5 differs from that according to FIGS. 1 and 2 in that the sheet-metal strip 1 is carburized by and during the doping of the metal strip 1 is limited to the electron emission region provided 5. The boundary lines of the doped zone 9 are dotted in Fig. 5. Since the doped zone 9 has the same depth T as the carburized zone 6 in the case of the electron emitter according to FIGS . 1 and 2, the same conditions result as in the case of the electron emitter according to FIGS. 1 and 2.

Es sind in nicht dargestellter Weise die Karburierung und die Dotierung des Blechstreifens 1 mit Lanthanoxid jeweils auf die gleiche Zone zu beschränken.In a manner not shown, the carburization and the doping of the sheet metal strip 1 with lanthanum oxide are each to be restricted to the same zone.

In der Fig. 6 ist ein weiterer erfindungsgemäßen Elektronen emitter dargestellte der aus einem vollständig mit Lanthan oxid dotierten Blechstreifen 1 hergestellt ist. Zur Karburie rung wurde der Blechstreifen 1 in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise einer CO₂-Atmosphäre, auf Tempera turen in der Größenordnung von 1500°C erwärmt. Um die Karbu rierung auf den zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 zu beschränken, wurde der Blechstreifen 1 außerhalb dieses Bereiches in geeigneter Weise maskiert. Da die Maskierung die Eindiffusion von Kohlenstoff in den Blechstreifen 1 nicht vollständig zu verhindern vermag, sind auch die außerhalb des zur Elektronenemission vorgesehenen Bereiches 5 liegenden Be reiche des Blechstreifens 1 karburiert. Während jedoch die in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 liegende karburierte Zone die Tiefe T aufweist, ist die Karburie rungstiefe t außerhalb der Zone 6 wesentlich geringer. Da sich die Schicht 7 des Metalls der Platingruppe auf den zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 beschränkt, ist die Abdampfgeschwindigkeit für Lanthan außerhalb des zur Elektro nenemission vorgesehenen Bereiches 5 sehr hoch. Dies hat zur Folge, daß bereits nach kurzer Betriebsdauer des Elektronen emitters die außerhalb des zur Elektronenemission vorgesehe nen Bereiches innerhalb der sehr dünnen karburierten Zone vorhandenen Lanthanvorräte erschöpft sind und die Elektronen emission tatsächlich nur noch in dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 erfolgt, da die Betriebstemperatur des Elektronenemitters zu gering ist, um außerhalb des zur Elek tronenemission vorgesehenen Bereiches eine nennenswerte Elek tronenemission zu ermöglichen.In FIG. 6, a further electron emitter according to the invention is shown which is made of a fully doped with lanthanum oxide sheet metal strip 1. For Karburie tion, the sheet metal strip 1 was heated in a carbon-containing atmosphere, for example a CO₂ atmosphere, to temperatures in the order of 1500 ° C. In order to limit the carburization to the area 5 intended for electron emission, the metal strip 1 was masked outside of this area in a suitable manner. Since the masking cannot completely prevent the diffusion of carbon into the sheet metal strip 1 , the areas of the sheet metal strip 1 lying outside the area 5 intended for electron emission are carburized. However, while the carburized zone lying in the area 5 intended for electron emission has the depth T, the carburization depth t outside the zone 6 is substantially smaller. Since the layer of the limited platinum-group metal to the intended electron-emitting region 5 to 7, the rate of evaporation of lanthanum is very high to the outside of the electric nenemission region provided. 5 The result of this is that after a short period of operation of the electron emitter, the lanthanum reserves present outside the region provided for electron emission within the very thin carburized zone are exhausted and the electron emission actually only takes place in the region 5 provided for electron emission, since the operating temperature of the electron emitter is too low to enable a notable electron emission outside the area intended for electron emission.

Zweckmäßigerweise wird bei der Fertigung einer einen Elektro nenemitter gemäß Fig. 6 enthaltenden Elektronenröhre so vor gegangen, daß die Dauer des Ausheizvorganges so gewählt wird, daß bereits im Zuge des in den außerhalb des zur Elektronen emission vorgesehenen Bereiches 5 liegenden karburierten Zo nen vorhandene Lanthan verbraucht wird.Appropriately, in the manufacture of an electric tube emitter according to FIG. 6 containing the electron tube that the duration of the baking process is chosen so that existing lanthanum is already consumed in the course of the carburized zen lying outside the area 5 intended for electron emission becomes.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Elektronenemitter ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei handelt es sich nicht um einen Flach-, sondern einen Formemitter, weil die den zur Elektro nenemission vorgesehenen Bereich 5 tragende Fläche des Mit telteils 4 des Blechteils 1 nicht eben, sondern gekrümmt ist. Im Falle der Fig. 7 ist die den zur Elektronenemission vorge sehenen Bereich 5 tragende Fläche zylindrisch-konkav ge krümmt. Hierdurch wird eine gewisse Fokussierung des von dem zur Elektronenemission vorgesehenen Bereich 5 ausgehenden Elektronenstrahles bewirkt. Außerdem sind die Schenkel 2 und 3 des Blechteils 1 schmaler als dessen Mittelteil 4.Another electron emitter according to the invention is shown in FIG. 7. This is not a flat, but a shape emitter, because the area provided for the electrical nenemission 5 bearing surface of the middle part 4 of the sheet metal part 1 is not flat, but curved. In the case of Fig. 7, the area provided for electron emission 5 bearing surface is cylindrical-concave ge curved. This results in a certain focusing of the electron beam emanating from the area 5 intended for electron emission. In addition, the legs 2 and 3 of the sheet metal part 1 are narrower than the central part 4 .

Claims

1. Thermionic electron emitter for an electron tube, in particular an X-ray tube, which has a carburized at least in its area intended for electron emission, with La₂O₃ doped substrate ( 1 ) from a high-melting material, the depth of the carburization ( 6 ) and / or doping in the area ( 5 ) of the substrate ( 1 ) provided for electron emission is larger than outside this area.

2. Electron emitter, which is one for electron emission intended area containing front and one of these Has opposite back, the substrate in the area the front is doped and / or carburized more than in Back area.

3. Electron emitter according to claim 1 or 2, wherein the Depth of carburization and / or doping in the electro at least provided area of the substrate is twice as large as outside of this range.

4. Electron emitter according to claim 1 or 2, wherein the Depth of carburization and / or doping outside of Provided electron emission area of the substrate little is almost zero.

5. Electron emitter according to one of claims 1 to 4, wel cher as flat or form emitter with one to the electrical the emission-forming area provided front side leads is.

6. electron emitter according to one of claims 1 to 5, which the substrate made of tungsten, molybdenum or a tungsten or molybdenum-containing alloy is formed.

7. electron emitter according to claim 6, wherein as a substrate Sheet is provided.

8. Electron emitter according to one of claims 1 to 7, the Substrate at least pre-selected for electron emission see area with a platinum group metal tendency layer is provided.

9. Electron emitter according to claim 8, wherein the metal Platinum group platinum is provided.

10. A method for manufacturing an electron emitter according to one of claims 1 to 9, comprising the method that the substrate in its area to be carburized with carbon or a carbonaceous material layered and then heated to a temperature diffusion of carbon into the substrate follows.

11. The method of claim 10, wherein the substrate at least is essentially formed from tungsten and in vacuum or an at to prevent the ignition of the carbon atmosphere to a temperature of the order of 1500 ° C is heated.

12. A method for producing an electron emitter according to one of claims 1 to 9, comprising the method step that the substrate after coating with the Me tall of the platinum group is annealed.