-
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre, die eine stationäre Anode auf
weist (im folgenden als Röntgenröhre mit stationärer Anode bezeichnet) und
genauer auf ein Verfahren zum Herstellen der Anode.
-
Eine Röntgenröhre mit stationärer Anode weist keinen Drehmechanismus auf, wie er
in einer Drehanoden-Röntgenröhre enthalten ist, und hat daher für ihre kleine Größe
eine relativ hohe Wärmekapazität. Allgemein werden Röntgenröhren für
medizinische Zwecke, z. B. radiografische Diagnose, verwendet. Bei chirurgischen
Operationen werden Röntgenröhren mit stationärer Anode verwendet, weil sie klein und
leicht sind und sich daher einfach transportieren lassen.
-
An ein Ziel wird zur Produktion von Röntgenstrahlen elektrische Energie angelegt,
aber nur 1% der elektrischen Energie wird in Röntgenenergie umgewandelt. Die
verbleibenden 99% verwandeln sich in unerwünschte Wärme, was zu einer
beträchtlichen Erwärmung des Ziels führt. Generell weist eine Anode in einer
Röntgenröhre mit stationärer Anode einen zylindrischen Anodensockel aus Kupfer mit
hoher Wärmeleitfähigkeit und ein scheibenförmiges Anodenziel auf, welches in eine
schräge Fläche an einem Ende des Anodensockels eingebettet ist.
-
Bislang werden zwei Verfahren angewendet, um solche Anoden herzustellen, was
zum Beispiel im US-A-4 185 365 beschrieben ist. Es gibt das " Guß-Verfahren " und
das " Löt-Verfahren ". Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Anode, die mit dem
Guß-Verfahren hergestellt ist. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt durch eine Anode, die
mit dem Löt-Verfahren hergestellt ist.
-
Beim Guß-Verfahren wird zunächst in einem Anodensockel 1 zur Aufnahme eines
Anodenziels 3 ein Rezeß 3 in einer schrägen Fläche geformt. Anschließend wird ein
geeignetes Lot 4 auf die Grundfläche des Rezesses 3 aufgebracht, und das Ziel 2
wird in den Rezeß 3 eingepaßt. Anschließend wird die Anode erhitzt, um das Ziel 2
mit dem Sockel 1 mit Hilfe des Lots 4 zu verbinden.
-
Die obigen herkömmlichen Verfahren haben die folgenden Nachteile.
-
Bei der Guß-Methode wird Kupfer zum Bilden des Anodensockels 1 durch
Hochfrequenz-Heizung, mit einem Brenner oder ähnlichem über einen Schmelzpunkt
erhitzt. Dieser Prozeß erfordert einem hohen Energieaufwand und führt zu hohen
Kosten. Außerdem benötigt dieses Verfahren einen Schmelztiegel und so weiter, um
den Anodensockel 1 zu bilden, und diese Vorrichtungen haben eine geringe
Lebensdauer, was die Kosten der Herstellung des Anodensockels weiter ansteigen läßt.
Darüber hinaus besteht der größte Nachteil dieses Verfahrens darin, daß die
Kohäsion zwischen dem Sockel 1 und dem Ziel 2 schwach und unstabil ist, was in
geringer Wärmeleitfähigkeit resultiert. Dies ist begründet in einem niedrigen Grad von
Metall-zu-Metall-Konformität zwischen dem Sockel 1, der aus Kupfer gebildet ist,
und dem Ziel 2, das aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt (zum Beispiel
Wolfram) gebildet ist. Das heißt, Kupfer und Wolfram haben grundsätzlich eine
geringe Fähigkeit, sich zu vernetzen und bilden bei ihrer Kombination keine
Legierungsschicht miteinander. Bei einer in solch einem Zustand vorbereiteten
Röntgenröhre bewirkt eine leichte Überlastung Risse oder Verschmelzung in der Zielfläche
und im Extremfall Abschälen des Ziels.
-
Bei der Löt-Methode werden Blasen zwischen dem Ziel 2 und dem Sockel 1 beim
Löten erzeugt. Diese Blasen sind im wesentlichen dafür verantwortlich, daß sich das
Ziel unter Wärmedehnung bei Wechsellast abschält, oder für Risse oder
Verschmel
zung in der Zielfläche aufgrund von reduzierter Wärmeleitfähigkeit. Außerdem
bestimmt der Schmelzpunkt des Lots im wesentlichen eine maximale
Arbeitsstemperatur der Anode, was in einer niedrigeren kritischen Arbeitsstemperatur resultiert, als
wenn das Ziel 2b und der Sockel 1 direkt miteinander verbunden werden.
Zusätzlich wird eine niedrige Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Spannung durch
Verunreinigungen, die sich in Spalten zwischen dem Ziel 2 und dem Sockel 1
eingemischt haben, oder durch in solchen Spalten stattfindende Feldkonzentration
bewirkt.
-
Aus FR-A-2 1 566 961 ist bekanntgeworden, in einer Innenfläche eines
Anodensockels einen Rezeß vorzusehen, dessen Wand aufwärts oder auswärts divergiert.
Das Zielmaterial wird in den Rezeß nach einem der bekannten Verfahren, das heißt
durch Dampfablagerung, Löt-Verfahren, mechanisches Aufbringen oder ähnliches,
eingelagert.
-
Diese Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung der Anode für eine
Röntgenröhre zu liefern, bei welchem die obengenannten Nachteile vermieden
werden.
-
Nach dieser Erfindung, wie in Anspruch 1 offenbart, wird ein Anodenziel dadurch
gebildet, daß ein Anoden-Zielmaterial durch chemische Dampfablagerung direkt in
einem Rezeß fixiert wird, der in einer Innenfläche eines Anodensockels gebildet ist.
Das so gebildete Ziel steht in fester Verbindung mit dem Anodensockel.
Demzufolge ist die Wärmeleitfähigkeit vom Ziel zum Anodensockel verbessert, und das
Ziel ist äußerst widerstandsfähig gegen intensive thermische Belastung.
-
Im Fall einer Anode für eine Röntgenröhre, die im herkömmlichen "Guß-Verfahren"
oder "Löt-Verfahren", wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, hergestellt ist, muß eine
End
fläche des Anodensockels 1 einen Rezeß aufweisen, (welcher unbedingt gebildet
werden muß), um das Anodenziel 2 einzubetten.
-
Nach dieser Erfindung wird ein Rezeß in der Endfläche des Anodensockels gebildet,
und das Anodenziel wird in dem Rezeß durch chemische Dampfablagerung gebildet,
und zwar aus folgenden Gründen.
-
Der erste Grund besteht darin, daß ein relativ dickes Anodenziel effizient gebildet
werden soll. Ein Anodenziel zur Verwendung in einer Röntgenröhre mit stationärer
Anode benötigt ein Anodenziel, welches dicker ausgeformt ist als ein Anodenziel
zur Verwendung in einer Drehanoden-Röntgenröhre. Zum Beispiel hat ein
Drehanoden-Ziel eine Dicke im Bereich von 200 bis 300 um, während ein Ziel einer
stationären Anode eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 3 mm aufweist. Die Position
(Fokus-Punkt) eines Drehanoden-Ziels, welches von thermischen Ionen, die von der
Kathode ausgesendet werden, getroffen wird, ist durch Drehung des Ziels
verschiebbar. Beim Ziel einer stationären Anode verschiebt sich dieser Fokus-Punkt
nicht, so daß das Ziel selbst eine hohe Wärmekapazität aufweisen muß. Aus diesem
Grund wird angestrebt, das Ziel einer stationären Anode mit größerer Dicke
auszuführen. Es wäre äußerst zeitaufwendig und wurde einer effizienten Herstellung
deutlich entgegenstehen, wenn ein dickes Ziel durch Ablagerung des Anodenziel-
Materials mit chemischer Dampfablagerung auf eine flache Endfläche des
Anodensockels gebildet wird. Um eine hohe Effektivität der Herstellung sicherzustellen,
wird entsprechend dieser Erfindung ein Rezeß in der Endfläche des Anodensockels
gebildet, um so zu ermöglichen, daß das Anodenziel-Material sich darin effizient
abgelagert. Das heißt, Zielmaterial-Reaktionsgase, welche während eines
chemischen Dampfablagerungsprozesses zugeführt werden, neigen dazu, in dem Rezeß zu
verbleiben, welcher in der Endfläche des Anodensockels gebildet ist. Daher wird das
Anodenziel-Material im Rezeß schneller abgelagert als in ebenen Regionen,
wodurch das Anodenziel im Rezeß wirkungsvoll gebildet wird.
-
Der zweite Grund besteht darin, die maschinelle Bearbeitung im Anschluß an die
Ablagerung des Anodenziel-Materials auf der Endfläche des Anodensockels zu
erleichtern. Wenn das Anodenziel durch chemische Dampfablagerung im Rezeß
gebildet ist, welcher in der Endfläche des Anodensockels gebildet ist, wird das
Anodenziel-Material in einer dünnen Schicht auch in Regionen der Endfläche
außerhalb des Rezesses abgelagert. Solche dünnen Zielbereiche können abschälen,
wenn sie einer hohen Temperatur während der Verwendung der Röntgenröhre oder
während deren Herstellung ausgesetzt sind, und dadurch Fehlfunktion der
Röntgenröhre bewirken. Daher ist es erforderlich, solche dünnen Zielbereiche zu entfernen,
nachdem das Anodenziel-Material auf der Endfläche des Anodensockels abgelagert
wurde. Entsprechend dieser Erfindung wird die Endfläche des Anodensockels mit
einer Poliermaschine oder ähnlichem poliert, um das Anodenziel-Material leicht zu
entfernen, das sich in Bereichen der Endfläche außerhalb des Rezesses abgelagert
hat. Dabei wird das im Rezeß gut ausgebildete Anodenziel nicht nennenswert
abgetragen.
-
Der dritte Grund besteht darin, die Wärmeleitfähigkeit vom Anodenziel zum
Anodensockel zu verbessern. Wenn das Anodenziel im Rezeß des Anodensockels
ausgebildet ist, gibt es einen großen Bereich mit sicherem Kontakt zwischen dem
Anodenziel und dem Anodensockel, was die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich mit
dem Fall sicherstellt, daß ein Anodenziel als Erhebung auf einer ebenen Endfläche
des Anodensockels ausgebildet wird. Nach dieser Erfindung hat der Rezeß, der in
der Endfläche des Anodensockels ausgebildet ist, aus folgendem Grund eine
aufwärts divergierende innere Umfangswand.
-
Wenn die innere Umfangswand des Rezesses sich rechtwinklig zur Grundfläche
erstrecken oder konvergieren wurde, so daß sich ein Überhang über die Grundfläche
bildet, würden die Reaktionsgase nicht in genügender Menge in die Ecken der
Grundfläche des Rezesses fließen, wenn das Anodenziel-Material durch chemische
Dampfablagerung im Rezeß abgelagert wird. Dadurch würde das
Anodenziel-Material nicht in den Ecken abgelagert, und es könnten Zwischenräume (Spalte) darin
zurückbleiben. Solche Spalten zwischen dem Anodenziel und dem Anodensockel
sind für die Wärmeleitfähigkeit schädlich und können Risse im Anodenziel während
der Verwendung der Röntgenröhre verursachen oder eine Konzentration elektrischer
Felder, was wiederum die Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Spannung
verringert. Außerdem beginnt das Anodenziel-Material während des chemischen
Dampfablagerungsprozesses in Richtungen rechtwinklig zur Grundfläche und
inneren Umfangswand des Rezesses zu kumuieren. Im weiteren Verlauf erstreckt sich
das Zielmaterial vertikal aufwärts. Dort, wo die Ecken der Grundfläche des Rezesses
einen spitzen Winkel haben, ergibt sich dann eine Interferenz in der Nachbarschaft
der Ecken zwischen den Bereichen des Anodenziel-Materials, das rechtwinklig zur
inneren Umfangswand beziehungsweise zur Grundfläche wächst. Diese Interferenz
kann Turbulenzen bei der Kristallisation des Anodenziels bewirken, welches sich im
Bereich der Ecken der Grundfläche des Rezesses bildet. Solche Turbulenzen bei der
Kristallisation resultieren in Rissen und Abschälen des Anodenziels. Deshalb ist
entsprechend dieser Erfindung die innere Umfangswand des Rezesses so gestaltet,
daß Sie aufwärts divergiert, um so dem Anodenziel zu ermöglichen, sich im Rezeß
abzulagern. Diese Konfiguration läßt keine Zwischenräume zwischen dem
Anodenziel und dem Anodensockel zu, weshalb das gebildete Anodenziel eine exzellente
Kristallstruktur aufweist.
-
Vorzugsweise beträgt der Schrägewinkel der aufwärts divergierenden inneren
Umfangswand mindestens 30º aber weniger als 90º. Noch vorteilhafter ist es, wenn der
Schrägewinkel im Bereich von 30 bis 70º liegt. Wenn der Schrägewinkel 90º oder
mehr betrüge, bildeten die Ecken der Grundfläche des Rezesses einen spitzen oder
beinahe spitzen Winkel und ermöglichten so die Bildung von Spalten in den Ecken,
wenn das Zielmaterial, wie oben beschrieben, abgelagert wird. Wenn der
Schrägewinkel der inneren Umfangswand kleiner wäre als 30º, wird das Anodenziel im
Bereich der Kante des Rezesses zu dünn ausgebildet. Derartig dünne Umfangsbereiche
des Ziels könnten leicht brechen oder abschälen, wenn hohe thermische Last darauf
aufgebracht wird, oder unter einer thermischen Spannung aufgrund verschiedener
Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Anodensockel (zum Beispiel aus
Kupfer) und einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, welches das Anodenziel bildet,
was beim Löten einer Glas-abdichtenden Abdeckung (covar) (das heißt bei
Erwärmung bis 800 oder 850ºC) bei der Herstellung einer Röntgenröhre stattfindet.
-
Entsprechend dieser Erfindung ist es bevorzugt, daß der Anodensockel aus Kupfer
gebildet ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und daß das Anodenziel-
Material ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, zum Beispiel Wolfram (W),
Molybdän (Mo) eine Legierung aus Wolfram (W) und Molybdän (Mo), eine
Legierung aus Wolfram (W) und Rhenium (Re) oder eine Legierung aus Molybdän (Mo)
und Rhenium (Re) ist. Es wird bei der vorliegenden Erfindung also entsprechend
Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung einer Anode zur Verwendung in einer
Röntgenröhre vorgesehen, welches folgende Schritte aufweist:
-
Abdecken einer äußeren Umfangswand eines Anodensockels mit einem
Maskenmaterial, wobei der Anodensockel einen Rezeß aufweist, der in einer Endfläche des
Anodensockels gebildet ist und eine aufwärts divergierende innere Umfangswand
aufweist,
-
Ablagern eines Anodenziel-Materials durch chemische Dampfablagerung direkt auf
die Endfläche und
-
Formgeben der Endfläche durch mechanisches Polieren der Endfläche, wenn das
Anodenmaterial fixiert ist, um so das Anodenziel von der Endfläche in Bereichen
außerhalb des Rezesses zu entfernen.
-
Nach diesem Verfahren wird das Anodenziel-Material durch chemische
Dampfablagerung abgelagert, während die äußere Umfangswand des Anodensockels mit
einem Maskenmaterial bedeckt ist. Daher bleibt die äußere Umfangswand des
Anodensockels frei von Ablagerungen des Anodenziel-Materials, wodurch der Auf
Wand des anschließenden maschinellen Bearbeitungschritts verringert wird.
Nachdem das Anodenziel auf der Endfläche des Anodensockels abgelagert ist, wird die
Endfläche mechanisch poliert, um so unerwünschte Bereiche des
Anodenziel-Materials zu entfernen, während das in dem Rezeß gebildete Anodenziel dort belassen
wird.
-
Bei der obigen Methode weist das Maskenmaterial vorzugsweise dasselbe
metallische Material auf, das auch zur. Bildung des Anodensockels verwendet wird. Das
Maskenmaterial verbindet sich, wenn es während der chemischen Dampfablagerung
des Zielmaterials einer heißen Atmosphäre ausgesetzt ist, leicht mit der äußeren
Umfangswand des Anodensockels, so daß nur kleine oder gar keine Spalte
dazwischen verbleiben. Dies ist wirkungsvoll, um Anlagerung des
Anodenziel-Materials an die äußere Umfangswand des Anodensockels zu verhindern. Wenn der
Anodensockel zum Beispiel aus Kupfer gebildet ist, ist das Maskenmaterial
vorzugsweise Kupferfolie.
-
Vorzugsweise wird der Rezeß in der Endfläche ausgeformt, bevor einem
gegenüberliegendes, proximales Ende des Anodensockels bearbeitet wird, wobei das
proximale Ende bearbeitet wird, während eine Fläche eines Anodenziels, das in dem
Rezeß gebildet ist, als Maßreferenz dient. Nach diesem Verfahren wird das
proxi
male Ende bearbeitet, nachdem das Anodenziel in der Endfläche des Anodensockels
gebildet ist, und zwar unter Verwendung der Fläche des Anodenziels als Referenz.
Dadurch läßt sich der Abstand zwischen der Zielfläche und dem proximalen Ende
mit hoher Präzision ausbilden. Wenn das proximale Ende des Anodensockels
bearbeitet wurde, bevor das Anodenziel-Material abgelagert wird, würden
Ungenauigkeiten der Dicke des Anodenziels die Genauigkeit des Abstands von der Zielfläche
zum proximalen Ende beeinträchtigen. Diese Maßgenauigkeit ist wesentlich für die
Genauigkeit einer Fokus-Position der Röntgenröhre, in welcher die Anode
inkorporiert ist. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren, welches eine große Genauigkeit
des Abstands zwischen der Zielfläche und dem proximalen Ende des Anodensockels
ermöglicht, von praktischen Vorteil.
-
In den Zeichnungen sind zum Zweck der Darstellung der Erfindung verschiedene
Formen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt sind, wobei aber klar sein muß, daß die
Erfindung nicht genau auf die dargestellten Anordnungen und Instrumentierungen
begrenzt ist.
-
Fig. 1 ist eine geschnittene Teilansicht der Anode einer Röntgenröhre, die nach
einem herkömmlichen Guß-Verfahren hergestellt ist,
-
Fig. 2 ist eine geschnittene Teilansicht einer Anode einer Röntgenröhre, die nach
einem herkömmlichen Löt-Verfahren hergestellt ist,
-
Fig. 3 ist eine geschnittene Ansicht, die einen Umriß einer erfindungsgemäßen
Anode einer stationären Röntgenröhre nach dieser Erfindung zeigt,
-
Fig. 4 ist eine geschnittene Ansicht einer Anode für die Röntgenröhre nach dieser
Erfindung,
-
Fig. 5 ist eine geschnittene Teilansicht einer Anode für eine Röntgenröhre nach
einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung,
-
Fig. 6A bis 6F sind beschreibende Ansichten eines Verfahrens zur Anoden-
Herstellung nach dieser Erfindung,
-
Fig. 7 ist eine beschreibende Ansicht eines CVD-Verfahrens, daß bei dieser
Erfindung angewendet wird, und
-
Fig. 8 ist eine Ansicht, welche Charakterisika einer Schnittstellen-Ebene zwischen
einem Anodenziel und einem Anodensockel nach dieser Erfindung darstellt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung wird in folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben.
-
Mit Bezug auf Fig. 3 weist eine Röntgenröhre mit einer stationären Anode eine
Kathode 10 zum Freisetzen von thermischen Ionen auf, eine stationäre Anode 20
gegenüber der Kathode 10 zum Generieren von Röntgenstrahlen bei Bestrahlung mit
den thermischen Ionen und eine Vakuumhülle 30 aus Glas, welche die Kathode 10
und die Anode 20 enthält. Die Kathode 10 weist ein einzelnes oder mehrere
Filmende 11 auf, welche die thermischen Ionen freisetzen, wenn sie von Strom
durchflossen sind.
-
Die Anode 20, welche den Gegenstand dieser Erfindung bildet, hat einen ungefähr
zylindrischen Anodensockel 21 und ein Anodenziel 22, welches durch chemische
Dampfablagerung (CD) direkt auf eine schräge Endfläche des Sockels 21 gegenüber
der Kathode 10 abgelagert ist. Die Anode 20 ist an einem proximalen, von der
schrägen Endfläche entfernten Ende, wo das Ziel 22 gebildet ist, in der
Vakuum
hülle 30 mittels eines Metallelements (zum Beispiel Deckelelements (covar
element)) 31 abgedichtet montiert, das an der Stelle festgelegt ist. Eine
Kühlvorrichtung 32 ist am proximalen Ende der Anode 20 angebracht. Die Kathode 10 ist
mit einem Kabel 33 verbunden, um elektrische Spannung an das Filament oder die
Filamente 11 anzulegen.
-
Einzelheiten der Anode 20 werden mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
-
Der Anodensockel 21 ist aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, zum
Beispiel Kupfer, gebildet. Der Anodensockel 21 umgrenzt in der schrägen Endfläche
einen Rezeß 23, der im Draufsicht kreisförmig ist. Das Ziel 22 ist durch CVD direkt
in den Rezeß 23 abgelegt. Der Rezeß 23 hat eine Tiefe im Bereich unter 4 mm, die
im wesentlichen mit der Dicke des Ziels 22 übereinstimmt. Der Rezession hat eine
innere Umfangswand 23a, die sich aufwärts erweitert. Die divergierende Wand 23a
hat einen Schrägewinkel 6 von 30º oder größer, aber kleiner als 90º, vorzugsweise
im Bereich von 30 bis 70º. Wie oben bemerkt, würden Reaktionsgase bei einem
Schrägewinkel von 90º oder größer beim Herstellen des Ziels 22 durch CVD nicht
gut in die Ecken der Grundfläche des Rezesses 23 fließen. Dadurch könnten Spalte
in den Ecken entstehen, oder Turbulenzen könnten bei der Kristallisation von
Bereichen des Ziels 22, welche nahe den Ecken der Grundfläche des Rezesses 23
liegen, auftreten. Wenn der Schrägewinkel A kleiner als 30º wäre, würden Abschnitte
des Umfangs des Ziels 22 zu dünn ausgebildet werden. Solche dünnen
Umfangsbereiche des Ziels 22 könnten leicht brechen, wenn eine starke thermische Belastung
bei der Verwendung der Röntgenröhre auf sie angewendet wird oder wenn bei
einem Löt-Arbeitsgang bei der Herstellung der Röntgenröhre Hitze aufgebracht wird.
Die divergierende innere Umfangswand 23a muß nicht linear schräge Flächen, wie
in Fig. 4 dargestellt, aufweisen, sondern kann auch bogenförmige schräge Flächen
23a aufweisen, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind.
-
Ein Metall mit hohem Schmelzpunkt wird als Material für das Anodenziel 22, das
durch CVD gebildet ist, verwendet. Bevorzugte Materialien sind Wolfram (W),
Molybdän (Mo), eine Legierung aus Wolfram (W) und Molybdän (Mo), eine
Legierung aus Wolfram (Wo) und Rhenium (Re) oder eine Legierung aus Molybdän (Mo)
und Rhenium (Re).
-
Das proximale Ende des Anodensockels 21, entfernt von der schrägen Endfläche, an
der das Ziel 22 gebildet ist, umgrenzt eine Gewindebohrung 24 zu Verbindung der
Kühlvorrichtung 32 mit dem Anodensockel 21 (siehe Fig. 3).
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der Anode 20 für die
Röntgenröhre mit einer stationären Anode nach dem obigen Aufbau wird als nächstes
beschrieben.
-
Ein zylindrisches, in Fig. 6 A dargestelltes Kupfer-Werkstück 21a für den
Anodensockel 21, wird maschinell zu einem geformten Werkstück, wie in Fig. 6 B
dargestellt, bearbeitet. Das geformte Werkstück 21b hat die schräge Endfläche und den
Rezeß 23 des Anodensockels 21, aber das distale Ende des Anodensockels 21 ist
noch nicht ausgearbeitet. Bei diesem Beispiel beträgt der Schrägewinkel der inneren
Umfangswand 23a des Rezesses 23 45º.
-
Anschließend wird, wie in Fig. 6 C dargestellt, die äußere Umfangswand des
geformten Werkstücks 21b mit Kupferfolie 24 überzogen, die als Maskenmaterial
dient. Die Masken-Kupferfolie 25 kann auf verschiedene Arten entsprechend der
Stückzahl der Produktion geformt werden. Für kleine Mengen kann Kupferfolie 25
leicht mit einem Schneide-Werkzeug geformt werden. Für große Stückzahlen kann
Kupferfolie 27 mit Stempeln Preß-bearbeitet werden. Die Kupferfolie 25 ist mit
Kupferdraht festgebunden und daher unbeweglich. Es ist natürlich möglich, die
Kupferfolie 27 in ihrer Umfangsposition mittels mehrmals verwendbarer Klammern
festzuklemmen und zu fixieren. Teile des Zielmaterials und der Kupferfolie können
sich aber an die Klammern anlagern und so ihre Lebensdauer begrenzen. Es ist
vorteilhaft, die Kupferfolie mit billigerem, entsorgbarem Material, zum Beispiel
Kupferdraht, zu befestigen.
-
Das Maskenmaterial ist vorzugsweise, wie in dieser Ausführungsform, dasselbe
Metall wie der Anodensockel 21. Statt dessen kann aber auch rostfreie Stahlfolie
oder Fluorharz-Folie (fluororesin sheet) verwendet werden. Vorzugsweise hat die
Kupferfolie 25 eine Dicke von 30 bis 100 um. Wenn die Kupferfolie 25 dünner als
30 um ist, wäre es schwierig, die Kupferfolie 25 von dem Anodensockel 21 zu
trennen, nachdem das Zielmaterial mittels CVD abgelagert ist. Wenn die Dicke der
Kupferfolie 25 mehr als 100 um beträgt, wäre es schwierig, die Kupferfolie 25 um
den Anodensockel 21 ohne Spalt zu wickeln.
-
Nachdem die äußere Umfangswand des geformten Werkstücks 21b mit der
Kupferfolie 25 bedeckt ist, wird das geformte Werkstück 21b, wie in Fig. 7 dargestellt, in
einer Reaktionsröhre einer CVD-Vorrichtung gesetzt. Die Reaktionsröhre 41 hat
eine Heizung 42, die darin als Stütze für geformte Werkstücke 21b angebracht ist,
und Reaktionsgas-Versorgungsrohre 43a und 43b, die sich dort hinein erstrecken.
Wenn das Anodenziel aus Wolfram geformt ist, wird eine Mischung aus Wolfram
Fluorid (WF5) -Gas und Wasserstoff (HZ) -Gas durch jedes der
Reaktionsgas-Versorgungsrohre 43a und 43b zugeleitet. Dadurch wird Wolfram (W) auf der
schrägen Endfläche des geformten Werkstücks 21b durch Reduktion von Wolfram
Fluorid mit Wasserstoff in heißer Atmosphäre abgelagert. Die
Ablagerungsbedingungen sind z. B. eine Temperatur von 300 bis 800ºC, wobei Wolfram Fluorid mit
einer Geschwindigkeit von 100 bis 300 ccm/min und Wasserstoff mit einer
Ge
schwindigkeit von 300 bis 1000 ccm/min zugeführt wird, während der Gesamtdruck
0,5 bis 760 torr beträgt.
-
Weil an der schrägen Endfläche des geformten Werkstücks 21b der Rezeß 23
ausgebildet ist, wird in dem Rezeß 23 eine Wolfram-Schicht (Anodenziel) schneller,
das heißt dicker, abgelagert als in anderen Bereichen der schrägen Endfläche. Dies
ist wohl darauf zurückzuführen, daß die Reaktionsgase (WF5 und H&sub2;), die der
Reaktionsröhre 41 zugeführt werden, für relativ lange Zeit in dem Rezeß 23 verbleiben.
Weil außerdem die innere Umfangswand des Rezesses 23 schräg ist (mit 45º), wird
die Wolfram-Schicht zuverlässig auch auf der inneren Umfangswand des Rezesses
23 abgelagert. Die Hitze des CVD-Prozesses bewirkt, daß die Kupferfolie 25,
welche die äußere Umfangswand des Anodensockels 21 bedeckt, sich eng an den
Anodensockel 21 angepaßt und so Spalte dazwischen beseitigt. Demzufolge bildet
sich keine Wolfram-Schicht auf der äußeren Umfangsfläche des Anodensockels 21.
Fig. 6 D zeigt, wie die Wolfram-Schicht (Anodenziel 22) sich auf der schrägen
Endfläche des geformten Werkstücks 21b abgelagert hat.
-
Nachdem sich die Wolfram-Schicht gebildet hat, läßt man das geformte Werkstück
21b in der Reaktionsröhre 41 der CVD-Vorrichtung 40 auf eine Temperatur
abkühlen, bei der das Werkstück 21b aus der Reaktionsröhre 41 herausgenommen
werden kann. Eine Wolfram-Schicht wird in gewissem Maße auch auf der
Kupferfolie 25 in engem Kontakt mit der äußeren Umfangswand des geformten Werkstücks
21b gebildet. Ein unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen der
Wolfram-Schicht und dem unteren Werkstück (Kupfer) 21b erzeugt eine Kraft, die
in eine Richtung wirkt, in welcher sie die Kupferfolie 25 von dem geformten
Werkstück 21b während des Abkühlens nach der Bildung der Schicht trennt. Daher läßt
sich die Kupferfolie 25 nach dem Abkühlen leicht abtrennen. Wenn die Kupferfolie
25 aber zu dünn ist, klebt die Folie 25 fest an dem geformten Werkstück 21b und
würde sich nicht einfach abschälen.
-
Nachdem die Kupferfolie 25 von der äußeren Umfangswand des geformten
Werkstücks 21b getrennt ist, wird die schräge Endfläche des geformten Werkstücks 21b
mechanisch poliert, wie in Fig. 6 Dargestellt, um so Abschnitte der Wolfram-
Schicht, die sich in anderen Bereichen der schrägen Endfläche als im Rezeß 23
abgelagert haben, zu entfernen. Diese Abschnitte der Wolfram-Schicht sind dünn und
würden, wenn man sie in diesen Bereichen ließe, brechen oder sich abschälen, wenn
sie einer hohen Löt-Temperatur während eines Herstellungsprozesses der
Röntgenröhre oder hoher thermischer Belastung während der Verwendung der Röntgenröhre
ausgesetzt werden.
-
Nachdem die schräge Endfläche des geformten Werkstücks 21b behandelt ist, wird
die Gesamtheit der Anode 20 vollendet, indem das proximale Ende des geformten
Werkstücks 21b (Anoden Sockel 21) maschinell bearbeitet wird, wobei die Fläche
des Anodenziels 21 im Rezeß 23 als Maßreferenz (siehe Fig. 6 F) dient. Dadurch,
daß das proximale Ende des Anodensockels 21, wie oben bemerkt, als letzter Schritt
maschinell bearbeitet wird, kann jede Verschiedenheit in der Dicke des Anodenziels
22 beseitigt und eingestellt werden. Dies verbessert die Präzision der Länge 1 (Fig.
4) zwischen der Fläche des Ziels 22 und dem proximalen Ende, das heißt die
Präzision einer Fokus-Position der Röntgenröhre. Wenn das proximale Ende des
Anodensockels 21 vor dem Anodenziel 23 maschinell bearbeitet würde, bevor das
Anodenziel 22 durch CVD gebildet ist, wird es ein Ziel 22 mit einer geringeren Dicke als
ein vorgegebener Wert einen zusätzlichen Schritt erforderlich machen, das
Zielmaterial erneut abzulagern, um eine Standardlänge von der Zielfläche zum proximalen
Ende zu gewährleisten.
-
Fig. 8 zeigt eine Fotografie, die mit einem Scanner-Elektronen-Mikroskop (SEM)
von einer Ebene der Schnittstelle zwischen Wolfram (Anodenziel 22) und Kupfer
(Anodensockel 21) gemacht wurde, welche mit dem obigen Verfahren hergestellt
wurde, sowie Ergebnisse der Elementaranalyse (EPMA-Analyse) der Schnittstellen-
Ebene. Es ist erkennbar, daß das Verfahren nach dieser Erfindung eine exzellente
Verbindung zwischen Wolfram und Kupfer erzeugt, wobei sich in der Schnittstellen-
Ebene kein Spalt dazwischen bildet. Außerdem befinden sich keine unreinen
Elemente in der Ebene der Schnittstelle, welche die Wärmeleitfähigkeit und die
Lebensdauer beeinträchtigen würden.
-
Um den Wert dieser Erfindung zu versichern, wurde ein Test durchgeführt, bei
welchem Anoden in Röntgenröhren eingeschlossen wurden, welche mit dem obigen
CVD-Verfahren bzw. durch das bekannte Guß-Verfahren hergestellt worden waren.
-
Was die Testbedingungen betrifft, wurde unter Annahme von Röntgen-Fluoroskopie
ein langer Input ausgeführt (Bestrahlung mit Röntgenstrahlen für eine Minute), und
ein Vergleich der maximalen Ladungseingänge wurde durchgeführt, die auftraten,
wenn das Wolfram in der Fokus-Position des Anodenziels 23 zu schmelzen begann.
Der Test ergab die folgenden Ergebnisse:
-
Maximaler Ladungseingang
-
Röntgenröhre A (CVD): 70 kV - 6,2 mA (434 W)
-
Röntgenröhre B (CVD): 71 kV - 6,0 mA (426 W)
-
Röntgenröhre C (CVD): 70 kV - 5,8 mA (406 W)
-
Röntgenröhre (Guß): 72 kV - 5,0 mA (360 W)
-
Wie aus den obigen Ergebnissen erkennbar ist, zeigten die Röntgenröhren A, B und
C nach dieser Erfindung einen Mittelwert von 422 W maximalen Ladungseingangs.
-
Dies bestätigte eine Verbesserung von ungefähr 17% gegenüber herkömmlichen
Röntgenröhren. Ein Vergleich wurde ebenfalls für eine Bewertung des Kurzzeit-
Maximums (Bedingungen bei Röntgen-Fotografie) als Referenz durchgeführt, es
ergaben sich aber zwischen den zwei Typen von Röntgenröhren keine Unterschiede.
-
Wie oben beschrieben, ermöglicht eine Röntgenröhre mit stationärer Anode nach
dieser Erfindung einen vergrößerten Input für Röntgen-Fluoroskopie, um eine
entsprechend verbesserte radiografische Abbildungsqualität zu realisieren. Solch eine
Röntgenröhre mit stationärer Anode kann außerdem bei Operationen mit Hochdosis-
Fluoroskopie von zum Beispiel 660 Watt und 20 Sekunden Bestrahlung und
einfacher DSA (digitaler Subtraktionsangiographie) verwendet werden, welche einen
ähnlichen hohen Output erfordern.