DE7112589U - Elektronenauftreffteil (Target), befestigt auf einem Träger aus Graphit für eine Drehanode einer Röntgenröhre - Google Patents

Description

Elektronenauf treff teil (Target), befestigt auf einem Träger aus Graphit für eine Drehanode einer Röntgenröhre

Die Neuerung bezieht sich auf ein aus Wolfram und/oder Molybdän und/oder Tantal und/oder Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Rhenium bestehendes Elektronenauftreffteil (Target), das auf einem Träger aus Graphit für eine Drehanode einer Röntgenröhre über einen Zwischenschichtwerkstoff, der Platin enthält, befestigt ist.

Die an eine Röntgenröhren-Drehanode gestellten Forderungen sind im wesentlichen bekannt, z.B. aus der DT-PS 1 106 429. Werden Werkstoffe zur Herstellung derartiger Drehanoden verwendet, die hohen kritischen Temperaturen standhalten oder beim Einsatz innerhalb der Röntgenröhren etwas unterhalb der kritischen Temperaturen betrieben werden, wodurch sich die Lebensdauer der Drehanode und damit der Röntgenröhren erhöht, so muß bei Anwendung eines Lötverfahrens zum Zusammensetzen der verschiedenen Schichten einer Drehanode auch ein hochschmelzender Lötwerkstoff verwendet werden.

Wie aus der DT-PS 1 106 429 bekannt, sollen die Drehanoden gutes Wärmespeichervermögen aufweisen. Diese Forderung erfüllt Graphit in hohem Maße, und dieser Werkstoff weist

nicht nur einen sehr hohen Schmelzpunkt auf, sondern ist auch preiswert. - Als Target-Werkstoff haben sich weiterhin Wolfram, Molybdän, Tantal usw., wie oben eingangs angegeben, bewährt, da diese Werkstoffe preiswert in etwa gleichen Qualitäten über längere Zeiträume beschaffbar sind.

Das Problem einer ebenfalls wirtschaftlichen Fertigung, wozu die Lötverbindung dieser Werkstoffe gehört, besteht nun darin, die hochschmelzenden Werkstoffe, z.B. Wolfram, auf Graphit zu befestigen, und zwar derart, daß eine mechanisch stabile und weiterhin temperaturfeste Verbindung an den Lötflächen entsteht. Dazu zeigt die DT-PS 896 den Einsatz einer Zwischenschicht. - Diese Maßnahme, an sich bekannt, wird immer dann anzuwenden sein, wenn die beiden einander zu befestigenden Werkstoffe unmittelbar aufeinandergebracht keine mechanische Festigkeit an der Verbindungsstelle aufweisen.

Jedoch allein mit der Angabe, eine Zwischenschicht zu verwenden, ist es nicht getan. Die DT-PS 896 234 gibt zwar zahlreiche Werkstoffe an, aus denen die Zwischenschicht, die praktisch das Lot darstellt, bestehen soll, aber es wird meistens ausgeführt, daß der Zwischenschicht- =Lotwerkstoff als Metallpulver verwendbar ist. Nur einmal ist beiläufig erwähnt, daß das Metallpulver auch zu einer Scheibe gepreßt oder auch als massive Scheibe für das anschließende Löten genommen werden kann. Warum das Lot sich auch in dieser Form verwenden läßt, bleibt offen.

Andererseits zeigt die US-PS 3 122 424 die Lötung von Graphit an Metall, wobei als Metalle Gold, Silber, Eisen, Nickel, Kupfer, Zinn, Zirkon und Blei in Frage kommen. Dabei wird zunächst der Graphit en eine" ebenfalls aus Graphit bestehenden Körper über eine Platinfolie angelötet. Daraufhin wird die eine Graphitseite abgearbeitet, und an die nunmehr freie Platinfläche wird in einem zweiten Löt-Arbeitsgang eiv.cz der genannten Metalle angelötet. In

dieser Patentschrift wird xerner darauf hingewiesen, daß das geschmolzene Platin auf den Raum zwischen den Graphitteilen beschränkt bleiben muß und daß durch das Fließen eine gleichmäßige Dicke der Lotschicht erreicht wird. Die Dicke der Lotschicht wird durch den angelegten Druck bestimmt. Dazu reicht meistens, wie ausgeführt wird, da<s Eigengewicht des oberen öraphi-cs-tucKea aus, Ee ist nicht erkannt worden, daß es auf das Fließen der Lotschicht nicht ankommt, denn, wie die Neuerung erkannt hat, benetzt Platin Graphit nicht, kann also gar nicht fließen, und durch die Druckanwendung allein kann daher nicht die Tröpfchenbildung des Platins auf dem Graphit bei den während der Lötung vorhandenen Temperaturen vermieden werden. In dieser Patentschrift ist weiterhin angegeben, daß die Dichte des Graphits 1,6 und 2,0 g/cnr gewesen ist. Bei geringerer Dichte des Graphits soll dagegen eine dickere Platinschicht verwendet werden. Andererseits soll bei Platinscblchten mit Stärken größer als 152,4 /um keine Erhöhung der- Festigkeit der Lotung mehr vorliegen.

Hieraus könnte vermutet werden, daß der Lötwerkstoff im Graphit einsinken kann und daß daher die Lehre nach DT-PS 896 234 nicht ohne weitere Forschungen verwirklichbar ist. Es war daher zunächst festzustellen, in welcher Form der Träger für das Lot, also der Graphit, vorliegt. Es mußte, um eine klare Lehre zum technischen Handeln zu geben, festgestellt werden, wieweit die aus anderen Gründen für den Drehanoden-Lötwerkstoff geeigneten Werkstoffe einsinken bzw. versinken.

Wie aus der US-PS 3 122 424 ersichtlich, muß also bei Verwendung von Platin eine Anpassung der Lötwerkstoffschicht aus diesem Platin an die Porosität des Trägerwerkstoffes erfolgen. Diese Annahme könnte aus der US-PS gezogen werden. Dem ist aber nicht so. Es wurde nämlich festgestellt, daß bei Verwendung von Platin als Lötwerkstoff dieses den Graphit nach dem Schmelzen nicht benetzt, wie oben schon

ausgeführt, also auch nicht in den Graphit eindringt, denn es bildet Tröpfchen, die auf dem Graphit liegen, und es muß nun daür gesorgt werden, daß die verwendete Platinfolie so dick bzw. stark ist,daß es nach dem Schmelzen an keiner Stelle der Lötfläche zum Abriß des Schmelzfilmes kommt. Dies ist jedoch eine ganz anders Erkenntnis als aus der US=PS 3 122 424 entnehmbar.

Weiterhin kann aus dieser US-PS nicht entnommen werden, welche Verhältnisse nun vorliegen, wenn hochschmelzende Werkstoffe über Platin mit dem Graphit verbunden werden sollen, und nicht die angegebenen niedrig schmelzenden, wie z.B. Zinn und Zink.

Wenn also schon die eben angegebene bekannte Erkenntnis unrichtig war, mußten neue Überlegungen angestellt werden. Da das Platin, wie die Neuerung erkannt hat, Graphit nicht benetzt, bildet sich auch kein Karbid. An der anderen Fläche zum Oberflächenmetall jedoch ist eine Zone geringer Stärke aus Mischkristallen dagegen erwünscht.

Es ist ferner aus der DT-PS 1 225 023 ein Verfahren zur Herateilung einer Hartlötverbindung zwischen zwei Graphitteilen oder einem Graphitteil und einem Teil aus schwer schmelzbaren Werkstoffen wie Wolfram, Molybdän, Zirkon, Hafnium, Tantal, Titan, Niob usw. bekannt, bei dem zur Verbindung dieser Teile eine Zwischenschicht verwendet wird. Diese Zwischenschicht soll aus einer Mischung aus 50 bis 99 Gew.% einer oder mehrerer dieser schwer schmelzbaren Werkstoffe bestehen und aus 1 bis 50 Gew.% einer oder mehrerer der Platinmetalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium undPlatin, wobei die Eutektika bildenden ausgeschlossen sind. Hierbei soll der Platinmetallanteil um to niedriger sein, je höher die Verwendungstemperatur liegt, denn je höher der Platinmetallanteil ist, bei desto tieferen Temperaturen kann die Hartlötung erfolgen. _c

Aus dieser Patentschrift ist also die Lehre zu entnehmen, den Platinmetallanteil so niedrig wie möglich zu machen. Für eine Verwendung einer derartigen Lötverbindung in Drehanoden für Röntgenröhren kommt es aber vor allen Dingen darauf an, daß die Festigkeit der Verbindungsstelle optimal gestaltet wird, denn das der Temperatur im wesentlichem ausgesetzte Metall ist das des EiektfönenäUitr-effteils und nicht das an der Lötverbindungsstelle.

Es kommt also nicht immer darauf an, den Platinmetallanteil so niedrig wie nur möglich zu gestalten, sondern durch die besonderen Anforderungen der Verwendung kann diese Lehre sogar unrichtig sein.

Von diesem genannten Stand der Technik geht die Neuerung aus,und be*, der eingangs genannten Befestigungsart ist sie dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenschichtwerkstoff aus 51 bis 99 % technisch reinem Platin besteht, und die übrigen Bestandteile Wolfr js, Molybdän, Tantal sowie Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Rhenium sind.

Festgestellt wurde also, daß eine Temperatur, die gleich der Schmelztemperatur des Lot- =Zwischenschichtwerkstoffes ist, bereits Verbindungen mit gut*?n mechanischen Festigkeiten ergibt, die auch nach längerem Betrieb vorliegen. Es sind nämlich nicht nur die Kräfte zu berücksichtigen, die aufgrund der Rotation der Drehanoden während des Betriebes auftreten, sondern auch die durch Wärmedehnung beim Erkalten und beim Erhitzen während der Benutzung über längere Zeiträume.

Die Zwischenschicht kann vreiterhin aus einer Platinfolie mit einer Stärke von mindestens 50/um bestehen, wobei sich, wie oben ausgeführt, die Stärke aus anderen als den bekannten Gesichtspunkten ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die Drehanode einer Röntgenröhre im Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Drehanode nach Fig. 1 , bei der also die Brennfleckbahn aus einem anderen
Werkstoff als der Träger ausgebildet ist,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch
eine Lötstelle. Lötfolie: Platin, 80 ,um dick,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, jedoch bei zu geringer Lötfoliendicke (Platin, 25/um dick).

In Fig. 1 ist mit 1 ein aus Graphit bestehender Träger und mit 2 die Oberfläche der Drehanode einer Röntgenröhre bezeichnet. Auf dieser Drehanode ist eine Teilfläche, die ringförmig sein kann, als Brennfleckbahn ausgebildet und mit 3 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt diese Brennfleckbahn 3 noch einmal in Draufsicht. Fig. 3 zeigt eine Lötstelle 4 in zweihundertfacher Vergrößerung. Es ist deutlich erkennbar, daß die aus z.B. Wolfram bestehende Brennfleckbahn 3 an der dem Träger 1 aus Graphit zugewandten Seite eine Übergangszone 5 aufweist, die aus Mischkristallen zwischen Wolfram und Platin besteht. Darunter folgt die sogenannte Zwischenschicht 6, die im Verhältnis zu dieser Übergangszone recht stark ist und darunter folgt der Träger 1 aus Graphit.

Fig. 4 zeigt eine Lötstelle 4, wieder in vergrößerter Abbildung, bei der die Stärke der Platinfolie zu gering gewählt wurde. Der Lötwerkstoff-Film reißt, wie bei 7 gezeigt, ab und an diesen Stellen ist keine mechanische Verbinuung genügender Festigkeit vorhanden.

SCHUTZANSPRÜCHE^

Claims (2)

SCHUTZANSPRÜCHE:

1. Aus Wolfram und/oder Molybdän und/oder Tantal und/oder Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Rhenium bestehendes Elektronenauftreffteil (Target), das auf einem Träger aus Graphit für eine Drehanode einer Röntgenröhre über einen Zwischenschichtwerkstoff, der Platin enthält, befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dai3 der Zwischenschicht-Werkstoff aus 51 bis 99 % technisch reinem Platin besteht, und die übrigen Bestandteile Wolfram, Molybdän, Tantal sowie Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Rhenium sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Platinfolie mit einer Stärke von mindestens 50 Aim besteht.

711253924.8.72