EP0236241A1 - Support pour anticathode tournante de tubes à rayons X - Google Patents

Support pour anticathode tournante de tubes à rayons X Download PDF

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EP0236241A1
EP0236241A1 EP87420026A EP87420026A EP0236241A1 EP 0236241 A1 EP0236241 A1 EP 0236241A1 EP 87420026 A EP87420026 A EP 87420026A EP 87420026 A EP87420026 A EP 87420026A EP 0236241 A1 EP0236241 A1 EP 0236241A1
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support
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graphite
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/083—Bonding or fixing with the support or substrate
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Definitions

  • the present invention relates to a support for a rotating anticathode of X-ray tubes, anticathode of the type comprising a disc consisting of a support of carbonaceous material on which is fixed or deposited a layer of refractory metal such as tungsten.
  • the invention relates more particularly to a support for anticathode rotating at high speed (20,000 revolutions / minute and beyond).
  • the carbon material used for the support is chosen from polycrystalline graphites whose expansion coefficient is compatible with that of the refractory metal which is fixed (for example by brazing) or deposited (for example in vapor phase) on the support .
  • carbon fiber / carbon matrix composites have a much greater mechanical resistance than the aforementioned polycrystalline graphites. We could therefore consider using them as a support, their mechanical resistance preventing the disc from bursting under the effect of centrifugal force. However, their coefficient of expansion is incompatible with that of the refractory metals generally used.
  • the main object of the invention is to obtain a support having both thermal characteristics compatible with those of the chosen refractory metal, and very good mechanical resistance.
  • This object is achieved according to the invention which consists of a support made of carbonaceous material intended to receive a layer of refractory metal for rotating anticathode of X-ray tubes, support characterized in that it consists of two integral parts one of the other, one being of carbon / carbon composite, the other of polycrystalline graphite, the latter being intended to receive said refractory metal.
  • a thermal contact is ensured between them by any suitable process: brazing, carbon infiltration in the vapor phase, insertion of metal or graphite powder, flexible graphite sheet such as a PAPYEX sheet. (trademark registered by the applicant) etc ...
  • the composite part surrounds the polycrystalline graphite part like a belt.
  • the support can be obtained by shrinking.
  • the carbon / carbon composites are generally chosen from those having a fabric or felt substrate with a fiber density greater than 0.5 and the following characteristics:
  • Figures 1, 2, 3, 4 and 5 show in section, for information and not limitation, montages of anticathodes comprising a support according to the invention.
  • the assembly comprises an anticathode 1 fixed to a rod 2.
  • the support of the anticathode consists of a part in carbon / carbon composite 3 juxtaposed with a part in polycrystalline graphite 4.
  • the refractory metal 5 is fixed on the latter.
  • a solder 6, for example made of titanium alloy, makes the two parts integral and at the same time ensures thermal contact between them. Alternatively, this solder can be replaced by carbon vapor infiltration.
  • the assembly comprises an anticathode 1 fixed to a rod 2.
  • the support of the anticathode consists of a part in carbon / carbon composite 3 mechanically secured by a recess 7 to a part in polycrystalline graphite 4.
  • the refractory metal 5 is fixed on the latter.
  • the thermal contact between the two parts is provided by a solder, or a powdered metal such as zirconium for example, or powdered graphite, etc. (item 8).
  • the assembly comprises an anticathode 1 fixed to a rod 2.
  • the support of the anticathode consists of a part made of carbon / carbon composite 3 having the shape of a bowl in which the graphite part is pierced polycrystalline 4.
  • the refractory metal 5 is fixed on the latter.
  • the thermal contact between the two parts is ensured by a solder or a powdered metal, or powdered graphite, or by a flexible graphite sheet (item 8).
  • the assembly comprises an anticathode 1 fixed to a rod 2.
  • the support of the anticathode consists of a carbon / carbon composite part 3 into which an annular polycrystalline graphite bowl 4 is embedded.
  • refractory metal 5, itself of annular shape, is embedded in the ring 4.
  • the assembly comprises an anticathode 1 fixed to a rod 2.
  • the support of the anticathode consists of a part made of carbon / carbon composite 3 surrounding a flat disc made of polycrystalline graphite 4.
  • the refractory metal 5 is fixed on this last.
  • the joining of these two parts can be done by shrinking.
  • the thickness of the polycrystalline graphite part carrying the refractory metal is minimum and the thickness of the carbon / carbon composite part is maximum .
  • thicknesses of polycrystalline graphite of the order of 2 to 8 mm there are thicknesses of carbon / carbon composite of the order of 10 to 20 mm.
  • the thickness of the refractory metal generally varies depending on whether it is fixed by brazing or deposited by chemical vapor deposition. In the first case, it is of the order of 3 to 8 mm, in the second of 0.4 to 1 mm.
  • a series of supports for anticathodes are produced as shown in FIG. 3. Each support has a diameter of 120 mm.
  • the maximum thickness of the polycrystalline graphite part is 8 mm and the thickness of the carbon / carbon composite part is 15 mm.
  • the applicant's grade 1116 PT polycrystalline graphite has the following characteristics:
  • the carbon / carbon composite is an AEROLOR (trademark registered by the applicant), the AEROLOR 22 which has the following characteristics:
  • the polycrystalline graphite part of half of the supports is coated by chemical vapor deposition with a layer of tungsten 1.0 mm thick.
  • the supports, coated or not, are subjected to a burst test and the results obtained are compared to those obtained with conventional supports in polycrystalline graphite only, coated or not with the same thickness of tungsten.

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Abstract

La présente invention concerne un support en matériau carboné pour anticathode tournante de tubes à rayons X. Ce support est caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parties solidaires l'une de l'autre, l'une étant en composite carbone/carbone 3 qui assure la tenue mécanique, l'autre en graphite polycristallin 4 qui permet grâce à son coefficient de dilatation de recevoir le métal refractaire 5. Un contact thermique 8 est assuré entre les deux parties 3 et 4. L'invention s'applique plus particulièrement aux anticathodes de tubes à rayons X tournant à grande vitesse (20 000 tours/minute et au-delà).

Description

  • La présente invention concerne un support pour anticathode tournante de tubes à rayons X, anticathode du type comprenant un disque constitué d'un support en matériau carboné sur lequel est fixée ou déposée une couche de métal réfractaire tel que du tungstène. L'invention concerne plus particulièrement un support pour anticathode tournant à grande vitesse (20 000 tours/minute et au-delà).
  • Le plus souvent, le matériau carboné utilisé pour le support est choisi parmi les graphites polycristallins dont le coefficient de dilatation est compatible avec celui du métal réfractaire qui est fixé (par exemple par brasure) ou déposé (par exemple en phase vapeur) sur le support.
  • L'inconvénient majeur de ces graphites polycristallins est de ne pas avoir une résistance mécanique suffisante dès que la vitesse de l'anticathode devient considérable, par exemple 20 000 tours/mn.
  • Il est par ailleurs connu que les composites fibres de carbone/matrice carbone (désignés ci-après par composites carbone/carbone) ont une résistance mécanique beaucoup plus grande que les graphites polycristallins précités. On pourrait donc envisager de les utiliser comme support, leur résistance mécanique empêchant le disque d'éclater sous l'effet de la force centrifuge. Toutefois, leur coefficient de dilatation est incompatible avec celui des métaux réfractaires généralement utilisés.
  • Le but principal de l'invention est d'obtenir un support présentant à la fois des caractéristiques thermiques compatibles avec celles du métal réfractaire choisi, et une très bonne résistance mécanique.
  • Ce but est atteint selon l'invention qui consiste en un support en matériau carboné destiné à recevoir une couche de métal réfractaire pour anticathode tournante de tubes à rayons X, support caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parties solidaires l'une de l'autre, l'une étant en composite carbone/carbone, l'autre en graphite polycristallin, cette dernière étant destinée à recevoir ledit métal réfractaire.
  • Ces deux parties peuvent se trouver l'une sous l'autre, en relation superposée, ou l'une entourant l'autre.
  • Dans le premier cas, les deux parties peuvent être :
    • - soit juxtaposées et rendues mécaniquement solidaires par tout procédé de liaison convenable tel que brasure, infiltration de carbone en phase vapeur,
    • - soit imbriquées l'une dans l'autre par embrèvement ou encastrement, ce qui les rend mécaniquement solidaires.
  • Un contact thermique est assuré entre elles par tout procédé convenable: brasure, infiltration de carbone en phase vapeur, insertion de métal ou de graphite en poudre, feuille de graphite souple telle qu'une feuille de PAPYEX. (marque déposée par la demanderesse) etc...
  • Dans le second cas, la partie en composite entoure comme une ceinture la partie en graphite polycristallin. Le support peut être obtenu par frettage.
  • Les graphites polycristallins sont en général choisis parmi ceux ayant les caractéristiques suivantes :
    • - densité > 1,8
    • - résistance à la flexion 7 40 MPa
    • - coefficient de dilatation entre la température ambiante et 1000°C : 4 à 6.106/°C.
  • Les composites carbone/carbone sont en général choisis parmi ceux ayant un substrat en tissu ou en feutre avec une densité de fibres supérieure à 0,5 et les caractéristiques suivantes :
    • - densité > 1,7
    • - résistance à la flexion > 150 MPa
    • - coefficient de dilatation entre la température ambiante et 1000°C : 0,5 à 2.10-6/°C.
  • Les figures 1, 2, 3, 4 et 5 montrent en coupe, à titre indicatif et non limitatif, des montages d'anticathodes comportant un support selon l'invention.
  • . Sur la figure 1, le montage comprend une anticathode 1 fixée à une tige 2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite carbone/carbone 3 juxtaposée à une partie en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5 est fixé sur cette dernière. Une brasure 6, par exemple en alliage de titane, rend les deux parties solidaires et assure en même temps le contact thermique entre elles. En variante, cette brasure peut être remplacée par une infiltration de carbone en phase vapeur.
  • . Sur la figure 2, le montage comprend une anticathode 1 fixée à une tige 2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite carbone/carbone 3 solidarisée mécaniquement par un embrèvement 7 à une partie en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5 est fixé sur cette dernière.
  • Le contact thermique entre les deux parties est assuré par une brasure, ou un métal en poudre tel que du zirconium par exemple, ou du graphite en poudre, etc.. (repère 8).
  • . Sur la figure 3, le montage comprend une anticathode 1 fixée à une tige 2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite carbone/carbone 3 ayant la forme d'une cuvette dans laquelle se trouce la partie en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5 est fixé sur cette dernière.
  • Le contact thermique entre les deux parties est assuré par une brasure ou un métal en poudre, ou du graphite en poudre, ou par une feuille de graphite souple (repère 8).
  • . Sur la figure 4, le montage comprend une anticathode 1 fixée à une tige 2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite carbone/carbone 3 dans laquelle vient s'encastrer une cuvette annulaire en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5, lui-même de forme annulaire s'encastre dans.l'anneau 4.
  • Les liaisons mécaniques et thermiques entre composite carbone/carbone et graphite polycristallin, et entre graphite polycristallin et métal réfractaire sont assurées par exemple par brasage (respectivement repères 9 et 10).
  • . Sur la figure 5, le montage comprend une anticathode 1 fixée à une tige 2. Le support de l'anticathode est constitué par une partie en composite carbone/carbone 3 entourant un disque plan en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5 est fixé sur ce dernier.
  • La solidarisation de ces deux parties peut se faire par frettage.
  • Dans les montages illustrés par les figures 1,2 et 3 pour une géométrie de l'anticathode définie, l'épaisseur de la partie en graphite polycristallin portant le métal réfractaire est minimale et l'épaisseur de la partie en composite carbone/carbone est maximale.
  • Ainsi, par exemple, pour des épaisseurs de graphite polycristallin de l'ordre de 2 à 8 mm, on a des épaisseurs de composite carbone/carbone de l'ordre de 10 à 20 mm.
  • L'épaisseur du métal réfractaire varie en général selon qu'il est fixé par brasure ou déposé par dépôt chimique en phase vapeur. Dans le premier cas, elle est de l'ordre de 3 à 8 mm, dans le second de 0,4 à 1 mm.
  • L'exemple suivant, donné à titre indicatif et non limitatif, montre tout l'intérêt de l'invention.
    • Exemple de mise en oeuvre-
  • On réalise une série de supports pour anticathodes telles que représentées figure 3. Chaque support a un diamètre de 120 mm. L'épaisseur maximale de la partie en graphite polycristallin est de 8 mm et l'épaisseur de la partie composite carbone/carbone est de 15 mm.
  • Le graphite polycristallin, nuance 1116 PT de la demanderesse a les caractéristiques suivantes :
    Figure imgb0001
  • Le composite carbone/carbone est un AEROLOR (marque déposée par la demanderesse), l'AEROLOR 22 qui a les caractéristiques suivantes :
    Figure imgb0002
  • Le contact thermique entre les deux parties est assuré par une brasure au zirconium telle que décrite dans le brevet FR-A-1 249 498.
  • On revêt par dépôt chimique en phase vapeur la partie en graphite polycristallin de la moitié des supports, d'une couche de tungstène de 1,0 mm d'épaisseur.
  • Les supports revêtus ou non sont soumis à un test d'éclatement et les résultats obtenus sont comparés à ceux obtenus avec des supports classiques en graphite polycristallin uniquement, revêtus ou non de la même épaisseur de tungstène.
  • Tous ces résultats sont regroupés dans le tableau 1 suivant :
    Figure imgb0003
  • En faisant la moyenne de ces résultats, on constate que :
    • - la vitesse d'éclatement d'un support suivant l'invention,non revêtu,est de l'ordre de 39 000 tours/mn alors que celle d'un support classique non revêtu est de l'ordre de 24 000 tours/mn
    • - la vitesse d'éclatement d'un support suivant l'invention revêtu de 1 mm de tungstène est de l'ordre de 32 000 tours/minute alors que celle d'un support classique revêtu également de 1 mm de tungstène est de l'ordre de 19 000 tours/minute.
  • Cette constatation montre tout l'intérêt de l'invention.

Claims (9)

1. Support en matériau carboné destiné à recevoir une couche de métal réfractaire pour anticathode tournante de tubes à rayons X, support caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parties solidaires l'une de l'autre, l'une étant en composite carbone/carbone, l'autre en graphite polycristallin, cette dernière étant destinée à recevoir la couche de métal réfractaire.
2. Support selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux parties sont placées en relation superposée, le contact thermique entre elles étant assuré par tout procédé convenable tel que brasure, infiltration de carbone en phase vapeur, insertion de métal ou de graphite en poudre, insertion d'une feuille souple de graphite.
3. Support selon la revendication 2 caractérisé en ce que les deux parties sont juxtaposées et rendues mécaniquement solidaires par tout procédé de liaison convenable, tel que brasure ou infiltration de carbone en phase vapeur.
4. Support selon la revendication 2 caractérisé en ce que les deux parties sont rendues solidaires mécaniquement par embrèvement.
5. Support selon la revendication 2 caractérisé en ce que les deux parties sont rendues solidaires mécaniquement par encastrement.
6. Support selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que l'épaisseur de la partie en composite carbone/carbone est plus grande que celle de la partie en graphite polycristallin.
7. Support selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie en composite carbone/carbone entoure comme une ceinture la partie en graphite polycristallin.
8. Support selon la revendication 7 caractérisé en ce que les deux parties sont rendues solidaires par frettage.
9. Anticathode tournante pour tube à rayons X caractérisé en ce qu'elle comporte un support tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications précédentes.
EP87420026A 1986-01-30 1987-01-28 Support pour anticathode tournante de tubes à rayons X Expired - Lifetime EP0236241B1 (fr)

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EP (1) EP0236241B1 (fr)
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DE (1) DE3761346D1 (fr)
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