ITMI20001645A1

ITMI20001645A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF DEVICES THAT INTEGRATE THE FUNCTIONS OF CATADO AND GETTER FOR MINIATURIZED X-RAY EMITTERS AND DEVICES

Info

Publication number: ITMI20001645A1
Application number: IT2000MI001645A
Authority: IT
Inventors: Paolo Battilana; Alessandro Callitognotta
Original assignee: Getters Spa
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-01-19
Also published as: WO2002007183A1; ITMI20001645A0; IT1318202B1

Description

La presente invenzione si riferisce ad un processo per la produzione di dispositivi che svolgono sia la funzione di catodo che la funzione di dispositivo geter per emettitori miniaturizzati di raggi X, in particolare per uso in campo medico; l'invenzione si riferisce anche ai dispositivi cosi' prodotti. Per semplicità, i dispositivi dell'invenzione verranno anche riferiti nel seguito semplicemente come catodi getter. The present invention relates to a process for the production of devices which perform both the function of cathode and the function of geter device for miniaturized X-ray emitters, in particular for use in the medical field; the invention also refers to the devices thus produced. For simplicity, the devices of the invention will also be referred to hereinafter simply as getter cathodes.

E noto che un trattamento con raggi X può portare alla necrotizzazione di tessuti del corpo umano. Questo effetto può essere impiegato per la cura di alcune forme di tumori o della restenosi, cioè l'ispessimento delle pareti di arterie in seguito ad un intervento di rimozione meccanica di un'occlusione di vasi sanguigni. It is known that an X-ray treatment can lead to the necrotization of human body tissues. This effect can be used for the treatment of some forms of tumors or restenosis, that is, the thickening of the walls of arteries following a mechanical removal of an occlusion of blood vessels.

Ovviamente, è importante in questi metodi di cura evitare per quanto possibile di sottoporre al trattamento anche parti sane del corpo. Di conseguenza, sono in avanzata fase di studio sistemi in cui un emettitore di raggi X miniaturizzato è montato sulla punta di un sottile tubicino rigido o di un catetere. Il tubicino o il catetere vengono poi introdotti nel corpo del paziente portando la sorgente di raggi X il più vicino possibile alla zona da irradiare. In questo modo si riesce ad aumentare al massimo l'efficienza del trattamento, evitando nel contempo di interessare anche i tessuti sani circostanti. Obviously, it is important in these methods of treatment to avoid treating healthy parts of the body as much as possible. Consequently, systems in which a miniaturized X-ray emitter is mounted on the tip of a thin rigid tube or catheter are at an advanced stage. The tube or catheter is then introduced into the patient's body bringing the X-ray source as close as possible to the area to be irradiated. In this way it is possible to maximize the efficiency of the treatment, while avoiding affecting the surrounding healthy tissues as well.

Emettitori miniaturizzati di raggi X montati su punte di tubicini rigidi, per la cura in particolare di tumori cerebrali, sono descritti per esempio nei brevetti US 5.153.900, 5.369.679, 5.422.926, 5.566.221, 5.621.780 e 5.748.699, tutti assegnati alla società USA Photoelectron Corporation. I brevetti USA 5.729.583, 5.816.999 e 6.069.938, la domanda di brevetto Europea EP-A-86018I e le domande di brevetto intemazionali WO-A-97/07740, WO-A-99/36938, WO-A-99/44687, WO-A-99/45562 e WO-A-99/45563, descrivono sistemi in cui la sorgente miniaturizzata di raggi X è montata su un catetere flessibile, risultando quindi adatti all'irraggiamento di zone raggiungibili attraverso i vasi sanguigni o altre cavità del corpo umano. Miniaturized X-ray emitters mounted on the tips of rigid tubes, for the treatment in particular of brain tumors, are described for example in US patents 5,153,900, 5,369,679, 5,422,926, 5,566,221, 5,621,780 and 5,748. 699, all assigned to USA Photoelectron Corporation. US patents 5,729,583, 5,816,999 and 6,069,938, European patent application EP-A-86018I and international patent applications WO-A-97/07740, WO-A-99/36938, WO-A -99/44687, WO-A-99/45562 and WO-A-99/45563, describe systems in which the miniaturized X-ray source is mounted on a flexible catheter, thus being suitable for the irradiation of areas reachable through the vessels blood vessels or other cavities in the human body.

Gli emettitori miniaturizzati di raggi X di questi brevetti hanno strutture differenti nei dettagli, ma comprendono sempre una parte catodica per remissione di elettroni ed una parte anodica (generalmente realizzata con un metallo pesante) che emette raggi X quando è colpita dal fascio elettronico accelerato dalla differenza di potenziale tra i due elettrodi. Gli elettrodi sono contenuti in un alloggiamento evacuato, per impedire che gli elettroni emessi dal catodo siano assorbiti da molecole di gas. Questo requisito comporta in generale la necessità dell'impiego di un materiale getter inserito neH'alloggiamento che possa assorbire le tracce di gas rilasciate dai componenti stessi del miniemettitore di raggi X, come le pareti dell'alloggiamento o l’anodo, che durante il funzionamento si surriscalda a causa del bombardamento elettronico. The miniaturized X-ray emitters of these patents have different structures in detail, but always include a cathode part for electron remission and an anode part (generally made of a heavy metal) which emits X-rays when hit by the electron beam accelerated by the difference. of potential between the two electrodes. The electrodes are contained in an evacuated housing, to prevent the electrons emitted from the cathode from being absorbed by gas molecules. This requirement generally entails the need to use a getter material inserted in the housing that can absorb the traces of gas released by the components of the mini X-ray emitter themselves, such as the housing walls or the anode, which during operation overheats due to electronic bombardment.

Dispositivi getter inseriti negli emettitori miniaturizzati di raggi X sono descritti in alcuni documenti assegnati alla XRT Corporation di St. Paul, Minnesota, USA. Getter devices inserted into miniature X-ray emitters are described in some documents assigned to the XRT Corporation of St. Paul, Minnesota, USA.

La domanda di brevetto Europea EP-A-860180 descrive dispositivi getter che possono avere la forma di un anellino disposto intorno al catodo; in alternativa, la parte catodica stessa può essere formata da materiale getter su cui viene depositato un sotile strato di diamante, che è l'elemento attivo per remissione di elettroni. La formazione dello strato di diamante può avvenire con tecniche di deposizione da precursori in fase gassosa (tecnica nota con la definizione inglese "Chemical Vapor Deposition", cioè deposizione chimica da fase vapore, o con il suo acronimo CVD) o con la tecnica nota con la definizione inglese "laser ablation", che consiste nel produrre vapori del materiale di cui si vuole ottenere il deposito tramite laser, e far poi condensare questi vapori sul substrato desiderato. European patent application EP-A-860180 describes getter devices which can have the shape of a ring arranged around the cathode; alternatively, the cathodic part itself can be formed by getter material on which a thin layer of diamond is deposited, which is the active element for electron remission. The formation of the diamond layer can take place with deposition techniques from precursors in the gaseous phase (technique known with the English definition "Chemical Vapor Deposition", i.e. chemical vapor deposition, or with its acronym CVD) or with the known technique with the English definition "laser ablation", which consists in producing vapors of the material to be deposited by laser, and then condense these vapors on the desired substrate.

Il brevetto USA 5.854,822 descrive dispositivi getter che svolgono anche la funzione di catodo. Questi dispositivi catodi-getter sono ottenuti per sinterizzazione di polveri di materiale getter ed hanno quindi una superficie granulare: le micropunte presenti, corrispondenti alla morfologia dei grani del materiale getter, come noto rappresentano punti preferenziali per remissione di elettroni. Secondo questo brevetto, per migliorare le caratteristiche di emissione catodica, è anche possibile mescolare polvere di diamante alla polvere di materiale getter nella produzione del catodo. US patent 5,854,822 describes getter devices which also perform the function of cathode. These cathode-getter devices are obtained by sintering powders of getter material and therefore have a granular surface: the micro-tips present, corresponding to the morphology of the grains of the getter material, as known, represent preferential points for electron remission. According to this patent, in order to improve the cathodic emission characteristics, it is also possible to mix diamond powder with the getter material powder in the production of the cathode.

Infine, la domanda di brevetto intemazionale WO-A-09580 descrive vari catodi con funzionalità getter, con superficie liscia o granulare, in cui l'efficienza di emissione elettronica può essere aumentata o depositando un sottile strato di diamante su una zona ben definita della superficie del materiale getter, oppure mescolando polveri di diamante e di materiale getter prima della sinterizzazione di queste ultime. Finally, the international patent application WO-A-09580 describes various cathodes with getter functionality, with smooth or granular surface, in which the electronic emission efficiency can be increased or by depositing a thin layer of diamond on a well-defined area of the surface. of the getter material, or by mixing diamond and getter material powders before sintering the latter.

La soluzione della domanda Europea EP-A-860180, con il getter in forma di anellino intorno al catodo, risulta di difficile realizzazione a causa del ridottissimo spazio a disposizione. The solution of the European application EP-A-860180, with the getter in the form of a ring around the cathode, is difficult to implement due to the very limited space available.

Sono quindi preferibili i dispositivi getter che integrano anche la funzione di catodo. Anche in questo caso, però, con i metodi descritti nei brevetti citati si hanno seri problemi costruttivi dovuti al fatto che, negli emettitori miniaturizzati di raggi X per scopi medicali devono essere garantite entro tolleranze molto strette la precisione e costanza geometriche della posizione degli elettrodi. Infatti, remissione di raggi X è generata applicando differenze di decine di migliaia di volt tra anodo e catodo, che sono posti a distanze non superiori a 1,5 millimetri, e preferibilmente inferiori al millimetro; in queste condizioni si hanno campi elettrici elevatissimi, e deviazioni del posizionamento reciproco di catodo e anodo dalla geometria teorica anche di un decimo di millimetro o inferiori (sia come distanza, sia come deviazione laterale) possono portare a variazioni notevoli della quantità di raggi X emessi, col rischio di avere radiazioni troppo deboli per un trattamento efficace o troppo intense, tali da oltrepassare la zona di trattamento e distruggere tessuti sani circostanti. Risulta quindi assolutamente necessario che catodo ed anodo siano ad una distanza precisa ed allineati con l’asse del miniemettitore. Getter devices which also integrate the cathode function are therefore preferable. Also in this case, however, with the methods described in the cited patents there are serious construction problems due to the fact that, in the miniaturized X-ray emitters for medical purposes, the precision and geometric constancy of the position of the electrodes must be guaranteed within very tight tolerances. In fact, X-ray remission is generated by applying differences of tens of thousands of volts between anode and cathode, which are placed at distances not greater than 1.5 millimeters, and preferably less than one millimeter; in these conditions there are very high electric fields, and deviations of the reciprocal positioning of cathode and anode from the theoretical geometry even of a tenth of a millimeter or less (both in terms of distance and lateral deviation) can lead to considerable variations in the quantity of X-rays emitted , with the risk of having too weak radiation for effective treatment or too intense, such as to go beyond the treatment area and destroy surrounding healthy tissues. It is therefore absolutely necessary that the cathode and anode are at a precise distance and aligned with the axis of the mini-emitter.

I metodi di produzione secondo i brevetti citati non possono garantire questa assoluta precisione geometrica. Secondo la tecnica nota, i dispositivi getter vengono preparati introducendo un'opportuna quantità di polvere in uno stampo aperto superiormente e sottoponendo le polveri ad un trattamento termico di sinterizzazione. Durante tale trattamento si ha un restringimento del volume complessivo delle polveri, che comporta una seppur minima riduzione in altezza del livello delle polveri ed un riassestamento della superficie libera superiore delle stesse. Questa superficie libera è quella destinata ad essere collegata ad una base del dispositivo finito in una fase successiva, in cui i dispositivi vengono posizionati e fatti aderire, generalmente per brasatura, su una base che preferibilmente costituisce una delle pareti dell'alloggiamento di anodo e catodo. Le imprecisioni di altezza e di perpendicolarità del dispositivo getter sosì costruito, introdotte anche dall’operazione di brasatura, si traducono, rispettivamente, in variazioni della distanza del catodo dall'anodo e dell'orientamento del catodo, che può risultare non coassiale con l'emettitore. The production methods according to the cited patents cannot guarantee this absolute geometric precision. According to the known art, the getter devices are prepared by introducing an appropriate quantity of powder into a mold open at the top and subjecting the powders to a sintering heat treatment. During this treatment there is a shrinkage of the overall volume of the powders, which involves a slight reduction in height of the level of the powders and a rearrangement of the upper free surface of the same. This free surface is the one intended to be connected to a base of the finished device in a subsequent step, in which the devices are positioned and made to adhere, generally by brazing, on a base which preferably constitutes one of the walls of the anode and cathode housing. . The height and perpendicularity inaccuracies of the built getter device, also introduced by the brazing operation, result, respectively, in variations in the distance of the cathode from the anode and in the orientation of the cathode, which may not be coaxial with the emitter.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo per la produzione dì dispositivi che integrano le funzioni di catodo e getter per emettitori miniaturizzati di raggi X, tale da non presentare i problemi e le difficoltà dei processi noti, così come di fornire i dispositivi risultanti. The object of the present invention is to provide a process for the production of devices which integrate the cathode and getter functions for miniaturized X-ray emitters, such as not to present the problems and difficulties of the known processes, as well as to provide the resulting devices .

Questi scopi vengono ottenuti secondo la presente invenzione con un processo che comprende le operazioni di: These objects are achieved according to the present invention with a process which includes the operations of:

a) predisporre un primo stampo in materiale inerte, con almeno una cava che presenta un asse perpendicolare alla superficie superiore dello stampo; a) providing a first mold in inert material, with at least one slot having an axis perpendicular to the upper surface of the mold;

b) riempire a Tosamento detta cava con una miscela comprendente polveri di almeno un materiale getter e di almeno un materiale sinterizzante; b) shearing said hollow filling with a mixture comprising powders of at least one getter material and of at least one sintering material;

c) comprimere leggermente detta miscela nella cava, in modo tale che la superficie libera della polvere formi una depressione rispetto alla superficie superiore dello stampo; c) slightly compressing said mixture in the slot, so that the free surface of the powder forms a depression with respect to the upper surface of the mold;

d) riempire a rasamente detta depressione con polvere di un materiale brasante; e) sovrapporre al primo stampo un secondo stampo in materiale inerte con almeno un foro passante, in modo tale che il foro nel secondo stampo sia coassiale con la cava del primo stampo; d) completely filling said depression with powder of a brazing material; e) overlapping the first mold with a second mold made of inert material with at least one through hole, so that the hole in the second mold is coaxial with the slot of the first mold;

f) inserire nel foro del secondo stampo una parte metallica che costituisce la base del catodo getter deH'emettitore miniaturizzato di raggi X; f) inserting in the hole of the second mold a metal part which constitutes the base of the getter cathode of the miniaturized X-ray emitter;

g) inserire l'insieme costituito dai due stampi e dalle polveri e parti in essi contenuti in un forno e sottoporre ad un trattamento termico di sinterizzazione della miscela tra polveri di materiale getter e polveri di materiale sinterizzante; g) insert the assembly consisting of the two molds and the powders and parts contained therein in an oven and subject the mixture of getter material powders and sintering material powders to a sintering heat treatment;

h) alla fine del trattamento termico di sinterizzazione, estrarre dagli stampi il dispositivo risultante costituito dal catodo getter e dalla base metallica. h) at the end of the sintering heat treatment, extract the resulting device consisting of the getter cathode and the metal base from the molds.

L’invenzione verrà descritta nel seguito con riferimento ai disegni in cui: - la Fig. 1 mostra schematicamente in scala ingrandita una sezione di un emettitore miniaturizzato di raggi X; The invention will be described below with reference to the drawings in which: - Fig. 1 schematically shows a section of a miniaturized X-ray emitter on an enlarged scale;

- la Fig. 2 mostra il risultato delle principali operazioni di un primo processo dell'invenzione; - Fig. 2 shows the result of the main operations of a first process of the invention;

- la Fig. 3 mostra un catodo getter prodotto secondo il processo rappresentato in Fio 2-- la Fig. 4 mostra il risultato di due operazioni di una variante del processo rappresentato in Fig. 2; - Fig. 3 shows a getter cathode produced according to the process represented in Fig. 2 - Fig. 4 shows the result of two operations of a variant of the process represented in Fig. 2;

- la Fig. 5 mostra le operazioni iniziali di un altro possibile processo dell'invenzione; e - Fig. 5 shows the initial operations of another possible process of the invention; And

- le Figg. 6 e 7 mostrano due possibili catodi getter prodotti secondo il processo rappresentato in Fig. 5. - Figs. 6 and 7 show two possible getter cathodes produced according to the process represented in Fig. 5.

La figura 1 mostra in maniera schematica la sezione di un emettitore miniaturizzato 10 di raggi X. L’emettitore 10 è costituito da una parete laterale, generalmente cilindrica, 11, chiusa alle estremità da una parte generalmente metallica, 12, che costituisce la base che porta il catodo 13, e da una parte realizzata con un metallo pesante, 14, che costituisce l'anodo. La parete 11 è generalmente saldata per brasatura alla parte 12 e all'anodo 14 (0 ad una parte che porta l’anodo) rispettivamente nelle zone 15 e 16, definendo uno spazio sigillato, 17, che deve essere mantenuto evacuato per garantire che gli elettroni emessi dal catodo 13 raggiungano l'anodo 14. La figura non mostra il dispositivo getter, che può essere integrato nel catodo 13, oppure presente come elemento separato. L’emettitore 10 ha un diametro esterno generalmente inferiore a 3 mm, e preferibilmente inferiore a 1,5 min, e una lunghezza inferiore a 5 mm e preferibilmente inferiore a 3 mm. Il montaggio ed il collegamento elettrico dell'emettitore 10 su un catetere 0 sulla punta di un sottile tubicino (non mostrati in figura) sono noti dai brevetti citati. La parete Il e generalmente realizzata con materiali contenenti atomi a basso numero atomico, come diamante o nitruro di boro, per garantire la massima trasmissione all'esterno dei raggi X; la base 12 del catodo è generalmente realizzata in materiali metallici, come molibdeno o tungsteno, mentre l'anodo è realizzato con un metallo pesante, come tungsteno o platino. Figure 1 schematically shows the section of a miniaturized X-ray emitter 10. The emitter 10 consists of a side wall, generally cylindrical, 11, closed at the ends by a generally metallic part, 12, which forms the base which carries the cathode 13, and on one side made of a heavy metal, 14, which constitutes the anode. Wall 11 is generally brazed to part 12 and anode 14 (or to a part carrying the anode) in zones 15 and 16 respectively, defining a sealed space, 17, which must be kept evacuated to ensure that the electrons emitted by the cathode 13 reach the anode 14. The figure does not show the getter device, which can be integrated in the cathode 13, or present as a separate element. The emitter 10 has an external diameter generally less than 3 mm, and preferably less than 1.5 min, and a length of less than 5 mm and preferably less than 3 mm. The mounting and electrical connection of the emitter 10 on a catheter 0 on the tip of a thin tube (not shown in the figure) is known from the cited patents. Wall II is generally made of materials containing low atomic number atoms, such as diamond or boron nitride, to ensure maximum transmission of X-rays to the outside; the base 12 of the cathode is generally made of metallic materials, such as molybdenum or tungsten, while the anode is made of a heavy metal, such as tungsten or platinum.

La figura 2 rappresenta in sezione il risultato delle principali operazioni che compongono il processo dell'invenzione nella sua variante più semplice. Figure 2 represents in section the result of the main operations that make up the process of the invention in its simplest variant.

Nell’operazione a viene predisposto un primo stampo in materiale inerte, 20, con almeno una cava 21. La cava 21 ha un asse perpendicolare alla superficie superiore dello stampo, 22. Lo stampo 20 è realizzato con un materiale che possa resistere senza alterazioni e senza interagire con i materiali in esso contenuti durante i trattamenti termici del processo, che si svolgono generalmente a temperature comprese tra circa 750 e 1100 °C sotto vuoto. Materiali adatti allo scopo sono per esempio la grafite o materiali ceramici come il nitruro di boro. In operation a, a first mold in inert material, 20, is prepared with at least one slot 21. The slot 21 has an axis perpendicular to the upper surface of the mold, 22. The mold 20 is made of a material that can resist without alteration and without interacting with the materials contained therein during the heat treatments of the process, which generally take place at temperatures between about 750 and 1100 ° C under vacuum. Materials suitable for this purpose are for example graphite or ceramic materials such as boron nitride.

Nell'operazione b la cava 21 viene riempita a rasamento con una miscela, 23, comprendente polveri di almeno un materiale getter e di almeno un materiale sinterizzante. Il riempimento a rasamento è una tecnica nota, e consiste nell'introdurre una polvere in una cavità fino a riempirla completamente e pulire la superficie dello stampo con una lama per rimuovere la parte di polvere in eccesso che fuoriesce dalla cavità. Il materiale getter è generalmente una lega a base di zirconio o titanio con uno o più elementi scelti tra gli elementi di transizione e alluminio, come per esempio le leghe Zr-Al descritte nel brevetto US 3.203.901 ed in particolare la lega di composizione percentuale in peso Zr 84% - Al 16%, prodotta e venduta dalla Richiedente sotto il nome St 101; le leghe Zr-V-Fe descritte nel brevetto US 4.312.669 ed in particolare la lega di composizione percentuale in peso Zr 70% - V 24,6% - Fe 5,4%, prodotta e venduta dalla Richiedente soto il nome St 707; e le leghe Ti-V-Mn descrite nel breveto US 4.457.891. Il materiale sinterizzante è generalmente zirconio, titanio, loro idruri, o una miscela di questi. Le miscele preferite per gli scopi dell'invenzione sono la miscela comprendente, in peso, 70% di Ti e 30% di lega St 101; la miscela comprendente 70% di Ti e 30% di lega St 707; la miscela comprendente 40% di Zr e 60% di lega St 707; e la miscela comprendente 60% di Ti e 40% di lega St 707. Preferibilmente, almeno il 10% del titanio e dello zirconio sono sostituiti dai loro idruri, che durante il tratamento termico rilasciano idrogeno, contribuendo a disossidare la superficie delle particelle e favorendo cosi la sinterizzazione. Le polveri che compongono la miscela 23 hanno preferibilmente granulometria inferiore a 50 pm: granulometrie superiori darebbero luogo a catodi geter con superficie mollo disomogenea (con conseguenti difficoltà di controllo dell'emissione elettronica) ed eccessivamente porosi (con problemi di scarsa conducibilità elettrica). In operation b the slot 21 is filled to level with a mixture 23 comprising powders of at least one getter material and of at least one sintering material. Shim filling is a known technique, and consists in introducing a powder into a cavity until it is completely filled and cleaning the surface of the mold with a blade to remove the part of excess powder that comes out of the cavity. The getter material is generally a zirconium or titanium-based alloy with one or more elements selected from the transition elements and aluminum, such as for example the Zr-Al alloys described in US patent 3.203.901 and in particular the alloy with a percentage composition by weight Zr 84% - At 16%, produced and sold by the Applicant under the name St 101; the Zr-V-Fe alloys described in US patent 4,312,669 and in particular the alloy with a percentage composition by weight Zr 70% - V 24.6% - Fe 5.4%, produced and sold by the Applicant under the name St 707 ; and the Ti-V-Mn alloys described in US patent 4,457,891. The sintering material is generally zirconium, titanium, their hydrides, or a mixture of these. The preferred mixtures for the purposes of the invention are the mixture comprising, by weight, 70% of Ti and 30% of alloy St 101; the mixture comprising 70% of Ti and 30% of St 707 alloy; the mixture comprising 40% of Zr and 60% of St 707 alloy; and the mixture comprising 60% of Ti and 40% of St 707 alloy. Preferably, at least 10% of the titanium and zirconium are replaced by their hydrides, which during heat treatment release hydrogen, helping to deoxidize the surface of the particles and favor so is sintering. The powders that make up the mixture 23 preferably have a particle size lower than 50 µm: higher particle sizes would give rise to geter cathodes with a soft inhomogeneous surface (with consequent difficulties in controlling the electronic emission) and excessively porous (with problems of poor electrical conductivity).

Nell'operazione c, dopo il riempimento a rasamento la polvere della miscela 23 viene lievemente compressa nella cava 21 con un apposito punzone (non mostrato in figura), ottenendo una depressione 24 rispetto alla superficie 22; in alternativa, la depressione 24 può essere formata per vibrazione dello stampo 20, che causa l'assestamento delle polveri e l'abbassamento del livello delle stesse nella cava 21. In operation c, after the level filling the powder of the mixture 23 is slightly compressed in the groove 21 with a suitable punch (not shown in the figure), obtaining a depression 24 with respect to the surface 22; alternatively, the depression 24 can be formed by vibration of the mold 20, which causes the settling of the powders and the lowering of the level of the same in the slot 21.

La depressione 24 viene poi riempita a rasamento con polvere di un materiale brasante 25 (operazione d). Il materiale 25 deve avere una temperatura di fusione simile a quella impiegata di seguito nel processo per la sinterizzazione della miscela 23. In particolare, detta temperatura di fusione non deve essere inferiore a quella di sinterizzazione, per evitare che il materiale 25 fondendo vada ad inglobare le polveri della miscela 23, riducendone o annullandone l'effeto di getteraggio dei gas; d'altra parte, la temperatura di fusione del materiale 25 è preferibilmente non più di 10-15 °C superiore alla temperatura di sinterizzazione, per consentire la sua brasatura ed adesione alla miscela 23 e alla parte metallica 12 o 12' in un passaggio del processo descritto nel seguito. Il materiale 25 ha preferibilmente una granulometria inferiore a circa 100 pm: granulometrie superiori renderebbero difficoltoso il contatto tra il corpo formato dalla sinterizzazione della miscela 23 e la parte metallica 12 o 12'. I materiali brasanti preferiti sono l'argento, le leghe argento-rame con contenuto in peso di argento superiore a circa il 60% ed in particolare la composizione eutettica contenente il 72% di argento, e le leghe argento-rame-oro. L'argento puro e la composizione eutettica hanno il vantaggio di avere una temperatura di fusione ben definita, e quindi di permettere di fissare al meglio i parametri del processo, mentre le altre leghe vengono scelte quando la sinterizzazione deve essere effettuata a temperature differenti da quelle di fusione dell'argento e della composizione Ag-Cu eutettica; in particolare, le leghe Ag-Cu-Au vengono impiegate quando si deve ricorrere a temperature di sinterizzazione elevate. The depression 24 is then filled to level with powder of a brazing material 25 (operation d). The material 25 must have a melting temperature similar to that used below in the process for the sintering of the mixture 23. In particular, said melting temperature must not be lower than the sintering temperature, to prevent the material 25 from melting into the powders of the mixture 23, reducing or canceling their getter effect; on the other hand, the melting temperature of the material 25 is preferably no more than 10-15 ° C higher than the sintering temperature, to allow its brazing and adhesion to the mixture 23 and to the metal part 12 or 12 'in a passage of the process described below. The material 25 preferably has a particle size lower than about 100 µm: higher particle sizes would make contact between the body formed by the sintering of the mixture 23 and the metal part 12 or 12 'difficult. The preferred brazing materials are silver, silver-copper alloys with a silver weight content higher than about 60% and in particular the eutectic composition containing 72% silver, and silver-copper-gold alloys. Pure silver and the eutectic composition have the advantage of having a well-defined melting temperature, and therefore of allowing the process parameters to be set in the best possible way, while the other alloys are chosen when sintering must be carried out at temperatures different from those of melting silver and the eutectic Ag-Cu composition; in particular, Ag-Cu-Au alloys are used when high sintering temperatures are required.

Le operazioni di riempimento a rasamento della cava 21 con la miscela 23, di formazione della depressione 24 e di riempimento a rasamento di detta depressione con la polvere di materiale 25, vengono preferibilmente eseguite mantenendo lo stampo 20 in vibrazione: questo favorisce la migliore occupazione dello spazio disponibile da parte delle polveri, così da minimizzare i restringimenti nei trattamenti termici successivi assicurando la migliore riproducibilità di forma e dimensioni del catodo getter finale. The operations of filling the groove 21 with the mixture 23, forming the depression 24 and filling the depression with the material powder 25, are preferably carried out by keeping the mold 20 in vibration: this favors the best occupation of the space available by the powders, so as to minimize shrinkage in subsequent heat treatments ensuring the best reproducibility of shape and size of the final getter cathode.

Nell'operazione e allo stampo 20 viene sovrapposto un secondo stampo, 26, realizzato con un materiale inerte nelle condizioni dei trattamenti termici del processo; questo materiale è generalmente (ma non necessariamente) lo stesso dello stampo 20. Lo stampo 26 ha almeno un foro passante 27 di diametro corrispondente alla parte 12, e viene disposto sullo stampo 20 in posizione tale che il foro 27 sia coassiale con la cava 21. L'esatto posizionamento reciproco degli stampi 20 e 26 è preferibilmente garantito nei diversi cicli produttivi con il ben noto metodo della "spinatura", secondo cui gli stampi sono provvisti di almeno due (meglio 3 o 4) sottili fori passanti (non rappresentati) in posizioni corrispondenti nei diversi stampi, in cui vengono introdotti perni di altezza pari almeno alla somma dell’altezza di tutti gli stampi sovrapposti. In the operation and the mold 20 is superimposed on a second mold, 26, made of an inert material under the conditions of the heat treatments of the process; this material is generally (but not necessarily) the same as the mold 20. The mold 26 has at least one through hole 27 with a diameter corresponding to the part 12, and is arranged on the mold 20 in such a position that the hole 27 is coaxial with the slot 21 . The exact reciprocal positioning of the molds 20 and 26 is preferably guaranteed in the various production cycles with the well-known "pinning" method, according to which the molds are provided with at least two (preferably 3 or 4) thin through holes (not shown) in corresponding positions in the different molds, in which pins with a height at least equal to the sum of the height of all the superimposed molds are introduced.

Nel foro 27 viene poi inserita la parte 12 (operazione f). Part 12 is then inserted into hole 27 (operation f).

Nell'operazione g (non rappresentata in figura 2), l'insieme così costituito viene inserito in un forno e sottoposto ad un trattamento termico di sinterizzazione delle polveri di materiale getter. Il trattamento termico avviene preferibilmente sotto vuoto (pressioni inferiori a IO<"6 >mbar) e richiede generalmente da 1 minuto a 2 ore. La temperatura di trattamento è generalmente compresa tra 750 e 1100 °C. Il valore esatto viene determinato in funzione della specifica miscela 23 impiegata. Durante il trattamento, lo stampo 26 può essere coperto con un peso (non mostrato in figura) che assicura che la parte 12 venga a contatto con il materiale brasante 25. In operation g (not shown in Figure 2), the assembly thus constituted is inserted into an oven and subjected to a sintering heat treatment of the getter material powders. The heat treatment is preferably carried out under vacuum (pressures below 10 <"6> mbar) and generally takes from 1 minute to 2 hours. The treatment temperature is generally between 750 and 1100 ° C. The exact value is determined according to the specific mixture 23 used During the treatment, the mold 26 can be covered with a weight (not shown in the figure) which ensures that the part 12 comes into contact with the brazing material 25.

Infine, l'ultima operazione del processo, h (non rappresentata in figura 2), consiste neH'estrarre l'insieme degli stampi dal forno ed estrarre da questi il prodotto finale. Questo prodotto è il dispositivo 30 mostrato (in vista laterale) in figura 3, che comprende la parte metallica 12 collegata al catodo getter 31 tramite la parte 32, formata dal materiale brasante 25. Per come viene prodotto, il dispositivo 30 garantisce l'esattezza e la riproducibilità della distanza tra la punta del catodo getter 31 (indicata con 33 in figura) e la superficie 34 della parte 12, e quindi la distanza tra catodo e anodo nell'emettitore 10; il dispositivo 30 così ottenuto garantisce inoltre la coassialità della parte 12 e del catodo getter 31, e quindi di questo con l'emettitore 10. Finally, the last operation of the process, h (not represented in figure 2), consists in extracting all the molds from the oven and extracting the final product from them. This product is the device 30 shown (side view) in Figure 3, which comprises the metal part 12 connected to the getter cathode 31 through the part 32, formed by the brazing material 25. As it is produced, the device 30 guarantees the accuracy and the reproducibility of the distance between the tip of the getter cathode 31 (indicated by 33 in the figure) and the surface 34 of the part 12, and therefore the distance between the cathode and anode in the emitter 10; the device 30 thus obtained also ensures the coaxiality of the part 12 and the getter cathode 31, and therefore of this with the emitter 10.

Il processo è stato fin qui descritto con riferimento alla produzione di un singolo dispositivo 30 ma, date le piccole dimensioni di questi insiemi, per aumentare la produttività del processo questi vengono generalmente prodotti in più pezzi alla volta, impiegando stampi 20 e 26 con una pluralità di cave 21 e fori 27 in posizioni corrispondenti. The process has been described up to now with reference to the production of a single device 30 but, given the small dimensions of these assemblies, to increase the productivity of the process these are generally produced in several pieces at a time, using molds 20 and 26 with a plurality of slots 21 and holes 27 in corresponding positions.

La figura 4 rappresenta in sezione il risultato di due operazioni di una variante del processo prima descritto. In questa variante, l'operazione d viene seguita da una compressione eventualmente aiutata da vibrazione della polvere di materiale brasante, 25, nella cava 21, dando luogo ad una depressione 40 rispetto alla superficie 22 (operazione d'). Di seguito, nell'operazione f, nel foro 27 dello stampo 26 si inserisce una parte metallica 12'; questa è differente rispetto alla parte 12 per avere, nella parte centrale della superficie che viene a contatto con il materiale 25. una parte in rilievo 41 di diametro corrispondente a quello della cava 21. Applicando una compressione (dinamica, per esempio con un punzone, o statica, per sovrapposizione di un peso) alla parte 12', si assicura un miglior contatto tra questa e la polvere di materiale brasante durante la sinterizzazione, e quindi una maggiore resistenza meccanica del pezzo finito. Figure 4 is a sectional view of the result of two operations of a variant of the process described above. In this variant, the operation d is followed by a compression possibly aided by vibration of the powder of brazing material, 25, in the groove 21, giving rise to a depression 40 with respect to the surface 22 (operation d '). Subsequently, in operation f, a metal part 12 'is inserted into the hole 27 of the mold 26; this is different from part 12 in that it has, in the central part of the surface that comes into contact with the material 25. a raised part 41 with a diameter corresponding to that of the slot 21. By applying a compression (dynamic, for example with a punch, or static, by superimposing a weight) on the part 12 ', a better contact is ensured between this and the powder of the brazing material during sintering, and therefore a greater mechanical resistance of the finished piece.

Per migliorare le proprietà di emissione elettronica (funzionalità catodica) de! catodo getter 31, è possibile mescolare polvere di diamante alla miscela 23 ed impiegare questa miscela nell’operazione b. La polvere di diamante impiegata ha preferibilmente granulometria compresa tra circa 1 e 50 pm, e ancor più preferibilmente di circa 10 pm. In alternativa, sulla punta 33 può essere depositato un sottile strato di diamante con uno dei metodi di "CVD" o "laser ablation" prima citati. Poiché gli strati sottili ottenuti con queste tecniche hanno spessori dell'ordine del millesimo di millimetro, questa operazione non modifica le relazioni geometriche tra il catodo getter 31 e l'anodo 14 nell'emettitore 10. To improve the electron emission properties (cathodic functionality) de! getter cathode 31, it is possible to mix diamond powder to the mixture 23 and use this mixture in operation b. The diamond powder used preferably has a particle size comprised between about 1 and 50 µm, and even more preferably of about 10 µm. Alternatively, a thin diamond layer can be deposited on the tip 33 with one of the "CVD" or "laser ablation" methods mentioned above. Since the thin layers obtained with these techniques have thicknesses of the order of one thousandth of a millimeter, this operation does not change the geometric relationships between the getter cathode 31 and the anode 14 in the emitter 10.

La figura 5 rappresenta in sezione il risultato delle principali operazioni di un'ulteriore variante del processo dell’invenzione, che porta in questo caso ad un prodotto finale con una struttura diversa da quella del dispositivo 30. Secondo questa variante, viene predisposto in un'operazione a' uno stampo in materiale inerte, 50, che presenta una cava 51 avente una profondità che è solo una frazione della lunghezza del catodo getter da produrre. Figure 5 represents in section the result of the main operations of a further variant of the process of the invention, which in this case leads to a final product with a structure different from that of the device 30. According to this variant, it is arranged in a operation involving a mold in inert material, 50, which has a slot 51 having a depth which is only a fraction of the length of the getter cathode to be produced.

La cava 51 viene riempita a rasamente (operazione b') con una miscela, 52, costituita da polvere di diamante con la stessa granulometria descritta in precedenza e da polvere di un materiale facilmente sinterizzabile, preferibilmente idruro di titanio avente granulometria inferiore a 50 μπι e preferibilmente compresa tra circa 5 e 10 uni. La miscela 52 potrebbe anche essere formata da polvere di diamante e da una delle miscele 23 descritte in precedenza. The cavity 51 is filled to a level (operation b ') with a mixture, 52, consisting of diamond powder with the same particle size described above and of powder of an easily sinterable material, preferably titanium hydride having a particle size lower than 50 μπι and preferably comprised between about 5 and 10 units. Blend 52 could also consist of diamond dust and one of the blends 23 described above.

Nell'operazione successiva, b", allo stampo 50 viene sovrapposto uno stampo in materiale inerte, 53, che presenta un foro passante, 54, dello stesso diametro della parte superiore della cava 51. In the subsequent operation, b ", the mold 50 is superimposed with a mold made of inert material, 53, which has a through hole, 54, of the same diameter as the upper part of the slot 51.

Infine, nell'operazione b'" il foro 54 viene riempito a rasamente con polvere 55 di una miscela tra almeno un materiale getter ed un materiale sinterizzabile, analoga alla miscela 23 descritta in precedenza. Finally, in operation b '"the hole 54 is filled with powder 55 of a mixture of at least one getter material and a sinterable material, similar to the mixture 23 described above.

L’insieme costituito dagli stampi 50 e 53 e dai materiali in essi contenuti che si ottiene alla fine dell'operazione b'<M >è, in questa variante, l'equivalente dello stampo 20 riempito con la miscela 23 che si ha dopo l'operazione b del processo base. Le operazioni successive di questa variante del processo coincidono con quelle c-f del processo base, con l'eventuale variante d' e l'impiego nell'operazione f di una parte di tipo 12', come descritto in precedenza con riferimento alla figura 4. The set consisting of the molds 50 and 53 and the materials contained therein obtained at the end of operation b '<M> is, in this variant, the equivalent of the mold 20 filled with the mixture 23 which occurs after the operation b of the basic process. The subsequent operations of this variant of the process coincide with those c-f of the basic process, with the possible variant d 'and the use in operation f of a part of type 12', as previously described with reference to Figure 4.

Le figure 6 e 7 mostrano in vista laterale due possibili dispositivi ottenuti secondo questa variante del processo dell'invenzione. Figures 6 and 7 show a side view of two possible devices obtained according to this variant of the process of the invention.

Il dispositivo 60 della figura 6 è costituito da una punta 61, formata dalla miscela 52 di materiale sinterizzante (per esempio, idruro di titanio) e diamante, da una parte 62 costituita da polvere di miscela 55 e da una parte 63 costituita dal materiale brasante 25, che collega il catodo getter vero e proprio alla parte metallica di base 12. The device 60 of Figure 6 is constituted by a tip 61, formed by the mixture 52 of sintering material (for example, titanium hydride) and diamond, by a part 62 constituted by powder of mixture 55 and by a part 63 constituted by the brazing material 25, which connects the actual getter cathode to the metal base part 12.

Analogamente, il dispositivo 70 della figura 7 è costituito da una punta 71 formata dalla miscela 52, da una parte 72 costituita da polvere di miscela 55 e da una parte 73 costituita dal materiale brasante 25, che collega il catodo getter alla parte metallica di tipo 12'. Similarly, the device 70 of figure 7 is constituted by a tip 71 formed by the mixture 52, by a part 72 constituted by powder of mixture 55 and by a part 73 constituted by the brazing material 25, which connects the getter cathode to the metal part of the type 12 '.

Per la realizzazione delle operazioni a'-b'" si impiegano gli stessi materiali e le stesse tecniche descritti in precedenza con riferimento al processo della figura 2. In particolare, gli stampi 50 e 53 saranno preferibilmente realizzati in grafite o nitruro di boro; le esatte relazioni geometriche tra questi stampi saranno preferibilmente assicurate col metodo della spinatura; e le operazioni di riempimento della cava 51 e del foro 54 saranno assistite tramite vibrazione degli stampi. To carry out operations a'-b '", the same materials and the same techniques described above with reference to the process of Figure 2 are used. In particular, the molds 50 and 53 will preferably be made of graphite or boron nitride; exact geometric relationships between these molds will preferably be ensured by the pinning method, and the filling operations of the slot 51 and the hole 54 will be assisted by vibration of the molds.

Claims

CLAIMS 1. Process for the production of devices that integrate the cathode and getter functions for miniaturized X-ray emitters which includes the operations of: a) providing a first mold (20; 50) in inert material, with at least one non-passing slot (21; 51) which has an axis perpendicular to the upper surface (22) of the mold; b) filling said hollow to level with a mixture (23,52) comprising powders of at least one getter material and of at least one sintering material; c) slightly compressing said mixture in the slot, so that the free surface of the powder forms a depression (24) with respect to the upper surface (22) of the mold; d) filling said depression to level with powder (25) of a brazing material; e) overlapping the first mold with a second mold (26) made of inert material with at least one through hole (27), so that the hole in the second mold is coaxial with the slot of the first mold; f) insert in the hole of the second mold a metal part (12.12 ') which forms the base of the cathode of the miniaturized X-ray emitter; g) insert the assembly consisting of the two molds (20, 26), and the powders and parts contained therein in an oven and subject the mixture (23) to a heat treatment of sintering between getter material powders and sintering material powders ; h) at the end of the sintering heat treatment, extract from the molds the resulting device (30; 60; 70) consisting of a getter cathode with a metal base.

2. Process according to claim 1 characterized in that: - operation d) is followed by operation d '), in which the powder of brazing material (25) is compressed, giving rise to a depression (40) with respect to the upper surface (22) of the mold (20); And - in operation f), in the hole (27) of the mold (26) a metal part (12 ') is inserted having, in the central part of the surface that comes into contact with the brazing material (25), a part in relief ( 41) with a diameter corresponding to that of the groove (21).

3. Process according to claim 1 characterized in that operations a) and b) are carried out by means of the following operations: a ') providing a mold in inert material (50) which has at least one slot (51) having a depth less than the length of the getter cathode to be produced; b ') fill said hollow (51) with a mixture (52) consisting of diamond powder and powder of an easily sinterable material; b ") superimposing on the mold (50) a second mold (53) made of inert material which has at least one through hole (54) of the same diameter as the upper part of said groove (51); b <1> ") to fill the hole (54) with powder of a mixture (55) between at least one getter material and a sinterable material.

Process according to one of claims 1 to 3 wherein the molds (20, 26; 50, 53) are made of a material selected from graphite and boron nitride.

5. Process according to one of claims 1 to 3 wherein the mixture (23; 55) between the geter material and the sinterable material comprises as the getter material an alloy based on zirconium or titanium with one or more elements selected from the transition elements and aluminum, and as sintering material one or more of zirconium, titanium, their hydrides, or a mixture of these.

6. Process according to claim 5 in which the getter material is selected between the alloy with a percentage composition by weight Zr 84% - Al 16% and the alloy with a percentage composition by weight Zr 70% - V 24.6% - Fe 5, 4%.

7. Process according to claim 5 wherein the getter material has a particle size lower than 50 μιη.

Process according to one of claims 1 to 3 wherein the brazing material (25) has a melting temperature not lower than that of the sintering heat treatment of the mixture (23, 55) between getter material and sintering material.

9. Process according to claim 8 wherein the brazing material has a melting temperature not higher than 15 ° C over the temperature of said heat treatment.

Process according to claim 8 wherein the brazing material (25) is selected from silver, an alloy of silver-copper composition with a silver weight content greater than about 60% and silver-copper-gold alloys.

11. The process of claim 10 wherein the brazing material is a silver-copper alloy containing about 72% by weight of silver.

12. The process of claim 8 wherein the brazing material has a particle size of less than about 100 µm.

13. Process according to one of claims 1 to 3, wherein the operations of flush filling the slots (21, 51) with mixtures of powders (23, 55), forming depressions (24, 40) and filling flush of said depressions with powders of the brazing material (25) are made by keeping the molds (20, 26; 50, 53) in vibration.

14. Process according to one of claims 1 to 3 wherein the sintering heat treatment of the mixture (23, 55) of getter material and sintering material powders takes place at pressures below 10 <-6> mbar, at a temperature between about 750 and 1100 ° C, and for a time between about 1 minute and 2 hours.

Process according to one of claims 1 or 2, further comprising a step of depositing a thin layer of diamond on the tip of the getter cathode.

Process according to one of claims 1 or 2, wherein in step b) a mixture of diamond powder and powder of mixture (23) between getter material and sintering material is used.

17. Process according to claim 16 wherein the diamond powder has a gr anulometry between 1 and 50 µm.

18. Process according to any one of the preceding claims in which the molds (20, 26; 50, 53) have a plurality of slots (21, 51) and holes (27, 54) in corresponding positions.

19. Device (30) which integrates the cathode and getter finishes for miniaturized X-ray emitters, comprising a getter cathode (31) and a part (32) formed by material e. brazing agent (25) for connection to a surface (34) of a base metal part (12) which constitutes a part of the wall of the miniature X-ray emitter.

20. Device according to claim 19 in which the getter cathode (31) consists of a single mixture (23) between getter material and sintered sintering material so as to protrude from said part (12) and on whose tip or free end (33 ) a thin layer of diamond is deposited. A device according to claim 19 wherein the getter cathode (31) consists of a sintered mixture of diamond powders, getter material and sintering material. 22. Device (60) which integrates the cathode and getter functions for miniaturized X-ray emitters comprising a tip (61) formed by a mixture (52) of a sinterable material and diamond, on a part (62) formed by powder of a mixture (55) between getter material and sintering material, and by a part (63) formed by a brazing material (25) which connects said part (62) to a base metal part (12) which constitutes a part of the wall of the the miniature X-ray emitter.

21. Device (70) which integrates the cathode and getter functions for miniaturized X-ray emitters comprising a tip (71) formed by a mixture (52) of sinterable material and diamond, from a part (72) formed by powder of a mixture (55) between getter material and sintering material, and by a part (73) formed by a brazing material (25) which connects said part (72) to a base metal part (12 <1>) which constitutes a part of the wall of the miniature X-ray emitter.