JPS62290051A - Ｘ線管タ−ゲツト用の熱放射性被膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 発明の背景 本発明はＸ線装置に関するものであって、更に詳しく言
えば、Ｘ線管ターゲット用の熱放射性被膜に関する。

Ｘ線管は、真空中において強い電界の作用下で電子ビー
ムを加速し、そして高速で金属製ターゲットに衝突させ
る装置である。かかる電子がターゲットとの衝突によっ
て減速されると、ターゲットからはＸ線ビームが放出さ
れる。

その場合、Ｘ線の発生に役立つのは電子エネルギーの約
１％に過ぎないのであって、残りは熱として放散される
。かかる熱の放散を助けるため、ターゲット上には熱放
射性の被膜が設置されるのが通例である。

かかる熱放射性被膜の一例として、ジルコニウム、カル
シウムおよびチタンの酸化物から成るセラミック層が使
用されている。このような被膜の形成に当っては、酸化
カルシウム、二酸化ジルコニウムおよび二酸化チタンの
混合物を焼結することによってセラミック塊状体が生成
される。かかるセラミック塊状体を粉砕してからふるい
分けすることにより、適当な粒度範囲（たとえば、約１
０〜約３７ＩＪｘｎの粒度範囲）を有する粉末が得られ
る。かかる粉末が通常のプラズマ溶射技術によってター
ゲット上に付着させられる。最後に、付着被膜を有する
ターゲットの焼付けを行うことにより、粉末がターゲッ
ト表面に融着されると共にターゲットのガス抜きが達成
される。

最新のＸ線管ターゲットにおいては、モリブデンまたは
それの合金から成る基体が使用されている。約１６００
℃を越える温度下では、それらは炭素を遊離する。上記
のごとき従来の熱放射性被膜粉末は、平滑な密着性被膜
を形成するために約１６４０℃の焼付は温度を必要とす
る。しかるに、遊離した炭素は界面において被膜と反応
して二酸化炭素ガスを生成し、それによって付着力を低
下させる。その結果、密着性の悪い被膜が生じる場合が
ある。

発明の目的および要約 本発明の目的の１つは、先行技術の欠点を解消するよう
なＸ線管ターゲット用の熱放射性被膜を提供することに
ある。

また、改善された放射率を有する平滑な密着性被膜でＸ
線管ターゲットを被覆するための方法を提供することも
本発明の目的の１つである。

更にまた、焼付は時間を延長してターゲット基体の満足
すべきガス抜きを達成し得るようなＸ線管ターゲットの
被覆方法を提供することも本発明の目的の１つである。

そのために使用される二酸化ジルコニウムはまた、被膜
の密着性を向上させると共に被膜の放射率を多少増大さ
せるためにも役立つ。

簡単に述べれば、本発明においては二酸化チタンと酸化
カルシウムとの機械的混合物が使用される。かかる混合
物を焼結してから粉砕することにより、Ｘ線管のターゲ
ット上に付着させるためのセラミック粉末が得られる。

セラミック粉末を付着させたターゲットを所定の焼付は
温度下で加熱して粉末を融着させることにより、改善さ
れた放射率を有する被膜が形成される。所要の焼付は温
度は、二酸化チタンと酸化カルシウムとの比率を変化さ
せることによって調節可能である。焼結および粉砕済み
のセラミック粉末をＸ線管ターゲット上に付着させるの
に先立ち、二酸化ジルコニウムを機械的に混入すれば、
被膜を劣化させることなしに焼付は温度を延長してター
ゲット基体の満足すべきガス抜きを達成することができ
る。このようにしてターゲット上に形成された被膜は、
放射率の改善を示すと共に、従来の被膜に比べて結合強
さの改善をも示す。

本発明の一側面に従えば、Ｘ線管ターゲットの基体上に
熱放射性被膜を形成するための方法が提供される。かか
る方法は、（ａ）約７７〜約８５（重量）％の二酸化チ
タンと約２３〜約１５（重量）％の酸化カルシウムとを
機械的に混合して混合物を調製し、（ｂ）この混合物を
それの融解温度よりも低い温度下で焼結することによっ
てセラミック塊状体を生成し、（ｅ）このセラミック塊
状体を粉砕してからふるい分けすることによってセラミ
ック粉末を得、（ｄ）かかるセラミック粉末をＸ線管タ
ーゲットの基体上に付着させ、次いで（ｅ）そのセラミ
ック粉末を前記基体に融着させるのに有効な温度および
時間を用いて基体およびセラミック粉末の焼付けを行う
諸工程から成るものである。

本発明の別の側面に従えば、上記の方法によって形成さ
れた被膜が提供される。

本発明の更に別の側面に従えば、上記の方法によって形
成された被膜を具備するＸ線管ターゲットが提供される
。

本発明の上記およびその他の目的、特徴並びに利点は、
添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによっ
て自ら明らかとなろう。なお、図面中の各国においては
、同一の構成要素は同一の参照番号によって示されてい
る。

好適な実施の態様の詳細な説明 先ず第１図を見ると、本発明の被膜を付着させることの
できるＸ線管ターゲット１０が示されている。Ｘ線管タ
ーゲット１０は、たとえばモリブデンあるいは商業的に
入手可能なモリブデンおよびタングステンの合金（たと
えば、ＴＺＭやＭＴ−１０４）のごとき任意の常用材料
から成るものであればよい。Ｘ線管ターゲット１０を包
囲する真空中においてタングステンの傾斜面１２に高速
の電子ビームが衝突すれば、扇形のＸ線ビーム（図示せ
ず）が発生する。

前述の通り、電子ビームが有するエネルギーの大部分は
熱として放散されるのであって、Ｘ線の発生に役立つの
は約１％に過ぎない。Ｘ線管ターゲット１０は真空中に
配置されているから、周囲の気体を通しての対流による
熱放散は放熱手段として利用することはできない。少量
の熱は支持構造物を通しての伝導によって放散されるが
、大部分の熱は放射によって放散させなければならない
。

この場合、Ｘ線管ターゲット１０の許容最高温度によっ
て電子ビームの電力が制限を受け、従ってＸ線出力が制
限を受けることになる。一般に、モリブデンまたはそれ
の合金から成る通常のＸ線管ターゲットに関する許容最
高温度は約１２００℃である。放射による有効熱放散量
は次式によって表わされる。

ｅ　Ｘ　（Ｔ２’　−Ｔｌ’　） 式中、Ｔ２は熱を放射する物体の絶対温度、Ｔ。

は放射を吸収する物体の絶対温度、そしてｅは放射率で
ある。

放射率は物質の種類に応じて広範囲に変化する。

一般に、Ｘ線管ターゲットを製造するための材料となる
金属や合金は約０．１〜約０．３の放射率を有している
。中には、約０．７（７０％）を越える放射率を有する
物質もある。その結果、放射率の大きい物質を含む密着
性の被膜で被覆したＸ線管ターゲットは、かかる被膜を
有しないものに比べ、Ｘ線管ターゲットの温度を許容し
得ないほどに上昇させることなく放射によって遥かに多
量の熱を放散させることができるのである。

次に第２図を見ると、Ｘ線管ターゲット１０は熱放射性
被膜１６で被覆された基体１４から成ることがわかる。

熱放射性被膜１６を形成するための先行技術に従えば、
約４〜約８（重量）％の酸化カルシウムと約９６〜約９
２（重量）％の二酸化ジルコニウムとを混合してから約
２０００℃の温度下で焼結することによって焼結セラミ
ック塊状体（図示せず）が生成される。かかるセラミッ
ク塊状体を粉砕してからふるい分けすることにより、約
１０〜約３７癖の粒度範囲を有する粉末が得られる。こ
の粉末を適当量の二酸化チタンと機械的に混合し、次い
でたとえばプラズマ溶射のごとき通常の技術によって基
体１４上に約１．０〜約１．５ミルの厚さで付着させた
後、粉末を加熱融解することによって平滑な密着性被膜
が形成される。このような材料は、約１０−６Ｔｏｒｒ
の真空中において約１６４０℃の焼付は温度下で約４５
分間にわたり加熱することを必要とする。考え得る幾つ
かの原因の中でも、とりわけ二酸化チタンの還元のため
界面においてガスが発生する結果として、被膜の付着力
（すなわち、結合強さ）は約１００ｐｓ＋である。また
、かかる被膜の放射率は約０．７５である。

このたび本発明者等は、二酸化チタンと酸化カルシウム
とを混合してから焼結および再粉砕を施して得られる混
合物の融解温度は、その中に存在する２種の物質の比率
に依存することを見出した。

すなわち、約８１（重量）％の二酸化チタンと約１９（
重量）％の酸化カルシウムとの混合物は真空中において
約１４２０℃で融解する。二酸化チタンの量が約８１（
重量）％から変化するのに伴い、融解温度は上昇する。

それ故、二酸化チタンと酸化カルシウムとの比率を選定
することによって混合物の融解温度を調節することが可
能である。約７７または約８５（重量）％の二酸化チタ
ンを含有する混合物は約１５５０℃の融解温度を示す。

他方、約９０（重量）％以上または約６５（重量）％以
下の二酸化チタンを含有する混合物は約１８４０℃の融
解温度を有する。

二酸化チタンと酸化カルシウムとを混合してから焼結お
よび再粉砕を施して得られる上記のごとき混合物を基体
１４上に付着させ、次いでそれの融解温度よりも高い温
度下で約１０分間にわたって焼付けた場合には、約４０
００〜５０００ｐｓ＋の結合強さおよび約０．８１３の
放射率を有する平滑な密着性被膜が得られる。これらの
特性はいずれも、先行技術によって達成し得る対応特性
に比べて実質的な改善を示している。

かかる被膜の形成方法について詳しく述べれば、所定量
の二酸化チタンと酸化カルシウムとが機械的に混合され
る。こうして得られた混合物を約１２００℃で焼結する
ことによってセラミック塊状体が生成される。かかるセ
ラミック塊状体を粉砕してからふるい分けすることによ
り、約１０〜約３７／１ｍの粒度範囲を有する粉末が得
られる。この粉末をプラズマ溶射のごとき任意適宜の手
段によって基体１４上に付着させた後、平滑で密着性の
熱放射性被膜１６が形成されるまでＸ線管ターゲット１
０の焼付けが行われる。かかる焼付けは、真空中におい
て約１５００℃で約１０分間にわたる加熱によって完了
させることができる。

本発明者等はまた、平滑な密着性被膜の形成とは異なる
観点からＸ線管ターゲット１０を考察した場合、融解温
度を調節し得ることが重要であるという事実をも見出し
た。上記のごとき処方の場合、過度の焼付は時間は被膜
を劣化させる傾向がある。ところで、焼付は工程は基体
１４のガス抜きのためにも使用される。現行または将来
の基体材料について言えば、焼付は温度を上昇させるこ
とによってガス抜きを促進することができる。従って、
予備焼結済みの混合物中における二酸化チタンの比率を
加減して適当な融解温室を選定すれば、基体１４から炭
素やその他の成分が遊離される温度を越えることなしに
ガス抜きを促進させることができるのである。

従来の基体１４においては、約１６００℃におけるガス
抜きに際して遊離炭素の拡散が起こる。

かかる遊離炭素は被膜と反応して悪影響を及ぼす。

それ故、約１６００℃の基体反応温度よりも低い焼付は
温度を選定することは付着力の低下を回避するために有
効である。基体からの不要の成分放出並びにそれらと被
膜成分との望ましくない反応を回避するためには、基体
反応温度より約２５℃だけ低い焼付は温度を要求するよ
うな融解温度を選定すれば十分である。とは言え、工業
用の温度検出器や温度調節器の誤差を考慮した場合、焼
付は温度を基体反応温度より少なくとも約５０℃だけ低
く維持することが好ましく、更には約１００だけ低く維
持することが一層好ましい。すなわち、約７８〜約８４
（重量）％の二酸化チタンを含有する混合物が好適であ
り、また約７９〜約８２（重量）％の二酸化チタンを含
有する混合物が一層好適である。なお、最も好適な混合
物は約８１（重量）％の二酸化チタンを含有するもので
ある。

上記のごとく、焼付けは基体１４のガス抜きを達成する
ために重要である。本発明者等によれば、ガス抜きのた
めの最適焼付は時間は熱放射性被膜１６を融解させるた
めの最適焼付は時間よりも長いことが見出された。それ
故、満足すべきガス抜きを達成するために十分な時間に
わたって焼付けを継続すれば、熱放射性被膜１６は結晶
質となって剥落し始める可能性がある。そこで本発明者
等は、基体１４上への付着に先立ってセラミック粉末に
二酸化ジルコニウム粉末を混入したところ、融解温度が
僅かに上昇するとは言え、熱放射性被膜の劣化なしに焼
付は時間を顕著に延長し得ることを見出した。すなわち
、混合物の全量を基準として約０〜約５０（重量）％好
ましくは約３５〜約４５（重量）％の割合で二酸化ジル
コニウムを混入すれば満足すべき結果が得られるのであ
る。

なお、二酸化ジルコニウムばかりでなく、とりわけアル
ミニウム、イツトリウム、マグネシウムおよびケイ素を
含有する化合物の使用によってもやはり改善された結果
が得られるものと信じられる。

ここで、従来の被膜と本発明の被膜との相違点をまとめ
て述べておこう。従来の被膜は、酸化カルシウムと二酸
化ジルコニウムとを機械的に混合し、この混合物を焼結
してセラミック塊状体を生成し、このセラミック塊状体
を粉砕してからふるい分けすることによって粉末を得、
この粉末を二酸化チタンと混合し、次いで得られた混合
物を基体１４上に付着させることによって形成される。

本発明の場合には、二酸化チタンと酸化カルシウムとが
最終融解温度を調節するのに有効な比率で混合され、次
いで焼結される。焼結によって得られたセラミック塊状
体の粉砕およびふるい分けを行った後、得られた粉末が
そのまま使用されるか、あるいは焼付は時間を延長する
ために所望される割合の二酸化ジルコニウムを添加した
後に使用される。従来の被膜は基体反応温度よりも高い
焼付は温度を必要とするのに対し、本発明の被膜は基体
反応温度より少なくとも２５℃だけ低い融解温度を有す
ることができる。更にまた、本発明の被膜の融解温度は
予備焼結済みの混合物中に存在する二酸化チタンと酸化
カルシウムとの比率を変化させることによって調節する
ことができる。

以上、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施の
態様を記載したが、本発明がそれらの実施の態様のみに
限定されるわけではないことを理解すべきである。すな
わち、前記特許請求の範囲によって規定された本発明の
範囲および精神から逸脱することなしに様々な変更態様
が可能であることは当業者にとって自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線管ターゲットの側面図、そして第２図は第
１図中の線ト」に沿っての断面図である。 図中、１０はＸ線管ターゲット、１２は傾斜面、１４は
基体、そして１６は熱放射性被膜を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）約７７〜約８５（重量）％の二酸化チタンと
   約２３〜約１５（重量）％の酸化カルシウムとを機械的
   に混合して混合物を調製し、（ｂ）前記混合物をそれの
   融解温度よりも低い温度下で焼結することによってセラ
   ミック塊状体を生成し、（ｃ）前記セラミック塊状体を
   粉砕してからふるい分けすることによってセラミック粉
   末を得、（ｄ）前記セラミック粉末をＸ線管ターゲット
   の基体上に付着させ、次いで（ｅ）前記セラミック粉末
   を前記基体に融着させるのに有効な温度および時間を用
   いて前記基体および前記セラミック粉末の焼付けを行う
   諸工程から成ることを特徴とする、Ｘ線管ターゲットの
   基体上に熱放射性被膜を形成する方法。 ２、前記機械的混合工程において、約７８〜約８４（重
   量）％の二酸化チタンが使用される特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、前記基体上への付着に先立って前記セラミック粉末
   に一定割合の二酸化ジルコニウムを添加する工程が追加
   包含される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記二酸化ジルコニウムの割合が５０（重量）％未
   満である特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記二酸化ジルコニウムの割合が約３５〜約４５（
   重量）％である特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、前記二酸化ジルコニウムの割合が、前記時間を少な
   くとも前記基体のガス抜きのために十分な値に調節する
   のに有効なものである特許請求の範囲第３項記載の方法
   。 ７、前記機械的混合工程において、前記二酸化チタンと
   前記酸化カルシウムとの比率が前記セラミック粉末の融
   解温度を調節するのに有効なものである特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ８、特許請求の範囲第１項記載の方法によって形成され
   た被膜。 ９、特許請求の範囲第１項記載の方法によって形成され
   た被膜を具備するＸ線管ターゲット。 １０、前記機械的混合工程において、前記二酸化チタン
   と前記酸化カルシウムとの比率が前記基体の反応温度よ
   り少なくとも２５℃だけ低い温度下で焼付け可能なセラ
   ミック粉末を生成するのに有効なものである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。