KR101788907B1 - 회전 x-선 양극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지체(14)와 지지체(14) 위에 형성되어 있는 초점 궤도(16)를 가진 회전 X-선 양극(10)에 관한 것이다. 지지체(14)와 초점 궤도(16)는 분말야금에 의해 복합체로서 제조되고, 지지체(14)는 몰리브덴 또는 몰리브덴계 합금으로부터 형성되며, 초점 궤도(16)는 텅스텐 또는 텅스텐계 합금으로부터 형성된다. 여기에서, 최종 열처리된 회전 X-선 양극(10)에서 초점 궤도(16)의 적어도 일부는 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재한다.

Description

회전 X-선 양극{ROTARY X-RAY ANODE}

본 발명은 지지체와 상기 지지체 위에 형성되어 있는 초점 궤도를 가진 회전 X-선 양극으로서, 상기 지지체와 초점 궤도는 분말야금에 의해 복합체로서 제조되고 상기 지지체는 몰리브덴 또는 몰리브덴계 합금으로부터 형성되며 상기 초점 궤도는 텅스텐 또는 텅스텐계 합금으로부터 형성되는 회전 X-선 양극에 관한 것이다.

회전 X-선 양극은 X-선을 발생시키기 위한 X-선관에서 사용되고 있다. 사용 중에 전자는 X-선관의 음극으로부터 방출되고 회전하도록 제작된 회전 X-선 양극에 초점이 맞춰진 전자빔 형태로 가속화된다. 전자빔의 에너지 중 대부분은 회전 X-선 양극에서 열로 전환되는 반면에, 소량은 X-선 방사선으로서 방사된다. 국소 방출된 열량은 회전 X-선 양극을 크게 가열하고 높은 온도 구배를 일으킨다. 결국 회전 X-선 양극에 높은 수준의 응력이 나타난다. 회전 X-선 양극이 회전하면 양극 재료의 과열이 저지된다.

전형적으로, 회전 X-선 양극은 지지체와 상기 지지체 위에 형성되고 X-선을 방출하기 위해 특수하게 고안되며 당업계에서 초점 궤도라고 하는 코팅을 갖는다. 상기 지지체와 초점 궤도는 고융점 재료로부터 형성된다. 일반적으로 초점 궤도는 적어도 사용 중에 전자빔에 노출되는 지지체의 적어도 일부 영역을 덮는다. 특히, 초점 궤도에 대해 원자수가 높은 재료, 예를 들면 텅스텐, 텅스텐계 합금, 특히 텅스텐-레늄 합금 등이 사용되고 있다. 무엇보다도 지지체는 전자빔의 충돌점에서 방출되는 열이 효과적으로 발산되도록 하여야 한다. 이에 대해 (열전도성이 높은) 적합한 물질로는 특히 몰리브덴, 몰리브덴계 합금 등이 있는 것으로 입증되었다. 입증된 비교적 저렴한 제조공정으로는 지지체와 초점 궤도를 복합체로서 제조하는 분말야금에 의한 제조가 있다.

(X-선 방사선의) 높은 방사선 수율 또는 선량 수율을 위해서는 초점 궤도의 표면이 가급적 평활할 필요가 있다. 장기 사용에 걸친 거동과 달성 가능한 수명과 관련하여, 초점 궤도는 초점 궤도 표면의 조면화와 또한 그 안에 넓고/또는 깊은 균열의 형성에 대해 최대한 안정성이 있어야 한다. 높은 온도와 온도구배 및 또한 높은 회전속도로 인해 지지체 상에는 상대적으로 높은 열응력과 기계적 응력이 발생한다. 이들 응력에도 불구하고 지지체는 거시적 변형에 대해 최대한 안정하여야 한다. 지금까지 이러한 안정성은 초점 궤도와 지지체 모두가 완전히 재결정화된 구조로 존재한다는 사실에 의해 초점 궤도와 지지체 모두에서 얻어질 수 있다는 것이 지배적인 의견이었다. 이와 관련하여, 이러한 방법으로 초점 궤도의 구조와 지지체의 구조는 나타나는 높은 작동온도에서도 미소구조의 후속 변화에 대해(예를 들면 재결정 등에 대해) 크게 안정적이라고 추정되었다.

그러나 기존의 분말야금에 의한 제조 중에 초점 궤도에서 발생하는 재결정에 의해 상대적으로 큰 입도가 나타난다. 이러한 구조는 바람직하게는 결정립계를 따라 확대되는 상대적으로 깊고 넓은 균열이 형성될 위험을 수반하고 있다. 또한 입도가 큰 경우에는 초점 궤도 표면의 상대적으로 조대화된 조면화가 사용 기간에 걸쳐 발생하는 경향성이 더 크다. 지지체에서 재결정화된 구조는 강도와 경도가 감소하는 효과가 있다. 특히 높은 온도에서 또한 높은 기계적 하중의 경우에는 추후에 지지체의 소성 변형이 일어날 수 있다(특히 항복 응력을 초과하는 경우에). 특히 높은 선량 전력(또는 방사 전력)이 제공될 수 있고 회전 X-선 양극의 회전속도가 비교적 높은 고전력 범위에서는 이들 역치를 어느 정도 초과한다. (완전 재결정화된) 지지체 재료의 고온 강도의 감소에 의해 지지체의 완전 재결정화된 구조를 가진 회전 X-선 양극을 이용하기 위한 가능성은 제한적이다. 지금까지 고온에서도 지지체의 높은 강도와 경도를 필요로 하는 용도의 경우에는 원자 불순물 또는 입자로서 존재하는 불순물을 첨가하여 강도를 증가시키는 특수 합금 및/또는 재료가 사용되고 있다(예를 들면 US 2005/0135959 A1 참조).

US 6,487,275 B1은 입도가 0.9 ㎛ 내지 10 ㎛이고 CVD 코팅 공정(CVD: 화학증착)에 의해 제조될 수 있는 텅스텐-레늄 합금제의 초점 궤도를 가진 회전 X-선 양극을 기재하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 분말야금에 의해 복합체로서 제조될 수 있어 장기간 사용에 걸쳐 높은 선량 수율을 얻을 수 있고 수명이 긴 회전 X-선 양극을 제공하는데 있다.

상기 목적은 제1항에서 청구하고 있는 회전 X-선 양극에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 다른 실시형태들은 종속항에 나타나 있다.

본 발명에 따르면, 지지체와 상기 지지체 위에 형성되어 있는 초점 궤도를 갖는 회전 X-선 양극이 제공된다. 여기에서, 상기 지지체와 초점 궤도는 분말야금에 의해 복합체로서 제조되고, 상기 지지체는 몰리브덴 또는 몰리브덴계 합금으로부터 형성되고 상기 초점 궤도는 텅스텐 또는 텅스텐계 합금으로부터 형성된다. 최종 열처리된 회전 X-선 양극에서 상기 초점 궤도의 적어도 일부는 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재한다.

상기 초점 궤도의 적어도 일부는 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하기 때문에, 상기 일부는 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자를 갖고 있지 않거나(재결정화되지 않은 구조의 경우) 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자를 100% 훨씬 미만의 비율로만 갖는다(부분적으로 재결정화된 구조). 상기 일부의 남은 비율은 분말야금에 의한 제조에 있어서 변형 단계, 특히 단조 공정에 의해 얻어지는 변형 구조로 존재한다. 전체적으로, 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조를 가진 일부로 얻어지는 것은 강도와 경도가 높은 세립 구조이다(대각 결정립계와 대각 결정립계의 일부 및 소각 결정립계 모두와 관련하여). 이 구조는 매우 평활한 표면을 가져 선량 수율 관점에서 유리하다. 이 구조는 전자빔의 작용에 의해 (예를 들면 전자빔에 의한 "상태 조절" 또는 "도입" 및/또는 사용 중에) 국소적으로 재결정되지만, 재결정이 일어나는 영역은 초점 궤도 위의 전자빔 궤도를 직접 둘러싸고 있는 영역으로 한정되고 초점 궤도의 두께에 따라 지지체까지 아래로(경우에 따라서 그 안으로) 연장될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이후, 재결정화된 영역에서 초점 궤도는 연성이 증가하여 균열 형성을 방지한다는 점에서 유리하고 열전도도가 증가하여 지지체 위에서 열을 효과적으로 발산한다는 점에서 유리하다. 상기 초점 궤도를 둘러싸고 있는 영역은 크게 변하지 않은 채로 있게 된다. 특히 이들 영역은 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 계속하여 존재하므로 높은 강도와 경도를 갖는다. 이는 초점 궤도의 재결정화된 영역을 안정화한다는 관점에서 유리하다. 또한 놀랍게도 (사용 중에) 국소적으로 재결정되는 상기 초점 궤도의 구조는 종래의 제조 공정, 특히 분말야금에 의한 종래의 제조 공정 중에 재결정 공정에서의 구조에 비해 상당히 더 세립 상태에 있게 된다는 것을 발견하였다. 상기 초점 궤도 표면은 재결정화된 구조를 가진 영역에서도 장기간의 사용에 걸쳐 평활하고, 균일하면서 미세 분포된 균열 패턴을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 회전 X-선 양극을 장기간 사용할 때 높은 선량 수율을 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 회전 X-선 양극은 긴 수명을 갖는다. 전자빔의 작용에 의해 초점 궤도의 세립화된 형성에 대한 가능한 하나의 설명은 전자빔의 작용에 의해 일어나는 급격한 전환이다. 이에 비해, 재결정 거동에 영향을 주는 회복 공정은 유지 온도에 도달할 때까지 노에서 가열할 때 이미 분말야금에 의한 종래 제조의 일부로서 실시된 열처리 중에 일어나는 것으로 밝혀졌다.

상기 초점 궤도의 소정의 조성에서 변형도 증가(변형 단계, 특히 단조 중에 조정됨)와 함께 더 높은 초기 경도(및 더 높은 초기 강도)를 얻을 수 있다. 이 초기 경도(및 초기 강도)로부터 시작하여 경도(및 강도)는 구조의 재결정화도와 함께 감소한다. 재결정화도가 증가함에 따라 연성 또한 증가한다. 일 실시형태와 관련하여 후술하는 바와 같이 초점 궤도면에 수직인 <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직(preferential texturing)이 특히 (초점 궤도면에 실질적으로 수직인 힘의 작용에 의한) 단조 공정에 의해 조정된다. 이 상위 집합조직 역시 구조의 재결정화도에 따라 감소하는 것으로 확인되었다. 유사한 관계가 지지체에 대해서도 적용된다. 이들 의존성으로부터 당업자라면 초점 궤도 각각의 조성에 대해 초점 궤도의 적어도 일부에서 본 발명에 따라 나타낸 특징을 얻기 위해 어떻게 분말야금 제조의 파라미터(특히 단조 중 온도, 단조 공정에서 변형도, 열처리 중 온도, 열처리의 시간)를 선택해야 하는지 안다. 이와 관련하여, 부분적으로 재결정화된 구조(초점 궤도와 또한 지지체에 대해)는 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자가 변형 구조에 의해 둘러싸이고 부분적으로 재결정화된 구조를 통한 단면적의 관점에서 이들 결정입자가 5-90% 범위의 면적 비율을 이루는 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의 면적 비율이 5% 미만의 범위에 있거나 새로운 입자 형성에 의해 형성된 어떠한 결정입자도 구조 내 존재하지 않으면, 이와 관련하여 재결정화되지 않은 구조는 없는 것으로 추정한다. 면적 비율이 90%를 초과하면, 이와 관련하여 완전히 재결정화된 구조가 존재하는 것으로 추정한다. 상기 면적 비율을 결정하기에 적합한 가능한 측정 방법은 도 4A-4D의 기재내용과 관련하여 아래에 나타내었다.

본 발명에 따른 회전 X-선 양극은 특히 높은 방사 전력(또는 선량 전력)과 높은 회전속도를 위해 고안한 고전력 회전 X-선 양극이다. 이 유형의 고전력 회전 X-선 양극은 특히 의료 부문, 예를 들면 컴퓨터 단층촬영(CT)과 심혈관(CV)용으로 사용되고 있다. 일반적으로 상기 지지체 위, 특히 초점 궤도와 대면하는 측면에는 층, 부착부 등, 예를 들면 흑연 블록 등이 추가로 제공될 수도 있다. 고전력 회전 X-선 양극의 경우에 일반적으로 지지체로부터 추가적인 방열이 요구되고 있다. 특히 본 발명에 따른 회전 X-선 양극은 능동적으로 냉각되도록 구성되어 있다. 이 경우, 상기 지지체로부터 멀리 열을 운반하는 역할을 하는 유체가 지지체와 바로 근접하거나 지지체 근방에, 특히 회전 X-선 양극의 중앙을 관통하여(예를 들면 회전 대칭축을 따라 연장되어 있는 채널을 통해) 공급된다. 이와 다르게, 상기 지지체의 후면에 (예를 들면 솔더링, 확산 접합 등에 의해) 흑연체가 설치되어 회전 X-선 양극의 축열용량을 증가시키고 열복사를 증가시킬 수 있다. 그러나 이와 다르게 상기 회전 X-선 양극은 방사 전력을 더 낮추기 위해 구성될 수도 있다. 이 경우, 능동적 냉각과 흑연 블록의 설치를 경우에 따라 생략할 수도 있다.

몰리브덴계 합금은 특히 몰리브덴을 주 구성성분으로서, 즉 다른 존재하는 각각의 원소들보다 높은 비율(중량 퍼센트로 측정)로 포함하는 합금을 의미한다. 강도와 경도가 높은 특수합금을 특히 지지체 재료로서 사용할 수도 있고/또는 원자 불순물 또는 입자 각각을 지지체 재료에 첨가하여 강도를 증가시킬 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 몰리브덴계 합금은 적어도 80(중량%: 중량 퍼센트)의 몰리브덴, 특히 적어도 98 중량%의 몰리브덴 비율을 갖는다. 텅스텐계 합금은 특히 주 구성성분으로서 텅스텐을 포함하는 합금을 의미한다. 특히 상기 초점 궤도는 26 중량% 이하의 레늄 비율을 가진 텅스텐-레늄 합금으로부터 형성된다. 특히 레늄 비율은 5-10 중량% 범위에 있다. 상기 나타낸 초점 궤도와 지지체의 조성과 특히 각각의 경우에 나타낸 상대적으로 좁은 범위에서 경도, 내열성과 열전도성과 관련한 양호한 특성을 얻을 수 있다.

"최종 열처리된 회전 X-선 양극"은 회전 X-선 양극이 분말야금 제조의 일부로서 실시되는 모든 열처리(들)을 거친 것을 의미하는 것으로 이해된다. 청구범위에서 청구하고 있는 특징들(및 종속항과 변형예과 관련하여 후술하는 특징들)은 특히 분말야금 제조의 일부로서 실시되는 열처리(들)의 종료 후 존재하는 것과 같은 최종 제품(아직 사용 중에 있지 않음)에 관한 것이다. 상기 지지체와 초점 궤도를 분말야금에 의해 복합체로서 제조하는 것은 최종 제품에서 특히 지지체와 초점 궤도 사이의 돌출한 확산 구역으로부터 알 수 있다. 다른 제조 공정에 있어서, 예를 들면 초점 궤도가 CVD(CVD: 화학증착)에 의해 또는 진공 플라즈마 용사에 의해 도포될 때 확산 구역은 전형적으로 더 작은 형태를 갖거나 거의 존재하지 않게 된다. 상기 초점 궤도의 "일부"는 특히 초점 궤도의 거시적인 응집부(즉, 다수의 결정립계 및/또는 결정립계의 일부를 포함하는)를 의미한다. 여기에서, 청구범위에서 청구하고 있는 특징을 갖는 다수의 이러한 부분들이 존재할 수도 있다. 특히 (사용 중에) 전자빔의 궤도가 통과하는 상기 초점 궤도의 일부는 청구범위에서 청구하고 있는 특징을 갖는다. 특히, 상기 초점 궤도는 전체 범위에 걸쳐 청구범위에서 청구하고 있는 특징을 갖는다. "재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조"는 전부가 재결정화되지 않거나, 전부가 부분적으로 재결정되거나 또는 일부에서는 재결정화되지 않고 일부에서는 부분적으로 재결정될 수 있는 구조를 의미한다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 하기 식에 따라 초점 궤도면에 수직인 X-선 회절(XRD)에 의해 결정할 수 있는 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎가 ≥ 4인 <111> 방향의 상위 집합조직과 X-선 회절에 의해 결정할 수 있는 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎가 ≥ 5인 <001> 방향의 상위 집합조직을 갖는다.

(상기 식에서 I_(hkl)는 피크(hkl)의 측정 세기이고, I⁰ _(hkl)는 JCPDS 데이터베이스에 따른 피크(hkl)의 무-조직 세기이고, n은 평가된 피크의 수로서, 다음과 같은 피크들을 평가하였다: (110), (200), (211), (220), (310), (222) 및 (321)). 따라서, 상기 초점 궤도에서 <111> 방향과 <001> 방향은 초점 궤도면에 평행한 방향을 따라 배향되는 것보다 더 큰 정도로 초점 궤도면의 법선을 따라 배향되어 있다. 여기에서, "초점 궤도면"은 초점 궤도의 주 연장 영역에 의해 결정된다. 상기 초점 궤도면이 곡선인 경우(예를 들면 초점 궤도가 절두 원추형 경로를 가진 경우), 초점 궤도의 각각의 측정점 또는 기준점에 존재하는 초점 궤도의 주 연장 영역을 의미한다.

위에서 언급한대로, <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직은 단조 공정에 의해 초점 궤도면에 수직으로 조정되고 초점 궤도의 재결정화도가 증가함에 따라 감소한다. 다른 한편으로, 재결정화도는 (단조 도중 및/또는 후) 온도 증가와 열처리 시간 증가에 따라 증가한다. 따라서 나타낸 집합조직 계수는 초점 궤도의 재결정화도의 척도이기도 하다. 특히 상기 초점 궤도의 재결정화도는 이들 방향의 집합조직 계수가 높을수록 더 낮다. 본 실시형태에 따라 나타낸 집합조직 계수의 범위 내에서, 초점 궤도의 일부는 재결정화되지 않은 구조 또는 재결정화도가 상대적으로 낮은 부분적으로 재결정화된 구조로 존재한다. 이와 관련하여, 이들 범위 내에서 초점 궤도의 상술한 유리한 특성(높은 경도, 세립화 속성)이 얻어질 수 있고 이들 유리한 특성은 집합조직 계수가 훨씬 더 높은 경우에 훨씬 더 큰 정도로 일어나는 것으로 확인되었다. 일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎가 ≥ 5이고 초점 궤도면에 수직인 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎가 ≥ 6이다. 변형도가 더 낮으면(예를 들면 회전 X-선 양극의 (전체) 변형도 범위 20%-30%에서만), 위에서 나타낸 상위 집합조직 또한 덜 뚜렷하다. 일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎가 ≥ 3.3이고 초점 궤도면에 수직인 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎가 ≥ 4로서, 특히 상대적으로 변형도가 낮은 경우에 이들 하한값의 범위에 근접하게 된다.

텅스텐과 텅스텐계 합금은 체심 입방 결정 구조를 갖는다. 각괄호 <...> 내 방향 표시는 각각 상응하는 방향을 또한 참고한다. 예를 들면 <001> 방향은 [001] 방향 이외에도 방향 [001], [010], [002], [200] 및 [100](각각 체심 입방 기본 셀을 토대로 함)을 포함한다. 둥근 괄호(...)는 각각 격자면을 표시한다. XRD 측정 중에 평가된 피크는 각각 관련 격자면(예를 들면 (222))으로 표시된다. 여기에서, 다른 한편으로 당업계에서 공지되어 있는 바와 같이 격자면(222)과 관련하여 XRD 측정 중에 평가될 수 있는 피크는 그에 해당하는 격자면(예를 들면 (111) 등)에 의해 가중되기도 한다. 따라서 XRD 측정에 의해 결정된 피크(222)의 세기와 특히 그로부터 확인된 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎는 (초점 궤도면에 수직인) <111> 방향의 상위 집합조직의 척도이다. 이에 따라 XRD 측정에 의해 결정된 피크(200)의 세기와 특히 그로부터 확인된 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎는 <001> 방향의 상위 집합조직의 척도이다.

상기 집합조직 계수를 각각 하기 식에 따라 계산하였다:

상기 식에서 I_(hkl)는 XRD 측정에 의해 결정된 관련 피크(hkl)의 세기를 나타내는 것으로 이와 관련하여 집합조직 계수 TC_(hkl)를 결정할 수 있다. XRD 측정 중에 검출된 바와 같이 관련 피크(hkl)의 최대치는 각각 피크(hkl)의 "비강도(specific intensity)"로서 이용될 수 있다. 각각의 집합조직 계수 TC_(hkl)를 결정하기 위해서 XRD 측정에 의해 결정된 피크 (110), (200), (211), (220), (310), (222) 및 (321)의 다음과 같은 세기를 전체적으로 j가 1 내지 n인 I_j(hkl)에 합산한다(즉, 이 경우: n = 7). I⁰ _(hkl)은 관련 피크(hkl)의 (일반적으로 표준화된) 무-조직 세기를 나타내는 것으로, 이와 관련하여 집합조직 계수 TC_(hkl)이 결정될 수 있다. 상기 무-조직 세기는 관련 재료가 구조화되지 않을 때 존재할 것이다. 이에 따라, 이들 7개 피크의 무-조직 세기는 전체적으로 j가 1 내지 n인 I⁰ _j(hkl)에 합산한다. 각각의 피크와 관련한 무-조직 세기는 각각 관련 재료의 주 구성성분에 대한 데이터를 인용할 수 있는 데이터베이스로부터 제공받을 수 있다. 이에 따라, 상기 초점 궤도의 경우에는 텅스텐에 대한 분말 회절 파일(JCPDS 번호 00-004-0806)을 이용하였다. 특히 피크(110)에 대해 무-조직 세기 100을 이용하였고, 피크(200)에 대해 무-조직 세기 15를 이용하였고, 피크(211)에 대해 무-조직 세기 23을 이용하였고, 피크(220)에 대해 무-조직 세기 8을 이용하였고, 피크(310)에 대해 무-조직 세기 11을 이용하였고, 피크(222)에 대해 무-조직 세기 4를 이용하였고, 피크(321)에 대해 무-조직 세기 18을 이용하였다.

이하, X-선 회절에 의해 다양한 피크의 세기를 결정하기 위한 경우에 채용된 시료 제조와 측정 과정에 대해 기술하기로 한다. 먼저 초점 궤도가 최종 회전 X-선 양극에서 이미 완전히 제거되어 있지 않다면 초점 궤도를 단조 구간의 영역(단조 공정 중에 단조 도구와 직접 접촉하거나 단조 도구에 직접 근접하는 초점 궤도의 상부 영역)이 제거되도록 연삭한다. 특히 상기 초점 궤도를 초점 궤도면에 평행한 연삭면으로 (초점 궤도의 초기 두께에 따라) 두께 0.1-0.5 mm가 남도록 연삭한다. 다음, (연삭 공정에 의해 유발된 변형 구조를 제거하기 위해) 얻어진 연삭 표면을 적어도 2회 반복하여 전해연마한다. XRD 측정을 실시하는 동안 시료를 회전하고 약 10 mm의 직경을 가진 영역 위에서 회절을 유도하였다. 세타/2 세타 회절 기하구조를 이용하여 XRD 측정을 실시한다. 이 경우에, 단의 크기가 0.020°이고 각각 측정시간이 측정각 당 2초인 단층사진으로 회절 세기를 측정하였다. 사용한 X-선 방사선은 파장이 1.5406Å인 Cu-Kα1 방사선이었다. 얻어진 방사선 사진에 추가 존재하는 Cu-Kα2 방사선으로 인해 발생하는 추가 효과를 적절한 소프트웨어에 의해 빼주었다. 다음, 위에 나타낸 7개의 피크에 대한 피크의 최고값을 결정한다. 이 경우에, 세타/2 세타 회절 기하구조, Goebel 거울과 Sol-X 검출기를 구비한 Bruker axs의 Bragg-Brentano 회절계 "D4 Endeavor"를 이용하여 XRD 측정을 실시하였다. 그러나 당업계에 공지된 바와 같이, 비슷한 결과가 얻어지도록 해당 장치를 구비한 다른 기기를 이용할 수도 있다.

몰리브덴과 몰리브덴 합금도 마찬가지로 체심 입방 결정 구조를 갖고 있다. 따라서 초점 궤도, 집합조직 계수를 결정하기 위한 관계식, 시료 제조와 측정 과정과 관련하여 위에서 설명한 표기들을 유사하게 적용할 수 있다. 시료 제조 과정에서 위에서 설명한 과정과는 다르게 회전 X-선 양극은 지지체 재료까지 연삭하고, 연삭된 표면은 초점 궤도면에 평행하게 형성된다. 지지체의 무-조직 세기의 경우에는 몰리브덴에 대한 분말 회절 파일(JCPDS 번호 00-042-1120)을 이용하였다. 특히 피크(110)에 대해 무-조직 세기 100을 이용하였고, 피크(200)에 대해 무-조직 세기 16을 이용하였고, 피크(211)에 대해 무-조직 세기 31을 이용하였고, 피크(220)에 대해 무-조직 세기 9를 이용하였고, 피크(310)에 대해 무-조직 세기 14를 이용하였고, 피크(222)에 대해 무-조직 세기 3을 이용하였고, 피크(321)에 대해 무-조직 세기 24를 이용하였다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도면에 수직인 초점 궤도의 일부는 X-선 회절에 의해 결정 가능한 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎와 TC₍₃₁₀₎에 대한 하기 관계식을 만족한다:

상기 비는 피크(222)가 넓어지거나 확산 정도를 나타낸다. 피크(222)가 상당 정도 확산되는 경우에 그에 의해 (인접) 피크(310)의 세기 또한 증가하고 따라서 상기 피크의 값은 감소한다. 따라서 상기 비가 클수록 피크(222)가 확산하는 정도는 적은 것으로 간주된다. 이와 관련하여 초점 궤도의 일부가 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하는 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 경우에 상기 비는 분말야금에 의해 복합체로서 종래 제조된 회전 X-선 양극의 경우의 비보다 상당히 더 높은 것으로 확인되었다. 특히 상기 비는 재결정화도가 증가함에 따라 감소한다. 따라서 상기 비는 초점 궤도를 특징으로 하는 변수로서, 상기 비가 상대적으로 높은 값에서는 초점 궤도에 대해 상술한 바람직한 특성(세립화 속성, 낮은 조면화)은 특별한 정도로 존재한다. 특히 상기 비는 ≥ 7이다. 그러나 낮은 변형도에서 상기 비는 또한 5 미만의 값을 가질 수 있다. 특히 상기 비는 ≥ 4 또는 ≥ 3.5로서, 이들 상대적으로 낮은 하한값의 범위는 특히 변형도가 낮은(예를 들면 (전체) 변형도가 20%-30% 범위인) 회전 X-선 양극의 경우에 얻어진다. 그럼에도 불구하고 이들 상대적으로 낮은 하한값은 또한 분말야금에 의해 복합체로서 종래 제조된 회전 X-선 양극의 경우의 값보다 더 높다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 ≥ 350 HV 30의 경도를 갖는다. 위에서 설명한 바와 같이, 이렇게 높은 경도는 특히 사용 기간에 걸쳐 상기 초점 궤도의 조면화 및/또는 변형을 방지한다는 점에서 유리하다. 이 기재내용 중에 경도의 의미에 대해서는 각각 DIN EN ISO 6507-1에 따라 특히 2초의 하중 인가 시간(DIN EN ISO 6507-1에 따르면 2 내지 8초)과 10초의 유효 시간 또는 하중 유지시간(DIN EN ISO 6507-1에 따르면 10 내지 15초)을 이용하는 경도 측정을 참고한다. 특히 몰리브덴과 몰리브덴계 합금의 경우에는 상기 하중 인가 시간과 유효 시간과의 차이는 얻어진 측정값에 대해 효과가 있을 수 있다. 상기 경도 측정(초점 궤도와 지지체 모두에 대한)은 특히 초점 궤도면에 수직으로 형성되는 회전 X-선 양극의 반경방향 단면 영역에 대해 실시한다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 부분적으로 재결정화된 구조로 전부 존재한다. 특히 상기 전체 초점 궤도가 부분적으로 재결정화된 구조로 전부 존재한다. 일 실시형태에 따르면, 새로운 입자 형성에 의해 부분적으로 재결정화된 구조로 형성된 결정입자는 변형 구조에 의해 둘러싸이고 부분적으로 재결정화된 구조를 통한 단면적의 관점에서 이들 결정입자는 10% 내지 80% 범위, 특히 20% 내지 60% 범위의 면적 비율을 갖는다. 이들 범위 내에서, 특히 더 좁은 범위 내에서는 장기간에 걸쳐 사용하여도 상기 초점 궤도의 표면 품질과 선량 수율면에서 양호한 특성을 달성할 수 있다. 상기 나타낸 값의 범위에 대해 채용될 수 있는 면적 비율 결정 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다(특히 도 4A-4D에 대한 기재 내용 참조). 위에서 설명한 실시형태와 다른 예에 따르면, 상기 초점 궤도는 일부 또는 경우에 따라 전체가 재결정화되지 않은 구조로 존재할 수도 있다. 다른 실시형태에 따르면, 일반적으로 (상기 일부가 부분적으로 재결정화된 구조 및/또는 재결정화되지 않은 구조로 존재하는지에 무관하게) (새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의) 면적 비율은 ≤ 80%, 특히 ≤ 60%이다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 ≤ 10 ㎛의 평균 소각 결정립계 간격을 갖는다. 여기에서, 상기 평균 소각 결정립계 간격은 결정립계, 결정립계의 일부와 결정립계 각도 ≥ 5°를 가진 소각 결정립계를 초점 궤도의 일부의 영역에서 초점 궤도면에 수직으로 형성되는 반경방향 단면 영역에 대해 결정하는 측정 과정에 의해 측정할 수 있고,

초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격을 결정하기 위해서 상기 단면 영역에 평행하게 이어져 있고 각각 초점 궤도면에 평행하게 이어져 있으며 각각 서로에 대해 17.2 ㎛의 간격에 있는 라인들로 구성되어 있는 일군의 라인들을 이와 같이 얻어진 결정립계 패턴에 각각 위치시키고, 각각의 라인과 결정립계 패턴의 라인 사이에 상호 인접한 각각 2개의 교차점 사이의 간격을 개개의 라인에 대해 결정하며, 이들 간격의 평균값을 초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격으로서 결정하고,

초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격을 결정하기 위해서 상기 단면 영역에 평행하게 이어져 있고 각각 초점 궤도면에 수직으로 이어져 있으며 각각 서로에 대해 17.2 ㎛의 간격에 있는 라인들로 구성되어 있는 일군의 라인들을 얻어진 결정립계 패턴에 각각 위치시키고, 각각의 라인과 결정립계 패턴의 라인 사이에 상호 인접한 각각 2개의 교차점 사이의 간격을 개개의 라인에 대해 결정하고, 이들 간격의 평균값을 초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격으로서 결정하고,

평균 소각 결정립계 간격이 초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격과 초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격의 기하평균값으로서 결정된다. 상기 측정과정을 어떻게 실시할지에 대한 더욱 상세한 내용은 도 4A-4D의 기재내용에 주어져 있다. 평균 소각 결정립계 간격이 ≤ 10 ㎛인 이러한 유형의 세립 구조는 특히 초점 궤도 표면의 조면화를 방지한다는 관점에서 유리하다. 다른 한편으로는, 상기 구조의 세립화 속성은 또한 변형도에 따라 달라진다. 따라서 특히 상기 회전 X-선 양극의 변형도가 높은 경우에 작은 평균 소각 결정립계 간격을 달성할 수 있다. 특히 일 실시형태에 따르면, 평균 소각 결정립계 간격은 ≤ 5 ㎛이다. 상기 회전 X-선 양극의 변형도가 낮은 경우에는 소각 결정립계 간격은 약간 더 높다. 특히 일 실시형태에 따르면, 소각 결정립계 간격은 ≤ 15 ㎛으로, 이 상대적으로 높은 한계값 조차도 분말야금에 의해 복합체로서 종래 제조된 회전 X-선 양극에 대해 상응하는 값보다 훨씬 더 낮다.

기초 구조의 존재 여부와 기초 구조가 어느 정도 존재하는지에 대한 특징적인 하나의 변수는 평균 (대각) 결정립계 간격(즉, 결정립계 각도 ≥ 15°)과 평균 (소각) 결정립계 간격(즉, 결정립계 각도 ≥ 5°) 사이의 비이다. 상기 비가 높을수록 재결정화도는 낮다. 일 실시형태에 따르면, 상기 비는 ≥ 1.2이다. 특히 상기 비는 ≥ 1.5, 보다 바람직하게는 ≥ 2이다.

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도의 일부는 초점 궤도면에 평행한 방향으로 <101> 방향의 상위 집합조직을 갖는다. 여기에서, 상기 초점 궤도의 재결정화도가 낮을수록 초점 궤도면에 평행한 이들 방향으로 <101> 방향의 상위 집합조직은 높다. <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직 대비 초점 궤도면에 평행한 방향으로 <101> 방향의 상위 집합조직의 비는 EBSD 분석(EBSD: 전자 후방산란 회절)에 의해 평가될 수 있다. EBSD 분석은 상위 집합조직을 결정하고 이에 따라 초점 궤도면에 평행한 방향과 초점 궤도면에 수직인 방향 모두에서 EBSD 집합조직 계수를 결정하기 위해 이용할 수 있고, 이를 위해 단 하나의 시료 영역(도 3에 도시된 단면 영역)만을 검사하여야 한다. 상기 시료 제조와 측정 과정은 일반적으로 도 4A-4D를 참조하여 설명하되, EBSD 집합조직 계수(특히, 측정값의 정밀 가공)의 결정에 대한 상세한 내용은 제공하지 않는다. EBSD 집합조직 계수에 대한 정확한 측정 과정을 구체화하지 않아도 다양한 EBSD 집합조직 계수의 비교로부터 다양한 방향(초점 궤도면에 대해 수직 및 평행한 방향)의 상위 집합조직 형태에 대한 정보를 얻을 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 시료의 경우에 초점 궤도면에 수직인 <111> 방향에 대해 5.5의 EBSD 집합조직 계수가 측정되었고 <001> 방향에 대해서는 5.5의 EBSD 집합조직 계수가 측정되었다. 본 발명에 따른 상기 시료의 경우에 초점 궤도면에 평행한 <110> 방향에 대해 반경 방향(RD)에서 2.5의 EBSD 집합조직 계수가 측정되었고 <110> 방향에 대해 접선 방향(TD)에서 2.2의 EBSD 집합조직 계수가 측정되었다. 따라서 상기 초점 궤도면에 평행한 방향으로 <110> 방향(또는 <101> 방향)의 상위 집합조직은 초점 궤도면에 수직인 <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직에 비해 뚜렷하지 않고 특히 절반 미만의 정도로 뚜렷하다는 것을 확인할 수 있다(이는 추가 시료를 이용하여 확인됨).

일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도는 0.5 mm 내지 1.5 mm 범위의 두께(초점 궤도면에 수직으로 측정함)를 갖는다. 사용시 약 1 mm 범위의 두께가 특히 적당한 것으로 입증되었다. 일 실시형태에 따르면, 상기 초점 궤도 및/또는 지지체는 ≥ 96%, 특히 ≥ 98%의 상대 밀도(이론 밀도 대비)를 갖는데, 이는 재료 특성과 열전도 측면에서 특히 유리하다. 상기 밀도는 특히 DIN ISO 3369에 따라 측정한다.

일 실시형태에 따르면, (최종 열처리된 회전 X-선 양극에서) 상기 지지체의 적어도 일부는 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재한다. 이들 특징을 가진 지지체는 재결정화된 구조를 가진 지지체에 비해 특히 높은 기계적 하중이 있는 상태에서 거시적 변형에 대해 높은 안정성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이러한 유형의 지지체는 특히 능동적 냉각으로 인해 지지체(또는 지지체의 적어도 대부분)의 온도를 재결정 역치 미만의 범위에서 유지할 수 있는 능동 냉각식 회전 X-선 양극용으로 특히 적합하다. 또한 이러한 유형의 지지체는 더 낮은 범위(소위 중(mid)- 및 하단(low-end) 범위)의 방사 전력에 대해서도 매우 적합하다. 지지체의 후면에 흑연체를 설치하는 경우, 상기 지지체의 재결정 역치를 넘어 가열되지 않도록 하여 흑연체를 (예를 들면 확산 접합에 의해) 설치한다. 본 발명에 따르면, 상기 초점 궤도는 적어도 일부에 있어 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하기 때문에 지지체는 분말야금에 의한 복합체로서 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 비용면에서 효과적이고 단순한 방식으로 제조될 수도 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체의 일부는 ≥ 230 HV 10, 특히 ≥ 260 HV 10의 경도를 갖는다. 이들 범위는 거시적 변형에 대한 지지체의 높은 안정성 측면에서 유리한데, 상대적으로 높은 경도 범위에서 특히 높은 안정성이 제공된다.

초점 궤도에 대해 상술한 바와 유사하게, 상기 지지체의 경우에도 (지지체의 특정 조성에서) 경도, 변형도, 재결정화도와 연성의 상호 의존성이 있다. 이들 의존성으로부터 당업자라면 지지체 각각의 조성에 대해 지지체의 적어도 일부와 관련하여 나타낸 특징을 얻기 위해서 어떻게 분말야금 제조의 파라미터(특히 단조 중 온도, 단조 공정에서 변형도, 열처리 중 온도, 열처리의 시간)를 선택해야 하는지 안다. 상기 지지체의 "일부"는 특히 지지체의 거시적인 응집부(즉, 다수의 결정립계 및/또는 결정립계의 일부를 포함하는)를 의미한다. 여기에서, 청구범위에서 청구하고 있는 특징을 가진 이러한 부분들이 다수 존재할 수도 있다. 특히, 상기 지지체는 전체 범위에 걸쳐 청구범위에서 청구하고 있는 특징을 갖는다.

본 실시형태의 또 다른 이점은 상기 지지체에 대해 종래 재료와 재료 조합을 이용할 수 있어 제조 원가와 비용면에서 특히 유리하다는 점이다. 경도와 강도를 증가시키기 위한 특수 합금의 사용 및/또는 지지체 재료에 원자 불순물 또는 입자의 첨가를 필요로 하지 않는다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체는 몰리브덴계 합금으로부터 형성되고 상기 합금의 추가 합금화 구성성분(예를 들면 산소에 의해 야기된 불순물은 제외)은 Ti(Ti: 티타늄), Zr(Zr: 지르코늄), Hf(Hf: 하프늄)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 C(C: 탄소), N(N: 질소)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 구성된다. 여기에서, 산소의 비율은 원칙적으로 가급적 적어야 한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체 재료는 분말야금 제조를 위한 표준 ASTM B387 - 90에 규정되어 있는 몰리브덴 합금(TZM이라 함)에 의해 형성된다. TZM 합금은 특히 0.40-0.55 중량%의 Ti 함량(Ti: 티타늄), 0.06-0.12 중량%의 Zr 함량(Zr: 지르코늄), 0.010-0.040 중량%의 C 함량(C: 탄소), 0.03 중량% 미만의 O 함량(O: 산소), 나머지 함량(불순물 배제)의 Mo(Mo: 몰리브덴)을 갖는다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체 재료는 1.0 내지 1.3 중량%의 Hf 함량(Hf: 하프늄), 0.05-0.12 중량%의 C 함량, 0.06 중량% 미만의 O 함량과 나머지 함량(불순물 제외)의 몰리브덴을 갖는 몰리브덴 합금(이 합금은 때로는 MHC라고도 함)에 의해 형성된다. 상기 2개의 조성에서 산소는 불순물을 형성하고 불순물의 함량은 가급적 적게 유지되어야 한다. 상기 조성은 양호한 열전도성과 제조 중 취급성에 있어서 매우 적합한 것으로 증명되었다.

일 실시형태에 따르면, 상기 지지체의 일부는 초점 궤도면에 수직인 <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직을 갖고 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체의 일부는 초점 궤도면에 평행한 방향으로 <101> 방향의 상위 집합조직을 갖고 있다. 상기 나타낸 상위 집합조직은 초점 궤도에 대해 위에서 설명한 바와 유사한 방식으로 단조 공정 중에 조정된다. 상기 상위 집합조직은 재결정화도가 증가함에 따라 재차 감소한다. 이들 의존성으로부터 당업자라면 한편으로 지지체 각각의 조성에 대해 (초점 궤도와 관련하여 위에서 설명한 바와 유사하게) 지지체의 적어도 일부에서 나타낸 상위 집합조직을 얻기 위해 어떻게 분말야금 제조의 파라미터를 선택해야 하는지 안다. 일 실시형태에 따르면, 상기 지지체의 일부는 초점 궤도면에 수직인 X-선 회절에 의해 결정할 수 있는 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎가 ≥ 5인 <001> 방향의 상위 집합조직과 X-선 회절에 의해 결정할 수 있는 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎가 ≥ 5인 <001> 방향으로 상위 집합조직을 갖는다. 일 실시형태에 따르면, 이들 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎와 TC₍₂₀₀₎은 각각 적어도 ≥ 4이다(이때 바로 위의 범위에서 하한값은 특히 변형도가 낮은 경우에 도달될 수 있다). 상기 상위 집합조직의 낮은 재결정화도와 이에 따른 높은 뚜렷함은 지지체의 높은 경도와 안정성 면에서 유리하다. 따라서 일 실시형태에 따르면, 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎와 TC₍₂₀₀₎는 각각 적어도 ≥ 5.5이다.

단조 공정에서는 초점 궤도면에 대해 실질적으로 수직으로 힘이 작용한다. 제조 과정 중에, 힘이 작용하는 방향은 일반적으로 회전 X-선 양극의 (장래의) 회전 대칭축에 실질적으로 평행하다. 상기 초점 궤도면은 실질적으로 평면의 형태를 갖는다면 대칭성은 유지된다. 이에 반해, 상기 초점 궤도면이 평면이 아니라 예를 들면 절두 원추형태를 갖는다면(예를 들면 도 3 참조), 외주연 부분은 일반적으로 단조 공정 후 또는 도중에 원하는 각도(예를 들면 8°-12° 범위) 만큼 오차를 갖는다. 그 과정에서 단조 중에 확립된 상기 초점 궤도와 지지체의 집합조직은 유지된다. 따라서 상기 지지체의 집합조직과 관련하여 초점 궤도면(또는 초점 궤도와 지지체 사이의 계면)을 더 참고한다. 절곡형 초점 궤도의 경우에 기재되어 있는 형상 변화로 인해 상기 지지체의 집합조직은 중앙 영역에서 약간 다를 수 있다(중앙 영역에서는 엄밀하게 말해서 이후에는 회전 대칭축에 수직으로 형성되는 면이 초점 궤도면보다 표준이 된다).

일 실시형태에 따르면, 상기 지지체의 일부는 상온에서 파단신율 ≥ 2.5%를 갖는다. 특히 상기 지지체의 일부는 상온에서 파단신율 ≥ 5%을 갖는다. 파단신율의 경우에 다른 한편으로는 상기 지지체의 재결정화도가 증가함에 따라 연성이 증가하고 이에 따라 상온에서의 파단신율도 증가한다. 이러한 의존성으로 인해, 당업자라면 분말야금 제조 파라미터(특히 열처리(들) 시간과 온도)를 적절히 선택하여 파단신율에 대한 각각의 수치 범위를 달성할 수 있다. 파단신율에 관한 상세한 설명과 관련이 있는 측정과정은 지지체에서 반경방향으로 진행하는 시료를 측정 시료로서 사용하는 DIN EN ISO 6892-1에 따라 실시할 수 있다. 여기에서, 특히 DIN EN ISO 6892-1에 기재되어 있고 응력율을 이용하는 방법 B를 이용할 수 있다.

본 발명은 또한 X-선 방사선을 발생시키기 위한 X-선관에서 경우에 따라 위에서 언급한 실시형태 및/또는 변형예 중 하나 이상에 따라 구성될 수 있는 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 또한 경우에 따라 상술한 실시형태 및/또는 변형예 중 하나 이상에 따라 구성되는 본 발명에 따른 회전 X-선 양극을 제조하기 위한 방법으로서,

A) 소정의 출발 분말을 압착 및 소결하여 복합체로서 제조되고 몰리브덴 또는 몰리브덴계 혼합물로 제조된 지지체부와 상기 지지체 위에 형성되고 텅스텐 또는 텅스텐계 혼합물로 제조되는 초점 궤도부를 구비한 출발 형체를 준비하는 단계;

B) 상기 형체를 단조하는 단계; 및

C) 상기 형체를 단조 단계 도중 및/또는 후에 열처리하는 단계를 포함하되,

상기 열처리는 최종 열처리된 회전 X-선 양극에서 상기 초점 궤도부로부터 얻어지는 초점 궤도의 적어도 일부가 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하도록 하는 낮은 온도와 시간 동안 실시하는 방법에 관한 것이다. 여기에서, 상기 압착과 소결은 고밀도로 균질한 소결체(이하: 형체)가 얻어지도록 실시한다(당업계에 알려져 있는 바와 같이). 상기 소결체의 상대 밀도는 특히 ≥ 94%(이론 밀도 대비)이다. 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 회전 X-선 양극은 특히 위에 나타낸 제조방법에 의해 얻어질 수 있다. 여기에서, 상기 방법은 훨씬 더 많은 단계를 포함할 수도 있다. 특히 상기 방법에 따르면 단조와 열처리 단계를 순차적으로 반복해서 실시할 수 있다. 최종 열처리는 특히 진공에서 실시할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 단조는 재료의 내변형성을 충분히 낮추기 위해 고온에서 실시하고 단조 공정 후에 추가로 열처리(응력 완화 어닐링)를 실시한다.

일 실시형태에 따르면, 상기 열처리는 초점 궤도의 재결정 온도 미만, 특히 초점 궤도의 재결정 역치 범위의 온도에서 (단조 도중 및/또는 단조 공정 후 열처리 도중에) 실시한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 열처리는 지지체의 재결정 온도 미만, 특히 지지체의 재결정 역치 범위의 온도에서 (단조 도중 및/또는 단조 공정 후 열처리 도중에) 실시한다. 상기 재결정 온도는 특히 각각의 (재료) 조성에 의존하는 것으로, 각각의 재료의 변형도에 따라서도 다르다. 상기 변형도가 높을수록 재결정 온도는 낮아진다. 상기 회전 X-선 양극의 형태에 따라 서로 다른 변형도를 가진 영역이 존재할 수도 있다. 일 실시형태에 따르면, 상기 열처리는 ≤ 1500℃의 온도, 특히 1300-1500℃ 범위의 온도에서 실시한다. 특히 TZM으로 제조되거나 위에서 나타낸 Mo, Hf, C와 O의 특정 조성을 가진 지지체의 경우에 이들 온도는 초점 궤도와 지지체 모두에 대해 바람직한 특성을 달성하는데 적합하다. 단조 공정 후 실시되는 열처리의 시간은 특히 수 시간, 예를 들면 1-5 시간 범위이다.

일 실시형태에 따르면, 상기 단조체는 단조 완료 후에 적어도 20%, 특히 20% 내지 60% 범위의 변형도를 갖는다. 그러나 80% 이하의 변형도 또한 가능하다. 단조 중에 힘은 특히 초점 궤도면(들)에 정확히 또는 실질적으로 수직으로 배향되어 있는 회전 X-선 양극의 회전 대칭축에 평행하게 작용한다. 여기에서, 상기 변형도는 형체의 초기 높이(힘이 작용하는 방향에 따른) 대비 힘이 작용하는 방향에 평행하게 이루어지는 각 형체의 높이 변화의 비이다.

본 발명의 다른 장점과 기능은 다음과 같은 첨부 도면을 참고로 하여 후술하는 실시예의 설명으로부터 명백하게 된다:
도 1A-1C: 서로 다른 재결정화도를 구체적으로 설명하기 위한 개략도이고;
도 2: 열처리 온도에 따른 경도 변화를 구체적으로 설명하기 위한 개략적인 그래프이고;
도 3: 회전 X-선 양극의 개략 단면도이고;
도 4A-4D: EBSD 분석을 구체적으로 설명하기 위한 개략도이고;
도 5A-5C: 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 초점 궤도의 서로 다른 방향에 따른 역극점도이고;
도 6: CVD에 의해 도포된 초점 궤도의 역극점도이고;
도 7: 진공 플라즈마 용사에 의해 도포된 초점 궤도의 역극점도이다.

도 1A-1C와 2의 후술하는 설명을 통해 재결정화되지 않은 구조, 부분적으로 재결정화된 구조와 (완전히) 재결정화된 구조를 서로 구별하기 위해 이용될 수 있는 기준을 밝히고 있다. 또한 이들 도면을 토대로 재결정화도를 서술하기 위해 사용될 수 있는 파라미터에 대해 설명하기로 한다. 이들 설명은 초점 궤도와 지지체 모두에 적용된다. 도 1A-1C는 예를 들면 특히 EBSD(EBSD: 전자 후방산란 회절) 분석 과정에서 적절하게 제조된 연삭면의 전자현미경 사진에 나타날 수 있는 (크게 확대된) 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 4A 내지 4D를 참조하여 적합한 시료 제조 방법, 적합한 측정 장치 구성과 적합한 측정 방법에 대해 설명하기로 한다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 이러한 전자현미경 사진에서 결정립계 또는 결정립계의 일부(및 경우에 따라서는 소각 결정립계)와 전위가 가시화될 수 있다. 이를 위해, 결정립계가 그 이상에서 나타나는 최소 회전각을 특정할 필요가 있다. 도 1A 내지 1C에서, 최소 회전각이 15°로 특정되어 대각 결정립계(또는 결정립계의 일부)의 변화 형태를 가시화할 수 있다고 생각된다(도 1B에서 별도로 나타낸 부분은 제외). 도 2는 단조 공정 후 분말야금 제조 과정에서 얻어진 초기 경도(AH)(변형 구조의 초기 경도(AH))로부터 소정의 기간(t), 예를 들면 1시간의 기간 동안 실시되는 후속 열처리(응력 완화 어닐링)의 온도(T)에 대한 경도의 의존성을 개략적으로 나타내고 있다. 상기 열처리가 더 긴 소정의 기간 동안 실시되면, 도 2에 나타낸 단차는 좌측(즉, 저온)으로 더 이동하는 반면에 더 짧은 기간의 경우에는 우측(즉, 고온)으로 더 이동한다.

도 1A는 예를 들면 (분말야금 제조 과정에서 실시되는) 단조 공정 후 얻어지는 것과 같은 순수한 변형 구조를 보여주고 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, 이러한 변형 구조는 소정의 결정입자를 둘러싸는 분명한 결정립계를 갖고 있지 않다. 대신에, 단지 확인할 수 있는 것은 결정립계의 일부(2)로서 각각 개방된 시작부 및/또는 개방된 단부를 갖고 있다. 여기에서, (단조 공정 중에 변형도에 따라) 소결체 고유의 입자의 결정립계의 일부가 어느 정도 확인될 수도 있다. 또한 상기 변형(단조 공정)은 도 1A와 1B에서 기호 "⊥"로 표시되어 있는 전위(4)를 형성하고 새로운 결정립계의 일부(2)를 형성한다. 소결체 고유의 입자는 여전히 확인될 수 있지만 변형으로 인해 크게 짓눌려지고 비틀려져 있다. 또한 상기 변형 구조는 상대적으로 작은 최소 회전각으로 설정된 각각의 연삭된 표면의 EBSD 분석을 이용하여 육안으로 관찰할 수 있는 기초 구조를 갖고 있다. 도 1B를 참고하여 상기 변형 구조의 기초 구조에 대해 아래에서 설명하기로 한다. 변형도가 증가함에 따라 (소결체 입자의) 고유한 결정립계의 일부분 또는 나아가 전부가 사라진다. 상기 변형 구조의 이들 전형적인 특징의 세기와 빈도는 특히 (재료) 조성과 변형도에 따라 달라진다. 특히 변형도가 증가함에 따라 소각 결정립계의 일부가 점차적으로 나타나고 대각 결정립계의 일부의 빈도 또한 증가한다는 것을 고려해야 한다. 표준 ASTM E 112-96에 따른 균일한 미소구조의 경우에는 (적어도 최소 회전각이 15°인 경우에) 결정립계의 일부만을 확인할 수 있기 때문에 평균 입도 측정을 규칙적으로 실시할 수 없다.

일반적으로 변형 구조에서는 온도 증가에 따라 증가하는 회복 과정이 진행된다. 예를 들면 전위의 소멸 및/또는 배치로부터 확인될 수 있는 이러한 회복 과정의 경우에는 활성화 에너지가 필요하지 않다. 이들 회복 과정은 경도 감소를 일으킨다. 회복 과정의 범위(EH)(도 2에서 T₁까지의 범위)에서, 온도 증가에 따라 경도가 지속적으로 감소하고, 상기 범위(EH)에서 기울기는 상대적으로 평탄하다(도 2 참조). 특정 온도(T₁)를 넘는 온도에서는 재결정 과정에서 새로운 입자 형성을 위해 필요한 활성화 에너지가 인가될 수 있다. 이 온도(T₁)는 특히 변형 구조의 조성과 변형도에 따라 달라지고 또한 각각의 경우에 실시되는 열처리의 시간에 따라 달라진다. 재결정이 일어나면, (먼저) 재결정화된 구조가 나타난다. 도 1B는 새로운 입자 형성에 의해 형성된 다수의 결정입자(6)를 가진 부분적으로 재결정화된 구조를 보여주고 있다. 결정입자(또는 미소결정)(6) 각각은 예를 들면 특히 EBSD 분석(EBSD: 전자 후방산란 회절)을 이용하여 적절하게 제조된 연삭된 표면의 전자현미경 사진에서 나타날 수 있는 원자 결정립계(8)를 갖는다. 상기 부분적으로 재결정화된 구조의 나머지 비율(또는 결정입자(6)를 둘러싸고 있는 비율)은 여전히 변형 구조로 존재한다. 새로운 입자 형성과 일부의 경우에는 회복 과정으로 인해 변형 구조에서 나타나는 전위(4)는 점차 사라진다.

이미 언급한 대로, 상기 변형 구조의 또 다른 특징은 기초 구조를 갖고 있다는 점이다. 이러한 기초 구조는 상대적으로 작은 최소 회전각을 예를 들면 5°의 회전 최소각(또는 경우에 따라 훨씬 작은 각도 가능)으로 특정함으로써 EBSD 분석을 이용하여 가시화할 수 있다. 이 방법으로, 대각 결정립계(결정립계의 일부(2)와 환형의 결정립계(8)) 이외에 기초 구조를 형성하는 소각 결정립계(9)를 확인할 수도 있다. 이를 도 1B의 하부에 박스로 나타내었는데, 이는 상부의 박스에 나타낸 구조의 일부를 확대하여 도시한 것이다. 이 도면에서 기초 구조의 소각 결정립계(9)는 상대적으로 얇은 선으로 나타나 있다. 이 도면을 토대로 알 수 있는 바와 같이, 결정립계의 일부(2)의 대각 결정립계는 어느 정도 소각 결정립계(9)에 의해 연장된다. 이 경우에 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자(6)에는 기초 구조가 없다. 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 경우에, 변형 구조의 기초 구조(9)는 특히 세립 형태를 갖고 있다.

열처리의 온도(및 시간)와 함께 증가하는 재결정화가 증가할수록 경도는 크게 감소한다(도 2 참조). 도 2에서 T₁을 초과하는 온도에서는 완만하게 떨어지던 그래프가 급격하게 떨어지는 영역으로 진입된다. 그래프의 완만하게 떨어지는 부분과 급격하게 떨어지는 부분 사이에는 전이 영역, 특히 가장 큰 곡률을 가진 지점을 재결정 역치(RKS)라고 한다(도 2 참조). 재결정화도가 증가할수록 새로운 입자 형성에 의해 이미 형성된 결정입자는 커지고 새로운 입자 형성에 의해 결정입자가 추가 형성되며 변형 구조는 점자 사라지게 된다. 특히 변형 구조는 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자에 의해 점차 "고갈"된다. 재결정화도가 더 증가할수록 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의 결정립계는 충돌하게 되고 마침내 남아있는 간극을 (적어도 크게) 채우게 된다. 이 단계에서, 결정 성장은 다시 느려지고 도 2의 그래프 기울기는 평탄해진다. 재결정화가 99%의 정도까지 완료되는 상태, 특히 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자가 상기 구조를 통한 단면 영역 대비 99%의 면적 비율을 갖는 상태에 도달하게 된다. 이 경우에, 1시간 열처리한 후 재결정화가 99% 정도까지 완료되는 온도를 도 2의 T₂에 해당하는 재결정 온도(도 2에서 열처리 시간은 1시간)로 정의한다. 온도(T₁)로부터 시작하여 재결정 온도(T₂)에 이르는 영역(RK)은 그 영역 안에서 재결정 과정이 상당 정도 진행하기 때문에 재결정 영역이라 한다. 마지막으로, 그래프는 더 이상 떨어지지 않거나 단지 매우 평탄하게 떨어지는 영역(EB)으로 진입한다. 이 영역에서는 입자 성장이 여전히 일어나지만 재결정은 전혀 일어나지 않거나 재결정이 매우 작은 정도로만(특히 상기 구조의 나머지 1% 정도) 일어난다.

도 1C는 완전히 재결정화된 이상적인 구조를 보여주고 있다. 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의 결정립계는 서로 인접해 있다. 초기의 변형 구조는 완전히 사라졌다. 여기에서, 도 1C는 결정립계가 각각 그들의 전체 연장 방향을 따라 서로 인접하여 있기 때문에 완전히 재결정화된 구조의 "이상적인 경우"를 보여준다.

도 3은 회전 대칭축(12)에 대해 회전 대칭성을 갖고 형성되어 있는 회전 X-선 양극(10)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 회전 X-선 양극(10)은 소정의 샤프트 위에 장착될 수 있는 판형의 지지체(14)를 갖고 있다. 환형의 초점 궤도(16)는 지지체(14)의 상부에 위치하여 있고, 도시된 실시형태에서는 절두 원추형태(원뿔대)를 갖는다. 초점 궤도(16)는 사용 중에 전자빔이 가로지르는 지지체(14)의 적어도 일부 영역을 덮고 있다. 일반적으로 초점 궤도(16)는 전자빔의 궤도보다 더 큰 지지체 영역을 덮고 있다. 회전 X-선 양극(10)의 외형과 구조는 당업계에 공지된 바와 같은 회전 X-선 양극과 다를 수 있다. 도 3을 참조하여 명백한 바와 같이, (초점 궤도와 지지체 모두에 대해) 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조의 (거시적) 비율은 일반적으로 초점 궤도면에 수직으로 형성되는 반경방향(즉, 회전 대칭축(12)을 통해 진행하는 방향)의 단면 영역을 어느 영역이 재결정화되지 않은 구조 및/또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하는지에 대해 검사함으로써 확인할 수 있다.

이하, 도 4A 내지 4D를 참조하여 주사전자현미경으로 실시할 수 있는 EBSD 분석(EBSD: 전자 후방산란 회절)에 대해 설명하기로 한다. 이러한 EBSD 분석 과정에서 각각의 구조를 미시 수준으로 특성분석할 수 있다. 특히 이러한 EBSD 분석 과정에서는 각 구조의 세립화 속성을 결정할 수 있고, 기초 구조의 발생과 크기를 확인할 수 있으며, 부분적으로 재결정화된 구조로 새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의 비율을 결정할 수 있고, 또한 상기 구조에서 나타나는 상위 집합조직을 결정할 수 있다. 이를 위해, 시료 제조 과정에서는 회전 X-선 양극을 통해 초점 궤도면에 대해 반경방향과 수직으로 단면 영역(도 3에 나타낸 단면 영역에 해당)이 형성된다. 적절하게 연삭된 표면을 특히 X-선 양극의 얻어진 단면 영역의 적어도 일부를 매설, 연삭, 연삭과 에칭하여 형성한 다음, (상기 표면 위에 연삭 공정에 의해 형성된 변형 구조를 제거하기 위해서) 상기 표면을 이온 연마 처리하기도 한다. 여기에서, 검사할 연삭 표면은 특히 회전 X-선 양극의 초점 궤도의 일부와 지지체의 일부를 포함하여 상기 2개의 부분이 검사될 수 있도록 선택될 수 있다. 측정 장치 구성은 전자빔이 준비된 연삭 표면에 20°의 각도로 충돌하도록 구성된다. 주사전자현미경의 경우에(Carl Zeiss "Ultra 55 plus"를 이용할 수 있음) 전자 공급원(전계 방출 음극을 이용할 수 있음)과 시료 사이의 간격은 16.2 mm이고 시료와 EBSD 카메라("DigiView IV"를 이용할 수 있음) 사이의 간격은 16 mm이다. 괄호 안에 제공된 정보는 각각 출원인이 사용한 기기의 유형에 관한 것으로, 원칙적으로는 기재한 기능을 가능하게 하는 다른 유형의 기기를 유사하게 이용할 수도 있다. 가속 전압은 20 kV이고, 50-배율로 설정하며, 순차적으로 스캔되는 시료 위 개개의 화소 간의 간격은 4 ㎛이다.

이 경우에 개개의 화소(17)는 서로에 대해 정삼각형으로 배치되고, 격자 간격(18)에 각각 해당하는 삼각형의 한 변의 길이는 4 ㎛이다(도 4A 참조). 여기에서 개개의 화소(17)에 관한 정보는 직경이 50 nm(나노미터)이고 깊이가 50 nm인 표면을 가진 각 시료의 체적으로부터 비롯된 것이다. 다음, 화소에 대한 정보를 6각형(19) 형태로 표시하고(도 4A에 파선으로 나타냄), 그 변들은 각각 해당 화소(17)와 각각 가장 근접 위치한 (6개의) 화소(17) 사이에 수직 이등분선을 형성한다. 검사 시료 영역(21)의 측정 면적은 특히 1700 ㎛ × 1700 ㎛이다. 도 4B에 나타낸 바와 같이, 상기 시료는 이 경우에 상반에는 약 850 ×1700 ㎛²으로 측정되는 초점 궤도면(22)(단면)과 하단에는 약 850 ×1700 ㎛²으로 측정되는 지지체부(24)(단면)를 포함한다. 여기에서, (초점 궤도와 지지체 사이의) 계면(26)은 초점 궤도면에 평행하게 형성되어 있고 검사 시료 영역(21)의 중앙을 통과한다(시료 영역의 각각의 변에 평행하게). 또한 상기 계면은 반경방향(RD)(예를 들면 도 3, 4B에서 방향(RD) 참조)에 평행하게 형성되어 있다. 도 4A를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 검사 시료 영역(21)은 4 ㎛의 격자로 스캔한다.

평균 결정립계 간격(또는 소각 결정립계 간격)을 결정하기 위해서 검사 시료 영역(21) 내에서 최소 회전각보다 크거나 동일한 결정립계 각도를 가진 결정립계과 결정립계의 일부를 EBSD 분석에 의해 가시화한다. 이 경우에, 주사전자현미경에서 15°의 최소 회전각을 설정하여 평균 결정립계 간격을 결정한다. 이 경우에, 회전 X-선 양극의 검사 부분의 (전체) 변형도는 60%이다. 여기에서, 초점 궤도의 높은 경도로 인해 초점 궤도 자체의 (국소) 변형도는 더 낮은 반면에 지지체의 (국소) 변형도는 적어도 일부 영역에서 더 높다는 것을 고려해야 한다. 특히, 지지체의 변형도는 초점 궤도면에 수직인 방향으로 초점 궤도로부터 바닥 방향으로 증가한다. 따라서 검사 결과는 각각 검사 부분의 (전체) 변형도와 검사 시료 영역(21)의 위치에 따라 달라진다. 계면(26)의 영역에서 검사 시료 영역(21)의 설명한 위치로 인해 검사한 초점 궤도부(22)와 검사한 지지체부(24)는 1 mm 미만 만큼 계면(26)으로부터 떨어져 있다(이는 특히 높이, 즉 회전 대칭축에 평행한 방향에 따라 서로 다른 변형도가 나타나는 지지체와 관련하여 적합하다). 주사전자현미경은 2개의 격자점(17) 사이에서 각 격자의 배향 차이가 ≥ 15°로 측정될 때마다 검사한 시료 영역(21) 내에서 2개의 격자점(17) 사이의 결정립계 또는 결정립계의 일부를 결정하고 나타낸다(최소 회전각이 다르게 설정되는 경우에는 결정립계의 일부가 중요하다). 각각의 경우에 사용된 배향 차이는 서로 비교할 각각의 격자점(17)에 존재하는 각각의 결정격자를 이동시키는데 필요한 가장 작은 각도이다. 이 과정은 각각의 격자점(17)을 둘러싸고 있는 모든 격자점과 관련하여(즉, 이 경우에서는 둘러싸고 있는 6개의 격자점과 관련하여) 각각의 격자점(17)에 대해 실시한다. 도 4A는 결정립계의 일부(20)를 예시하고 있다. 부분적으로 재결정화된 구조의 경우에(15°의 최소 회전각이 주어진 경우) 결정립계의 일부와 환형의 결정립계에 의해 형성되는 결정립계 패턴(32)은 검사 시료 영역(21) 내에서 이러한 방법으로 형성된다. 이를 초점 궤도의 일부(28)에 대해 도 4C와 4D에 개략적으로 나타내었다. 최소 회전각이 5°로 설정되면 기초 구조의 소각 결정립계 또한 가시화될 수 있다(이들은 도 4C와 4D에 나타내지 않았다).

이하, 초점 궤도면에 평행한 초점 궤도 재료의 평균 결정립계 간격의 결정에 대해 설명하기로 한다. 상기 초점 궤도 재료의 결정립계 간격을 결정하기 위해서 각각 약 850 ×1700 ㎛²로 측정되는 검사 시료 영역(21)의 초점 궤도부(22)만을 평가한다. 여기에서, 이 경우에 설명된 과정에서 평균 결정립계 간격은 방향(RD), 즉 초점 궤도면(또는 도 4B의 계면(26))에 평행하고 실질적으로 반경방향으로 진행하는 방향을 따라 결정한다. 이를 위해 각각 길이가 1700 ㎛이고 상대 간격이 17.2 ㎛(1700 ㎛/99)인 일군(34)의 98개 라인을 (면적 1700 ×1700 ㎛²을 가진) 검사 시료 영역(21) 내 결정립계 패턴(32)에 위치시킨다. 도 4C에서 이를 검사 초점 궤도부(22) 내 위치한 초점 궤도의 일부(28)에 대해 개략적으로 나타내었다. 여기에서 일군의 라인(34)은 검사 표면(또는 단면 영역)에 평행하게 이어져 있고 개개의 라인은 방향(RD)에 평행하게 이어져 있다. 각각의 라인과 결정립계 패턴(32)의 라인 사이의 상호 인접한 2개의 교차점 사이의 간격을 각각 개개의 라인에 대해 결정한다. 라인의 단부가 결정립계 패턴(32)의 라인과 교차점을 형성하지 않는(즉, 라인의 단부가 검사 초점 궤도부(22)의 경계에 도달하기 때문에 개방 단부를 형성하는) 영역에서는 상기 라인 단부로부터 결정립계 패턴(32)의 라인과의 제1교차점에 이르는 부분의 길이를 결정입자의 절반으로서 평가한다. 초점 궤도부(22)(약 850 ×1700 ㎛²) 내 결정된 다양한 간격의 빈도를 평가한 다음, 상기 간격들의 평균값을 구한다(측정 간격의 수로 나눈 검출 간격의 총계에 해당함). 평균 결정립계 간격을 결정하기 위해 기재한 상기 방법을 "차단 길이"라고도 한다. 상기 초점 궤도면에 수직인, 즉 방향(ND)을 따라 평균 결정립계 간격의 결정을 초점궤도부(22) 내에서 적절하게 실시한다. 또한 일군(36)의(한편으로는 98) 라인을 결정립계 패턴(32)에 위치시킨다. 여기에서, 일군의 라인(36)은 검사 표면(또는 단면 영역)에 평행하게 이어져 있고 개개의 라인은 방향 (ND)에 평행하게 이어져 있다. 이를 일부(28)에 대해 재차 도 4D에 개략적으로 나타내었다. 상기 간격을 위에서 설명한 바와 상응하는 방법으로 평가한다. 이 방법으로 (대각) 결정립계과 (대각) 결정립계의 일부로부터 형성되는 구조의 세립화 속성의 척도를 나타낼 수 있다. 이 경우에, 초점 궤도면에 평행한 평균 결정립계 간격은 일반적으로 초점 궤도면에 수직인 평균 결정립계 간격보다 크다. 이 효과는 단조 공정 중에 초점 궤도면에 수직으로 작용하는 힘에 의해 나타난다. 다음, 평균 결정립계 간격(d)을 하기 방정식에 의해 알 수 있는 바와 같이 초점 궤도면에 평행한 평균 결정립계 간격(d_p)과 초점 궤도면에 수직인 평균 결정립계 간격(d_s)으로부터 결정할 수 있다:

유사한 방식으로 초점 궤도면에 평행하고 수직인 초점 궤도의 일부의 평균 (소각) 결정립계 간격의 결정은 평균 회전각을 5°로 표시하여 실시할 수 있다. 다음, 이로부터 평균 소각 결정립계 간격을 또한 위에 나타낸 식에 따라 결정할 수 있다. 최소 회전각을 5°로 표시함으로써 (변형 구조에 존재하는) 기초 구조의 소각 결정립계를 추가로 고려한다. 이 방법으로, (대각) 결정립계, (대각) 결정립계의 일부와 소각 결정립계으로부터 형성되는 구조의 세립화 속성의 척도를 나타낼 수 있다.

새로운 입자 형성에 의해 형성된 결정입자의 면적 비율(검사 부분의 전체 면적 대비)이 예를 들면 도 1A-1C에 개략적으로 나타낸 바와 같이 현미경용 절편에서 결정된다는 사실에 의해 재결정화도를 미시 수준으로 측정할 수 있다. 이 측정은 또한 EBSD 분석 중에 주사전자현미경으로 실시할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4A 내지4D를 참조하여 위에서 설명한 측정 장치 구성과 시료 제조 및 설명한 측정 방법을 참고한다. 여기에서 표시한 최소 회전각은 특히 ≥ 15°의 각이므로 대각 결정립계의 형태를 볼 수 있다. 이 방법으로, 특히 새로운 입자 형성에 의해 형성한 결정입자 및 (대각) 결정립계의 일부의 환형 결정립계를 측정할 수 있다. 또한 개개의 결정입자가 새로운 입자 형성에 의해 형성한 결정입자인지 여부를 조사하기 위해서(이들은 기초 구조를 갖지 않음) 최소 회전각을 ≥ 5°(또는 최소 회전각에 대한 또 다른 작은 값)로 표시하여 동일한 영역을 추가로 더 검사할 수도 있다. 다음, 전체 검사 면적 대비 새로운 입자 형성에 의해 형성한 결정입자의 면적 비를 결정한다.

또한 경도를 토대로 재결정화도를 평가할 수도 있다. 이는 예를 들면 단조 공정 후 동일한 방법으로 제조한 다수의 시료 각각을 각각 서로 다른 온도에서 소정의 기간 동안 열처리(경우에 따라 추가로 또는 선택적으로 열처리 시간은 변할 수도 있음)한다는 사실에 의해 실시할 수 있다. 다음, 동일한 위치에서 각각 시료에 대한 경도 측정을 실시한다(시료 내에서). 이에 따라 실질적으로 도 2에 나타낸 곡선의 경로를 추적할 수 있고 각각의 시료가 존재하는 곡선의 영역을 확인할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 재결정 역치(RKS) 주위의 영역(TB)에서 처리하는 것이 바람직하다(도 2에서 영역(TB)은 재결정 역치(RKS) 주위에 파선을 이용하여 원으로 개략적으로 표시되어 있음).

재결정화도의 결정과 관련하여, 일반적으로 일부 재료(예를 들면 몰리브덴과 몰리브덴 합금)의 경우에 회복 과정이 연장된다는 것을 고려하여야 한다. 부분적으로 대표되는 개념에 따르면, 이들 회복 과정의 결과로서 새로운 입자 형성을 위한 핵이 나타날 수도 있다. 이들 핵으로부터 새로운 입자가 형성되는 경우에 본 기재내용과 관련하여 용어 재결정은 이러한 유형의 새로운 입자 형성을 포함하는 것이다. 회복 과정이 연장되면 도 2의 그래프는 조기에 회복 과정의 영역(EH)에서 크게 떨어지고 재결정 역치는 더 높은 온도로 이동할 수 있다. 적어도 구조가 재결정되는 영역(EB)에서 그래프는 다시 회복 과정이 연장되지 않고 재료의 경우와 유사한 방식으로 진행된다. 특히 도 2에서 파선으로 개략적으로 나타낸 바와 같이 품질면에서 편차가 있다. 몰리브덴계 합금의 경우에, 이 효과는 입자의 형성과 더 관련되는데 이 또한 마찬가지로 특정 곡선 형태에 대한 효과를 가질 수 있다. 그러나 품질면에서 곡선 형태는 항상 도 2에 나타낸 바와 실질적으로 같다.

후술하는 내용에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 제조에 대해 설명한다. 먼저, 지지체용 출발 분말을 혼합하고 초점 궤도용 출발 분말을 혼합한다. 상기 지지체용 분말은 지지체에 대해 (분말야금 제조의 일부로서 실시된 모든 열처리의 종결 후)(즉, TZM) 0.5 중량의 Ti, 0.08 중량%의 지르코늄, 0.01-0.04 중량%의 탄소, 0.03 중량% 미만의 산소와 나머지 비율의 몰리브덴의 조성(불순물 제외)이 얻어지도록 선택한다. 또한 상기 출발 분말은 초점 궤도에 대해 10 중량%의 레늄과 90 중량%의 텅스텐의 조성(불순물 제외)이 얻어지도록 선택한다. 상기 출발 분말을 회전 X-선 양극 당 400톤(4 * 10⁵ kg에 해당)으로 복합체로서 압착한다. 다음, 얻어진 형체를 2000℃-2300℃의 범위에서 2 내지 24시간 동안 소결한다. 소결 후 얻은 출발 형체(소결체)는 특히 상대밀도 94%를 갖는다. 소결 후 얻은 출발 형체를 1300℃ 내지 1500℃의 범위에서(바람직하게는 1300℃에서) 단조하고, 단조 단계 후 상기 형체는 20-60%의 범위(바람직하게는 60%)의 변형도를 갖는다. 단조 단계 후에 상기 형체를 1300℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서(바람직하게는 1400℃에서) 2 내지 10시간 동안 열처리한다. 본 실시예와 관련하여 나타낸 범위에서는 각 영역 내 다양한 조합에 대해 양호한 결과를 각각 달성할 수 있다. 본 발명에 따르면 상기 압착 단계와 소결 단계에 대해 나타낸 파라미터는 초점 궤도의 특성에 대해서(또한 실질적으로 지지체의 기재된 유리한 특성에 대해서도) 덜 중요한 반면에, 단조 단계와 후속 열처리 단계 중 온도는 특히 초점 궤도의 특성에 대한(특히 초점 궤도의 재결정화도에 대해) 효과를 갖는다. 특히, 단조 단계와 후속 열처리 단계에 대해 나타낸 바람직한 온도값에서는 특히 양호한 결과가 얻어진다(바람직하게 나타낸 변형도 60%에서).

위에서 설명한 실시예에 따라 제조한 회전 X-선 양극의 경우에, 초점 궤도에 대해서는 450 HV 30의 경도와 지지체에 대해서는 315 HV 10의 경도를 얻을 수 있었다. 여기에서 회전 대칭축을 지나가는 단면 영역에 대해 경도를 측정할 수 있다. 지지체의 경우에는 650 MPa(메가파스칼)의 0.2% 신율 한계 R_p0.2와 5%의 상온 파단신율(A)를 추가로 얻을 수 있었다. 이와 관련하여 지지체로 반경방향으로 진행하는 시료를 측정 시료로서 사용할 수 있다. DIN EN ISO 6892-1에 기재되어 있고 응력율을 이용하는 방법 B를 측정 과정으로서 이용할 수 있다. 이에 반해, 분말야금에 의해 제조된 종래의 지지체의 경우에는 전형적으로 최대 220 HV 10의 경도와 더 낮은 신율 한계치가 얻어진다(추가 입자로 보강한 특수합금과 재료는 제외).

따라서 이들 결과를 통해 본 발명에 따른 회전 X-선 양극의 경우에 (초점 궤도와 또한 지지체의) 분말야금에 의해 종래 제조된 회전 X-선 양극의 경우보다 상당히 더 높은 경도와 (적어도 지지체의 경우에) 더 높은 신율 한계가 얻어졌음을 알 수 있다. 또한 이들 연구는 단조 공정 후 (지지체 재료의) 재결정 역치 영역의 온도에서 열처리에 의해 지지체 재료의 충분한 연성이 달성될 수 있음을 보여주고 있다. 이러한 약한 연성 증가(즉, 상대적으로 낮은 온도에서의 열처리)의 경우에는 초점 궤도의 구조가 계속하여 매우 세립화된 상태에 있게 되는 동시 효과가 있다. 상기 달성된 연성 증가는 특히 상온에서의 파단신율(A)에 대해 얻은 값을 토대로 확인할 수 있다. 열처리를 거치지 않은 시료의 경우에는 (압착, 소결 및 단조된) 지지체 재료의 파단신율이 전형적으로 ≤ 1%이다. 상기 연성 증가로 인해 회전 X-선 양극이 부숴지고 깨지는 상황을 예방할 수 있다.

본 발명에 따라 형성된 회전 X-선 양극 위에서 수명이 다해가는 초점 궤도를 검사하였다. 이 경우에 균열이 각각 세립 구조의 결정립계를 따라 유도되고 따라서 전개 방향을 반복적으로 변화시킨다는 것을 확인할 수 있었다. 세립 구조에 따른 균열 유도는 초점 궤도 깊숙이 균열이 전개되는 것을 방지한다. 또한 초점 궤도의 수명이 다해 갈 때 초점 궤도의 표면에 균일하게 형성된 균열이 균일하게 분포된 균열 패턴을 관찰할 수 있었다. 이와 대조적으로, 초점 궤도가 진공 플라즈마 용사에 의해 제조된 비교용 회전 X-선 양극에서는 초점 궤도의 결정이 주상형 형태를 갖고 초점 궤도면에 수직으로 배향되어 있다. 결국, 초점 궤도 깊숙이 결정립계를 따라(또한 경우에 따라서 아래의 지지체까지) 균열이 전개된다.

초점 궤도와 지지체의 조직을 조사하기 위해서 도 4A 내지 4D를 참조하여 위에서 설명한 바와 같은 회전 X-선 양극을 조사할 시료로서 제조하였다. 여기에서 상기 X-선 양극을 본 발명에 따라 형성하였다. 초점 궤도는 90 중량%의 텅스텐과 10 중량%의 레늄의 조성(불순물 제외)을 가진 반면에, 상기 지지체는 0.5 중량%의 Ti, 0.08 중량%의 지르코늄, 0.01-0.04 중량%의 탄소, 0.03 중량% 미만의 산소와 나머지 함량의 몰리브덴으로 이루어진 조성(불순물 제외)을 가졌다. 측정 장치 구성은 위에서 설명한 장치 구성과 매우 유사하다. 측정 방법에서는 조직 결정을 위해 적용이 가능하거나 실시할 수 있는 한 도 4A 내지 4D를 참조하여 위에서 설명한 장치를 이용하였다. 초점 궤도의 EBSD 분석 과정에서 얻은 역극점도를 도 5A-5C에 나타내었다. 이와 관련하여 서로 수직인 거시적 방향으로서 각각의 검사 영역에서 초점 궤도면에 수직으로 진행하는 방향(ND)과, 초점 궤도면에 실질적으로 반경방향 및 평행하게 진행하는 방향(RD)과, 초점 궤도면에 접선방향 및 평행하게 진행하는 방향(TD)를 초점 궤도와 관련하여 정의하였다(이들 방향은 도 3에 관찰을 위해 그려넣었다). 해당하는 회전 X-선 양극을 제조하기 위한 방법 중 단조 공정에서, 초점 궤도면에 수직으로(즉, 방향(ND)을 따라) 힘을 작용시켰다. 도 5A는 방향(ND)의 초점 궤도의 역극점도를, 도 5B는 방향(RD)의 초점 궤도의 역극점도를, 도 5C는 방향(TD)의 초점 궤도의 역극점도를 보여주고 있다. 도 5A를 참조하면 방향(ND)을 따라 <111> 방향과 <001> 방향의 뚜렷한 상위 집합조직을 확인할 수 있다. 또한 도 5B와 5C를 참고하면 방향(RD)와 (TD)를 따라 <101> 방향의 (덜) 뚜렷한 상위 집합조직을 확인할 수 있다. 회전 X-선 양극의 외부 영역에서 측정된 지지체의 조직에 대해서 유사한 결과가 얻어졌다. 특히 방향(ND)을 따라 <111> 방향과 <001> 방향의 뚜렷한 상위 집합조직과 방향(RD)와 (TD)를 따라 <101> 방향의 (덜) 뚜렷한 상위 집합조직이 측정되었다.

비교를 위해, 순수한 텅스텐으로 제조하고 CVD 공정에 의해 도포된 초점 궤도(도 6 참조)와 진공 플라즈마 용사에 의해 제조하고 텅스텐-레늄 합금(텅스텐 비율: 90 중량%, 레늄 비율: 10중량%)으로 제조된 초점 궤도(도 7 참조)로 이루어진 적절히 제조한 시료들을 조직과 관련하여 조사하였다. 이와 관련하여 도 6은 방향(TD)의 역극점도를 보여주고 있다. 도 6을 참조하여 명백한 바와 같이, CVD 코팅에 의해 도포된 초점 궤도는 방향(TD)를 따라 <111> 방향의 상위 집합조직을 갖는다. 도 7은 방향(ND)의 역극점도를 보여주고 있다. 도 7을 참조하여 명백한 바와 같이, 진공 플라즈마 용사에 의해 제조된 초점 궤도는 방향(ND)을 따라 <001> 방향의 뚜렷한 상위 집합조직을 갖는다.

Claims (17)

1. 지지체(14)와 지지체(14) 위에 형성되어 있는 초점 궤도(16)를 가진 회전 X-선 양극으로서,
   지지체(14)와 초점 궤도(16)가 분말야금에 의해 복합체로서 제조되고, 지지체(14)가 몰리브덴 또는 몰리브덴계 합금으로부터 형성되며, 초점 궤도(16)가 텅스텐 또는 텅스텐계 합금으로부터 형성되는, 회전 X-선 양극에 있어서,
   최종 열처리된 회전 X-선 양극(10)에서 초점 궤도(16)의 적어도 일부가 재결정화되지 않은 구조 또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하며,
   초점 궤도(16)의 적어도 일부가 ≤ 10 ㎛의 평균 소각 결정립계 간격을 갖고,
   - 상기 평균 소각 결정립계 간격이 결정립계(8), 결정립계의 일부(2)와 결정립계 각도 ≥ 5°를 가진 소각 결정립계(9)를 초점 궤도(16)의 적어도 일부의 영역에서 초점 궤도면에 수직으로 형성되는 반경방향 단면 영역에 대해 결정하는 측정 과정에 의해 측정될 수 있고,
   - 초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격을 결정하기 위해서 상기 단면 영역에 평행하게 이어져 있고 각각 초점 궤도면에 평행하게 이어져 있으며 각각 서로에 대해 17.2 ㎛의 간격에 있는 라인들로 구성되어 있는 일군의 라인들(34)을 이와 같이 얻어진 결정립계 패턴(32)에 각각 위치시키고, 각각의 라인과 결정립계 패턴(32)의 라인 사이에 상호 인접한 각각 2개의 교차점 사이의 간격을 개개의 라인에 대해 결정하며, 이들 간격의 평균값을 초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격으로서 결정하고,
   - 초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격을 결정하기 위해서 상기 단면 영역에 평행하게 이어져 있고 각각 초점 궤도면에 수직으로 이어져 있으며 각각 서로에 대해 17.2 ㎛의 간격에 있는 라인들로 구성되어 있는 일군의 라인들(36)을 얻어진 결정립계 패턴(32)에 각각 위치시키고, 각각의 라인과 결정립계 패턴(32)의 라인 사이에 상호 인접한 각각 2개의 교차점 사이의 간격을 개개의 라인에 대해 결정하고, 이들 간격의 평균값을 초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격으로서 결정하고,
   - 평균 소각 결정립계 간격이 초점 궤도면에 평행한 평균 소각 결정립계 간격과 초점 궤도면에 수직인 평균 소각 결정립계 간격의 기하평균값으로서 결정되는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
2. 제1항에 있어서, 상기 초점 궤도의 일부가 초점 궤도면에 수직(ND)인 X-선 회절에 의해 결정 가능한 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎가 ≥ 4인 <111> 방향의 상위 집합조직과 X-선 회절에 의해 결정 가능한 집합조직 계수 TC₍₂₀₀₎가 ≥ 5인 <001> 방향의 상위 집합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점 궤도면에 수직(ND)인 초점 궤도(16)의 일부가 X-선 회절에 의해 결정 가능한 집합조직 계수 TC₍₂₂₂₎와 TC₍₃₁₀₎에 대한 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극:
   

   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 초점 궤도(16)의 일부의 경도가 ≥ 350 HV 30인 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 초점 궤도(16)의 일부가 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
6. 제5항에 있어서, 새로운 입자 형성에 의해 부분적으로 재결정화된 구조로 형성된 결정입자(6)가 변형 구조에 의해 둘러싸이고 부분적으로 재결정화된 구조를 통해 단면적의 관점에서 이들 결정입자(6)가 10% 내지 80% 범위의 면적 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 초점 궤도(16)의 일부가 초점 궤도면(RD, TD)에 평행한 방향으로 <101> 방향의 상위 집합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체(14)의 적어도 일부가 재결정화되지 않은 구조 또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
9. 제8항에 있어서, 지지체(14)의 일부의 경도가 ≥ 230 HV 10인 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
10. 제8항에 있어서,
    - 지지체(14)의 일부가 초점 궤도면에 수직(ND)인 <111> 방향과 <001> 방향의 상위 집합조직을 갖거나; 또는
    - 지지체(14)의 일부가 초점 궤도면에 평행한 방향(RD, TD)에서 <101> 방향의 상위 집합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
11. 제8항에 있어서, 지지체(14)의 일부가 상온에서의 파단신율 ≥ 2.5%를 갖는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체(14)가 몰리브덴계 합금으로부터 형성되고, 상기 합금의 추가 합금화 구성성분이 Ti, Zr, Hf으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 C, N으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 X-선 양극.
13. 제1항 또는 제2항에 따른 회전 X-선 양극(10)을 포함하는, X-선 방사선을 발생시키기 위한 X-선관.
14. 제1항 또는 제2항에 따른 회전 X-선 양극(10)을 제조하기 위한 방법으로서,
    A) 소정의 출발 분말을 압착 및 소결하여 복합체로서 제조되고 몰리브덴 또는 몰리브덴계 혼합물로 제조된 지지체부와 상기 지지체부 위에 형성되고 텅스텐 또는 텅스텐계 혼합물로 제조되는 초점 궤도부를 구비한 출발 형체를 준비하는 단계;
    B) 상기 형체를 단조하는 단계; 및
    C) 상기 형체를 단조 단계 도중에, 단조 단계 후에, 또는 단조 단계 도중과 단조 단계 후에 열처리하는 단계를 포함하되,
    상기 열처리는 최종 열처리된 회전 X-선 양극(10)에서 상기 초점 궤도부로부터 얻어지는 초점 궤도(16)의 적어도 일부가 재결정화되지 않은 구조 또는 부분적으로 재결정화된 구조로 존재하도록 하는 온도와 시간 동안 실시되는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 열처리가 1300-1500℃ 범위의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 형체가 단조 종료 후 20% 내지 60% 범위의 변형도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 삭제

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