DE10048833C2 - Vakuumgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfenster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse mit einem Röntgen­ fenster, welches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist.

Glasartiger Kohlenstoff (Glasgraphit) eignet sich, wie aus der DE 196 38 150 A1 bekannt ist, als Material für Röntgen­ fenster von Vakuumröhren, z. B. Röntgenröhren, aber auch Rönt­ genbildverstärkern, da es ungiftig ist und im Vergleich zu den bisher eingesetzten Materialien, z. B. Beryllium, wesent­ lich kostengünstiger ist. Allerdings scheiterte der Einsatz von glasartigem Kohlenstoff als Material für Röntgenfenster von Vakuumröhren in der Praxis bisher daran, dass es nicht möglich war, eine ausreichend haltbare vakuumdichte Verbin­ dung eines Röntgenfensters aus glasartigem Kohlenstoff mit den üblicherweise als Material für Vakuumgehäuse von Vakuum­ röhren verwendeten Materialien, z. B. Metall oder Keramik, herzustellen.

Aus der DE 198 45 755 A1 ist es bekannt, ein aus glasartigem Kohlenstoff bestehendes Röntgenfenster vakuumseitig zur Ver­ ringerung der Gas-Permeabilität mit einer dünnen Metall­ schicht zu versehen. Aus dieser Druckschrift ist es außerdem bekannt, dass eine Metallisierung von glasartigem Kohlenstoff die Verlötung der metallisierten Flächen mit angrenzenden Bauteilen erleichtert.

Problematisch ist hierbei vor allem, dass die in der Vakuum­ technik üblicherweise eingesetzten Lote glasartigen Kohlen­ stoff nur unzureichend benetzen, was zur Folge hat, dass eine dauerhafte vakuumdichte Verbindung des Röntgenfensters mit dem Vakuumgehäuse nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine verbesserte Verbindung des Röntgenfensters mit dem Vakuumgehäuse gegeben ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Vaku­ umgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfenster, wel­ ches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist und mit dem Va­ kuumgehäuse durch Löten unter Verwendung eines Aktivlotes, vorzugsweise ist als Aktivlot ein unter der Bezeichnung Incu­ sil ABA (Active Brazing Alloy) von der Firma Wesgo Metals, USA, vertriebenes Material vorgesehen, verbunden ist.

Unter einem Aktivlot ist ein Lot zu verstehen, das Glasgra­ phit direkt benetzt. Grundlage der Benetzung ist die Ausbil­ dung sogenannter Reaktionsschichten, die durch Grenzflächen­ reaktion im Interfacebereich Lot-Glasgraphit entstehen. Da­ mit sich diese lötaktiven Reaktionsschichten bilden können, sind die zu verwendenden Lote mit besonders reaktiven Metal­ len, wie z. B. Ti, Hf, Zr, Nb usw. dotiert. Diese aktiven Kom­ ponenten diffundieren während des Lötens an die Grenzflächen und zersetzen die Graphitoberfläche unter Ausbildung von Re­ aktionsprodukten, die wiederum von der Lötmatrix benetzt wer­ den können. Aufgrund der Bestandteile der Lote werden diese Aktivlote genannt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Aktivlote glas­ artigen Kohlenstoff problemlos benetzen und zwar in der Regel ohne besondere Vorbehandlung des glasartigen Kohlenstoffes. Demnach ist im Falle des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses ei­ ne dauerhafte vakuumdichte Verbindung des Röntgenfensters mit dem Vakuumgehäuse gegeben, die zudem auf kostengünstige Wei­ se, nämlich durch Löten, erzielt wird.

Problematisch ist auch, dies gilt wegen der hier auftretenden hohen Temperaturen insbesondere für Röntgenröhren, dass glas­ artiger Kohlenstoff mit 2,6 × 10^-6 µm/°C einen im Vergleich zu üblicherweise für Vakuumgehäuse verwendeten Materialien geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass die Gefahr des Abplatzens sehr groß ist.

Hier wird gemäß einer Variante der Erfindung Abhilfe dadurch geschaffen, dass das Vakuumgehäuse eine rahmenartige Struktur aus Wolfram oder einer Wolframlegierung aufweist, an der das Röntgenfenster mittels des Aktivlotes vakuumdicht angebracht ist. Wolfram bzw. Wolf­ ramlegierungen weisen einen gegenüber glasartigem Kohlenstoff etwa um das Doppelte größeren Ausdehnungskoeffizienten auf, der sich als Funktion der Temperatur nur unwesentlich ändert. Damit ist die Gefahr, dass das Röntgenfenster infolge der un­ terschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ma­ terials des Vakuumgehäuses und des Röntgenfensters Schaden nimmt, verringert.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das Vaku­ umgehäuse einen rahmenartigen Träger aus Wolfram oder einer Wolframlegierung aufweist, an dem die mit dem Röntgenfenster versehen rahmenartige Struktur durch Schweißen oder Löten va­ kuumdicht angebracht ist. Bei der Herstellung eines derarti­ gen Vakuumgehäuses wird vorzugsweise derart vorgegangen, dass zunächst einerseits der rahmenartige Träger an dem Vakuumge­ häuse und andererseits die rahmenartige Struktur an dem Rönt­ genfenster angebracht wird. Es ist dann möglich, die Einheit aus Röntgenfenster und rahmenartiger Struktur mit dem mit dem rahmenartigen Träger versehenen Vakuumgehäuse durch herkömm­ liche Schweiß- oder Lötverfahren problemlos vakuumdicht zu verbinden, da gleichartige oder ähnliche Materialien, nämlich Wolfram bzw. Wolframlegierungen miteinander verlötet bzw. verschweißt werden.

Als Wolframlegierung eignen sich von der Fa. Plansee unter der Bezeichnung DENSIMET® vertriebene Legierungen, die Wolf­ ramgehalte von mehr als 90% aufweisen und die im übrigen aus Nickel und Eisen oder Nickel und Kupfer bestehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den ein Röntgenfenster aufweisenden Bereich der Wandung eines erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses im Längsschnitt, und

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1.

Mit 1 ist in der Figur die Wandung des Vakuumgehäuses einer Vakuumröhre, z. B. einer Röntgenröhre oder eines Röntgenbild­ verstärkers, und mit 2 das eigentliche Röntgenfenster be­ zeichnet. Die Wandung 1 des Vakuumgehäuses besteht im Bereich des Röntgenfensters 2 beispielsweise aus Kupfer, Vacon oder Edelstahl. Das Röntgenfenster 2 selbst besteht aus glasarti­ gem Kohlenstoff, wie er z. B. unter der Bezeichnung SIGRADUR® von der Firma Schott vertrieben wird.

Das Röntgenfenster 2 ist nicht direkt mit der im Bereich des Röntgenfenster 2 eine Öffnung 3 aufweisenden Wandung 1 des Vakuumgehäuses verbunden. Es ist vielmehr am inneren Rand ei­ ner rahmenartigen Struktur 4 vakuumdicht angebracht, welche aus Wolfram oder einer Wolframlegierung, beispielsweise DENSIMET®, gebildet ist. Die Befestigung des Röntgenfensters an der rahmenartigen Struktur 4 erfolgt mittels eines Aktiv­ lotes 5, wobei in der Fig. 1 die Dicke des zwischen dem Röntgenfenster 2 und der rahmenartigen Struktur 4 befindli­ chen Aktivlotes 5 übertrieben dargestellt ist.

Als Aktivlot eignet sich insbesondere Incusil ABA, das 59% Silber, 27,25% Kupfer, 12,5% Indium und 1,25% Titan enthält.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses wird das Röntgenfenster 2 mit der rahmenartigen Struktur 4 nicht direkt mit der Wandung 1 des Vakuumgehäuses verbunden. Viel­ mehr wird die Wandung 1 des Vakuumgehäuses entlang des Randes der Öffnung 3 mit einem rahmenartigen Träger 6 versehen, der wie die rahmenartige Struktur 4 aus Wolfram oder einer Wolf­ ramlegierung, insbesondere DENSIMET®, gebildet ist und durch Löten oder Schweißen, die Dicke der zwischen dem rahmenarti­ gen Träger 6 und der Wandung 1 des Vakuumgehäuses befindli­ chen Verbindungszone 7 ist in der Fig. 1 übertrieben darge­ stellt, verbunden ist.

Um die Öffnung 3 durch das Röntgenfenster 2 zu verschließen, werden die rahmenartige Struktur 4 und der rahmenartige Träger 6 durch Löten miteinander verbunden, wobei die Verbin­ dungszone 8 in der Fig. 1 übertrieben dick dargestellt ist. Infolge des Umstandes, dass die rahmenartige Struktur 4 und der rahmenartige Träger 6 aus ähnlichen, wenn nicht sogar gleichen Materialien bestehen, lässt sich eine haltbare vaku­ umdichte und temperaturbeständige Verbindung zwischen den beiden genannten Teilen problemlos realisieren.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sind im Falle des be­ schriebenen Ausführungsbeispiels sowohl die Öffnung 3 als auch das Röntgenfenster 2, der rahmenartige Träger 6 und die rahmenartige Struktur 4 von kreis- bzw. kreisringförmiger Gestalt. Andere Formen der genannten Bauelemente sind im Rah­ men der Erfindung möglich.

Zwischen der rahmenartigen Struktur 4 und dem rahmenartigen Träger 6 sind im Fall des beschriebenen Ausführungsbeispiels Zentriermittel vorgesehen, die durch eine mit dem äußeren Rand der rahmenartigen Struktur 4 zusammenwirkenden Vertie­ fung 9 des rahmenartigen Trägers 6 gebildet sind. Zentrier­ mittel, die ähnlich oder auch anders ausgestaltet sein kön­ nen, können auch zwischen dem Strahlenaustrittsfenster 2 und der rahmenartigen Struktur 4 und/oder zwischen dem rahmenar­ tigen Träger 6 und der Wandung 1 des Vakuumgehäuses vorgese­ hen sein.

Bei dem in den Figuren dargestellten Vakuumgehäuse kann es sich wie erwähnt sowohl um das Vakuumgehäuse einer Röntgen­ röhre als auch eines Bildverstärkers handeln, wobei in erste­ rem Fall die Röntgenstrahlung aus dem evakuierten Inneren des Vakuumgehäuses durch das Röntgenfenster in das umgebende Me­ dium tritt, während in letzterem Fall die Röntgenstrahlung aus dem das Vakuumgehäuse umgebenden Medium durch das Rönt­ genfenster in das Innere des Vakuumgehäuses tritt.

Claims (5)

1. Vakuumgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfens­ ter, welches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist und mit dem Vakuumgehäuse durch Löten unter Verwendung eines Aktivlo­ tes verbunden ist.

2. Vakuumgehäuse nach Anspruch 1, bei dem ein Aktivlot vorge­ sehen ist, das 59% Silber, 27,25% Kupfer, 12,5% Indium und 1,25% Titan enthält.

3. Vakuumgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, welches eine rahmen­ artige Struktur aus Wolfram oder reiner Wolframlegierung auf­ weist, an der das Röntgenfenster mittels des Aktivlotes vaku­ umdicht angebracht ist.

4. Vakuumgehäuse nach Anspruch 3, welches einen rahmenartigen Träger aus Wolfram oder einer Wolframlegierung aufweist, an dem die mit dem Röntgenfenster versehene rahmenartige Struk­ tur durch Schweißen oder Löten vakuumdicht angebracht ist.

5. Vakuumgehäuse nach Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Wolfram­ legierung vorgesehen ist, die einen Wolframgehalt von mehr als 90% aufweist und die im übrigen aus Nickel und Eisen oder Nickel und Kupfer besteht.