DE3303529A1

DE3303529A1 - Roentgenroehren-drehanode

Info

Publication number: DE3303529A1
Application number: DE19833303529
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. Bildstein; Helmut Dr. 6600 Lechaschau Petter; Fritz Dipl.-Ing. 6600 Reutte Simader
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1983-09-08
Also published as: AT376064B; FR2521776B1; ATA61882A; JPS58152353A; FR2521776A1; NL188485B; US4516255A; NL188485C; DE3303529C2; NL8300487A

Description

33G3529

RÖNTGENRÖHREN-DREHANODE

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode, bestehend aus einem Grundkörper aus einer Kohlenstoff enthaltenden Molybdän-Legierung, z.B. TZM, sowie aus einer Brennbahn aus Wolfram bzw. einer Wolfram-Legierung, wobei die Oberfläche der Drehanode außerhalb der Brennbahn mindestens teilweise mit einem Überzug aus einem oder mehreren Oxiden oder aus einem Gemisch aus einem oder mehreren Metallen mit einem oder mehreren Oxiden versehen ist.

Die einer Drehanode bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen zugeführte elektrische Energie wird nur zu etwa 1 % in Röntgenstrahlungsenergie umgesetzt. Die restlichen 99 % werden in unerwünschte Wärme umgesetzt, was zu einer starken Temperaturbelastung der Drehanode führt. Es hat in der Vergangenheit deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die in Drehanoden erzeugte Wärmeenergie so rasch wie möglich, vorwiegend durch Vergrößerung der oberflächlichen Wärmeemissivitat abzuführen. Bekannte Maßnahmen sind die Belegung der Drehanode mit Graphit, mit Überzügen aus pulverisierten hochschmelzenden Metallen, wie z.B. Titan oder Tantal, aus Karbiden, wie z.B. Titankarbid oder Tantalkarbid, oder aus Oxidmischungen oder Oxidmetall mischungen.

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Die DE-OS 24 43 354 beschreibt eine Drehanode der eingangs erwähnten Art, bei der der Grundkörper, beispielsweise aus TZM, zur Erhöhung der Wärmeabstrahlfähigkeit mit einer Metalloxidschicht aus Aluminiumoxid und Titanoxid überzogen ist.

Die AT-PS 336 143 beschreibt ebenfalls eine Drehanode aus einem Grundkörper aus hochschmelzenden Metallen, z.B. auch aus Molybdän-Legierungen, die außerhalb der Brennbahn mit einer Überzugsschicht aus einem Verbundwerkstoff aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Tantal mit ^ oxidkeramischen Werkstoffen wie TiO₂ und/oder Al₂O₃ und/oder ZrO₂ versehen ist.

In beiden Vorveröffentlichungen sind Kohlenstoff enthaltende Molybdän-Legierungen als Grundwerkstoff nahegelegt, bzw. ausdrücklich erwähnt worden. Es war demnach auf Grund dieser Vorveröffentlichungen vom Fachmann offensichtlich weder erwartet noch erkannt worden, daß bei Kohlenstoff enthaltenden Molybdän-Legierungen, insbesondere bei TZM, mittels einer in anderen Fällen geeigneten Überzugsschicht die erwartete, während α der üblichen Lebensdauer bleibende Erhöhung der Wärmeabstrahlung nicht erreicht werden konnte.

Die Anmelderin hat vielmehr für den Fachmann völlig überraschend erkannt, daß es bei Drehanoden aus einem Grundkörper aus einer Kohlenstoff enthaltenden Molybdän-Legierung, insbesondere aus TZM, die zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung mit einem Überzug aus Oxiden versehen sind, schon nach kurzer Betriebszeit der Drehanode zu einer starken Verschlechterung der ursprünglich guten Emissionseigenschaften kommt. Diese Erscheinung dürfte

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vermutlich auf eine Kohlenstoff-Diffusion vom Grundkörper in die äußere Oxidschicht zurückzuführen sein. Der negative Einfluß auf die Wärmeabstrahlfähigkeit ist gleichwohl nicht verständlich, als es nach dem Stand der Technik ebenso bekannt und gebräuchlich ist, reine Karbidschichten, z.B. Titankarbid, zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung auf Drehanoden-Grundkörpern aufzubringen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Drehanode für Röntgenröhren der eingangs erwähnten Art aus Kohlenstoff enthaltenden Molybdän-Legierungen zu schaffen, bei der unabhängig von der Betriebsdauer eine erhöhte Wärmeemissivitat erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Grundkörper und Überzug eine 10 - 200 ,um dicke Zwischenschicht aus Molybdän und/oder Wolfram angeordnet ist.

Die Zwischenschicht aus Molybdän und/oder Wolfram unterbindet eine andernfalls bereits nach kurzer Betriebsdauer zu beobachtende Verschlechterung der Wärmeemissionseigenschaften der Drehanode. Gleichzeitig stellt die Zwischenschicht einen ausgezeichneten Haftvermittler dar, so daß die Überzugsschicht gut am Grundkörper haftet. Selbst unter der Annahme, daß die Molybdän- und/oder Wolfram-Zwischenschichten als Diffussionsbarriere für Kohlenstoff dienen, so ist die Auswahl dieser Metalle insofern nicht naheliegend, als für einen verwandten, sehr intensiv untersuchten und beschriebenen Problemkreis, das Aufbringen von Brennfleckbahnen aus hochschmelzenden Metallen auf Drehanoden-Grundkörpern aus Graphit, Zwischenschichten als Kohlenstoff Diffussionsbarrieren benötigt werden, hierfür

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aber Molybdän und Wolfram als weniger geeignet gelten und statt dessen vor allem Rhenium und einzelne Platin-Metalle, aber auch Karbide, Nitride, Oxide und Boride des Ti, Zr, Hf, Nb und Ta als Zwischenschicht-Werkstoff empfohlen werden.

Für den Drehanoden-Grundkörper haben sich vor allem die Molybdän-Legierungen TZM und TZC bewährt. Die Zwischenschicht kann auf den durch Sandstrahlen gereinigten Grundkörper durch gebräuchliche Beschichtungsverfahren wie Flammdrahtspritzen, Flammpulverspritzen oder durch Plasmaspritzen mit Schichtdicken zwischen 10 und 200 ,um, vorzugsweise zwischen 40 und 50 ,um aufgebracht werden. Bei kleineren Schichtdicken als 10 »um wird die gewünschte Wirkung nicht erreicht. Schichtdicken von mehr als 200 ,um sind in der Fertigung unwirtschaftlich, da für die gewünschte Wirkung unnötig und beeinflußen die mechanischen und thermischen Eigenschaften der genannten Drehanode nachteilig. Die Aufbringung der äußeren Oxidschicht erfolgt ebenso vorteilhafterweise durch Flammpulverspritzen oder Plasmaspritzen. Es ist günstig, nach jeder der beiden Beschichtungen eine Glühbehandlung unter Wasserstoffatmosphäre bei 1600° während einer Zeitdauer von ca. 1/2 Stunde durchzuführen.

Der unerwartete technische Fortschritt bei Anwendung der technischen Lehre gemäß vorliegender Erfindung wird an Hand eines Diagrammes näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Diagramm, das die Abhängigkeit der thermischen Emissivität von der Zahl der Expositionen (Drehanoden-Beschüsse mit Elektronenstrahl) wiedergibt. Es werden zwei Drehanoden gleicher Abmessungen

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einmal aus einem TZM-Grundkörper mit einer TiO^-Beschichtung und einmal aus einem TZM-Grundkörper mit einer TiCL-Deckschicht und einer Molybdän-Zwischenschicht miteinander verglichen.

Zur Ermittlung des thermischen Emissionskoeffizienten wurden die Drehanoden in einem Röntgenröhren-Prüfstand jeweils 500 Expositionen mit einer Schußdauer von 5,4 See. bei einer Röhrenspannung von 81 kV und einem Röhrenstrom von 300 Milliampere ausgesetzt. Zwischen den einzelnen Beschüssen wurde eine Abkühlphase von 5 Min. eingehalten. Nach jeweils 100 Expositionen wurden über Thermoelemente die Abkühlungskurven der Drehanoden aufgenommen, aus denen dann durch Umrechnung der thermische Emissionskoeffizient ermittelt werden konnte.

Beide Anoden weisen einen anfänglichen Emissionskoeffizienten von ca. 0,9 auf. Bei der Drehanode ohne Molybdän-Zwischenschicht fällt der Emissionskoeffizient schon nach einer geringen Zahl von Expositionen stark ab und pendelt sich nach etwa 500 Expositionen auf einen Wert um ca. 0,5 ein.

Im Gegensatz dazu nimmt bei der Drehanode mit Molybdän-Zwischenschicht der Emissionskoeffizient mit steigender Zahl der Expositionen nur geringfügig ab und pendelt sich nach ca. 500 Expositionen bei 0,83 ein.

Es ist damit klar zu erkennen, daß durch die erfindungsgemäße Zwischenschicht ein erheblicher technischer Fortschritt erzielbar ist, ohne daß, abgesehen von geringfügig erhöhten Herstellungskosten, Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Claims

PATENTANSPRUCH

Röntgenröhren-Drehanode, bestehend aus einem Grundkörper aus einer Kohlenstoff enthaltenden Molybdän-Legierung, z.B. TZM, sowie aus einer Brennbahn aus Wolfram bzw. einer Wolfram-Legierung, wobei die Oberfläche der Drehanode außerhalb der Brennbahn mindestens teilweise mit einem Überzug aus einem oder mehreren Oxiden oder aus einem Gemisch aus einem oder mehreren Metallen mit einem oder mehreren Oxiden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Grundkörper und Überzug eine 10 - 200,um dicke Zwischenschicht aus Molybdän und/oder Wolfram angeordnet ist.

Lechbruch, 29.01.1983 METALLWERK PLANSEE

SE/S/328 DE GESELLSCHAFT M.B.H.

AlIg.Vollmacht 4.1.4. No. 158/79 AV