Drehanode für Röntgenröhren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drehanode für Röntgenröhren mit einem Grundkörper aus Kohlenstoff, einer Elektronenauffangschicht aus einem Schwermetall und einer aus mehreren Lagen bestehenden rheniumhaltigen Zwischenschicht, die zwischen dem Grundkörper und der Elektronenauffangschicht angeordnet ist.

[0002] Der Grundkörper der Drehanode besteht z. B. aus Graphit, insbesondere Elektrographit, aus pyrolytischem Graphit oder aus Schaumkohlenstoffen, wie sie z. B. in den DE-OS 2 453 204 und 2648900 beschrieben sind. Der Grundkörper kann auch aus Teilelementen aus diesen Werkstoffen, z. B. aus Elektrographit und pyrolytischem Graphit, zusammengesetzt sein.

[0003] Die Elektronenauffangschicht wird in der Literatur auch als Elektronen-Auftreffteil (DE-PS 2 115 896), röntgenaktive Schicht oder Antikathoden- bzw. Prallelektrodenschicht (DE-OS 2 748 566) bezeichnet. Sie besteht z. B. aus Wolfram, Molybdän, Tantal oder Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Rhenium.

[0004] Aus der AT-PS 281 215 ist eine Drehanode bekannt, bei der zwischen dem Grundkörper aus Graphit und der Elektronenauffangschicht aus Wolfram bzw. einer Wolframlegierung, die z. B. Osmium oder Iridium enthält, eine Zwischenschicht aus Rhenium angeordnet ist. Durch diese Zwischenschicht wird zwar eine Diffusion des Graphits in die Elektronenauffangschicht praktisch vollkommen unterbunden. Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, wurde aber festgestellt, daß die erwünschte Diffusionshemmung oberhalb von 1500 K für eine hinreichend lange Zeit nur mit mehr als 10 µm dicken und damit teuren Zwischenschichten aus Rhenium erreicht wird.

[0005] Bei der aus der DE-OS 2 748 566 bekannten Drehanode ist zwischen dem aus Graphit bestehenden Grundkörper und der aus Wolfram oder einer Wolframlegierung bestehenden Elektronenauffangschicht eine Rhenium und Molybdän enthaltende Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht besteht aus zwei Lagen, wobei die mit dem Grundkörper in Berührung stehende Lage eine große Menge an Rhenium, z. B. 70 bis 90 Gew.-% Rhenium, bezogen auf das Gesamtgewicht von Rhenium und Molybdän, enthält, während die mit der Elektronenauffangschicht in Berührung stehende Schicht eine große Molybdänmenge enthält. Molybdänhaltige Zwischenschichten ergeben zwar eine gute Haftung, Molybdän bildet jedoch mit dem Graphit des Grundkörpers bei Temperaturen von bzw. von mehr als 1500 K Molybdänkarbid, das ein relativ schlechtes Wärmeleitvermögen hat und außerdem die Haftung zwischen der Elektronenauffangschicht, z. B. aus Wolfram, einerseits und dem Grundkörper aus Graphit andererseits beeinträchtigt, so daß es bei längerer Elektronenstrahlbelastung zum völligen Ablösen der Elektronenauffangschicht vom Grundkörper kommen kann.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unterhalb der Elektronenauffangschicht eine Barriere gegen die Kohlenstoffdiffusion zu schaffen, die nahezu die Wärmeleitungseigenschaften von Metallen aufweist und die auch bei Temperaturen oberhalb 1500 K einen ausreichenden Schutz gegen das Eindringen von Kohlenstoff in die Elektronenauffangschicht bietet.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an den Grundkörper anschließende Lage der Zwischenschicht und die an die Elektronenauffangschicht anschließende Lage der Zwischenschicht aus reinem Rhenium bestehen und daß zwischen diesen beiden Lagen eine weitere Lage aus einer Legierung von Rhenium mit mindestens einem karbidbildenden Metall angeordnet ist.

[0008] Die Legierung enthält vorzugsweise 1 bis 25 Mol-% karbidbildende Metalle.

[0009] Karbidbildende Metalle sind z. B. Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und einige Seltene Erden (US-PS 2 979 813) sowie Nickel und Eisen (DE-PS 896 234).

[0010] Bevorzugt werden Rheniumlegierungen mit 1 bis 25 Mol-% Wolfram oder 1 bis 5 Mol-% Tantal oder 1 bis 3 Mol-% Hafnium.

[0011] Die an den Grundkörper anschließende Lage aus reinem Rhenium ist vorzugsweise 1 bis 20 µm, insbesondere 5 µm, dick. Die aus der Rheniumlegierung bestehende Lage ist vorzugsweise 1 bis 30 µm, insbesondere 4 µm, dick. Die an die Elektronenauffangschicht anschließende Lage aus reinem Rhenium ist vorzugsweise 1 bis 20 µm, insbesondere 2 um, dick.

[0012] Die einzelnen Lagen der Zwischenschicht werden z. B. durch Abscheidung aus der Gasphase hergestellt. Dabei werden die reinen Rheniumschichten vorzugsweise durch Reduktion von Rheniumhalogeniden mit Wasserstoff gewonnen. Bei der Abscheidung der aus einer Rheniumlegierung bestehenden Lage werden gasförmige Gemische von Rheniumhalogeniden und Halogeniden der gewünschten Metallzusätze mit Wasserstoff reduziert.

[0013] Durch den erfindungsgemäßen mehrlagigen Aufbau wird erreicht, daß bei Temperaturen der Zwischenschicht unterhalb 1500 K - wie sie in Drehanoden in etwa 80% der Belastungszeit auftreten - die diffusionshemmende Wirkung der an den Grundkörper anschließenden Lage aus reinem Rhenium ausreicht. Bei Temperaturen oberhalb 1500 K - die in etwa 20% der Belastungszeiten auftreten - werden die durch die zuvor genannte Lage hindurchdiffundierenden Kohlenstoffatome von den karbidbildenden Metallen aufgefangen. Wegen der geringen Konzentration an karbidbildenden Metallen in der aus der Legierung bestehenden Lage der Zwischenschicht hat die Karbidbildung kaum nachteilige Auswirkungen auf die Wärmeleitung oder die Haftung. Schließlich gewährleistet die an die Elektronenauffangschicht angrenzende Lage aus Rhenium, daß der Kohlenstoffaustausch zwischen den Karbiden in der Zwischenschicht und dem Metall, z. B. Wolfram, der Elektronenauffangschicht weitgehend unterbunden wird.

[0014] Der erfindungsgemäße Aufbau der als Diffusionsbarriere wirkenden Zwischenschicht mit äußeren Lagen aus reinem Rhenium ermöglicht auch die Einhaltung der bereits bekannten, guten mechanischen Eigenschaften von Rhenium-Zwischenschichten. Die Wirksamkeit der mehrlagigen Rhenium-Zwischenschicht wird noch dadurch verbessert, daß der mittlere Diffusionskoeffizient mit fortschreitender Karbidbildung im mittleren Teil der Barrieren kleiner wird, was zu einer erhöhten Lebensdauer führt.

[0015] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Drehanode im Schnitt,

Fig. 2 ein schematisches Schnittbild einer Schichtenfolge zur Diffusionshemmung.

[0016] Der Grundkörper 1 besteht aus Elektrographit. Die Metallschichten 2 bis 5 werden durch Abscheiden aus der Gasphase nur auf die abgeschrägte Stirnfläche des Grundkörpers der Drehanode aufgebracht. Die Rheniumschicht 2 ist 5 µm dick. Die Schicht 3, die aus mit 5 Mol-% Tantal dotiertem Rhenium besteht, hat eine Dicke von 4 µm. Die Schicht 4 aus reinem Rhenium ist 2 µm dick und die Elektronenauffangschicht 5 aus Wolfram hat eine Dicke von 200 gm.

Ansprüche

1. Drehanode für Röntgenröhren mit einem Grundkörper (1) aus Kohlenstoff, einer Elektronenauffangschicht (5) aus einem Schwermetall und einer aus mehreren Lagen bestehenden rheniumhaltigen Zwischenschicht, die zwischen dem Grundkörper (1) und der Elektronenauffangschicht (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Grundkörper (1) anschließende Lage (2) der Zwischenschicht und die an die Elektronenauffangschicht (5) anschließende Lage (4) der Zwischenschicht aus reinem Rhenium bestehen und daß zwischen diesen beiden Lagen eine weitere Lage (3) aus einer Legierung von Rhenium mit mindestens einem karbidbildenden Metall angeordnet ist.

2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung, aus der die weitere Lage (3) besteht, 1 bis 25 Mol-% karbidbildende Metalle enthält.

3. Drehanode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung, aus der die weitere Lage (3) besteht, 1 bis 25 Mol-% Wolfram oder 1 bis 5 Mol-% Tantal oder 1 bis 3 Mol-% Hafnium enthält.

4. Drehanode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Grundkörper (1) anschließende Lage (2) aus reinem Rhenium 1 bis 20 µm dick ist.

5. Drehanode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Rheniumlegierung bestehende Lage (3) 1 bis 30 µm dick ist.

6. Drehanode nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Elektronenauffangschicht (5) anschließende Lage (4) aus reinem Rhenium 1 bis 20 µm dick ist.

Claims

1. A rotary anode for X-ray tubes having a support (1) of carbon, a target layer (5) of a heavy metal and a rhenium-containing intermediate layer consisting of several individual sub-layers and being arranged between the support (1) and the target layer (5), characterized in that the sub-layer (2) of the intermediate layer which contacts the support (1) and the sub-layer (4) of the intermediate layer which contacts the target layer (5) consist of pure rhenium and that a further sub-layer (3) of a rhenium alloy containing at least one carbide-forming metal is sandwiched between these two sub-layers.

2. A rotary anode as claimed in Claim 1, characterized in that the alloy of which the further sub-layer (3) consists, contains 1 to 25 mol-% of carbideforming metals.

3. A rotary anode as claimed in Claim 2, characterized in that the alloy of which the further sub-layer (3) consists contains 1 to 25 mol-% tungsten or 1 to 5 mol-% tantalum or 1 to 3 mol-% hafnium.

4. A rotary anode as claimed in any of Claims 1 to 3, characterized in that the pure rhenium sub-layer (2) which contacts the support (1) is 1 to 20 µm thick.

5. A rotary anode as claimed in any of Claim 1 to 4, characterized in that the rhenium alloy sub-layer (3) is 1 to 30 µm thick.

6. A rotary anode as claimed in any of Claims 1 to 5, characterized in that the pure rhenium sub-layer (4) which contacts the target layer (5) is 1 to 20 µm thick.

Revendications

1. Anode tournante pour tubes à rayons X présentant un corps de base (1) en carbone, une couche réceptrice d'électrons (5) en un métal lourd et une couche intermédiaire contenant du rhénium constitué par plusieurs lits, qui est appliquée entre le corps de base (1) et la couche réceptrice d'électrons (5), caractérisée en ce que le lit (2) de la couche intermédiaire se raccordant au corps de base (1) et le lit (4) de la couche intermédiaire se raccordant à la couche réceptrice d'électrons (5) sont constitués par du rhénium pur et qu'un autre lit (4) en un alliage de rhénium contenant au moins un métal formateur de carbure est appliqué entre ces deux lits.

2. Anode tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'alliage dont est réalisé l'autre lit 3 contient en moles 1 à 25% de métaux formateurs de carbure.

3. Anode tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'alliage dont est réalisé l'autre lit (3), contient en moles 1 à 25% de tungstène ou 1 à 25% de tantale ou 1 à 3% d'hafnium.

4. Anode tournante selon la revendication 1 à 3, caractérisée en ce que le lit (2) en rhénium pur se raccordant au corps de base (1) présente une épaisseur de 1 à 20 µm.

5. Anode tournante selon la revendication 1 à 4, caractérisée en ce que le lit (3) constitué par un alliage de rhénium présente une épaisseur de 1 à 30 µm.

6. Anode tournante selon la revendication 1 à 5, caractérisée en ce que le lit (4) en rhénium pur se raccordant à la couche réceptrice d'électrons (5) présente une épaisseur de 1 à 20 µm.

Zeichnung