[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
24 53 204 und 26 48 900 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 21 15 896), röntgenaktive Schicht oder Antikathoden- bzw. Prallelektrodenschicht
(DE-OS 27 48 566) 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 27 48 566 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 dieWärmeleitungseigenschaften
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 sindz.B. Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal,
Chrom, Molybdän, Wolfram und einige Seltene Erden (US-PS 29 79 813) 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 um, dick. Die aus der Rehniumlegierung bestehende Lage ist vorzugsweise
1 bis 30 µm, insbesondere 4 µm, dick. Die an die Elektronenauffangschichtanschließende
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 Auswir-
Kungen auf die Wärmeleitung oder die Haftung. Schließlich gewährleistet die an die
Elektronenauffangschichtangrenzende 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 zeigen
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 um dick. Die Schicht 3, die
aus mit 5 Mol % Tantal dotiertem Rhenium besteht, hat eine Dicke von 4 um. Die Schicht
4 aus reinem Rhenium ist 2 um dick und die Elektronenauffangschicht 5 aus Wolfram
hat eine Dicke von 200 µm.
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 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 um dick ist.
5. Drehanode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Rheniumlegierung
bestehende Lage (3) 1 bis 30 um 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 um dick ist.