DE2621067A1

DE2621067A1 - Roentgenanode

Info

Publication number: DE2621067A1
Application number: DE19762621067
Authority: DE
Inventors: Hubert Prof Dr Bildstein; Rudolf Dr Machenschalk; Helmut Dr Petter
Original assignee: Metallwerk Plansee AG; Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1977-01-27
Also published as: FR2315765B1; JPS523393A; FR2315765A1; AT337314B; US4029828A; NL7606662A; ATA480975A

Description

Röntgenanode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenanode, insbesondere eine Drehanode, aus hochschmelzenden Metallen mit einer aus TiO_? und Al-O bestehenden Überzugsschicht hohen Wärmeemissionsvermögens außerhalb des Brennfleckes bzw. der Brennbahn.

In Rontgenanoden wird bekanntlich nur ca. 1 % der primär zugeführten elektrischen Energie in Röntgenstrahlungsenergie umgewandelt. Vielmehr wird die elektrische Energie fast ausschließlich in Wärme überführt und letztere muß vornehmlich durch Abstrahlung von der Anode entfernt werden. Die obere Grenze der Röntgenstrahlungsleistung bzw. die maximale kontinuierliche Betriebsdauer einer Röntgenanode aus hochschmelzenden, gut wärmeleitenden Metallen wird durch das Wärmeemissionsvermögen der Anodenoberfla- · ehe bestimmt. Es ist daher bereits in der Vergangenheit wiederholt der Versuch unternommen worden, durch eine gezielte Beschichtung mit entsprechenden Materialien die Wärmeabstrahlfähigkeit der Anodenoberfläche zu steigern.

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Als Beschichtungsmaterialien sind unter anderem Ruß, Graphit, Tantal und Wolfram, Hartstoffe wie Tantalkarbid und Hafniumkarbid, oxidkeramische Stoffe und metall-oxidkeramische Verbundwerkstoffe vorgeschlagen worden. Die Vielartigkeit der genannten Materialien läßt bereits vermuten, daß das Beschichten mit großen Haftungs-, Leitfähigkeits- und Materialverdampfungsproblemen verbunden ist. Bis heute konnte keine voll zufriedenstellende Lösung für eine Beschichtung gefunden werden.

Ein besonderes Interesse gilt derzeit der Beschichtung von Drehanoden mit oxidkeramischen Werkstoffen und einer Auftragung nach dem Plasmaspritzverfahren. Pulvermischungen aus AIpO und Ti(K₅ die in einer größeren Anzahl von Mischungsverhältnissen und Pulverkorngrößenverteilungen im Handel erhältlich sind, stellen das überwiegend verwendete Ausgangsmaterial dar. Das Pulver wird im schmelzflüssigen Zustand auf die Anodentellerunterseite aufgespritzt. Danach erfolgt eine etwa eineinhalbstündige Schutzgas- bzw. Hochvakuumglühung bei ca. 1600 C.

Die DOS 2 201 979 beansprucht Schichtmaterialien, welche TiO und Zusätze wenigstens eines anderen schwer schmelzbaren Oxides, insbesondere 50 Gew.% Al„0^ enthalten. Die gute Haftung, eine große innere Stabilität und Zähigkeit sowie der hohe Schwärzungsgrad dieses Schichtmaterials sind besonders hervorgehoben worden.

In einer späteren Veröffentlichung ist nun ein Mischungsverhältnis von 9A- bis 98 Gew.% AIpO und 2 bis 6 Gew.SO TiO als für die Beschichtung besonders geeignet angegeben worden. Auch diesem Schichtmaterial sind gute Haftung

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und Wärmeleitfähigkeit sowie vor allem hohe relative Dichte von mehr als 90 %, woraus eine niedrige Gaseinschlußrate abgeleitet wird, zuerkannt worden.

Die Praxis hat indes für di-e Tellerbeschi chtung mit Pulvern der beiden zitierten Mischungsbereiche die oben gemachten Aussagen nicht immer voll bestätigen können bzw. bisher kaum beachtete Störeinflüsse offenbart. Im Falle des hohen TiO_-Mischungsanteiles im Pulver wird in der Auftragungsschicht eine eutektische Phase mit einem Schmelzpunkt von ca. I860 C gebildet. Da die Anodenteller vornehmlich aus Molybdän, Wolfram oder deren Legierungen bestehen und demzufolge einen wesentlich über 1860 C lie,-genden Schmelzpunkt besitzen, wird die Temperaturgrenzbelastbarkeit der Röntgenanoden durch eine derartige Beschichtung wesentlich herabgesetzt.

Auch die aus einem Pulvergemisch von 9k bis 98 Gew.% Al 0 und 2 bis 6 Gew.95 TiO_? hergestellten Tellerbeschichtungen genügten in der Praxis in einigen Eigenschaften nicht den an ein Beschichtungsmaterial gestellten Anforderungen. Das AIpO -Material verliert durch die geringen Beimengungen von TiO_ nicht genügend von seiner ursprünglichen Sprödigkeit. In Verbindung mit einem vom Tellermaterial deutlich abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann die Temperaturwechsel-Beständigkeit des Schichtmaterials daher nur als bedingt tauglich für die hier vorgesehene Verwendung bezeichnet werden. Versucht man dieser Schwierigkeit mit der Äuftragung einer möglichst dünnen aber ausreichend rauhen Schicht von weniger als A-O my Dicke zu begegnen, so läuft man Gefahr, daß die Beschichtung ungleichmäßig dick und an manchen Stellen zu

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dünn wird. Dann aber gewinnt der gegenüber höher TiO_?-antelllgen Pulvermischungen bereits sehr nachteilige Effekt eines geringen Schvvärzungsgrades und damit geringer thermischer Emissivität noch mehr an Bedeutung.

Innerhalb einzelner Mischungsbereiche des Al-CL-TiO₇-PuIvermaterials erlangen demnach unterschiedliche Materialeigenschaften wechseiweise unerwartet starke, bisher nicht ausreichend beachtete Bedeutung für die Tauglichkeit als Schichtmaterial. Die Aufgabe zu dieser Erfindung bestand somit darin, unter Berücksichtigung dieser in der Praxis erstmals deutlich hervorgetretenen, die Schichtqualität unerwartet stark beeinflussenden Parameter aberraals nach einem optimalen Mischungsverhältnis für das Al CL-TiQ--Beschichtungsmaterial zu suchen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Röntgenanode mit einer 20 bis 500 my dicken Schicht, bestehend aus einem Geraisch von mehr als 6 bis weniger als 20 Gew.95 TiO- sowie mehr als 80 bis weniger als 94- Gew.% Al_0 , vorzugsweise 10 bis 15 Gew.% TiO und 85 bis 90 Gew.% Al-O₃, belegt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Basiskörper eines Drehanodenteller aus einer Molybdän-5 Gew.% Wolfram-Legierung gefertigt. Im Bereich der Brennbahn besteht die Drehanode aus einer Wolfram-5 Gew.% Rhenium-Legierung. Ein handelsübliches Pulvergemisch, bestehend aus 13 Gew.% Ti0_ und 87 Gew.% Al_0 , bei einer Korngrößenverteilung zwischen 10 und 80 my Durchmesser, wird nach dem Plasmaspritzverfahren in einer Schichtdicke von ca. 80 my auf die Tellerunterseite aufgebracht. Der beschichtete Teller wird unter Schutzgasatmosphäre ca. 1 1/2 Stunden lang bei 1600 C geglühtj wobei das zunächst hellgraue Beschichtungsmaterial eine schwarzgraue Farbe annimmt.

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Neben dem Plasmaspritzen sind für die Scnichtauftragung alle bekannten Pulver- und Drahtaufspritzverfahren geeignet, sofern während des Auftragevorganges das Spritzgut auf eine oberhalb dessen Schmelzpunkt liegende Temperatur gebracht werden kann.

Röntgenanoden, die unter Verwendung des beanspruchten Pulvergemisches beschichtet worden sind, erfüllen weitgehend die gestellten Anforderungen. Insbesondere ist das Beschichtungsmaterial infolge der Verwendung eines ausreichend hohen TiO_?-Anteiles am Pulvergemisch duktil genug für die Auftragung einer als optimal anzusehenden 70 bis 200 my dicken Schicht. Die Temperaturwechsel-Beständigkeit und infolgedessen die Lebensdauer stehen den Schichtmaterialien mit beispielsweise mehr als 50 Gew.% TiO-nicht nach und zeigen dennoch nicht deren Nachteil, eine bei 1860 C schmelzende eutektische Phase zu bilden. Der Schwärzungsgrad entspricht dem eines Beschichtungsmaterials mit' ca. 50 Gew.% TiO in der Mischung und liegt wesentlich über dem eines hoch Al_0^-halti gen Schichtengemisches. Für die Praxis bedeutet die hier beanspruchte Zusammensetzung des TiO -Al 0 -Pulvergemisches als Schichtmaterial demzufolge die Möglichkeit der Erzielung höherer Röntgenstrahlungsdichten bzw. einer wesentlich längeren kontinuierlichen Betriebsdauer als mit den bisher erprobten Mischungsverhältnissen. Diese wesentlichen Verbesserungen gehen nicht zu Lasten der Anodenlebensdauer.

- 6 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

( 1./Röntgenanode, insbesondere Drehanode, aus hochschmelzenden Metallen mit einer aus TiO_ und Al 0 bestehenden Überzugsschicht hohen Wärmeemissionsvermögens aus· serhalb des Brennfleckes bzw. der Brennbahn, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anode mit einer 20 bis 500 my dicken Schicht, bestehend aus einem Gemisch von mehr als 6 bis weniger als 20 Gew.% TiO.
sοwie mehr als 80 bis weniger als 94 Gew.S Al-O₁, vorzugsweise 10 bis 15 Gevj.% TiO₀ und 85 bis 90 Gew. K
A 1-,O , , belegt ist,,
2. Röntgenanode nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Gemisch
von 13 Gew.S TiO und 83 Gew.% ^A1 ₂°3 ^besteht·
3. Röntgenanode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichtdicke
70 bis 120 my beträgt.
ή-. Röntgenanode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschichtung
nur auf der Anodenunterseite erfolgt.
5. Verfahren zur Herstellung einer Röntgenanode nach den Ansprüchen 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidpulver durch Plasmaspritzen aufgetragen wird.

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