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Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Anode für Hochleistungsröntgenröhren, welche einen
Grundkörper aus Molybdän oder Legierungen auf Molybdänbasis enthält, und auf der Fläche des Grundkörpers, die während des Betriebes dem Elektronenbeschuss ausgesetzt ist, mit einem aus zwei Schichten bestehenden Überzug einer Wolfram-Rhenium-Legierung beschichtet ist, deren eine äussere einen gleichbleibenden Gehalt an
Wolfram und Rhenium aufweist und deren andere zwischen dieser äusseren Schicht und dem Grundkörper der
Anode liegt und eine harte Lösung aus Wolfram-Rhenium-Molybdän aufweist, wobei sich mit der Entfernung von der äusseren Schicht ins Innere der Anode der Gehalt an Wolfram und Rhenium verringert, der Molybdängehalt jedoch vermehrt.
Das Erhöhen der Intensität der Elektronenbeschiessung der wirksamen Anodenoberfläche, das mit der
Vergrösserung der Rontgenröhrenleistung verbunden ist, führte zum Anwachsen der Rotationsgeschwindigkeit der
Anode bis auf 9000 Umdr/min und machte das Verwenden von Materialien erforderlich, die eine grössere
Wärmekapazität und Wärbebeständigkeit bei thermischen Zyklen mit grosser Amplitude sowie eine geringere
Wichte im Vergleich zu Wolfram, welches früher für Röntgenröhren mit geringer Leistung verwendet wurde, besitzen.
In diesem Zusammenhang wurden kombinierte Bimetallanoden vorgeschlagen die eine weitgehende
Verwendung fanden, wobei als Material für den Grundkörper dieser Anoden Molybdän oder Legierungen auf der
Molybdänbasis verwendet wird, während das Material der oberen Wirkschicht, welche der Elektronenbeschiessung ausgesetzt ist, aus Wolfram oder aus Rhenium enthaltenden Wolframlegierungen besteht. Hiebei sind Anoden bekannt, bei denen die Wirkschicht aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung besteht, welche eine konstante
Zusammensetzung in der ganzen Wirkschichtdicke hat.
Es sind auch Anoden bekannt, bei denen sich der Wolfram- und Rheniumgehalt um so mehr vermindert, je weiter die betrachtete Stelle von der Anodenoberfläche entfernt ist, wobei der Molybdängehalt umgekehrt zunimmt, bis er seinen Höchstwert im Material des Anodengrundkörpers erreicht (s. beispielsweise Anode gemäss der DDR-Patentschrift Nr. 82171, Kl. 21g, 17/02).
Die oben erwähnten Bimetallanoden werden nach pulvermetallurgischen Verfahren erzeugt.
Der Hauptanteil der bekannten Bimetallanoden besteht in deren kurzer Lebensdauer. In der Regel halten solche Anoden nicht mehr als 15000 Einschaltungen aus. In der Praxis erfolgen während des Betriebseinsatzes der Anode nach dem Erreichen der erwähnten Einschaltungszahl ein Abblättern der Anode, eine Zerstörung der Oberflächenschicht, ein Verformen der Anode und auch eine Verminderung des Betriebsvakuums.
Das Abblättern der Anode ist auf eine ungenügend feste Haftung zwischen den Metallen der Wirkschicht und des Grundkörpers zurückzuführen.
Die schlechte Haftung ihrerseits sowie auch die schnelle Zerstörung der Wirkschicht, die Verformung der Anode u. a. sind eine Folge des pulvermetallurgischen Verfahrens, welches bei der Anodenherstellung verwendet wird. Dieses Verfahren ist deshalb nachteilig, weil dabei das Vorhandensein von Gas- und Metalleinschlüssen im Grundkörper der Anode und in der Anodenwirkschicht unvermeidlich ist.
Unter metallischen Beimengungen werden hier Metalle mit verhältnismässig niedrigerer Schmelztemperatur verstanden. Während des Betriebseinsatzes der Anode werden unter dem Einfluss hoher Temperaturen die oben erwähnten Beimengungen rasch verdampft, was natürlich, wie oben dargelegt wurde, eine schnelle Zerstörung der Anode zur Folge hat.
Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile bekannter rotierender Anoden, die in Hochleistungsröntgenröhren verwendet werden, zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Bimetallanode für Hochleistungsröntgenröhren zu schaffen und auch ein Verfahren zur Anodenherstellung zu entwickeln, dass Anoden erhalten werden, deren Betriebseigenschaften wesentlich verbessert sind.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Grundkörper aus schweissbarem geschmolzenem Molybdän oder aus Legierungen auf Molybdänbasis besteht und der Überzug einheitlich mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei in der Verbindungszone des Überzuges und des Grundkörpers eine feste Lösung vorgesehen ist.
Vorzugsweise befindet sich auf der Oberfläche des Überzuges aus Wolfram-Rhenium-Legierung eine Schicht, die eine konstante Rheniummenge enthält.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schicht aus Wolfram-Rhenium-Legierung, in der die Rheniummenge konstant ist 0, 2 bis 0, 5 mm und die Gesamtdicke des Überzuges beträgt mindestens 0, 7 mm.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenrohling durch Schmelzen im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre erhalten wird und der Überzug aus Wolfram-Rhenium-Legierung durch schichtweises Aufschmelzen im Vakuum oder im Medium aus inerten Gasen erzeugt wird.
Vorzugsweise wird die Wolfram-Rhenium-Legierung in einzelnen, mindestens 0, 2 mm dicken Schichten aufgeschmolzen.
Nachstehend ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben, die durch die Zeichnung illustriert ist, auf der die erfindungsgemäss ausgeführte Anode dargestellt ist (räumliche Darstellung mit Teilausschnitt).
Die Anode besteht aus einem Grundkörper--l--und aus einem Überzug--2--, welcher aus einer
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Wolfram-Rhenium-Legierung gefertigt und auf die Anodenoberfläche, die der Elektronenbeschiessung ausgesetzt ist, aufgetragen wird.
Es empfiehlt sich, den Überzug-2-, um teures Rhenium zu sparen, nur in der Breite der Brennfleckbahn, die vom Kathodenstrahl bestrichen wird, aufzutragen.
Der Anodengrundkörper--l--wird aus schweissbarem Molybdän oder aus schweissbaren Legierungen auf Molybdänbasis hergestellt. Unter dem Ausdruck "schweissbar" wird ein solches Molybdän oder eine solche Molybdänlegierung verstanden, welche nach dem Schmelzen und dem darauffolgenden Kristallisieren plastisch bleibt.
Als schweissbare Molybdänlegierung kann eine in der Technik weitbekannte Legierung folgender Zusammensetzung (in Massenprozent) verwendet werden : Zirkonium-0, 15.... 0, 25, Kohlenstoff - 0,01 .... 0,06, Nickel - 0,03 .... 0,06, Rest - Moylbdän. Es kann auch eine beliebige andere, bekannte, schweissbare Molybdänlegierung verwendet werden.
Das schweissbare Molybdän kann durch intensives zonales Reinigen des nichtschweissbaren Ausgangsmolybdäns erhalten werden.
Der Rohling für den Anodengrundkörper-l-wird durch Schmelzen im Vakuum erzeugt, um das Metall weitgehendst von Gas- und Metallbeimengungen zu reinigen. An Stelle des Vakuums kann ein Medium aus inerten Gasen verwendet werden.
Der erschmolzene Rohling wird gewalzt und geformt, wobei im Ergebnis der Anodengrundkörper-l-- erhalten wird. Hienach wird auf die Oberfläche des Grundkörpers --1--, welche der Einwirkung des Kathodenstrahles ausgesetzt ist, ein wirksamer Überzug aus Wolfram-Rhenium-Legierung aufgetragen.
In der Praxis besteht der wirksame Überzug aus zwei Schichten, wobei eine 0, 2 bis 0, 5 mm dicke Aussenschicht --3-- durch den praktisch konstanten Rheniumgehalt in ihr gekennzeichnet wird. Es ist unerwünscht, die Dicke der Schicht --3-- über den angegebenen Bereich hinaus zu vermindern oder zu vergrössern. Das Vermindern der Schicht--3--kann zum Auftreten von Molybdän an der Anodenoberfläche und als Folge hievon zur Verschlechterung der Betriebscharakteristiken der Anode, u. zw. zum Vermindern der Röntgenstrahlungsleistung führen. Das Vergrössern der Schichtdicke hat einen ungerechtfertigten Aufwand an teurem Metall (Rhenium) zur Folge.
Eine zweite Schicht, nämlich Schicht--4--, ist eine Zwischenschicht zwischen der Schicht--3--und dem Anodengrundkörper Diese Schicht hat eine Mindestdicke von 0, 5 mm. Beim Vermindern ihrer Dicke wird die Haftung zwischen den Metallen des Grundkörpers--l--und des wirksamen Überzuges--2-- vermindert. Gleichzeitig steigt auch das Eigenspannungsniveau in der Verbindungszone der ungleichartigen Metalle schroff an.
Die Zwischenschicht --4-- hat eine sich in Dickenrichtung ändernde Zusammensetzung, wobei der Rheniumgehalt geringer wird und der Molybdängehalt steigt, je weiter die betrachtete Stelle innerhalb der Anode von der Oberflächenschicht-3-entfernt ist. Hiebei ändert sich der Rheniumgehalt so, dass er zuerst einen
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Die Gesamtdicke des wirksamen Überzuges--2--besteht aus der Summe der Dicken der beiden Schichten--3 und 4-- ; Es empfiehlt sich, die Gesamtdicke der Wirkschicht --2-- mindestens gleich 0, 7 mm zu nehmen. Eine mehr als 1, 3 mm grosse Gesamtdicke des wirksamen Überzuges --2-- ist unzweckmässig, da dies, wie oben erwähnt, zu einem ungerechtfertigten Aufwand an Rhenium führt.
Eine geringere Dicke verschlechtert ebenfalls analog den obigen Angaben die Anodenqualität.
Der Überzug--2--wird durch schichtweises Aufschmelzen einer Wolfram-Rhenium-Legierung auf die entsprechende Oberfläche des Anodengrundkörpers--l--erzeugt. Es werden Schichten, jede mit 0, 2 mm Mindestdicke aufgeschmolzen. Beim Aufschmelzen von Schichten, welche dünner als 0, 2 mm sind, dringt das Molybdän bei einer Gesamtdicke des Überzuges--2--von höchstens 1, 3 mm an die wirksame Anodenoberfläche durch.
Das Aufschmelzen wird auch im Vakuum oder in einem Medium aus inerten Gasen durchgeführt. Die Gründe hiefür sind analog denen, welche für das Erschmelzen des Anodenrohlings angeführt worden sind.
Die Schichten werden in Form von Ringdrähten, deren Breite der Brennfleckbahn der Anode entspricht, im Elektronenstrahl-, Argonare- Auftragschweiss- oder Plasmaverfahren aufgeschmolzen. Die Anode wird im voraus auf eine Temperatur von 1000 bis 1500 C, beispielsweise durch einen defokussierten Elektronenstrahl oder nach einem andern bekannten Verfahren erhitzt. Hiebei wird die Oberflächenschicht der Molybdänlegierung zum Schmelzen gebracht, damit sich die ungleichartigen Metalle besser verbinden.
Die erste 0, 2 bis 0, 5 mm dicke Schicht der Wolfram-Rhenium-Legierung gewährleistet ein gutes Verschmelzen der Metalle unter Bildung von Legierungen der Molybdän-Wolfram-Rheniumgattung mit wechselnder Zusammensetzung. Die zweite Schicht und eventuell die nachfolgenden Schichten mit 0, 3 bis 0, 5 mm Gesamtdicke bilden die Anodenwirkschicht--3--mit konstanter Zusammensetzung, die für die Betriebscharakteristiken des Erzeugnisses ausschlaggebend ist.
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Die auf diese Weise erzeugten Anoden werden durch hohe Zuverlässigkeit und einen langen Betriebseinsatz gekennzeichnet. Versuche haben gezeigt, dass sie mehr als 20000 Einschaltungen aushalten sowie sich durch ausserordentlich geringen Gehalt an Gas- und Metallbeimengungen auszeichnen. Hiedurch ist es möglich, eine Reihe von teuren und langwierigen Arbeitsgängen zum Entgasen des Erzeugnisses vor der Montage der Röntgenröhre zu vermeiden.
Der wirksame Überzug kann mittels Wolfram-Rhenium-Legierungen beliebiger bekannter Zusammensetzungen, welche früher zum Erzeugen des wirksamen Anodenüberzuges verwendet worden sind, aufgeschmolzen werden.
Nachstehend werden Beispiele von Anoden und Betriebscharakteristiken derselben angeführt.
Anode Nr. l
Die Gesamtdicke des Überzuges aus Wolfram-Rhenium-Legierung beträgt 1 mm. Die Aussenschicht mit konstantem, 27% igem Rheniumgehalt ist 0, 3 mm dick. Die Dicke der Zwischenschicht zwischen der Wolfram-Rhenium-Legierung mit konstantem Rheniumgehalt und dem Anodengrundkörper beträgt 0, 7 mm.
Diese Schicht wird dadurch gekannzeichnet, dass sich ihr Molybdängehalt bis zum vollkommenen Verschwinden an der Oberflächenschicht vermindert und dass sich der in der Oberflächenschicht 27% betragende Rheniumgehalt bis auf Rheniumspuren im Anodengrundkörper vermindert.
Die Anode wurde durch schichtweises Ausschmelzen der Wolfram-Rhenium-Legierung, welche 27% Rhenium enthält, auf die entsprechende Oberfläche ihres Grundkörpers hergestellt. Letzterer wurde durch Erschmelzen im Vakuum aus einer schweissbaren Molybdänlegierung erzeugt, deren Zusammensetzung im allgemeinen Teil der Beschreibung angegeben ist.
Es wurden 0, 3 bis 0, 4 mm dicke Schichten aufgeschweisst.
Die Anode wurde 28000mal bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 9000 Umdr/min und bei zirka 17000C Betriebstemperatur eingeschaltet. Praktisch traten keine Änderungen der Betriebseigenschaften der Anode auf.
Anode Nr. 2
Die Gesamtdicke des Überzuges aus Wolfram-Rhenium-Legierung beträgt 0, 9 mm.
Die Aussenschicht mit konstantem, 20, l%igem Rheniumgehalt ist 0, 3 mm dick.
Die Dicke der Zwischenschicht ist analog der im ersten Beispiel angegebenen und beträgt 0, 6 mm.
Der Überzug wurde in 0, 3 bis 0, 4 mm dicken Schichten auf den Grundkörper aufgeschmolzen. Die Herstellung und die Zusammensetzung des letzteren entsprechen dem ersten Beispiel.
Die Anode wurde 22000mal bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 9000 Umdr/min und bei 17000C Betriebstemperatur eingeschaltet.
Praktisch traten keine Verschlechterungen der Anodenqualität auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rotierende Anode für Hochleistungsröntgenröhren, welche einen Grundkörper aus Molybdän oder Legierungen auf Molybdänbasis enthält, und auf der Fläche des Grundkörpers, die während des Betriebes dem Elektronenbeschuss ausgesetzt ist, mit einem aus zwei Schichten bestehenden Überzug einer Wolfram-Rhenium-Legierung beschichtet ist, deren eine äussere einen gleichbleibenden Gehalt an Wolfram und Rhenium aufweist und deren andere zwischen dieser äusseren Schicht und dem Grundkörper der Anode liegt und eine harte Lösung aus Wolfram-Rhenium-Molybdän aufweist, wobei sich mit der Entfernung von der äusseren Schicht ins Innere der Anode der Gehalt an Wolfram und Rhenium verringert,
der Molybdängehalt jedoch
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Molybdän oder aus Legierungen auf Molybdänbasis besteht und der Überzug einheitlich mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei in der Verbindungszone des Überzuges und des Grundkörpers eine feste Lösung vorgesehen ist.