DE2927010C2

DE2927010C2 -

Info

Publication number: DE2927010C2
Application number: DE2927010A
Authority: DE
Inventors: Harold Howard Schenectady N.Y. Us Hirsch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-07-24
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1988-05-26
Also published as: JPS5531188A; JPS6017817B2; ATA506579A; GB2031458B; AT377640B; US4195247A; NL7905718A; DE2927010A1; GB2031458A; FR2433829B1; FR2433829A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehtarget für Röntgenröhren mit einem Grundkörper aus einer Molybdänlegierung und einer darauf befindlichen wolframhaltigen Brennfleckbahn.

In der DE-AS 12 33 499, bzw. der ihr äquivalenten GB-PS 10 10 882, ist eine Drehanode für Röntgenröhren beschrieben, die einen Grundkörper aus einer Molybdänlegierung aufweist. Als Legierungselemente sind Wolfram mit einem Anteil von 0,5 bis 50% oder eines der Metalle Tantal, Niob, Rhenium oder Osmium genannt. Nach der genannten DE-AS (vgl. Spalte 1, Zeilen 35 bis 38) sollen diese Zusätze eine Erhöhung der Warmfestigkeit, der Rekristallisationstemperatur sowie eine Verzögerung des Kornwachstums bewirken. Weiter ist ausgeführt, daß bei Erhöhung des Wolframzusatzes zum Molybdän des Grundkörpers die Unterschiede der thermischen Ausdehnung zwischen dem Molybdän- Grundkörper und der Wolframauflage herabgemindert werden. Dadurch soll auch die Gefahr verringert werden, daß sich die Anoden infolge der im Betrieb auftretenden Erhitzung verformen.

In der DE-OS 22 12 058 ist eine Drehanode für Röntgenröhren mit einem mehrschichtigen Grundkörper beschrieben, der direkt unterhalb der Brennfleckbahn eine Schicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung mit mindestens 70 Gew.-% Wolfram und darunter eine Schicht aus einer Molybdänlegierung mit 0,5 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-% wenigstens eines der Metalle Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Wolfram oder Rhenium umfaßt.

In der DE-OS 21 20 736 ist eine Drehanode für Röntgenröhren beschrieben, die aus einer Molybdänlegierung besteht, die als zwingend vorgeschriebenen Bestandteil 50 bis 500 ppm und vorzugsweise 100 bis 200 ppm Bor enthält. Zu diesem Bor können weitere Legierungsbestandteile hinzugefügt werden, und zwar bis zu 2 Gew.-% Hafnium und weiter Wolfram, Titan oder Zirkonium.

In der DE-OS 22 18 568 wird eine Drehanode für Röntgenröhren beschrieben, deren Grundkörper aus einer Molybdänlegierung besteht, die 0,2 bis 15 Gew.-% Hafnium enthält, um die Warmfestigkeit zu erhöhen und das Kornwachstum zu verzögern.

Die GB-PS 13 08 752 betrifft Strangpreßdüsen.

Die GB-PS 8 64 447 betrifft ganz allgemein Molybdän-Gußlegierungen, die von 0,02 bis 12% Hafnium, 0,01 bis 0,75% Kohlenstoff und nicht mehr als 0,005% Sauerstoff enthalten. Diese Gußlegierungen sollen auch bei erhöhten Temperaturen verarbeitbar sein.

Eines der Hauptprobleme bei diesen Targets für Röntgenröhren, die für medizinische Zwecke eingesetzt werden, ist durch das Verziehen der Brennspur bedingt. Während ein leichtes Verziehen, sei es entweder konkav oder konvex, toleriert werden kann, führt bereits ein etwa stärkeres Verziehen, obwohl noch weniger als mit dem bloßen Auge erkennbar, zu einem unerwünschten Abfall bei der Röntgenstrahlabgabe. Bei Verziehen der Brennspur werden die Röntgenstrahlen an der Peripherie des Röntgenstrahlfensters in der umgebenden Umhüllung der Röhre abgeschnitten. Wie man durch die Zentrumsposition der Röntgenstrahlen auf einem äußeren Film nachweisen kann, kann bereits eine Röntgenstrahlschwächung auftreten, wenn dieser Fleck nur um etwa 1° wandert. Bei gewissen Ausführungsformen von Targets und bei gewissen Bestrahlungen kann dies in weniger als 1000 Bestrahlungen erfolgen, während für die Röntgenröhren üblicherweise eine Garantie von 10 000 Bestrahlungen gegeben wird. Dieses Verziehen wird noch schwerwiegender und tritt noch eher auf, wenn der Targetdurchmesser zunimmt und die Gesamttemperatur des Substrates ansteigt.

Es ist dieses Problem, auf das sich die vorliegende Erfindung richtet, und es ist festgestellt worden, daß dieses Verziehen dadurch verhindert werden kann, indem man für den Grundkörper bzw. das Substrat gewisse Molybdänlegierungen verwendet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Drehtargets für Röntgenröhren mit verbesserter Beständigkeit gegen Verziehen geschaffen, die einen Grundkörper gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufweisen.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist im Querschnitt ein Drehtarget dargestellt.

Das gezeigte Drehtarget 10 ist brauchbar zur Verwendung in einer Röntgenröhre. Dieses Drehtarget 10 weist eine Scheibe 12 auf, die mit einem Schaft 14 auf geeignete Weise verbunden ist, z. B. durch Diffusionsverbinden, Schweißen, mechanisch oder auf andere Weise. Die Scheibe 12 umfaßt einen Molybdän-Grundkörper, der mit einem stabilisierenden Anteil der erfindungsgemäß verwendeten Zusätze versehen ist. Ein stabilisierender Anteil des oder der hinzuzulegierenden Zusätze reicht aus, um das Verziehen der Brennspur zu verhindern oder auf tolerierbare Ausmaße zu reduzieren. Die genaue Menge hängt von dem jeweils hinzulegierten Material ab.

Auf eine ausgewählte Oberfläche des Substrates 15 wird eine Brennfleckbahn 24 aufgebracht. Das Material der Brennfleckbahn 24 kann irgendein geeignetes Material sein, wie Wolfram, oder eine Legierung aus Wolfram und Rhenium. Der Rheniumgehalt kann von etwa 1 bis zu etwa 25 Gew.-% variieren, doch liegt er üblicherweise im Bereich von 3 bis 10 Gew.-%.

Beispielhaft für geeignete Mischungen, die angewendet werden können, sind vorzugsweise 1 bis 2% Yttriumoxid oder von 0,05 bis 0,3 und vorzugsweise 0,08 bis 0,13% Kobalt oder von 0,05 bis 0,3 und vorzugsweise 0,08 bis 0,13 Gew.-% Eisen mit den vorgenannten Mengen an Yttriumoxid.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein weiteres Material in den Molybdän-Grundkörper einlegiert, wie das Karbid von Hafnium. Eine Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% vom Molybdän ist ausreichend.

Obwohl die verschiedenen Materialien, die mit dem Molybdän legiert werden, einen weiten Teilchenbereich haben können, wie z. B. von 0,01 bis 30 µm, ist es bevorzugt, wenn der durchschnittliche Teilchengrößenbereich von etwa 0,1 bis etwa 10 µm reicht. Die Materialien können gemahlen und vorzugsweise trockengemahlen werden, um die Agglomeration zu begrenzen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Alle angegebenen Teile und Prozentsätze sind in diesen Beispielen wie auch an anderer Stelle in der Beschreibung und den Ansprüchen Gewichtsteile und Gewichtsprozente, wenn nichts anderes angegeben.

Beispiele

Drehtargets mit einer Brennfleckbahn aus Wolfram, legiert mit 5% Rhenium, und einem Grundkörper aus Molybdän, legiert mit einem Zusatz gemäß der weiter unten folgenden Tabelle I, wurden nach dem folgenden allgemeinen Verfahren hergestellt, bei dem man einen Grundkörper für ein Drehtarget erhielt, der zusammengesetzt war aus Molybdän, legiert mit 1% Yttriumoxid.

Eine Probe von 986 g Molybdän wurde mit 9,85 g Yttriumoxid oder einem zersetzbaren Yttriumsalz, wie Yttriumoxalat, -acetat oder -nitrat für eine Stunde in einem Patterson-Kelly-Zweischalenmischer vermengt. Danach nahm man die Mischung heraus und mahlte sie trocken für 3 Stunden in einer etwa 1 Liter Volumen aufweisenden Karbidmühle. Obwohl die Ingredienzien auch feucht gemahlen werden können, wird das trockene Vermahlen bevorzugt.

Alternativ können die Legierungen nach dem Lösungsverfahren hergestellt werden, bei dem z. B. 24,9 g Yttriumacetat, gelöst in entionisiertem Wasser, mit 908 g Molybdän vermengt wurden. Wenn erforderlich, wurde noch mehr Wasser hinzugegeben, um das Molybdän vollständig zu bedecken, und dann dampfte man die Mischung langsam auf einer heißen Platte zur Trocknung ein, während man ununterbrochen knetete, um Taschen aus Yttriumacetatkristallen zu vermeiden, während dieses Salz aus der gesättigten Wasserlösung auskristallisiert. Dann wurde etwa 1 kg der obigen Mischung in der genannten Karbidmühle für 3 Stunden trocken kugelgemahlen. Dieses Verfahren führt zu einer fein zerteilten Oxidphase, die gleichmäßig in der Moylbdänmatrix verteilt ist. Eisen und Kobalt werden erwünschterweise als zersetzbare reduzierbare Salze in einer Weise zugegeben, ähnlich wie die Yttriumsalze, obwohl das Metallpulver eingesetzt werden kann. Hafnium wird erwünschterweise als Hydridpulver hinzugegeben.

Drehtargets für Röntgenröhren wurden hergestellt, indem man das Pulver zum Zersetzen und Reduzieren erhitzte, und dann brachte man die Brennfleckbahn aus Wolframrhenium in ein Preßwerkzeug ein, ebnete die Mischung und legte eine der Basiskörperschichten nach der Erfindung auf die Brennspurschicht. Dann ebnete man die Grundkörperschicht ein, preßte den Verbundkörper und sinterte ihn.

Representative Beispiele der Erfindung wurden getestet, indem man das Verziehen nach 52 Cin´-Bestrahlungen maß, d. h. 200 mA bei 100 kVp für 8 Sekunden alle 3 Minuten. Dies ist eine sehr belastende Bestrahlung, die ein außergewöhnlich starkes Verziehen in allen bekannten Targets erzeugt, die bisher getestet wurden. In der folgenden Tabelle I sind drei Zusammensetzungen nach der Erfindung mit zwei unter 4 und 5 aufgeführten, im Handel erhältlichen bekannten Zusammensetzungen verglichen. Beispiel 1 ist mehr als zehnmal besser, verglichen mit der kommerziellen Zusammensetzung 4, und alle Beispiele 1 bis 3 sind mindestens fünfmal besser als die kommerzielle Zusammensetzung 5.

Tabelle I

Verziehtests an Targets mit Molybdänlegierungs-Grundkörper von der Art mit 11°-Flügel.

Um die Wirksamkeit anderer Legierungen zu demonstrieren, wurden Zugfestigkeitstests an Stäben aus diesen Legierungen ausgeführt. Die Legierungen wurden durch Vermischen der Legierungselemente (die in Tabelle II aufgeführt sind) mit Molybdän, Pressen und Sintern von Stäben aus den Pulvern und Heißschmieden zur Verdichtung hergestellt. Die Stäbe, die eine Gewichtsheberstangen- förmige Gestalt mit einem Durchmesser von 2,5 mm in der Mitte hatten, wurden für eine halbe Stunde bei 1650°C geglüht und dann unter Anwendung eines Instron-Zugfestigkeitstest- Gerätes im Vakuum bei 1100°C gezogen. Die Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gesamtdehnung und durchschnittliche Dickenverminderung im Bereich des genannten Durchmessers sind in Tabelle II für die Legierung nach der Erfindung und für nicht legiertes Molybdän gemäß dem Stand der Technik sowie für Molybdän, legiert mit 5% Wolfram, gezeigt. Von jeder Zusammensetzung wurden mindestens 2 Stäbe getestet und die Ergebnisse gemittelt.

Tabelle II

Zugfestigkeitsdaten von Stäben bei 1100°C

Die in der Tabelle II zusammengefaßten Daten zeigen, daß bei den Zusammensetzungen nach der Erfindung sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit besser sind als bei den Zusammensetzungen nach dem Stand der Technik.

Claims

1. Drehtarget für Röntgenröhren mit einem Grundkörper aus einer Molybdänlegierung und einer darauf befindlichen wolframhaltigen Brennfleckbahn, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ausschließlich aus einer Molybdänlegierung besteht, die einen Zusatz von 0,5 bis 5 Gew.-% Yttriumoxid, 0,1 bis 5 Gew.-% Hafniumkarbid, 0,05 bis 0,3 Gew.-% Kobalt oder 0,05 bis 0,3 Gew.-% Eisen und 0,5 bis 5 Gew.-% Yttriumoxid, jeweils bezogen auf den Molybdängehalt, enthält.

2. Drehtarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz etwa 1 bis etwa 2% Yttriumoxid einschließt.

3. Drehtarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz etwa 0,085% Eisen und etwa 1% Yttriumoxid einschließt.