DE10048833A1 - Vakuumgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfenster - Google Patents
Vakuumgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem RöntgenfensterInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse (1) für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfenster (2), welches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist und mit dem Vakuumgehäuse (1) mittels eines Aktivlotes (5) verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse mit einem Röntgen
fenster welches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist.
Glasartiger Kohlenstoff (Glasgraphit) eignet sich, wie aus
der DE 196 38 150 A1 bekannt ist, als Material für Röntgen
fenster von Vakuumröhren, z. B. Röntgenröhren, aber auch Rönt
genbildverstärkern, da es ungiftig ist und im Vergleich zu
den bisher eingesetzten Materialien, z. B. Beryllium, wesent
lich kostengünstiger ist. Allerdings scheiterte der Einsatz
von glasartigem Kohlenstoff als Material für Röntgenfenster
von Vakuumröhren in der Praxis bisher daran, dass es nicht
möglich war, eine ausreichend haltbare vakuumdichte Verbin
dung eines Röntgenfensters aus glasartigem Kohlenstoff mit
den üblicherweise als Material für Vakuumgehäuse von Vakuum
röhren verwendeten Materialien, z. B. Metall oder Keramik,
herzustellen.
Problematisch ist hierbei vor allem, dass die in der Vakuum
technik üblicherweise eingesetzten Lote glasartigen Kohlen
stoff nur unzureichend benetzen, was zur Folge hat, dass eine
dauerhafte vakuumdichte Verbindung des Röntgenfensters mit
dem Vakuumgehäuse nicht gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse
der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine verbes
serte Verbindung des Röntgenfensters mit dem Vakuumgehäuse
gegeben ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Vaku
umgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfenster, wel
ches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist und mit dem Va
kuumgehäuse durch Löten unter Verwendung eines Aktivlotes,
vorzugsweise ist als Aktivlot ein unter der Bezeichnung Incusil
ABA (Active Brazing Alloy) von der Firma Wesgo Metals,
USA, vertriebenes Material vorgesehen, verbunden ist.
Unter einem Aktivlot ist ein Lot zu verstehen, das Glasgra
phit direkt benetzt. Grundlage der Benetzung ist die Ausbil
dung sogenannter Reaktionsschichten, die durch Grenzflächen
reaktion im Interfacebereich Lot-Glasgraphit entstehen. Da
mit sich diese lötaktiven Reaktionsschichten bilden können,
sind die zu verwendenden Lote mit besonders reaktiven Metal
len, wie z. B. Ti, Hf, Zr, Ns usw. dotiert. Diese aktiven Kom
ponenten diffundieren während des Lötens an die Grenzflächen
und zersetzen die Graphitoberfläche unter Ausbildung von Re
aktionsprodukten, die wiederum von der Lötmatrix benetzt wer
den können. Aufgrund der Bestandteile der Lote werden diese
Aktivlote genannt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Aktivlote glas
artigen Kohlenstoff problemlos benetzen und zwar in der Regel
ohne besondere Vorbehandlung des glasartigen Kohlenstoffes.
Demnach ist im Falle des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses
eine dauerhafte vakuumdichte Verbindung des Röntgenfensters
mit dem Vakuumgehäuse gegeben, die zudem auf kostengünstige
Weise, nämlich durch Löten, erzielt wird.
Problematisch ist auch, dies gilt wegen der hier auftretenden
hohen Temperaturen insbesondere für Röntgenröhren, dass glas
artiger Kohlenstoff mit 2,6 × 10-6 µm/°C einen im Vergleich
zu üblicherweise für Vakuumgehäuse verwendeten Materialien
geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so
dass die Gefahr des Abplatzens sehr groß ist.
Hier wird gemäß einer Variante der Erfindung Abhilfe dadurch
geschaffen, dass das Vakuumgehäuse gemäß einer Variante der
Erfindung eine rahmenartige Struktur aus Wolfram oder einer
Wolframlegierung aufweist, an der das Röntgenfenster mittels
des Aktivlotes vakuumdicht angebracht ist. Wolfram bzw. Wolf
ramlegierungen weisen einen gegenüber glasartigem Kohlenstoff
etwa um das Doppelte größeren Ausdehnungskoeffizienten auf,
der sich als Funktion der Temperatur nur unwesentlich ändert.
Damit ist die Gefahr, dass das Röntgenfenster infolge der un
terschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ma
terials des Vakuumgehäuses und des Röntgenfensters Schaden
nimmt, verringert.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das Vaku
umgehäuse einen rahmenartigen Träger aus Wolfram oder einer
Wolframlegierung aufweist, an dem die mit dem Röntgenfenster
versehen rahmenartige Struktur durch Schweißen oder Löten va
kuumdicht angebracht ist. Bei der Herstellung eines derarti
gen Vakuumgehäuses wird vorzugsweise derart vorgegangen, dass
zunächst einerseits der rahmenartige Träger an dem Vakuumge
häuse und andererseits die rahmenartige Struktur an dem Rönt
genfenster angebracht wird. Es ist dann möglich, die Einheit
aus Röntgenfenster und rahmenartiger Struktur mit dem mit dem
rahmenartigen Träger versehenen Vakuumgehäuse durch herkömm
liche Schweiß- oder Lötverfahren problemlos vakuumdicht zu
verbinden, da gleichartige oder ähnliche Materialien, nämlich
Wolfram bzw. Wolframlegierungen miteinander verlötet bzw.
verschweißt werden.
Als Wolframlegierung eignen sich von der Fa. Plansee unter
der Bezeichnung DENSIMET® vertriebene Legierungen, die Wolf
ramgehalte von mehr als 90% aufweisen und die im übrigen aus
Nickel und Eisen oder Nickel und Kupfer bestehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den ein Röntgenfenster aufweisenden Bereich der
Wandung eines erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses im
Längsschnitt, und
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1.
Mit 1 ist in der Figur die Wandung des Vakuumgehäuses einer
Vakuumröhre, z. B. einer Röntgenröhre oder eines Röntgenbild
verstärkers, und mit 2 das eigentliche Röntgenfenster be
zeichnet. Die Wandung 1 des Vakuumgehäuses besteht im Bereich
des Röntgenfensters 2 beispielsweise aus Kupfer, Vacon oder
Edelstahl. Das Röntgenfenster 2 selbst besteht aus glasarti
gem Kohlenstoff, wie er z. B. unter der Bezeichnung SIGRADUR®
von der Firma Schott vertrieben wird.
Das Röntgenfenster 2 ist nicht direkt mit der im Bereich des
Röntgenfenster 2 eine Öffnung 3 aufweisenden Wandung 1 des
Vakuumgehäuses verbunden. Es ist vielmehr am inneren Rand ei
ner rahmenartigen Struktur 4 vakuumdicht angebracht, welche
aus Wolfram oder einer Wolframlegierung, beispielsweise
DENSIMET®, gebildet ist. Die Befestigung des Röntgenfensters
an der rahmenartigen Struktur 4 erfolgt mittels eines Aktiv
lotes 5, wobei in der Fig. 1 die Dicke des zwischen dem
Röntgenfenster 2 und der rahmenartigen Struktur 4 befindli
chen Aktivlotes 5 übertrieben dargestellt ist.
Als Aktivlot eignet sich insbesondere Incusil ABA, das 59%
Silber, 27,25% Kupfer, 12,5% Indium und 1,25% Titan enthält.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses wird
das Röntgenfenster 2 mit der rahmenartigen Struktur 4 nicht
direkt mit der Wandung 1 des Vakuumgehäuses verbunden. Viel
mehr wird die Wandung 1 des Vakuumgehäuses entlang des Randes
der Öffnung 3 mit einem rahmenartigen Träger 6 versehen, der
wie die rahmenartige Struktur 4 aus Wolfram oder einer Wolf
ramlegierung, insbesondere DENSIMET®, gebildet ist und durch
Löten oder Schweißen, die Dicke der zwischen dem rahmenarti
gen Träger 6 und der Wandung 1 des Vakuumgehäuses befindli
chen Verbindungszone 7 ist in der Fig. 1 übertrieben darge
stellt, verbunden ist.
Um die Öffnung 3 durch das Röntgenfenster 2 zu verschließen,
werden die rahmenartige Struktur 4 und der rahmenartige Träger
6 durch Löten miteinander verbunden, wobei die Verbin
dungszone 8 in der Fig. 1 übertrieben dick dargestellt ist.
Infolge des Umstandes, dass die rahmenartige Struktur 4 und
der rahmenartige Träger 6 aus ähnlichen, wenn nicht sogar
gleichen Materialien bestehen, lässt sich eine haltbare vaku
umdichte und temperaturbeständige Verbindung zwischen den
beiden genannten Teilen problemlos realisieren.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sind im Falle des be
schriebenen Ausführungsbeispiels sowohl die Öffnung 3 als
auch das Röntgenfenster 2, der rahmenartige Träger 6 und die
rahmenartige Struktur 4 von kreis- bzw. kreisringförmiger
Gestalt. Andere Formen der genannten Bauelemente sind im Rah
men der Erfindung möglich.
Zwischen der rahmenartigen Struktur 4 und dem rahmenartigen
Träger 6 sind im Fall des beschriebenen Ausführungsbeispiels
Zentriermittel vorgesehen, die durch eine mit dem äußeren
Rand der rahmenartigen Struktur 4 zusammenwirkenden Vertie
fung 9 des rahmenartigen Trägers 6 gebildet sind. Zentrier
mittel, die ähnlich oder auch anders ausgestaltet sein kön
nen, können auch zwischen dem Strahlenaustrittsfenster 2 und
der rahmenartigen Struktur 4 und/oder zwischen dem rahmenar
tigen Träger 6 und der Wandung 1 des Vakuumgehäuses vorgese
hen sein.
Bei dem in den Figuren dargestellten Vakuumgehäuse kann es
sich wie erwähnt sowohl um das Vakuumgehäuse einer Röntgen
röhre als auch eines Bildverstärkers handeln, wobei in erste
rem Fall die Röntgenstrahlung aus dem evakuierten Inneren des
Vakuumgehäuses durch das Röntgenfenster in das umgebende Me
dium tritt, während in letzterem Fall die Röntgenstrahlung
aus dem das Vakuumgehäuse umgebenden Medium durch das Rönt
genfenster in das Innere des Vakuumgehäuses tritt.
Claims (5)
1. Vakuumgehäuse für eine Vakuumröhre mit einem Röntgenfens
ter welches aus glasartigem Kohlenstoff gebildet ist und mit
dem Vakuumgehäuse durch Löten unter Verwendung eines Aktivlo
tes verbunden ist.
2. Vakuumgehäuse nach Anspruch 1, bei dem als Aktivlot Incu
sil ABA vorgesehen ist.
3. Vakuumgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, welches eine rahmen
artige Struktur aus Wolfram oder einer Wolframlegierung auf
weist, an der das Röntgenfenster mittels des Aktivlotes vaku
umdicht angebracht ist.
4. Vakuumgehäuse nach Anspruch 3, welches einen rahmenartigen
Träger aus Wolfram oder einer Wolframlegierung aufweist, an
dem die mit dem Röntgenfenster versehene rahmenartige Struk
tur durch Schweißen oder Löten vakuumdicht angebracht ist.
5. Vakuumgehäuse nach Anspruch 3 oder 4, bei dem als Wolfram
legierung DENSIMET vorgesehen ist.
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