WO2010102896A1 - Anode - Google Patents

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WO2010102896A1
WO2010102896A1 PCT/EP2010/052185 EP2010052185W WO2010102896A1 WO 2010102896 A1 WO2010102896 A1 WO 2010102896A1 EP 2010052185 W EP2010052185 W EP 2010052185W WO 2010102896 A1 WO2010102896 A1 WO 2010102896A1
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anode according
emission layer
composite
heat
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Clemens Fiebiger
Wolfgang Hennig
Markus Wenderoth
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
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    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/085—Target treatment, e.g. ageing, heating

Definitions

  • the invention relates to an anode, comprising a composite of at least one main body and at least one emission layer, which generates X-rays upon impact of electrons.
  • Such an anode is arranged in a vacuum housing of an X-ray tube and designed as a standing anode (fixed anode) or as a rotary anode.
  • the anode forms an end face of the rotating vacuum housing (rotary-piston X-ray tube).
  • a standing anode is e.g. described in DE 100 56 623 Al.
  • a rotary anode is disclosed, for example, in US 4,777,643.
  • DE 10 2004 003 368 Al DE 10 2004 003 370 Al and DE 10 2005 034 687 B3 Drehano- the known, which may also be part of a housing of a rotary piston X-ray tube.
  • the thermal stability in the case of a fixed anode is essentially dependent on the thermal power which arises in the emission layer, in particular in the region of the focal spot, and is dissipated via an optionally present heat-conducting layer and the base body.
  • the thermal load is also dependent on the irradiation time, which is exposed to the emission layer by the electrons.
  • the properties of the materials e.g. the thermal conductivity, the density and the specific heat capacities of the materials involved, an essential role for the thermal capacity and thus also for the mechanical strength.
  • the base body for example made of copper, melting point 1,084 0 C
  • the heat-conducting body and at the interface between the thermal conductors and the emission Layer occur in an overheating preferably damage to the composite.
  • the standing anode must example by suitable cooling measures, by cooling with oil, may be cooled to the temperature range that are allowed to, to thereby ensure a sufficient thermal capacity.
  • a rotating anode In a rotary anode, the focal spot and the rotary anode move relative to each other. Due to the incident in the focal spot of the electrons generated by thermal emission or by field emission, a thermal load is generated in the focal spot, which is distributed due to the rotation of the rotary anode on a Brennfleckbahn. By thermal conduction, the thermal load is then distributed in the rotary anode. If the same cooling measures are used for the rotating anode as for the stud anode and the same composite materials are used as for the stud anode, then a rotating anode usually has a higher thermal load capacity than a solid anode.
  • the temperature in the focal spot is determined by the temperature increase in the focal spot (stroke temperature), the temperature increase in the focal spot web (combustion ring on the emission layer) and by the temperature of the main body (anode body).
  • the rotational speed of the rotary anode can be increased. This reduces the stroke temperature in the focal spot as it scales proportionally to the reciprocal root of the rotational frequency (shorter residence time of the focal spot in the electron beam and thus lower temperature rise).
  • the known anodes each comprise a composite of a base body, optionally a heat-conducting body which is arranged on the base body, and an emission layer which is arranged on the base body or the heat-conducting body and which generates X-rays upon impact of electrons.
  • the composite is made by classical joining methods, For example, soldering, coating (electroplating, vapor deposition, sputtering, spraying, PVD, CVD) and welding produced.
  • the individual layers of the composite act in each case as a functional layer: emission layer for the emission of X-radiation, heat conduction body for heat dissipation and
  • Body as a mechanically stabilizing carrier and e.g. additionally as a corrosion protection layer.
  • the functional layers are e.g. additionally required as a primer or as a wetting layer.
  • the object of the present invention is to provide an anode which retains its optimum properties with regard to thermal and mechanical stability over a long period of time.
  • the anode according to claim 1 comprises a composite of at least one main body and at least one emission layer, which generates X-rays upon impact of electrons.
  • the composite is produced at least partially by hot pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure.
  • the composite additionally comprises at least one heat-conducting body, which is arranged between at least one emission layer and at least one base body.
  • the material composite is located between the functional layers (main body and emission layer in the anode according to claim 1 or base body, heat-conducting body and emission layer at the anode according to claim 2) by plastic flow and thus lot- and Lunker arthritis instead.
  • a closed porosity is completely destroyed with an appropriate choice of the parameters for the hot pressing and there are transition zones between the adjacent functional layers, in the anode according to claim 1 between the base body and the emission layer, in the anode according to claim 2 between the main body and the heat-conducting ei - On the other hand, and the heat-conducting body and the emission layer on the other. Due to the transition zones formed between the adjacent functional layers (interdiffusion layers), only reduced mechanical stresses occur between the functional layers.
  • the absence of pores and voids dissipates the heat generated during operation of the anode in the focal spot or in the focal spot web faster and more uniformly from the emission layer. Melting of the anode is excluded in normal operation, since a disturbance of the heat flow through voids, which may arise during soldering or welding and are very difficult to detect even with the latest methods, is excluded.
  • the anode according to the invention thus retains its optimum properties with regard to thermal and mechanical stability over a long period of time.
  • the composite consists of several basic bodies, then these can be arranged parallel and / or perpendicular to the emission layer. As a result, a preferential direction for the heat removal from the emission layer. If, as an alternative or in addition to this measure, the composite comprises a plurality of heat-conducting bodies, then these may likewise be arranged parallel and / or perpendicular to the emission layer. Also in this case, a preferred direction for the heat removal from the emission layer can be determined in a simple manner.
  • the anode is designed according to claim 3, i. the composite is completely made by hot pressing. This achieves an even higher thermal load capacity and a further improved mechanical stability.
  • the composite can be produced according to an embodiment of claim 4 by uniaxial hot pressing.
  • an anode according to claim 5 wherein the composite is made by hot isostatic pressing (HIP).
  • HIP hot isostatic pressing
  • the base body has a layer thickness of 50 mm.
  • a layer thickness between see see 1 mm and 2 mm provided.
  • the emission layer has a layer thickness of 200 ⁇ m
  • an embodiment of the anode has a base body made of nickel (claim 12).
  • the heat-conducting body of the anode may consist, for example, of copper (claim 13) or of silver (claim 14).
  • the emission layer preferably e.g. Rhodium (claim 15), rhenium (claim 16), tungsten (claim 17), tungsten-rhenium alloys (claim 18), silver (claim 19), molybdenum (claim 20) or chromium (claim 21) provided.
  • the anode shown in the single figure is designed as a composite 1 of a base body 2, a arranged on the base body 2 heat conducting body 3 and arranged on the heat conducting body 3 emission layer 4.
  • the emission layer 4 which has the shape of a Ronde or a disc, generated upon impact of electrons (not shown) X-rays (also not shown).
  • the composite 1 is completely isostatic by hot Pressing (HIP) at a predetermined temperature and under a predetermined pressure.
  • HIP hot Pressing
  • the composite 1 is produced by hot isostatic pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure, the composite of materials between the main body 2 and the heat-conducting body 3 and between the heat-conducting body 3 and the emission layer 4 is in each case determined by plastic flow and thus by soldering. and void-free instead.
  • a closed porosity is completely destroyed with appropriate selection of the parameters for the hot isostatic pressing and there are transition zones between the adjacent functional layers, ie between the main body 2 and the heat conducting body 3 on the one hand and the heat conducting body 3 and the emission layer 4 on the other hand. Due to the transition zones formed between the adjacent functional layers (interdiffusion layers), only greatly reduced mechanical stresses occur between the functional layers.
  • the heat produced during operation of the anode in the emission layer 4 in the focal spot or in the focal spot path is dissipated much more uniformly from the emission layer 4 in comparison to the known anodes and subsequently to the main body 2 from the heat conduction body 3 issued.
  • a melting of the emission layer 4 is excluded during normal operation of the anode, since a disturbance of the heat flow through voids, which may arise during soldering or welding and are very difficult to detect even with the most modern methods, is excluded.
  • the base body 2 has a layer thickness of 50 mm and consists of nickel (Ni), which has a melting point of 1.455 0 C and a specific thermal conductivity of 90.7 W / (mK).
  • the heat-conducting body 3 has, for example, in the shown exemplary a layer thickness between 1 mm and 2 mm and is made of copper (Cu), which has a melting point of 1,084 0 C and a thermal conductivity of 401 W / (mK).
  • Cu copper
  • the data on the specific thermal conductivity relate in each case to a temperature of 27 ° C.
  • the emission layer 4 is in the illustrated embodiment of the anode about 200 microns thick and consists of rhodium (Rh), which has a melting point of 1,964 0 C and a specific thermal conductivity of 150 W / (mK). Upon bombardment with electrons of corresponding energy, for example, characteristic K radiation and / or characteristic L radiation are emitted.
  • Rh rhodium
  • the parameters for temperature, pressure and time to be selected for hot isostatic pressing depend on the materials selected and the resulting material pairings. With a temperature T of 400 0 C to 1500 0 C and a pressure p of 400 bar to 2,000 bar and a period t of 1 h to 36 h, a correspondingly high-quality composite of the base body, heat-conducting body and emission layer can be produced.

Abstract

The invention relates to an anode comprising a combination (1) of at least one base body (2) and at least one emission layer (4) that creates x-rays upon impacting of electrons. According to the invention, the combination (1) is created at least partially by hot pressing at a specified temperature and under a specified pressure. An anode of this type retains optimal properties in regards to thermal and mechanical stability over a long period.

Description

Beschreibungdescription
Anodeanode
Die Erfindung betrifft eine Anode, umfassend einen Verbund aus wenigstens einem Grundkörper und wenigstens einer Emissionsschicht, die beim Auftreffen von Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt.The invention relates to an anode, comprising a composite of at least one main body and at least one emission layer, which generates X-rays upon impact of electrons.
Eine derartige Anode ist in einem Vakuumgehäuse einer Röntgenröhre angeordnet und als Stehanode (Festanode) oder als Drehanode ausgebildet. Bei einer Variante der Drehanode bildet die Anode eine Stirnseite des sich drehenden Vakuumgehäuses (Drehkolben-Röntgenröhre) .Such an anode is arranged in a vacuum housing of an X-ray tube and designed as a standing anode (fixed anode) or as a rotary anode. In a variant of the rotary anode, the anode forms an end face of the rotating vacuum housing (rotary-piston X-ray tube).
Eine Stehanode ist z.B. in der DE 100 56 623 Al beschrieben. Eine Drehanode ist beispielsweise in der US 4,777,643 offenbart. Weiterhin sind aus der DE 10 2004 003 368 Al, der DE 10 2004 003 370 Al und der DE 10 2005 034 687 B3 Drehano- den bekannt, die auch Bestandteil eines Gehäuses einer Drehkolben-Röntgenröhre sein können.A standing anode is e.g. described in DE 100 56 623 Al. A rotary anode is disclosed, for example, in US 4,777,643. Furthermore, from DE 10 2004 003 368 Al, DE 10 2004 003 370 Al and DE 10 2005 034 687 B3 Drehano- the known, which may also be part of a housing of a rotary piston X-ray tube.
Die thermische Belastbarkeit bei einer Festanode ist im Wesentlichen abhängig von der thermischen Leistung, die in der Emissionsschicht, insbesondere im Bereich des Brennflecks, entsteht und über eine gegebenenfalls vorhandene Wärmeleitschicht und den Grundkörper abgeführt wird. Die thermische Belastung ist weiterhin abhängig von der Bestrahlungszeit, der die Emissionsschicht durch die Elektronen ausgesetzt ist. Ferner spielen die Eigenschaften der Werkstoffe, wie z.B. die Wärmeleitfähigkeit, die Dichte und die spezifischen Wärmekapazitäten der beteiligten Werkstoffe, eine wesentliche Rolle für die thermische Belastbarkeit und damit auch für die mechanische Belastbarkeit.The thermal stability in the case of a fixed anode is essentially dependent on the thermal power which arises in the emission layer, in particular in the region of the focal spot, and is dissipated via an optionally present heat-conducting layer and the base body. The thermal load is also dependent on the irradiation time, which is exposed to the emission layer by the electrons. Furthermore, the properties of the materials, e.g. the thermal conductivity, the density and the specific heat capacities of the materials involved, an essential role for the thermal capacity and thus also for the mechanical strength.
An der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper (z.B. aus Kupfer, Schmelzpunkt 1.0840C) und dem Wärmeleitkörper sowie an der Grenzfläche zwischen dem Wärmeleitkörper und der Emissions- Schicht treten bei einer Überhitzung bevorzugt Schädigungen des Verbunds auf. Selbst bei einer Emissionsschicht aus Wolfram (Schmelzpunkt 3.4220C), muss die Stehanode durch geeignete Kühlungsmaßnahmen, z.B. durch Kühlung mit Öl, auf den er- laubten Temperaturbereich gekühlt werden, um dadurch eine ausreichende thermische Belastbarkeit sicherzustellen.At the interface between the base body (for example made of copper, melting point 1,084 0 C) and the heat-conducting body and at the interface between the thermal conductors and the emission Layer occur in an overheating preferably damage to the composite. Even in an emission layer of tungsten (melting point 3,422 0 C), the standing anode must example by suitable cooling measures, by cooling with oil, may be cooled to the temperature range that are allowed to, to thereby ensure a sufficient thermal capacity.
Bei einer Drehanode bewegen sich der Brennfleck und die Drehanode relativ zueinander. Durch die im Brennfleck auftreffen- den Elektronen, erzeugt durch thermische Emission oder durch Feldemission, wird im Brennfleck eine thermische Last erzeugt, die aufgrund der Rotation der Drehanode auf einer Brennfleckbahn verteilt wird. Durch Wärmeleitung wird die thermische Last anschließend in der Drehanode verteilt. Wer- den bei der Drehanode die gleichen Kühlmaßnahmen wie bei der Stehanode angewandt und die gleichen Verbundmaterialien wie bei der Stehanode verwendet, dann weist eine Drehanode in der Regel eine höhere thermische Belastbarkeit auf als eine Festanode .In a rotary anode, the focal spot and the rotary anode move relative to each other. Due to the incident in the focal spot of the electrons generated by thermal emission or by field emission, a thermal load is generated in the focal spot, which is distributed due to the rotation of the rotary anode on a Brennfleckbahn. By thermal conduction, the thermal load is then distributed in the rotary anode. If the same cooling measures are used for the rotating anode as for the stud anode and the same composite materials are used as for the stud anode, then a rotating anode usually has a higher thermal load capacity than a solid anode.
Die Temperatur im Brennfleck wird durch den Temperaturanstieg im Brennfleck (Hubtemperatur) , die Temperaturerhöhung in der Brennfleckbahn (Brennring auf der Emissionsschicht) und durch die Temperatur des Grundkörpers (Anodenkörper) bestimmt.The temperature in the focal spot is determined by the temperature increase in the focal spot (stroke temperature), the temperature increase in the focal spot web (combustion ring on the emission layer) and by the temperature of the main body (anode body).
Um die Leistung einer Drehanode weiter zu steigern, kann beispielsweise die Drehzahl der Drehanode erhöht werden. Dadurch wird die Hubtemperatur im Brennfleck reduziert, da diese proportional zur reziproken Wurzel der Rotationsfrequenz ska- liert (kürzere Verweildauer des Brennflecks im Elektronenstrahl und damit geringerer Temperaturanstieg) .In order to further increase the power of a rotary anode, for example, the rotational speed of the rotary anode can be increased. This reduces the stroke temperature in the focal spot as it scales proportionally to the reciprocal root of the rotational frequency (shorter residence time of the focal spot in the electron beam and thus lower temperature rise).
Die bekannten Anoden umfassen jeweils einen Verbund aus einem Grundkörper, gegebenenfalls einem Wärmeleitkörper, der auf dem Grundkörper angeordnet ist, und einer Emissionsschicht, die auf dem Grundkörper oder dem Wärmeleitkörper angeordnet ist und die beim Auftreffen von Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt. Der Verbund wird durch klassische Fügeverfahren, beispielsweise Löten, Beschichten (galvanisch, Bedampfen, Sputtern, Spritzen, PVD, CVD) und Schweißen, hergestellt. Die einzelnen Schichten des Verbunds wirken hierbei jeweils als Funktionsschicht: Emissionsschicht für die Emission von Rönt- genstrahlung, Wärmeleitkörper für die Wärmeabführung undThe known anodes each comprise a composite of a base body, optionally a heat-conducting body which is arranged on the base body, and an emission layer which is arranged on the base body or the heat-conducting body and which generates X-rays upon impact of electrons. The composite is made by classical joining methods, For example, soldering, coating (electroplating, vapor deposition, sputtering, spraying, PVD, CVD) and welding produced. The individual layers of the composite act in each case as a functional layer: emission layer for the emission of X-radiation, heat conduction body for heat dissipation and
Grundkörper als mechanisch stabilisierender Träger und z.B. zusätzlich als Korrosionsschutzschicht. Oft werden die Funktionsschichten z.B. zusätzlich als Haftvermittler oder als Benetzungsschicht benötigt.Body as a mechanically stabilizing carrier and e.g. additionally as a corrosion protection layer. Often the functional layers are e.g. additionally required as a primer or as a wetting layer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anode zu schaffen, die über einen langen Zeitraum ihre optimalen Eigenschaften hinsichtlich thermischer und mechanischer Stabilität beibehält.The object of the present invention is to provide an anode which retains its optimum properties with regard to thermal and mechanical stability over a long period of time.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anode gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anode sind jeweils in den weiteren Ansprüchen beschrieben .The object is achieved by an anode according to claim 1. Advantageous embodiments of the anode according to the invention are each described in the further claims.
Die Anode nach Anspruch 1 umfasst einen Verbund aus wenigstens einem Grundkörper und wenigstens einer Emissionsschicht, die beim Auftreffen von Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt. Erfindungsgemäß ist der Verbund zumindest teilweise durch Heißpressen bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck hergestellt.The anode according to claim 1 comprises a composite of at least one main body and at least one emission layer, which generates X-rays upon impact of electrons. According to the invention, the composite is produced at least partially by hot pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 2 weist der Verbund zusätzlich wenigstens einen Wärmeleitkörper auf, der zwischen wenigstens einer Emissionsschicht und wenigstens einem Grundkörper angeordnet ist.According to a preferred embodiment of claim 2, the composite additionally comprises at least one heat-conducting body, which is arranged between at least one emission layer and at least one base body.
Dadurch, dass der Verbund erfindungsgemäß durch Heißpressen bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck hergestellt ist, findet der Materialverbund zwischen den Funktionsschichten (Grundkörper und Emissionsschicht bei der Anode nach Anspruch 1 bzw. Grundkörper, Wärmeleitkörper und Emissionsschicht bei der Anode nach Anspruch 2) durch plastisches Fließen und damit lot- und lunkerfrei statt.Due to the fact that the composite according to the invention is produced by hot pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure, the material composite is located between the functional layers (main body and emission layer in the anode according to claim 1 or base body, heat-conducting body and emission layer at the anode according to claim 2) by plastic flow and thus lot- and Lunkerfrei instead.
Eine geschlossene Porosität wird bei entsprechender Wahl der Parameter für das Heißpressen vollständig vernichtet und es entstehen Übergangszonen zwischen den benachbarten Funktionsschichten, bei der Anode nach Anspruch 1 also zwischen dem Grundkörper und der Emissionsschicht, bei der Anode nach Anspruch 2 zwischen dem Grundkörper und dem Wärmeleitkörper ei- nerseits und dem Wärmeleitkörper und der Emissionsschicht andererseits. Durch die zwischen den benachbarten Funktionsschichten ausgebildeten Übergangszonen (Interdiffusions- schichten) treten nur noch verringerte mechanischen Spannungen zwischen den Funktionsschichten auf.A closed porosity is completely destroyed with an appropriate choice of the parameters for the hot pressing and there are transition zones between the adjacent functional layers, in the anode according to claim 1 between the base body and the emission layer, in the anode according to claim 2 between the main body and the heat-conducting ei - On the other hand, and the heat-conducting body and the emission layer on the other. Due to the transition zones formed between the adjacent functional layers (interdiffusion layers), only reduced mechanical stresses occur between the functional layers.
Durch die Abwesenheit von Poren und Lunkern wird die während des Betriebs der Anode im Brennfleck bzw. in der Brennfleckbahn entstehende Wärme schneller und gleichmäßiger aus der Emissionsschicht abgeführt. Ein Aufschmelzen der Anode ist bei bestimmungsgemäßem Betrieb ausgeschlossen, da eine Störung des Wärmeflusses durch Lunker, die beim Löten oder beim Schweißen entstehen können und auch mit modernsten Methoden nur sehr schwer detektierbar sind, ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Anode behält damit über einen langen Zeit- räum ihre optimalen Eigenschaften hinsichtlich thermischer und mechanischer Stabilität bei.The absence of pores and voids dissipates the heat generated during operation of the anode in the focal spot or in the focal spot web faster and more uniformly from the emission layer. Melting of the anode is excluded in normal operation, since a disturbance of the heat flow through voids, which may arise during soldering or welding and are very difficult to detect even with the latest methods, is excluded. The anode according to the invention thus retains its optimum properties with regard to thermal and mechanical stability over a long period of time.
Darüber hinaus entfallen bei der Herstellung der Anode nach Anspruch 1 zusätzliche Zwischenschritte zum Beschichten und/oder Aktivieren der Oberflächen der Funktionsschichten.Moreover, in the production of the anode according to claim 1, additional intermediate steps for coating and / or activating the surfaces of the functional layers are eliminated.
Man erhält somit bei der erfindungsgemäßen Anode ein deutlich stabileres Wärmeverhalten, wobei gleichzeitig die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert ist.Thus, in the case of the anode according to the invention, a significantly more stable thermal behavior is obtained, whereby at the same time the number of production steps is reduced.
Besteht der Verbund aus mehreren Grundkörpern, dann können diese parallel und/oder senkrecht zur Emissionsschicht angeordnet sein. Dadurch kann auf einfache Weise eine Vorzugs- richtung für die Wärmeabfuhr aus der Emissionsschicht festgelegt werden. Umfasst der Verbund alternativ oder zusätzlich zu dieser Maßnahme mehrere Wärmeleitkörper, dann können diese ebenfalls parallel und/oder senkrecht zur Emissionsschicht angeordnet sein. Auch in diesem Fall kann auf einfache Weise eine Vorzugsrichtung für die Wärmeabfuhr aus der Emissionsschicht festgelegt werden.If the composite consists of several basic bodies, then these can be arranged parallel and / or perpendicular to the emission layer. As a result, a preferential direction for the heat removal from the emission layer. If, as an alternative or in addition to this measure, the composite comprises a plurality of heat-conducting bodies, then these may likewise be arranged parallel and / or perpendicular to the emission layer. Also in this case, a preferred direction for the heat removal from the emission layer can be determined in a simple manner.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist bereits eine teilweise Herstellung des Verbunds durch Heißpressen bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck ausreichend. Vorzugsweise ist die Anode jedoch gemäß Anspruch 3 ausgeführt, d.h. der Verbund ist vollständig durch Heißpressen hergestellt. Damit werden eine nochmals erhöhte thermi- sehe Belastbarkeit und eine nochmals verbesserte mechanische Stabilität erzielt.For the solution according to the invention, a partial production of the composite by hot pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure is already sufficient. Preferably, however, the anode is designed according to claim 3, i. the composite is completely made by hot pressing. This achieves an even higher thermal load capacity and a further improved mechanical stability.
Im Rahmen der Erfindung kann der Verbund gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 durch uniaxiales Heißpressen herge- stellt sein. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Anode gemäß Anspruch 5, bei der der Verbund durch Heiß Isostatisches Pressen (HIP) hergestellt ist.In the context of the invention, the composite can be produced according to an embodiment of claim 4 by uniaxial hot pressing. However, particularly preferred is an anode according to claim 5, wherein the composite is made by hot isostatic pressing (HIP).
Aus derzeitiger Sicht stellt eine Anode, deren Verbund voll- ständig durch Heißpressen hergestellt ist (Anspruch 3) , wobei das Heißpressen durch Heiß Isostatisches Pressen erzielt ist (Anspruch 5) , die vorteilhafteste Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung dar.From the current point of view, an anode whose composite is produced entirely by hot pressing (claim 3), the hot pressing is achieved by hot isostatic pressing (claim 5), the most advantageous embodiment in the invention.
Parameter für die Herstellung des Verbunds bei der erfindungsgemäßen Anode sind in den Ansprüchen 6 bis 8 genannt. So haben sich, je nach Kombination der für die einzelnen Funktionsschichten verwendeten Werkstoffe, beispielsweise Temperaturen zwischen 4000C und 1.5000C, Drücke zwischen 400 bar und 2.000 bar und Zeiträume von 1 h bis 36 h als vorteilhaft erwiesen . Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Anode nach Anspruch 9 weist der Grundkörper eine Schichtdicke von 50 mm auf. Für den Wärmeleitkörper ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Anode nach Anspruch 10 eine Schichtdicke zwi- sehen 1 mm und 2 mm vorgesehen. Bei einer Ausführungsform der Anode gemäß Anspruch 11 weist die Emissionsschicht eine Schichtdicke von 200 μm aufParameters for the preparation of the composite in the anode according to the invention are mentioned in claims 6 to 8. Thus, depending on the combination of the materials used for the individual functional layers, for example, temperatures between 400 0 C and 1500 0 C, pressures between 400 bar and 2,000 bar and periods of 1 h to 36 h have proven to be advantageous. According to one embodiment of the anode according to claim 9, the base body has a layer thickness of 50 mm. For the heat conducting body according to another preferred embodiment of the anode according to claim 10, a layer thickness between see see 1 mm and 2 mm provided. In one embodiment of the anode according to claim 11, the emission layer has a layer thickness of 200 μm
Im Rahmen der Erfindung ist eine Vielzahl von Werkstoffkombi- nationen für die Anode möglich. So kann eine Ausgestaltung der Anode einen Grundkörper aus Nickel (Anspruch 12) aufweisen. Der Wärmeleitkörper der Anode kann beispielsweise aus Kupfer (Anspruch 13) oder aus Silber (Anspruch 14) bestehen.Within the scope of the invention, a multiplicity of material combinations for the anode is possible. Thus, an embodiment of the anode has a base body made of nickel (claim 12). The heat-conducting body of the anode may consist, for example, of copper (claim 13) or of silver (claim 14).
Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Anode sind - abhängig vom Einsatzzweck - als Werkstoffe für die Emissionsschicht vorzugsweise z.B. Rhodium (Anspruch 15), Rhenium (Anspruch 16), Wolfram (Anspruch 17), Wolfram-Rhenium-Legierungen (Anspruch 18), Silber (Anspruch 19), Molybdän (Anspruch 20) oder Chrom (Anspruch 21) vorgesehen.In advantageous embodiments of the anode, depending on the intended use, as materials for the emission layer, preferably e.g. Rhodium (claim 15), rhenium (claim 16), tungsten (claim 17), tungsten-rhenium alloys (claim 18), silver (claim 19), molybdenum (claim 20) or chromium (claim 21) provided.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer Anode in einer einzigen Figur näher erläutert, ohne jedoch auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.The invention and further advantageous embodiments are explained in more detail below with reference to a schematically illustrated embodiment of an anode in a single figure, but without being limited to the illustrated embodiment.
Die in der einzigen Figur dargestellte Anode ist als Verbund 1 aus einem Grundkörper 2, einem auf dem Grundkörper 2 ange- ordneten Wärmeleitkörper 3 und einer auf dem Wärmeleitkörper 3 angeordneten Emissionsschicht 4 ausgeführt. Die Emissionsschicht 4, die die Form einer Ronde bzw. einer Scheibe aufweist, erzeugt beim Auftreffen von Elektronen (nicht dargestellt) Röntgenstrahlen (ebenfalls nicht dargestellt) .The anode shown in the single figure is designed as a composite 1 of a base body 2, a arranged on the base body 2 heat conducting body 3 and arranged on the heat conducting body 3 emission layer 4. The emission layer 4, which has the shape of a Ronde or a disc, generated upon impact of electrons (not shown) X-rays (also not shown).
Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbund 1 vollständig durch Heiß Isostatisches Pressen (HIP) bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck hergestellt.In the embodiment shown in the single figure, the composite 1 is completely isostatic by hot Pressing (HIP) at a predetermined temperature and under a predetermined pressure.
Dadurch, dass der Verbund 1 durch Heiß Isostatisches Pressen bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck hergestellt ist, findet der Materialverbund zwischen dem Grundkörper 2 und dem Wärmeleitkörper 3 sowie zwischen dem Wärmeleitkörper 3 und der Emissionsschicht 4 jeweils durch plastisches Fließen und damit lot- und lunkerfrei statt.Because the composite 1 is produced by hot isostatic pressing at a predeterminable temperature and under a prescribable pressure, the composite of materials between the main body 2 and the heat-conducting body 3 and between the heat-conducting body 3 and the emission layer 4 is in each case determined by plastic flow and thus by soldering. and void-free instead.
Eine geschlossene Porosität wird bei entsprechender Wahl der Parameter für das Heiß Isostatische Pressen vollständig vernichtet und es entstehen Übergangszonen zwischen den benach- barten Funktionsschichten, also zwischen dem Grundkörper 2 und dem Wärmeleitkörper 3 einerseits und dem Wärmeleitkörper 3 und der Emissionsschicht 4 andererseits. Durch die zwischen den benachbarten Funktionsschichten ausgebildeten Übergangszonen (Interdiffusionsschichten) treten nur noch stark ver- ringerte mechanische Spannungen zwischen den Funktionsschichten auf.A closed porosity is completely destroyed with appropriate selection of the parameters for the hot isostatic pressing and there are transition zones between the adjacent functional layers, ie between the main body 2 and the heat conducting body 3 on the one hand and the heat conducting body 3 and the emission layer 4 on the other hand. Due to the transition zones formed between the adjacent functional layers (interdiffusion layers), only greatly reduced mechanical stresses occur between the functional layers.
Durch die vollständige Abwesenheit von Poren und Lunkern wird die während des Betriebs der Anode in der Emissionsschicht 4 im Brennfleck bzw. in der Brennfleckbahn entstehende Wärme im Vergleich zu den bekannten Anoden deutlich gleichmäßiger aus der Emissionsschicht 4 abgeführt und vom Wärmeleitkörper 3 anschließend an den Grundkörper 2 abgegeben. Ein Aufschmelzen der Emissionsschicht 4 ist bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Anode ausgeschlossen, da eine Störung des Wärmeflusses durch Lunker, die beim Löten oder beim Schweißen entstehen können und auch mit modernsten Methoden nur sehr schwer detektierbar sind, ausgeschlossen ist.Due to the complete absence of pores and voids, the heat produced during operation of the anode in the emission layer 4 in the focal spot or in the focal spot path is dissipated much more uniformly from the emission layer 4 in comparison to the known anodes and subsequently to the main body 2 from the heat conduction body 3 issued. A melting of the emission layer 4 is excluded during normal operation of the anode, since a disturbance of the heat flow through voids, which may arise during soldering or welding and are very difficult to detect even with the most modern methods, is excluded.
Man erhält somit bei der in der Zeichnung gezeigten Anode ein deutlich zuverlässigeres Wärmeverhalten, wobei durch das Heiß Isostatische Pressen des Verbunds 1 gleichzeitig die Anzahl der Fertigungsschritte gegenüber einem klassischen Fügeverfahren reduziert ist.Thus, in the case of the anode shown in the drawing, a significantly more reliable thermal behavior is obtained, wherein the number of hot isostatic pressing of the composite 1 is at the same time the manufacturing steps compared to a classical joining method is reduced.
Bei der dargestellten Anode weist der Grundkörper 2 eine Schichtdicke von 50 mm auf und besteht aus Nickel (Ni) , das einen Schmelzpunkt von 1.4550C und eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von 90,7 W/(m-K) aufweist.In the illustrated anode, the base body 2 has a layer thickness of 50 mm and consists of nickel (Ni), which has a melting point of 1.455 0 C and a specific thermal conductivity of 90.7 W / (mK).
Der Wärmeleitkörper 3 besitzt bei dem gezeigten Ausführungs- beispiel eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 2 mm und ist aus Kupfer (Cu) gefertigt, das einen Schmelzpunkt von 1.0840C und eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von 401 W/(m-K) aufweist. Die Angaben zur spezifischen Wärmeleitfähigkeit beziehen sich jeweils auf eine Temperatur von 270C.The heat-conducting body 3 has, for example, in the shown exemplary a layer thickness between 1 mm and 2 mm and is made of copper (Cu), which has a melting point of 1,084 0 C and a thermal conductivity of 401 W / (mK). The data on the specific thermal conductivity relate in each case to a temperature of 27 ° C.
Die Emissionsschicht 4 ist bei der dargestellten Ausführungsform der Anode etwa 200 μm dick und besteht aus Rhodium (Rh) , das einen Schmelzpunkt von 1.9640C und eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von 150 W/(m-K) aufweist. Beim Beschuss mit Elektronen entsprechender Energie wrd beispielsweise charakteristische K-Strahlung und/oder charakteristische L-Strah- lung emittiert.The emission layer 4 is in the illustrated embodiment of the anode about 200 microns thick and consists of rhodium (Rh), which has a melting point of 1,964 0 C and a specific thermal conductivity of 150 W / (mK). Upon bombardment with electrons of corresponding energy, for example, characteristic K radiation and / or characteristic L radiation are emitted.
Die beim Heiß Isostatischen Pressen zu wählenden Parameter für die Temperatur, den Druck und die Zeit sind von den gewählten Werkstoffen sowie den daraus resultierenden Werk- stoffpaarungen abhängig. Mit einer Temperatur T von 4000C bis 1.5000C und einem Druck p von 400 bar bis 2.000 bar sowie einem Zeitraum t von 1 h bis 36 h kann ein entsprechend hoch- wertiger Verbund aus Grundkörper, Wärmeleitkörper und Emissionsschicht hergestellt werden. The parameters for temperature, pressure and time to be selected for hot isostatic pressing depend on the materials selected and the resulting material pairings. With a temperature T of 400 0 C to 1500 0 C and a pressure p of 400 bar to 2,000 bar and a period t of 1 h to 36 h, a correspondingly high-quality composite of the base body, heat-conducting body and emission layer can be produced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anode, umfassend einen Verbund (1) aus wenigstens einem Grundkörper (2) und wenigstens einer Emissionsschicht (4), die beim Auftreffen von Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) zumindest teilweise durch Heißpressen bei einer vorgebbaren Temperatur und unter einem vorgebbaren Druck hergestellt ist.An anode, comprising a composite (1) of at least one base body (2) and at least one emission layer (4), which generates X-rays upon impact of electrons, characterized in that the composite (1) at least partially by hot pressing at a predetermined temperature and manufactured under a prescribable pressure.
2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) wenigstens einen Wärmeleitkörper (3) aufweist, der zwischen wenigstens einer Emissionsschicht (4) und wenigstens einem Grundkörper (2) angeordnet ist.2. Anode according to claim 1, characterized in that the composite (1) has at least one heat conducting body (3) which is arranged between at least one emission layer (4) and at least one base body (2).
3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) vollständig durch Heißpressen hergestellt ist .3. Anode according to claim 1 or 2, characterized in that the composite (1) is completely made by hot pressing.
4. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Verbund (1) durch uniaxiales Heißpressen hergestellt ist.4. Anode according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the composite (1) is produced by uniaxial hot pressing.
5. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) durch Heiß Isostatisches Pres- sen hergestellt ist.5. Anode according to one of claims 1 to 3, characterized in that the composite (1) is prepared by hot isostatic pressing sen.
6. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) bei einer Temperatur zwischen 4000C und 1.5000C hergestellt ist.6. Anode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the composite (1) is produced at a temperature between 400 0 C and 1500 0 C.
7. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) bei einem Druck zwischen 400 bar und 2.000 bar hergestellt ist.7. Anode according to one of claims 1 to 6, characterized in that the composite (1) is produced at a pressure between 400 bar and 2,000 bar.
8. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) durch Heißpressen über einen Zeitraum von 1 h bis 36 h hergestellt ist. 8. Anode according to one of claims 1 to 7, characterized in that the composite (1) is produced by hot pressing over a period of 1 h to 36 h.
9. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) eine Schichtdicke von 50 mm aufweist.9. Anode according to claim 1, characterized in that the base body (2) has a layer thickness of 50 mm.
10. Anode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (3) eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 2 mm aufweist .10. Anode according to claim 2, characterized in that the heat-conducting body (3) has a layer thickness between 1 mm and 2 mm.
11. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) eine Schichtdicke von 200 μm aufweist.11. Anode according to claim 1, characterized in that the emission layer (4) has a layer thickness of 200 microns.
12. Anode nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus Nickel besteht.12. Anode according to claim 1 or 9, characterized in that the base body (2) consists of nickel.
13. Anode nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (3) aus Kupfer besteht.13. Anode according to claim 2 or 10, characterized in that the heat-conducting body (3) consists of copper.
14. Anode nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (3) aus Silber besteht.14. Anode according to claim 1 or 10, characterized in that the heat-conducting body (3) consists of silver.
15. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Rhodium besteht15. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of rhodium
16. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Rhenium besteht.16. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of rhenium.
17. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Wolfram besteht17. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of tungsten
18. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus einer Wolfram-Rhenium- Legierung besteht.18. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of a tungsten-rhenium alloy.
19. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Silber besteht.19. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of silver.
20. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Molybdän besteht. 20. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of molybdenum.
21. Anode nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschicht (4) aus Chrom besteht. 21. Anode according to claim 1 or 11, characterized in that the emission layer (4) consists of chromium.
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