DE2115896C2

DE2115896C2 - Process for the production of an X-ray tube rotating anode, in which an electron impact part is soldered to a graphite support part

Info

Publication number: DE2115896C2
Application number: DE19712115896
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys.Dr. 5104 Eilendorf Reiber
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1977-03-17

Description

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derum Nachteile aus der pyrolytischen Aufbringung, soll, aber es wird meistens ausgeführt, daß der Lotnämlich daß bei der pyrolytischen Abscheidung aus Werkstoff der Zwischenschicht a!s Metallpulver verder Gasphase noch ungelöste Materialprobleme, ins- wendbar ist. Nur einmal ist beiläufig erwähnt, daß besondere die Aufrauhung der Brennfleckbahn durch das Metallpulver auch zu einer Scheibe gepreßt oder den Elektronenstrahl, die Lebensdauer der Dreh- 5 auch als massive Scheibe für das anschließende Löten anode beschränken. genommen werden kann. Warum das Lot sich auchderum disadvantages from the pyrolytic application, but it is mostly stated that the solder namely that in the pyrolytic deposition from the material of the intermediate layer a! s metal powder verder Gas phase still unsolved material problems, is applicable. Only once is it casually mentioned that especially the roughening of the focal point path by the metal powder also pressed into a disc or the electron beam, the service life of the rotary 5 also as a solid disk for subsequent soldering restrict anode. can be taken. Why the plumb too

Die Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters in dieser Form verwenden läßt, bleibt offen.
6 753 695 beschreiben eine Aufschrumpftechnik, die Andererseits beschreibt die USA.-Patentschrift aber gegenüber der Löttechnik einen schlechteren 3 122 424 die Lötung von Grnphit an Graphit oder Wärmekontakt ergibt. Da der Ausdehni-ngskoeffi- io von Graphit an dort angegebene bestimmte Metalle zient im allgemeinen für Graphit auch etwas niedri- unter Verwendung einer Zwischenschicht aus dem ger ais für die Schwermetalle der Brennfleckbahn ist, sehr teuren Werkstoff Platin, wobei das Platin zwecks kann offensichtlich nicht immer gewährleistet wer- Vermeidung einer Metallkarbidbildung und des völden, daß der in den Unterlagen dieses Gebrauchs- ligen Versinkens im Graphit in Form einer dünnen musters beschriebene Ring auch während des Be- 15 Folie, die stärker als etwa 50.8 um sein soll, Vertriebes fest sitzen bleibt. Die beschriebene Auf- wendet wird.The documents of the German utility model can be used in this form, remains open.
6,753,695 describe a shrink-fit technique which, on the other hand, describes the USA patent, but results in a poorer 3 122 424 compared to the soldering technique, the soldering of greenphite to graphite or thermal contact. Since the expansion coefficient of graphite on certain metals specified there is generally also somewhat low for graphite, a very expensive material platinum, although the platinum for the purpose obviously cannot Avoiding metal carbide formation and ensuring that the ring described in the documents of this manual sinking into the graphite in the form of a thin pattern is always guaranteed, even during sales remains. The effort described is.

schrumpftechnik weist ferner den bekannten Nach- Hier ist also bereits angedeutet, daß der Lötwerkteil auf, daß nur ganz bestimmte Formen angewendet stoff im Graphit einsinken kann und daß daher die werden können, so daß der Konstrukteur in der Ge- Lehre nach der deutschen Patentschrift 896 234 staltung der Drehanode stark einschränkt ist. Al- ₂₀ nicht ohne weitere Forschungen verwirklichbar ist. lerdings kann in dieser Technik der Eiektronenauf- Es war daher zunächst festzustellen, in welcher Form treffteil mit größeren Dicken ausgebildet werden. der Träger für das Lot, also das Graphit, vorliegt.Shrinkage technology also has the well-known problem. Here it is already indicated that the soldering part can only sink into the graphite in very specific forms and that they can therefore become so that the designer in the teaching according to German Patent 896 234 design of the rotating anode is severely restricted. Al- ₂₀ cannot be realized without further research. However, in this technique the electron pick-up can first of all be determined in which shape the meeting parts with greater thicknesses are formed. the carrier for the solder, i.e. the graphite, is present.

Das Auftragen einer Brennfleckbahn durch Elek- Es mußte, um eine klare Lehre zum technischen trolyse ist grundsätzlich sehr zeitraubend, und zwar Handeln zu geben, festgestellt werden, wieweit die wegen der geforderten Dicken von etwa 2 mm für die 25 aus anderen Gründen für den Drehanoden-Lötwerk-Wolframauflage. Werden nämlich geringere Schicht- stoff geeigneten Werkstoffe einsinken bzw. versinken, dicken verwendet, dann wird die Lebensdauer durch Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, die Aufrauhung der Brennfleckbahn zu stark ver- das Lötverfahren so zu gestalten, daß eine mechakürzt. Auch ist die Qualität des durch elektrolytisclie nische Verbindung hoher^ auch noch nach längerem Abscheidung gewonnenen Werkstoffes beim heutigen 30 Betrieb nicht nachlassender, Festigkeit entsteht.
Stand der Technik noch nicht für Dreha:voden ge- Die Lösung besteht darin, daß beim eingangs geeignet, nannten Verfahren erfindungsgemäß die Dicke derThe application of a focal point path by elec- It had to give a clear teaching on technical trolyse is basically very time-consuming, and action to be determined to what extent the required thicknesses of about 2 mm for the 25 for other reasons for the rotating anodes -Soldering work-tungsten layer. This is because if lower laminate suitable materials sink in or sink in thickly, then the service life is increased. Also, the quality of the material obtained by electrolytic connection, which is high even after prolonged deposition, does not deteriorate in today's operation, and strength arises.
State of the art not yet for Dreha: voden

Das Problem einer ebenfalls wirtschaftlichen Fer- Zwischenschicht an die Porosität des den TrägerteilThe problem of an equally economical ferrous intermediate layer has to do with the porosity of the carrier part

tigung, wozu die Lötverbindung der Target-Werk- bildenden Graphits derart angepaßt wird, daß bei derproduction, for which the soldered connection of the target work-forming graphite is adapted in such a way that the

stoffe, Wolfram, Molybdän oder Tantal gehört, be- 35 anzuwenden Löitemperatur das die Zwischenschichtmaterials, such as tungsten, molybdenum or tantalum, the temperature in the intermediate layer must be applied

steht nun darin, die hochschmelzenden Werkstoffe, bildende Lot nicht vollständig in den Graphit einsinkt,it now says that the high-melting materials, forming solder does not sink completely into the graphite,

z. B. Wolfram, auf Graphit zu befestigen, und zwar sondern daß zwischen dem Elektronenauftreffteilz. B. tungsten to attach to graphite, but that between the electron impact part

derart, daß eine mechanisch stabile und weiterhin und der sich zwischen dem Trägerteil und der Zwi-in such a way that a mechanically stable and further and which is between the carrier part and the intermediate

temperaturfeste Verbindung an den Lötflächen ent- schenschicht unter dem Einfluß der LöttemperaiurTemperature-resistant connection on the soldering surfaces delaminates under the influence of the soldering temperature

steht. Dazu ist in der deutschen Patentschrift 40 bildenden Karbidschicht noch eine Schicht des Lot-stands. For this purpose, in the German patent specification 40 forming carbide layer is still a layer of the solder

896 234 ein Verfahren zum Befestigen eines Elek- Werkstoffes übrigbleibt, und daß die Löttemperatur896 234 a method for attaching an elec- material remains, and that the soldering temperature

tronen-Auftreffteils auf einem Graphit-Trägerteil so gewählt wird, daß sie nur knapp oberhalb dertronen-Auftreffteils on a graphite support part is chosen so that it is just above the

einer Röntgenröhren-Anode beschrieben, bei dem Schmelztemperatur des Eutekttkums, aber unterhalban X-ray tube anode, at the melting temperature of the Eutekttkums, but below

beide Teile in der eingangs genannten Weise mittels der Schmelztemperatur des reinen Lot-Werkstoffesboth parts in the manner mentioned above by means of the melting temperature of the pure solder material

einer Zwischenschicht eines Lot-Werkstoffes von Zir- 45 liegt.an intermediate layer of a solder material of Zir 45 is located.

kon oder Titan verlötet werden. Diese Maßnahme Es genügt nämlich die Anpassung der Dicke derkon or titanium can be soldered. This measure it is sufficient to adjust the thickness of the

wird immer dann anzuwenden sein, wenn die beiden Zwischenschicht allein nicht, um die gewünschtewill always be used when the two intermediate layers alone do not achieve the desired result

einander i:u befestigenden Werkstoffe, unmittelbar Verbindung herzustellen. Der Lötwerkstoff wirkteach other i: u fastening materials to establish a direct connection. The solder works

aufeinandergebracht, keinen ausreichenden Wärme- nach beiden Seiten, es bildet sich daher auch mitplaced on top of each other, no sufficient warmth on both sides, it is therefore also formed with

Übergang an der Verbindungsstelle ermöglichen und 50 dem Oberflächenmetall des Elektronenauftreffteils anAllow transition at the junction and 50 to the surface metal of the electron impact part

keine genügende mechanische Festigkeit der Verbin- der Grenzfläche eine Übergangszone, die verschiedeninsufficient mechanical strength of the connection interface a transition zone that is different

dungsstelle aufweisen. Dabei sind nicht nur die gestaltet werden kann, je nachdem, welche Tempe-point of application. Not only those that can be designed, depending on the temperature

Kräfte zu berücksichtigen, die auf Grund der Rota- raturen beim Löten selbst verwendet werden,Taking into account forces that are used due to the rotations during soldering itself,

tion der Drehanoden während des Betriebes auf- Festgestellt wurde, daß eine Temperatur, die gleichtion of the rotating anodes during operation was found that a temperature that is the same

treten, sondern auch die, die durch Wärmeschrump- 55 der Schmelztemperatur de. Lot-Werkstoffes ist, be-occur, but also those caused by heat shrinkage 55 the melting temperature de. Solder material is,

fung bzw. Wärmedehnung beim Erkalten bzw. beim rcits Verbindungen recht guter mechanischer Festig-expansion or thermal expansion when cooling or, with rcits connections, very good mechanical strength

Erhitzen während der Benutzung über längere Zeit- keit ergibt. Es wird dabei allerdings beobachtet, daßHeating during use over a long period of time results. It is observed, however, that

räume bewirkt werden. sich das an der Grenzfläche von Zwischenschicht-spaces are created. that occurs at the interface of interlayer

Ein wesentlicher Vorteil einer Lötverbindung zwi- werkstoff und Targetmetall bei bestimmten Kombischen Targetmetall und dem Grundkörper der Dreh- 60 nationen bildende Eutektikum durch die hohe Lötanode aus Graphit ist dadurch gegeben, daß die Her- temperatur besonders stark in das poröse Basisstellung der Targetmaterialicn in der hier erforder- material abfließt. Außerdem bilden sich Höhlungen liehen Dicke von 1 bis 2 mm und in der geforderten im Targetmetall an der Zwischenschicht, die die Qualität leicht möglich ist. Haftfestigkeit und den Wärmeübergang verringern.A major advantage of a soldered connection between the intermediate material and the target metal in certain combinations Target metal and the body of the rotating nations forming eutectic 60 due to the high soldering anode graphite is given by the fact that the temperature is particularly strong in the porous base position the target material in which the material required here flows off. In addition, cavities are formed borrowed thickness of 1 to 2 mm and in the required in the target metal on the intermediate layer, which the Quality is easily possible. Reduce adhesive strength and heat transfer.

Jedoch allein mit der Angabe, eine Zwischen- 6j Daher ist die Löttemperatur für das Verfahren nachHowever, just stating an intermediate 6j is therefore the soldering temperature for the process according to

schicht zu verwenden, ist es nicht getan. Die deutsche der Erfindung wesentlich.using layer is not enough. The German of the invention essential.

Patentschrift 896 234 gibt zwar zahlreiche Lot-Werk- Wird als Lot-Werkstoff Titan verwendet, so be-Patent specification 896 234 gives numerous solder works. If titanium is used as solder material, then

stoffe an. aus denen die Zwischenschicht bestehen trägt die Löttempcratur 1680" C. Wird Zirkon alsfabrics. which make up the intermediate layer has a soldering temperature of 1680 "C. If zirconium is used as

Lot verwendet, so ist die Löttemperatur 1650° C bei Verwendung von Wolfram, 1520° C bei Verwendung von Molybdän bzw. 1820° C bei Verwendung von Tantal als Werkstoff für den Elektronenauftreffteil.Solder used, the soldering temperature is 1650 ° C when using tungsten, 1520 ° C when using of molybdenum or 1820 ° C when using tantalum as the material for the electron impact part.

Besteht die Zwischenschicht aus Zirkon, so kann dieses als Folie mit einer Stärke größer als 150μΐτι verwendet werden. Besteht die Zwischenschicht aus Titan, so kann dieses als Folie mit einer Stärke größer als 200 μίτι verwendet werden. Dabei ist die minimale Dicke der Lotfolie so abgestimmt, daß bei den oben angegebenen Löttemperaturen und einer Porosität von 12°/o für das Graphitmaterial noch eine Zwischenschicht bestehen bleibt, die garantiert, daß am Ende der Lebensdauer die sich an der Grenzfläche Graphit — Lotmaterial bildende und durch die Temperaturbelastung beim Betrieb anwachsende Karbidschicht nicht den gesamten Zwischenraum ausfüllt. Weiterhin kann das Target in Ringform auf dem Träger aus Graphit befestigt werden.If the intermediate layer consists of zirconium, this can be used as a film with a thickness greater than 150μΐτι be used. If the intermediate layer consists of titanium, this can be used as a film with a thickness greater than 200 μίτι can be used. Here is the minimum thickness of the solder foil so matched that at the soldering temperatures given above and one Porosity of 12% for the graphite material still another Intermediate layer remains, which guarantees that, at the end of the service life, it is located at the interface Graphite - forming solder material and growing due to the temperature load during operation Carbide layer does not fill the entire gap. Furthermore, the target can be in a ring shape be attached to the support made of graphite.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

F i g. 1 die Drehanode einer Röntgenröhre im Schnitt,F i g. 1 the rotating anode of an X-ray tube in section,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Drehanode nach Fig. 1, bei der also die Brennfleckbahn aus einem anderen Werkstoff ausgebildet ist,F i g. 2 shows a plan view of the rotating anode according to FIG. 1, in which the focal point path consists of a other material is formed,

Fig. 3a und 3b in vergrößerter Darstellung Schnitte durch eine Lötstelle, wobei das Lotmaterial Titan, die Lotfoliendicke 250 (im und der Werkstoff des Elektronenauflreffteils Wolfram ist, und zwar Fig. 3a: Nach der Lötung bei 1680° C und
Fig. 3b: Nach Temperaturbehandlung 1 Stunde bei 1600⁰C.3a and 3b show enlarged sections through a soldering point, the soldering material being titanium, the soldering foil thickness 250 (im and the material of the electron receiving part being tungsten, namely
Fig. 3b: After heat treatment for 1 hour at 1600 ^° C.

In Fig. 1 ist ein aus Graphit bestehender Träger 1 und die Oberfläche 2 der Drehanode einer Röntgenröhre dargestellt. Auf dieser Drehanode ist eine Teilfläche, die ringförmig sein kann, als Brennfleckbahn 3 ausgebildet.1 shows a support 1 made of graphite and the surface 2 of the rotating anode of an X-ray tube shown. On this rotating anode is a partial area, which can be ring-shaped, as a focal point path 3 educated.

F i g. 2 zeigt diese Brennfleckbahn 3 noch einmal in Draufsicht.F i g. 2 shows this focal point path 3 again in plan view.

Die Fig. 3a und 3b sind zeichnerische Darstellungen von Metallschliffen der Lötstellen zwischen dem aus Graphit 4 bestehenden Träger 1, und dem Oberflächenwerkstoff Wolfram S, verbunden mit dem Löt-Zwischenschicht-Werkstoff Titan 6 in 200facher Vergrößerung.Figs. 3a and 3b are graphical representations of metal cuts of the solder joints between the graphite support 1, and the Surface material tungsten S, combined with the soldering intermediate layer material titanium 6 in 200 times Enlargement.

ao Es ist deutlich erkennbar, daß ein Teil der Lötschicht in den Graphit 4 eingesunken ist und daß sich an der Übergangsstelle eine dünne Karbidschicht 7 ausbildet (Fig. 3a), die durch Temperaturbehandlung (1 Stunde bei 1600° C) stark anwächst (Karbidschicht 8 in Fig. 3b). Bei Verwendung von Zirkon als Lot bleibt die Karbidschicht 7 bzw. 8 nach dieser Temperaturbehandlung in der Dicke etwa um einen Faktor drei geringer als bei Verwendung von Titan.ao It can be clearly seen that part of the solder layer has sunk into the graphite 4 and that a thin carbide layer 7 is formed at the transition point forms (Fig. 3a), which grows strongly due to temperature treatment (1 hour at 1600 ° C) (carbide layer 8 in Fig. 3b). When using zirconium as solder, the carbide layer 7 or 8 remains after this Thermal treatment in thickness about a factor three less than when using titanium.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

each other or with rhenium with the addition of a patent claim: intermediate layer of a high-melting solder work-

1. Process for the production of an X-ray material from zirconium and / or titanium on a rotary anode support tube, in which an electron split made of graphite is applied and carried through with it meeting part made of tungsten, molybdenum, tantalum or Le- 5 heating is soldered to a temperature that is above alloys of these substances with one another or with the melting temperature of the interface Rhenium with the insertion of an intermediate layer between the material of the electron impact part a high-melting solder material from and the eutectic zirconium forming the intermediate layer and / or titanium lies on a carrier part made of kums and in which there is between graphite at the interface applied and with this see through erio the intermediate layer and the graphite carrier heating is soldered to a temperature that is part of a layer of a carbide of the solder material above the melting temperature of the forms.

Interface between the material of the electrode is placed on an X-ray tube rotating anode

tronenauftreffteils and that of the intermediate layer requirements are essentially known, e.g. B. off forming eutectic lies and at 15 of the German patent specification 1 106 429. Werden Werkder Interface between the intermediate layer materials for the production of such rotating anodes and the graphite support part has a layer of carbide that can stand high critical temperatures of the solder material forms, thereby holding or identified when used within the X-ray, that the thickness of the intermediate tubes are operated somewhat below the critical temperatures selenium layer on the porosity of the carrier part 20, which increases the service life of the forming graphite is adapted in such a way that the rotating anode and thus the X-ray tubes are increased, so At the soldering temperature to be used, this must be the case when using a soldering process for the intermediate layer forming solder does not completely put together the different layers of one sinks into the graphite, but that between the rotating anode and a high-melting solder material the electron impingement part and that between 35 are used.

the carrier part and the intermediate layer under How u. from German patent specification 1 106 429

the influence of the oil temperature is known, the rotating anodes should have a good thermal bond still have a layer of the solder material storage capacity. This requirement remains, and that the soldering temperature so satisfied graphite to a large extent also possesses it is chosen that it is only just above the 30th of this material not only has a very high melting-melting temperature of the eutectic, but under- point, it is also inexpensive. - As materials half of the melting temperature of the pure solder for the electron impact part, the one material located. Above mentioned substances tungsten, molybdenum or

2. The method according to claim 1, in which proven as tantalum, since these materials are inexpensive in Solder material titanium is used, which means that it has approximately the same qualities over longer periods of time marked that the soldering temperature 1680 C can be obtained.

is. In German patent 1 106429, in particular

3. The method according to claim 1, in which as their column 3, lines 54 ff., An electrolytic material for the electron impact part tungsten, method is specified, which is particularly used, if necessary, alloyed with rhenium and as a solder 40 when applied zirconium material is used for the top layer, characterized in that the area of the focal point path is excluded from the fact that the soldering temperature should be 165O ⁰ C. In addition, especially in column 2, lines 32 is. to 40, a deposit on a conventional anode

4. The method of claim 1, wherein shown as increasing thermal radiation. Material for J ^ n electron impact part Molyb- 45 A conventional anode is also used there Danish and understood as a soldering material zircon with a support body made of graphite (see is, characterized in that the Lottern Sp. 1, line 32). But in column 4, line 13, then becomes temperature is 1520 C. the proposal made with an anode body

5. The method according to claim 1, wherein as made of graphite between the rhenium surface material for the electronic knob tantalum an intermediate layer made of tungsten and zirconium is used as the soldering material, to be provided on the graphite in bar, and in this way characterized in that the soldering temperature suffers the fact that the thermal emission 1820'C is. of graphite is more than twice as high as that of

6. The method according to claim 2, characterized in that Rhcniumbelages. Inevitably, then, indicates that the titanium intermediate layer has been confirmed as 55 as the applicant's experiments. Foil with a thickness of more than 200 .mu.m is used with very low electron beam exposure will. surface flake off for these reasons.

7. The method ni> ch one of claims 3, 4 The German Offenlegungsschrift 1930 095 beodcr 5, characterized in that the zirconia writes on by a metal spraying process Intermediate layer as a film with a thickness of 60 thin layers applied to a graphite carrier, more than 150 µm is used. but very porous and poorly thermally conductive and

therefore still far for an electron beam exposure

are more unsuitable than those deposited by pyrolytic means Layers. For this reason too

The invention relates to a method for 65 is namely in the German Offenlegungsschrift Manufacture of an X-ray tube rotating anode, described in 1 930 095 that is sprayed onto the to which an electron impact part made of tungsten, Mo layer, a further layer is pyrolytically applied. Tantalum or alloys of these substances must be accommodated. However, this also results in