Вращающийся анод рентгеновской трубки и способ его изготовления — SU 949739 (original) (raw)

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциапистичвскихРвспублик 1949739(22) Заявлено 22. 01. 81 (21) 3243855/18-25 151 М. Кл.з Н 01 4 35/10 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ВРАЩАЮЩИЙСЯ АНОД РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯИзобретение относится к технической Физике и направлено на дальнейшее совершенствование наиболее ответственного узла рентгеновских аппаратов - рентгеновской трубки. Рентгеновское излучение широко используется в различных областях техники и в медицине. Требования современной техники выдвигают необходимость в создании рентгеновских трубок повышенной мощности 30-150 кВт. Наиболее напряженным узлом в трубке является анод, который вращается со скоростью 3000-9000 об/мин и подвергается локальной бомбардировке электронным пучком. В процессе эксплуатации анод в течение 1-4 с разогревается до 1200-1500 С. При этом температура в области торможения электронноого пучка может достигать 2500- 2800 С, в то время как на обратной поверхности анода она не превышает 1500 С. После выключения трубки анод остывает до л 500 С в течение 3-10 мин; В процессе эксплуатации трубка должна выдерживать несколько десятков тысяч включений, а анод при этом претерпевать соответствующее количество описанных термоциклов. Известен анод, состоящий из графи.товой основы, на рабочей поверхностикоторой имеется вольфрамовое покры"тиеИзвестен способ изготовления такого анода путем нанесения на основуиз графита вольфрамового покрытия (11.Анод описанной конструкции не 10 пригоден для длительной эксплуатациив трубках повышенной мощности, так какпри термоциклировании происходит отслоение вольфрамового покрытия засчет различия в коэффициентах терми ческого расширения, КОторое усугубляется карбидизацией вольфрама, протекающей при 1400 С и приводящей к охрупчиванию вольфрама даже при повы- .шенных температурах (500-1500 С).Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является вращающи 9 ся анод рентгеновский трубки,содержащий трехслойный диск, центральный слой которого выполнен из вольфл,рама. Основа этого анода выполненаиз молибдена или из вольфрама о рением (с 10) или сплава вольфрама сметаллом платиновой группы 2 .Недостатком этого анода являетсяего высокая стоимость из-за наличиядорогостоящего рения.Наиболее близким к предлагаемомутехническому решению является способизготовления вращающегося анода путем прессования вольфрамового порошка, спекания и последующей деформации заготовки со степенью деформации 80-85, Анод представляет собойдиск диаметром ф 55"100 мм с отверстием по оси диаметром 6-9 мм 3.Такой анод характеризуется повышенным содержанием примесей, что при-Оводит к переносу вольфрама с нагретойповерхности анода а относительнохолодные стенки трубки за счет реак,ции водяного и углеродного циклов:Ч+ХН О высокая, температура ЧО + Н 15ЧО +хНнизкая температуравысокая температура ЧОЧ+хСО ЧО +хСОнизкая температураВ результате происходит поглощениерентгеновского излучения и снижениеЭффективности работы трубки.Описанному варианту присущ ещеодин недостаток. При разрушении анода трещина, зародившаяся на рабочейповерхности анода, беспрепятственнораспространяется на всю его толщину.Вращающийся с большой скоростью анодразрывается и его разлетающиеся осколки представляют опасность для пациентов и обслуживающего персонала.Цель изобретения - удешевление 30конструкции, повышение ресурса работы трубки,Укаэанная цель достигается тем,что во вращающемся аноде рентгеновской трубки, содержащем трехслойный, 33диск, центральный слой которого выполнен из вольфрама, наружные слоивыполнены иэ фторидного вольфрама,деформированного со степенью 60-85,а центральный слой в ,из порошкового 40вольфрама, деформированного со степенью 90-98, причем толщина его составляет 5-50 от общей толщины диска.В способе изготовления вращающегося анода путем прессования вольфрамового порошка спекания и последующей деформации заготовки сначала деформацию заготовки осуществляют состепенью 75-87, после чего с обеихсторон на нее осаждают слои вольфрамапутем восстановления его гексафторида водородом и снова подвергают деформации со степенью 60-85.В процессе эксплуатации электронныйпучок направляется на рабочую поверх-,ность и разогревает область, на кото-рую фиксируется электронный пучок,до 2500-2800 С. Для предотвращенияразвития более высоких температурна поверхности анода последний враща-,ется на валу, пропущенном в отверстие 60со скоростью 3000-9000 об/мин. Вэтих условиях температура на вогнутой(тыльной) стороне анода не превышает15000 С. Продолжительность работы вописанном режиме составляет 0,1"10 с,65 после чего бомбардировка электронамирабочей поверхности анода прекращается и анод охлаждается при вращении до500 С в течение 5-10 мин. Затем цикл повторяется и т.д.Фторидный вольфрам, получаемый в результате газофазного осаждения воль. фрама иэ смеси его гексафторида с водородом по реакцииЧ "без+ 3 НдГЬъ тв+ 6 Нга 3является наиболее чистой разновидностью вольфрама, поэтому его испольэова ние для изготовления перифери ных слоев анода резко снижает газовыделения и перенос вольфрама на стенку трубки. Благодаря своей чистте он является и наиболее пластичным, т.е. в меньшей степени по сравнению с другими сортами вольфрама подвержен хрупкому разрушению, сопровождающемуся трещинообразованием, Кроме того, фторидный вольфрам обладает более высокой температурой рекристаллизации, .которая для недеформированного мате"риала лежит выше 1800 С. Однако в исходном состоянии он имеет низкие прочностные характеристики. В процессе деформации прочностные характеристики фторидного вольфрама повышаются и тем больше, чем выше степень деформации. Температура рекристаллизации фторидноГо .вольфрама, наоборот, снижается при увеличении степени его . деформации, Поэтому рекомендуется относительно невысокая степень деформации 60-85, для которой температура рекристаллиэации фторидного вольфрама остается выше 1500 С. Учитывая, что на тыльной стороне анода в рабочих условиях температура не превышает 1500 С, периферийный слой из фторидного вольфрама, расположенный на вогнутой поверхности анода и не подвергающийся бомбардировке электронами, будет сохранять. свои прочностные характеристики в течение всего ресурса работы.Наконец, относительно невысокая степень деформации периферийных слоев не приводит к возникновению замет ной анизотропии свойств фторидного вольфрама, характерной для более высоких степеней деформации (более 85).Таким образом, верхний предел степени деформации для фторидного вольфрама ограничивается 85, так как при более высоких степенях деформации развивается анизотропия свойств и температура рекристаллизации снижается ниже 1500 С, Это недопустимо, так как при рабочих температурах тыльной стороны анода будет происходить снижение прочностных характеристик анода за счет рекристаллизации, Нижний предел степени деформации для фторидного вольфрама продиктован необходимостью разр шать характерную для фторидного вольфрама столб. чатую структуру и повысить тем самым прочностные характеристики материала, что происходит при степени деформации материала более 60, 5Центральный слой из порошкового вольфрама, подвергнутого деформации со степенью 90-98, является наиболее прочным в данной конструкции, так как прочностные характеристики во льфрама возрастают с увеличением степени деформации, Он выполняет роль армирующего элемента и повышает прочность конструкции в целом. Если степень деформации периферийных слоев составляет 60 (прочность их относительно невысока), то толщина армирующего слоя должна быть максимальной 40-50 от общей толщины. С увеличением степени деформации периферийных слоев до 85 их прочность20 возрастает и толщина армирующего слоя может быть уменьшена до 5-10 от об-:- щей толщины.Нижний предел степени деформации для порошкообразного вольфрама выбран 90, так как до этого значения наблюдается-существенный рост прочности вольфрама при увеличении степени деформации. При степенях деформации более 90 прочностные характерис 30 тики возрастают менее интенсивно, а при степенях деформации более 98 проявляется расслой материала, что снижает теплопроводность анода, при-. водит к перегреву его рабочей по верхности и преждевременному выходу его из строя Учитывая выше изложенное, рекомендуемая степень деформации центрального слоя из порошкового вольфрама составляет 90-98. 40Соединение описанных слоев осуществляется осаждением фторидного вольфрама с обеих сторон на деформированную пластину из порошкового вольфрама в условиях, обеспечивающих сцепление слоев. Полученную трехслойную заготовку затем прокатывают до степени деформации 60-85. В результате достигается надежное соединение слоев (прочность сцепления превышает 15 кг/мм).50Покрытие порошкового вольфрама плотным слоем фторидного вольфрама препятствует выходу летучих примесей из него при нагревании, что приводит к повышению температуры 55 рекристаллизации порошкового воль. Фрама до 1500-1600 С и способствует сохранению высоких прочностных свойств в течение всего ресурса работы. 60Зарождение .трещины обычно происходит на рабочей поверхности анода. Но в предлагаемой конструкции она развивается, лишь до слоя порошкового вольфрама. Изменение структУры ма- . 65 териала препятствует дальнейшему раз витию трещины. Анод сохраняет свою форму и работоспособность, так как два неповрежденных слоя препятствуют его разрыву. Таким образом увеличивается срок службы и ликвидируется опасность получения травм обслу живающим персоналом, т.е. улучшаются условия труда.П р и м е р 1. Вольфрамовую ленту толщиной 1,5 мм, шириной 30 мм и длиной 500 мм, полученную деформацией порошкового вольфрама со степенью деформации 87, подвергают травлению в расплаве 95 МаОН +5 ФМаМО при 450-600 С. После чего нагревают в токе водорода до 750-800 С. При этой температуре начинают осаждение вольфрама из газообразной смеси его гексафторида с водородом по реакции бпя 3 Н 2 гаь =+ 6 НГд . Содержание гексафторида вольфрама в газовой смеси составляет 33 мольн Указан ная температура необходима для восстановления окислов вольфрама на ленте и получения прочного сцепления покрытия с основой. Спустя 3 мин, температуру снижают до 530+30 С, а содержание гексафторида вольфрама в газовой смеси уменьшают до 22+2 мольн После осаждения фторидного вольфрама в течение 28 ч полу.чают пластину толщиной 22 мм. Ее разрезают на отрезки длиной 120 мм и прокатывают до толщины 4,5 мм с нагревом до 145050 С. Степень деформации слоев Фторидного вольфрама состав ляет 85.Суммарная степень деформации центрального слоя из порошкового вольфрама составляет 98, а его толщина 0,225. мм, что составляет 5 от общего сечения. Из покрученных листов вырезают диски Ф 100 мм и прошивают по оси отверстие 4 8,5 мм. Затем подвергают формованию.ИсПытания проводят в рентгенОвской трубке с вращающимся анодом мощностью 30 кВт. Продолжительность экспозиции составляет 1 с при скорости вращения анода 3000 об/ми. Длительность перерыва между включениями 4 мин. Анод в составе трубки, проработавшей в приведенном режиме 20000 включений, остается работоспособным. Аноды таких же размероВ иэ порошкового вольфрама в аналогичных трубках .выдерживают не более 10000 включений.П р и м е р 2. Вольфрамовую полосу толщиной 7,5 мм, полученную деформацией порошкового вольфрама со. степенью деформации 75, обрабатыва" ют как описано в примере 1 и аналогичным образом осаждают фторидный вольФрам до получения пластины толщиной 15 ю, которую затем прокатывают до толщины 6 мм. Степень дефор949739 Составитель Т.ВладимироваРедактор С,тараненко Техред М,Тепер КоррекТор Г. Огар Заказ 5763/43 Тираж 761 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 мации слоев фторидного вольфрамасоставляет 60 Ъ, а центрального слоя90. Конечная толщина центральногослоя равна 3 мм, что составляет 506от общего сечения. Толщина слоевФторидного вольфрама составляет 1, 5 мм,Испытания отформованного анода ф 100 мм проводят в рентгеновской трубке мощностью 60 кВт. Продолжи" тельность экспозиции составляет 1 с 10 при скорости вращения анода 9000 об/мин Длительность перерыв;. между включениями 4 мин. Анод в составе трубки, работавшей в описанном режиме, выцерживает 15000 включений. 15 Для оценки раэрушаемости анодовпредлагаемой конструкции проводятследующие испытания. Анод толщиной4,5 мм и диаметром 100 мм нагревают 20до 400 ОС, после чего резко Охлаждаютсначала на воздухе, а затем холоднойводой. После такой обработки на выпуклой поверхности анода образуютсядве трещины, которые заканчиваются на ближайшей границе между Фто"ридным и порошковым вольфрамом, Такой анод ставят на стенд и вращаютсо скоростью 3000 об/ми. Дополнительного развития .трещин при .этом не про исходитПроводимые испытания показывают,что слоистая конструкция анода препятствует развитию в нем сквозныхтрещин и предотвращает разрушениеанода при вращении, ликвидируя опасность при обслуживании,Формула изобретения1. Вращающийся анод рентгеновской трубки, содержащий трехслойныйдиск, центральный слой которого выполнен из вольфрама, о т л и ч аю щ и й с я тем, что с целью удешевления конструкции и повышения ресурса работы трубки, наружныеслои выполнены из Фторидного вольф,рама, деформированного со степенью60-85, а центральный - из порош-кового вольфрама, деформированногосо степенью 90-98%, причем толщинаего составляет 5-50 от общей олщины диска,Способ изготовления вращающего",ся анода путем прессования вольфрамового порошка, спекания и последующей деформации заготовки, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что сначаладеформацию заготовки осуществляютсо степенью 75-87, после чего с обеих сторон на нее осаждают слои вольФрама путем восстановления его гексафторида водородом и снова подвергают деформации со степенью 60-85Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.ПатентЪеликобритании Р 1436157,кл,В 3 А, опублик. 1976.2. Патент США Р 4004174,кл. 313-330, опублик. 1976 (прототип).3. Мишени вольфрамовые для рентгеновских трубок, анодов рентгеновскихкенотронов и заготовки вольфрамовыхмишеней для рентгеновских трубок свращающимся анодом, ТУ 48-19-119-74

Смотреть

Вращающийся анод рентгеновской трубки и способ его изготовления