Brevet FR2132237A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un procédé permettant de réaliser une anode rotative pour tubes à rayons X, comportant une couche servant de cible aux électrons et réalisée en tungstène, molybdène, tantale ou leurs alliages 5 ou leurs alliages avec du rhénium, cette couche constituant cible étant fixée sur un support en graphite avec interposition d'une couche intermédiaire de zirconium et/ou de titane servant de soudure à point de fusion élevé. Les exigences imposées à une anode rotative 10 destinée aux tubes à rayons X sont en majeure partie connue^ par exemple par le brevet allemand N° 1 106 429. Si, pour réaliser de telles anodes rotatives, on utilise des matériaux supportant des températures critiques élevées et ci oh utilise de telles anodes rotatives à des températures légèrement 15 inférieures aux températures critiques, de façon à prolonger leur durée de vie et, de ce fait, celle des tubes à rayons X, il faut utiliser également un matériau de soudage à point de fusion élevé lorsqu'on se sert d'un procédé de soudage pour l'assemblage des diverses couches des anodes rotatives. 20 De plus, comme il ressort entre autres du brevet allemand N° 1 106 429., des anodes rotatives doivent présenter une bonne capacité calorifique. Le graphite suffit dans une large mesure à cette condition ; de plus, ce matériau présente non seulement un point de.fusion très élevé, mais 25 est en outre peu coûteux. Comme matériaux à utiliser pour la couche constituant cible, le tungstène, le molybdène, le tantale etc..., matériaux qui ont déjà été mentionnées ci-dessus, se sont déjà avérés très convenables. Le problème d'une réalisation, également 30 économique, à laquelle appartient la soudure de ces matériaux, consiste en l'assemblage de matériaux à point de fusion élevé, tels que du tungstène et du graphite, de façon qu'il se forme, entre les faces de soudage une soudure mécaniquement stable, résistant également à la température. Conformément 35 au brevet allemand N° 896 234, on applique à cet effet une couche intermédiaire. Une telle disposition, qui est connue 'm soi, peut être appliquée dans tous les cas où la transmission de la chaleur entre les deux matériaux à assembler ne suffit pas à cet endroit, et où la résistance mécanique de la 40 soudure entre lesdits matériaux est insuffisante. Lors de cette 72 11237 2 2132237 opération, il faut tenir compte non seulement des forces exercées par suite de la rotation entre les anodes rotatives pendant le fonctionnement, mais également des forces se produisant dans le cas d'utilisation d'assez longue durée 5 par suite des dilatations et rétractions thermiques engendrées pendant le refroidissement et 1'échauffement. L'assemblage par soudage de la couche métallique constituant cible et du corps en graphite du support de l'anode rotative présente le grand avantage que les matériaux 10 de la couche constituant cible présentant l'épaisseur requise comprise entre 1 et 2 mm et la qualité requise se réalisent facilement. En revanche, le dépôt du matériau de la couche constituant cible à partir d'une phase gazeuse suscite des problèmes concernant le matériau (rugosité de la cible provoquée 15 par le rayon d'électrons) limitant la durée de vie de l'anode rotative. Toutefois, l'utilisation d'une couche inter-- médiaire ne résout pas tous les problèmes. Le brevet allemand N° 896 234 mentionne de nombreux matériaux, dont doit être 20 réalisée la couche intermédiaire constituant pratiquement la couche de soudure, il est vrai, mais on part essentiellement du fait que la couche intermédiaire formée par le matériau de soudage est utilisée sous forme de métal pulvérulent. Une seule fois, on dit que le métal pulvérulent peut 25 également être comprimé de façon à obtenir un disque ou être utilisé sous forme d'un disque massif pour le processus de soudage suivant. On ne mentionne nulle part que la soudure peut également être utilisée sous cette forme. D'autre part, le brevet américain N° 3 122 424 30 décrit la fixation par soudage de graphite sur du graphite ou de graphite à certains métaux, avec interposition d'une couche intermédiaire en platine, matériau très coûteux, opération lors de laquelle le platine est appliqué sous forme d'une mince feuille d'une épaisseur supérieure à 50, 8 p , ceci 35 afin d'éviter la formation de carbure métallique et sa pénétration complète dans le graphite. Ce cas mentionne donc déjà que le matériau de soudage peut pénétrer dans le graphite, ce qui explique que la méthode conforme au brevet allemand N° 896 234 ne 40 peut pas être appliquée à priori. C'est pour cette raison 72 11237 5 2132237 qu'il faut déterminer d'abord la forme sous laquelle le support de la soudure, donc le graphite est présent. Afin • de pouvoir exposer une base claire pour le processus technique, il fallait déterminer la mesure dans laquelle pénètrent pour 5 d'autres raisons les matériaux de soudage convenant à l'anode rotative. Le procédé conforme à l'invention décrit dans le préambule est caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche intermédiaire est adaptée à la porosité du matériau 10 support. Toutefois, cela ne suffit pas en soi pour assurer l'assemblage requis. Le matériau de soudure agit des deux côtés ; de ce fait, à la face de séparation, il se forme, simultanément avec la surface métallique, appelée anticathode, 15 une zone de transition qui n'est utilisée que pendant le processus de soudage proprement dit. On a constaté qu'une température égale à la température de fusion du matériau constituant la couche de soudure de la couche intermédiaire, fournit déjà des soudures 20 présentant une résistance mécanique très convenable. Toutefois, on a constaté que l'eutectique se formant à la face de séparation entre le matériau constituant la couche intermédiaire et le métal de la couche constituant cible pour des combinaisons déterminées, flue, dans une très grande mesure, vers le 25 matériau de départ poreux par suite de la température de soudage élevée. De plus, il se forme des cavités dans le matériau de la couche constituant cible à l'endroit de la couche intermédiaire, ce qui affecte l'adhérence et la transmission de la chaleur. En ce qui concerne la température de 30 soudage, l'invention fait cependant un pas en avant. C'est que, lorsque conformément à l'invention, le chauffage effectué pendant le soudage s'effectue à une température qui est au maximum légèrement supérieure à la température de fusion de l'eutectique se formant à la face de séparation entre le 35 matériau de 1'anticathode et le matériau de la couche intermédiaire et qui est au minimum légèrement inférieure à la température de fusion du matériau de la couche intermédiaire, la résistance mécanique peut être augmentée, de sorte que, dans ce cas, on peut déterminer des résistances 40 mécaniques convenables rcême après une assez longue durée 72 11237 4 2132237 de fonctionnement. Lorsque le matériau de la couche intermédiaire est constitué par du titane, la température de soudage est de 168o°C. Lorsqu'on utilise du zirconium, la température 5 de soudage est de 1650°C lorsque le matériau de la couche constituant la cible est du tungstène, alors qu'elle est de 1520°C dans le cas d'utilisation de molybdène comme matériau pour la couche constituant la cible et de 1820°C dans le cas d'utilisation de tantale comme matériau constituant 10 la couche constituant la cible. Lorsque la couche intermédiaire est constituée par du zirconium, ce matériau peut être appliqué sous forme d'une feuille d'une épaisseur supérieure à 150 1- . Si la couche intermédiaire est en titane, ce matériau peut 15 être appliqué sous forme d'une feuille d'une épaisseur supérieure à 200^ . L'épaisseur minimale de la feuille est choisie de façon qu'aux températures de soudage mentionnées ci-dessus et à une porosité de 12 % du graphite, il subsiste toujours une couche intermédiaire, qui assure qu'à la fin 20 de la durée de vie, la couche de carbure se formant à la face de séparation entre le graphite et le matériau de soudure et croissant pendant le fonctionnement sous l'effet de la température, ne remplit pas tout l'espace intermédiaire. De plus, la couche constituant cible peut être fixée sous 25 forme d'un anneau sur le support en graphite. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre en coupe l'anode rotative 30 d'un tube à rayons X. La figure 2 est une vue en plan d'une anode rotative selon la figure 1, le trajet focal étant réalisé en un autre matériau. La figure 3 représente en coupe une portion 35 de soudure à échelle agrandie. Matériau de soudure : titane ; épaisseur de la feuille : 250 ^; couche constituant cible : tungstène ; représentation a) après le soudage à une température de 1680°C ; représentation b) après un traitement thermique pendant 40 1 heure à une température de 1600°C. 72 11237 5 2132237 Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne un support en graphite et le chiffre 2 la surface de l'anode rotative d'un tube à rayons X. Sur cette anode rotative, une surface partielle, dont la forme peut être 5 annulaire, est réalisée sous forme d'un trajet focal et est désignée par le chiffre de référence 3. La figure 2 montre une vue en plan dudit trajet focal 3. La figure 3 représente à grande échelle de 10 grossissement (200 fois) un échantillon rodé de la soudure entre le support 1 en graphite 4 et la surface en tungstène 5, avec interposition d'une couche intermédiaire de titane 6. La figure montre nettement qu'une partie de la couche de soudure a pénétré dans le graphite 4 et qu'il se 15 forme à la face de séparation une mince couche en carbure 7 (voir la figure 3a), qui croit fortement par suite d'un traitement thermique (1 heure à une température de 1600°C) (couche en carbure 8 sur la figure 3b). Dans le cas d'utilisation de zirconium comme matériau de soudure et après ledit 20 traitement thermique, l'épaisseur de la couche en carbure 7, 8 est réduite jusqu'à environ un 1/3 de celle obtenue dans le cas d'utilisation de titane. 72 11237 6 2132237 REVENDICATIONS î.- Procédé permettant de réaliser une anode rotative destinée aux tubes à rayons cathodiques, constituée par une couche constituant cible en tungstène, molybdène, tantale, 5 leurs alliages ou leurs alliages avec du rhénium, cette couche constituant cible étant fixée sur un support en graphite avec interposition d'une couche intermédiaire en zirconium et/ou en titane servant de soudure à point de fusion élevé, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche intermédiaire est adaptée à la 10 porosité du matériau du support et en ce que, lors du soudage, le chauffage s'effectue à une température, qui est au maximum légèrement supérieure à la température de fusion de l'eutectique se formant à la face de séparation entre la couche constituant cible et la couche intermédiaire et qui est au minimum légère-15 ment inférieure à la température de fusion du matériau de la couche intermédiaire. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de soudage de la couche en titane est de 1680°C. 20 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de soudage est de 1650°C, lorsque la couche constituant cible est en tungstène, éventuellement allié avec du rhénium et la couche intermédiaire est en zirconium. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que la température de soudage est de 1520°C lorsque la couche constituant cible est en molybdène et la couche intermédiaire en zirconium. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de soudage est de 1820°C lorsque la couche 30 constituant cible est en tantale et la couche intermédiaire en zirconium. 6.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche intermédiaire en titane est appliquée sous forme d'une feuille d'une épaisseur supérieure à 200 H. 35 7.- Procédé selon l'une des revendications 3* 4 ou 5» caractérisé en ce que la couche intermédiaire en zirconium est appliquée sous forme d'une feuille d'une épaisseur supérieure à 150 h . 72 11237 7 2132237 8.- Procédé selon la revendication caractérisé en ce que le matériau de la couche constituant cible est appliqué sous forme annulaire sur le support en graphite.