Brevet FR2462021A1 — publié le 19810206

"Anode rotative pour tube de Rëntgen, et procédé pour la fabrication de cette anode." L'invention concerne une anode rotative avec mun corps de base en carbone dont a surfice est mumie d'une coude de graJhite pyrolthique à structure stratifiée cristaLograpique sur laquelle se trouve une autre cou- che formée parun métal- haut-point de fusion et dans laquelle, au cours du fonctionnemex dans un tube de Rontgen, est engendré e rayonnement de R&tgen. L'invention concerne également un procédé qui permet la fabrication d'une telle anode rotative et suivant lequel une couche en graphite pyrolithique est déposée sur la surface d'un corps de base en carbone, une autre couche formée par un métal à haut point de fusion étant ensuite élaborée sur ladite couche en graphite. Une anode rotative du genre précisé dans le préambule est connue de la première publication de demande de brevet allemand N-2 21 46 918; le revêtement pyrolithique de cette anode connue sert'à l'obtention de surfaces lisses sans pores, ce qui empêche les particules de graphite de se détacher du corps de base. Par l'absence de pores, il est évité ce que l'on appelle "la post-formation de gaz", ce qui à son tour permet d'entretenir facilement un vide poussé permanent. L'élaboration du revêtement pyrolithique du corps de base de l'anode rotative connue en question ré- sulte de la mise en oeuvre de procédés connus. Le corps de base est porté à une température comprise entre 500 0C et 1200 C, alors que simultanément un composé de carbone gazeux est guidé par-dessus ledit corps de base, ce qui donne lieu à un dépôt de carbone sur le corps de base. Dans la première publication de demande de bre- vet allemand N-2 17 71 980, il est spécifié que dans le cas o depuis la phase gazeuse, du graphite pyrolithique est déposé sur une surface, la couche de carbone ainsi déposée présente une structure stratifiée cristallogra- phique dont les faces cristallines sont généralement paral- lèles et en outre parallèles à la surface. Dans la direc- tion des couches cristallographiques, la thermoconducti- bilité du graphite est notablement supérieure à celle dans la direction transversale à ladite direction. Cela signifie que la couche en graphite pyrolithique connue de la publication N- 2146918, déjà citée, convient moins bien pour évacuer vers le corps de base la chaleur de la couche en métal à haut point de fusion, en raison de ce que les couches cristallographiques en graphite pyrolithique suivent les contours du corps de base. L'invention a pour but de procurer une anode rota- tive dont la couche en métal à haut point de fusion est maintenue relativement froide au cours du fonctionnement de l'anode rotative dans un tube de Rôntgen, alors qu'en outre la fabrication de ladite anode est relativement simple. A cet effet, l'anode rotative conforme à l'invention est remarquable en ce que la couche en métal à haut point de fusion et la couche en graphite pyrolithique comportent en commun une face de contact qui coupe des couches cristal- lographiques dans la couche en graphite pyrolithique. Comme la couche en métal à haut point de fusion est maintenant en contact avec de nombreuses faces cristallines, l'évacua- tion de la chaleur développée dans ladite couche en métal à haut point de fusion ne pose aucun problème. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention et dans le but de fabriquer de façon simple une telle anode rotative, avant la pose de la couche en métal à haut point de fusion, la couche en graphite pyrolithique subit suivant une face un meulage tel que cette face de meulage coupe des couches cristallographiques de la couche en graphite pyroli- thique. De ce fait, la couche en métal à haut point de fusion qui plus tard doit être élaborée renoentrera un grand nombre de faces cristallines, de sorte que l'évacuation de la cha- leur développée dans cette couche en métal à haut point de fusion ne pose aucun problème. Le corps de base est par exemple en électrogra- phite, en mousse de carbone, en carbone renforcé à l'aide de fibres, ou en charbon vitreux. Pour que l'évacuation de la chaleur soit parti- culièrement intéressante, l'entière couche en métal à haut point de fusion est élaborée sur une partie meulée d'une couche en graphite pyrolithique, de sorte que dans la couche métallique, les différences de température sont évitées dans la mesure du possible. Le gmapite pyrolithique normal et ossir (en angais: "coarse grained") présente, dans la direction parallèle aux couches cristallographiques, un coefficient de thermo- conductibilité égal à environ 3,4 J/cm. K. s. De son côté, le graphite pyrolithique fin ("fine grained") tel que l'on utilise en cas de substrats à surface très lisse (polie), présente, dans ladite direction, un coefficient de thermo- conductibilité égal à environ 4,2 J/cm. K. s., tandis que le graphite pyrolithique recristallisé ("high tempémture and stress recrystallized") et obtenu par pressage à chaud à la température d'environ 3500 Kelvin et sans unepressicea comprise entre 10 bars et 1000 bars, présente un coeffi- cient de thermoconductibilité égal à environ 5,9 J/cm. K. s. Ces coefficients de thermoconductibilité et ces genres de graphites, notamment des graphites pyrolithiques conve- nablement orientés, sont décrits en détail par A.W. Moore dans la publication "Chemistry and Physics of Carbon", Volume 11, pages 69 à 187. (Editeur: P.L. Walker jr. et P.A. Thrower). Comparé aux métaux utilisés couramment pour des anodes rotatives de tube de Rbntgen, ces matériaux étant par exemple le molybdène et le tungstène, il se trouve que le coefficient de thermoconductibilité du gra- phite pyrolithique "normal" est environ égal au double du coefficient de thermoconductibilité desdits matériaux, que le coefficient de thermoconductibilité du graphite pyro- lithique convenablement orienté est compris entre environ le double et le triple de celui desdits matériaux, et que le coefficient de thermoconductibilité du graphite pyro- lithique recristallisé est compris entre environ le quadruple et le quintuple de celui du molybdène et de tungstène. En tenant compte de la thermoconductibilité de différents genres de graphite pyrolithique, on peut, par voie de cal- cul, définir l'épaisseur des couches en graphite pyroli- thique pour tous les cas survenant dans la pratique. Dans le cas de graphite pyrolithique normal, ladite épaisseur est dans la pratique égale à environ 5 mm, l'épaisseur étant égale à environ 3,5 mm dans le cas de graphite pyro- lithique convenablement orienté, et égale à environ 2,6 2462021. mm dans le cas de graphite pyrolithique recristallisé. De préférence, la couche en graphite pyrolithique recristallisé s'obtient du fait qu'après être revêtue de graphite pyrolithique, l'anode rotative subit un post-trai- tement thermique à une température comprise entre 2500 C et 3500C00. Ledit post-traitement thermique a lieu de pré- férence sous vide, mais peut avoir lieu également dans un gaz inerte, par exemple de l'argon. Dans ce dernier cas, on pratique de préférence une pression comprise entre 10 bars et 500 bars. Suivant un autre mode de réalisation d'une anode rotative conforme à l'invention, le corps de base est muni de gorges ou de surélèvements, alors que du fait d'éloigner - par meulage certaines parties de la couche en graphite pyrolithique, il est installé dans les gorges ou sur les surélèvements une barrière pour la thermoconduction, une autre possibilité étant d'élaborer dans lesdites gorges ou sur les surélèvements des faces qui rayonnent la cha- leur. Par meulage à l'occasion duquel les faces cristallo- graphiques sont coupées, il est possible de choisir l'éten- due desdites faces rayonnant la chaleur. Le coefficient d'émission de chaleur de ces faces meulées est, comme permettent le constater des mesures photométriques, supé- rieur au coefficient d'émission de chaleur d'une surface ' formée par croissance de graphite pyrolithique. Par l'éta- blissement de barrières de thermoconduction et de faces "rayonnantes" le tube de R5ntgen, l'arbre d'entralnement d'anode et les paliers sont protégés contre leur surcharge thermique. Suivant un autre mode de réalisation de l'inven- tion, pour obtenir que la face de contact entre la couche en graphite pyrolithique et la couche en métal à haut point de fusion forme un angle aussi grand que possible avec les couches cristallographiques dans le graphite pyrolithique, le corps de base est muii d'un autre genre de surélvement que celui décrit précédemment, à savoir une surélé- vation annulaire de la surface dont la couche en graphite pyrolithique est localement éloignée par meulage de façon que les couches cristallographiques en graphite pyrolithique soient coupées alors que la couche en métal à haut point de fusion est élaborée sur la face de meulage. De cette façon, on obtient des angles jusqut à 90 entre la face de contact et la structure stratifiée. De préférence, la sur- élévation s'obtient à l'aide de minces feuilles réunies en graphite anisotrope, une autre possibilité étant l'em- ploi de feuille en charbon vitreux. L'anode rotative conforme à l'invention a les avantages suivantes: Par meulage des faces cristallographiques en graphite pyrolithique, il est possible de maintenir rela- tivement faible la température du trajet focal. Un autre avantage est que la face de contact entre le métal du trajet focal et le corps de base peut être réalisée facile- ment et de façon précise par meulage, Généralement, lorsque le corps de base est revêtu directement de graphite pyro- lithique, on évite une liaison thermoconductrice générale- ment médiocre qui résulte du brasage de ces deux consti- tuants. Par meulage de la couche, il est possible d'instal- ler des barrières thermiques et des faces rayonnantes. De ce fait, on peut rester maître de l'équilibre thermique entre certaines limites. De plus, les parties plus sensi- bles du tube de Rbntgen peuvent être protégées d'une façon déterminée contre leur surcharge thermique. La couche envebp- pante en graphite pyrolithique améliore fortement les pro- priétés mécaniques (solidité) de l'anode rotative. De ce fait, il est possible de pratiquer des dimensions plus grandes. (par exemple un diamètre supérieur à 150 mm). Lors de l'élaboration du trajet focal par exemple par séparation réactive à partir de la phase gazeuse, on évite également ici les techniques de brasage et, partant, les barrières de thermoconductibilité. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre une coupe transversale d'une anode rotative conforme à l'invention. La figure 2 montre une coupe d'une anode rotative conforme à l'invention mais munie toutefois d'une gorge. Les figures 3 et 4 montrent chaque fois une coupe d'une anode rotative à surélévation. La fabrication d'une anode rotative conforme à l'invention est décrite plus en détail en référence à la figure 1. La partie à droite sur cette figure montre un corps de base 1, non encore revêtu. Un tel corps de base muni d'un alésage 2 pour l'arbre d'entraînement est réalisé par exemple en électrographite. Par rapport à la direction d'un faisceau d'électrons incidents 5 l'angle d'inclinaisons d'une face 3 du corps de base, face qui dans le cas d'une anode rotative prête à l'emploi se situe sous-la couche 4 en métal à haut point de fusion, c'est- à-dire sous le trajet focal, est de quelque degrés supérieur à ltangle d'anode t. Sur le corps de base préparé de la sorte, on éla- bore une couche 6 en graphite pyrolithique avec une struc- ture stratifiée cristallographique indiquée schématique- ment, but dans lequel on met en oeuvre des procédés connus de séparation à partir d'une phase gazeuse. Au-dessus de la face 3, cette couche est meulée comme suit. L'anode est serrée dans une machine servant à meuler des faces cylindriques. Tout en respectant l'angle d'anode t indiqué ci-dessus, l'enlèvement de matériau a lieu à l'aide d'un disque de meulage en carbure de silicium, le diamètre des grains de carbure de silicium étant com- pris entre environ 250 microns et 300 microns. Il est pos- sible également d'enlever le matériau du fait de former la face de meulage 3 sur un tour. Généralement et de façon préférentielle, l'enlèvement de matériau se fait par meula- ge, puisqu'à cette occasion le risque d'effritement de mor- ceaux de matériau est moins grand. Souvent, pour respecter des dimensions précises, l'anode subit un meulage après être revêtue de graphite pyrolithique et avant la pose de la couche de métal. Le corps de base post-travaillé et revêtu de graphite pyrolithique subit un meulage par lequel se forme une face portante qui coupe des couches cristallogtaphiques du graphite pyrolithique 6, face sur laquelle est élaborée ensuite une couche 4 en métal à haut point de fusion. L'élaboration de la couche métallique 4 peut avoir lieu par séparation de métal à partir d'une phase gazeuse, par exemple par séparation de tungstène en provenancedu système WF6 + 3 H2 >W + 6 HF, ou par voie de pulvérisation cathodique, projection de flamme ou projection de plasma. La figure 2 montre que du fait d'élaborer dans le corps de base 1 une gorge 7 et d'éloigner plus tard par meulage certaines parties de la couche 6 dans ladite gorge 7, il est possible de former une barrière de thermoconduc- tibilité 8, et également que du fait de meuler la couche 6, il est possible de former des faces rayonnantes supplé- mentaires 9 et 10. Le corps de base 1 que montrent les figures 3 et 4 comporte des surélévations 11 et 12 sur lesquelles se trouvent des faces rayonnantes 13 et 14. De plus, le corps de base 1 comporte une surélévation annulaire 15, '. Comme le montre la figure 3, la couche 6 en graphite pyrolithique a subi un meulage sur-la surélévation 15 le long d'une face de meulage indiquée par une ligne en traits mixtes A-A'. Lafface de meulage est revêtue d'une couche 4 en métal à haut point de fusion. La figure 4 montre une surélévation en forme de couche 15' avant le meulage le long du plan A-A'. REVENDICATIONS: 1. Anode rotative avec un corps de base en carbone dont la surface est munie d'une couche de graphite pyroli- thique à structure stratifiée cristallographique sur laquel- le se trouve une autre couche formée par un métal à haut point de fusion et dans laquelle, au cours du fonctionne- ment dans un tube de RZntgen, est engendré le rayonnement de Rbntgen, caractérisée en ce que la couche en métal à haut point de fusion (4) et la couche en graphite pyroli- thique (6) ont en commun une face de contact qui coupe des couches cristallographiques dans la couche en graphite pyrolithique. 2. Anode rotative selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le corps de base (1) est muni de gorges (7) ou de surélévations (11, 12) dans ou sur lesquelles la couche en graphite pyrolithique 06) a été éloignée locale- ment par meulage de façon à couper des couches cristallo- graphiques dans le graphite pyrolithique. 3. Anode rotative selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que le corps de base (1) comporte une surélévation annulaire (15) sur laquelle la couche en gra- phite pyrolithique (6) est éloignée par meulage localement de façon à couper des couches cristallographiques dans le graphite pyrolithique, alors que la couche en métal à haut point de fusion (4) est élaborée sur cette face de meulage. 4. Anode rotative selon la revendication 3, carac- térisée en ce que la surélévation annulaire (15') est formée par deux feuilles réunies de graphite pressé. 5. Procédé permettant la fabrication d'une anode rotative de tube de RUntgen selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et suivant lequel une couche en grpIt pyrolithique est déposée sur la surface d'un corps de base en carbone, tandis que sur la couche en graphite pyroli- thique est élaborée une autre couche en métal à haut point de fusion, caractérisé en ce qu'avant l'élaboration de la couche en métal à haut point de fusion, la couche en gra- phite pyrolithique subit un meulage suivant une face, un meulage tel que ladite face de meulage coupe des couches cristallographiques de la couche en graphite pyrolithique. 9 2462021 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entière couche en métal à haut point de fusion est élaborée sur la partie meulée de la couche en graphite pyrolithique. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caracté- risé en ce qu'après être revêtue de graphite pyrolithique, l'anode rotative subit un post-traitement thermique à une température comprise entre 250000 et 3500 C.