Brevet FR2480033A1 — publié le 19811009

"Disque d'anode pour un tube à rayons X à anode tournante et procédé pour le fabriquer" La présente invention concerne un disque d'ano- de pour un tube à rayons X à anode tournante qui comprend, dans l'état assemblé du tube à rayons X, un corps en mé- tal lourd à symétrie de rotation relié à un arbre d'entrai- nement et un corps en graphite annulaire qui est relié au corps en métal lourd par l'intermédiaire d'une couche de brasure. Un tel disque d'anode est décrit dans la deman- de de brevet allemand deuxième publication nO 20 61 007. Le corps en graphite sert alors à augmenter la capacité thermique du disque d'anode et à accroître le pouvoir émis- sif thermique. Etant donné que l'arbre d'entraînement est aussi relié au corps en métal lourd, le corps en gra- phite ne remplit aucune fonction de support. Néanmoins, dans la pratique, il faut observer que pendant le fonction- nement d'un tube à rayons-X pourvu d'un tel disque d'ano- de, des fragments du corps en graphite se détachent par cisaillement du disque d'anode ainsi formé qui devient dès lors inutilisable. La présente invention a pour but de réaliser un disque d'anode du type mentionné plus haut d'une maniè- re propre à réduire le risque que le corps en graphite se détache complètement ou partiellement du corps en métal lourd sous l'effet de sollicitations thermiques. A cet effet, suivant l'invention, le corps en métal lourd présente un rebord annulaire tourné vers le corps en graphite dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du corps en graphite, ce rebord an- nulaire entourant le bord extérieur du bord en graphite, et la couche de brasure étant également présente entre le rebord annulaire et le bord extérieur du corps en graph- te. " Des recherches ont montré qu'un tel disque d'ano- de est mieux à même de résister aux sollicitations thermi- ques que le disque d'anode connu du type mentionné plus haut. Ceci peut s'expliquer de la manière suivante. Dans le disque d'anode connu, les surfaces du corps en métal lourd et du corps en graphite réunis par brasure ou par rétreinte thermique sont planes. Pendant la jonction, les deux corps ont environ la même température. Après la jonction, les deux corps se refroidissent, de sorte que le corps en métal lourd (en tout cas lorsqu'il s'a- git d'un corps de base en molybdène pourvu d'une couche de tungstène), à cause de son coefficient de dilatation thermique plus élevé, se contracte plus fortement que le corps en graphite. Dans les couches des deux corps voisi- nes de la couche de jonction se créent donc des tensions qui peuvent avoir pour résultat que le corps en graphite ou des fragments de ce corps se détachent par cisaillement. Lors de la réalisation conforme à l'invention du disque d'anode, après la jonction, à mesure que le re- froidissement progresse, une contrainte de compression croissante est exercée par le rebord annulaire, par l'in- termédiaire de la couche de jonction, sur le rebord exté- rieur du corps en graphite. Un corps en graphite peut ce- pendant supporter des contraintes de compression dans une mesure considérable, sans se briser, mais il n'en va pas de même pour les contraintes de traction. Ces contraintes de compression, qui s'atténuent pendant le fonctionnement du tube à irayons X par échauffement du disque d'anode, empêchent le cisaillement du disque d'anode. Le corps en métal lourd auquel, suivant l'in- vention, est fixé l'arbre d'entraînement, reçoit en fonc- tionnement les forces transmises par l'arbre d'entraîne- ment, de sorte que le corps en graphite n'est pas sollici- té mécaniquement par celles-ci. La hauteur du rebord du corps en métal lourd ne doit pas nécessairement être égale à l'épaisseur du corps en graphite. Etant donné que les contraintes de cisaillement, lors du refroidissement, apparaissent avant tout dans la zone du corps en graphite voisine de la cou- che de brasure, il suffit que seule cette zone soit entou- rée par le rebord, dont la hauteur ne doit donc être éga- le qu'à une fraction de l'épaisseur du corps en graphite. Le diamètre intérieur du rebord annulaire peut être à peu près égal ou supérieur de quelques dixièmes de millimètre au diamètre extérieur du bord extérieur du corps en graphite qu'il entoure. Les contraintes de com- pression mécaniques sont alors transmises au corps en gra- phite par l'intermédiaire de la couche de jonction. Il n'est pas non plus nécessaire que la paroi interne du rebord annulaire soit parallèle à l'axe de rota- tion du disque d'anode. Il peut s'avérer adéquat que le bord intérieur forme un angle de 300 avec l'axe, parce que les contraintes d'entaille sont alors plus faibles. Un avantage particulier du disque d'anode confor- me à l'invention réside dans le fait que l'opération de brasage peut être exécutée d'une manière particulièrement simple. Dans le cas du procédé de brasage connu jusqu'à présent (voir, par exemple, la demande de brevet allemand deuxième publication n0 20 61 007), le corps en métal lourd se trouve au-dessus du corps en grap-hte au moment de l'o- pération. Si la couche de brasure devient alors trop chau- de, la brasure jaillit en certains endroits de la fente présente entre les deux corps et mouille localement non seulement le corps en graphite, mais, en raison des forces moléculaires, également la face supérieure du corps en métal lourd. Ces restes de brasure non seulement abais- sent la température de fusion dans la zone du trajet du foyer, mais réduisent également le rendement en rayons X à cause du nombre d'ordre en général relativement peu éle- vé de la matière de brasure. Selon une autre particularité de l'invention, pour réaliser l'opération de brasure d'un disque d'anode, on place le corps en graphite sur le corps en métal lourd en intercalant un disque de brasure entre eux et on procè- de ensuite au brasage. Lors du brasage, le corps en gra- phite se trouve donc au-dessus du disque en métal lourd. Le rebord annulaire du disque en métal lourd qui, au moment du brasage, se trouve en dessous, empêche toute coulée de la brasure. Sous l'effet des forces molé- culaires, la brasure monte simplement dans l'interstice formé entre la face interne du rebord annulaire et le bord extérieur et remplit cet interstice. Cet avantage n'est cependant obtenu que si la brasure ne peut pas s'écouler d'une autre manière, par exemple par le centre du disque de métal lourd. Selon une autre particularité de ce procédé de fabrication d'un disque d'anode conforme à l'ixvention, il est prévu d'uti- liser, en tant que corps en métal lourd, un corps en forme de cuvette sans alésage central et de le braser au corps en graphite, puis, après l'opération de brasage, de ména- ger un alésage central dans le corps en métal lourd et, le cas échéant, dans le corps en graphite. Etant donné que le corps en métal lourd forme ainsi une cuvette lors du brasage, la couche de brasure ne peut pas s'écouler au dehors. Ce n'est qu'ensuite cue le corps en métal lourd est pourvu de l'alésage central nécessaire pour recevoir l'arbre d'entraînement. Le corps en graphite peut être pourvu au préalable d'un alésage dans lequel l'arbre d'en- tra;nement est engagé lors du montage du tubé à rayons X à anode tournante. Cet alésage peut cependant aussi être formé en même temps que l'alésage du corps en métal lourd. Selon une autre particularité de l'invention, il est prévu que le corpsen métal lourd présente un tou- rillon central qui s'étend dans le corps en graphite an- nulaire et dont le diamètre extérieur n'est que légère- ment inférieur au diamètre intérieur du corps en graphite annulaire. Le tourillon central prévu dans le corps en métal lourd, d'une part, et le rebord extérieur, d'autre part, forment alors une cuvette annulaire qui empêche éga- lement l'écoulement de la couche de brasure au dehors. Le tourillon sert en même temps à centrer le corps en gra- phite. M0033 L'invention sera décrite ci-après plus en dé- tail avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 illustre un tube à rayons X à anode tournante, et - les figures 2, 3 et 4 sont des vues en cou- pe transversale de diverses formes d'exécution d'un dis- que d'anode conforme à l'invention. Sur la figure 1, 1 désigne l'ampoule en verre d'un tube à rayons X à anode tournante qui porte à sa pre- mière extrémité, un montage de cathode 3 et à son autre extrémité, un montage d'anode 4. Le montage de cathode comprend un élément de blindage 5 auquel est fixée la tête de cathode 6 dans laquelle est ou sont disposés le ou les filaments chauffants, non représentés en détail. Les ten- sions de chauffage sont fournies par les conducteurs 15, 16 et 17 qui présentent le potentiel de haute tension du côté cathode. Le montage d'anode 7 comprend un rotor sur l'ar- bre d'entraînement 8 duquel est fixé un disque d'anode 9. Le disque d'anode 9 comprend un corps en métal lourd 13 qui est relié à l'arbre d'entraînement 8. A cet effet, l'extrémité supérieure de l'arbre d'entraînement est file- tée et reçoit l'écrou 11 qui, lorsqu'il est serré, pres- se le corps en métal lourd 13 contre la butée inférieure 12 fixée à l'arbre d'entraînement, Le disque d'anode, qui est représenté en coupe comprend en outre un corps en graphite 10 qui est brasé à la face inférieure du corps en métal lourd 13. Le corps en graphite 10 n'est pas en contact direct avec l'arbre d'entraînement 8 ou avec la butée 12. La haute tension du côté anode est fournie par l'intermédiaire de la tubulure de connexion 18. La figure 2 illustre une forme d'exécution con- - venable du disque d'anode, mais n'est pas représentée à l'échelle. Le corps en métal lourd 13 est fait d'un corps de base en molybdène qui est pourvu d'une couche de tungs- tène ou d'un alliage de tungstène au moins dans la zone du trajet du foyer 19. Il peut, par exemple, avoir un diamètre extérieur de 120 mm et une épaisseur de 9 mm. Le corps en métal lourd présente à sa face inférieure une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation ou de symétrie qui est limitée extérieurement par un rebord an- nulaire 22 et intérieurement par un tourillon 23 du corps en métal lourd 13. Si on retourne le corps en métal lourd de 1800 autour d'un axe horizontal, on obtient donc sur le côté alors supérieur une cuvette annulaire dont le fond est formé par la surface 20 et dont les parois latérales sont formées à l'extérieur par le rebord 22 et à l'inté- rieur par le tourillon 23. Le rebord extérieur s'est déjà avéré efficace dans le cadre de l'invention pour une hauteur de 1,5 mm seulement. Le rebor.d annulaire peut cependant aussi être plus haut que 1,5 mm. Le tourillon central 23, qui est centré par rapport à l'axe de rotation 21 et dans lequel une forure 24 est prévue pour recevoir l'arbre d'entraî- nement 8 (figure 1), doit avoir la même hauteur que le rebord annulaire 22. Un corps en graphite 10 à symétrie de rotation est relié, par l'intermédiaire d'une couche de brasure 26, par sa face d'about plane 25 à la surface 20 du corps en métal lourd et par ses faces périphériques interne et externe parallèles à l'axe de rotation 21, respectivement au tourillon 23 et au rebord annulaire 22. Le corps en. graphite peut alors être fait d'un graphite à grain très fin élaboré par compression et par recuit, par exemple de la qualité 5890 de la Firme Deutsohe Carbone AG, qui présente un poids spécifique de 1,85 g/cm 2, une résistan- ce à la rupture en flexion de 65 N/mm2 et un coefficient de dilatation thermique (à 1000C) de 4,2 x 10 6/K. Le diamètre extérieur du corps en graphite 10 est inférieur au diamètre intérieur du rebord annulaire 22, par exemple de 1,2 mm, de sorte qu'entre le rebord annulaire 22 et le corps en graphite 10, subsiste une couche de brasure de 0,6 mm d'épaisseur. Le diamètre intérieur du corps en graphite 10 est supérieur au diamètre extérieur du tourillon 23, mais dans une faible mesure,par exemple au maximum de 0,2 mm, de sorte que, dans l'état non encore brasé, le corps en graphite repose sur le tourillon 23 avec un jeu latéral faible et est centré par ce tourillon. Pour joindre le corps en métal lourd, au corps en graphite 10, on positionne tout d'abord le corps en métal lourd vers le bas (par rapport à la position repré- sentée sur la figure 2, et on le retourne donc de 180 autour d'un axe horizontal), de sorte que la cuvette annu- laire qui est formée par la surface 20 et par le rebord annulaire 22 ainsi que par le tourillon 23, se trouve sur sa face supérieure. Dans cette cuvette annulaire, on dépo- se un disque de brasure en zirconium d'une épaisseur de 0,3 mm, dont le diamètre intérieur est supérieur au diamè- tre intérieur du corps en graphite et dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre extérieur du corps en graphite, par exemple chaque fois de 4 mm. On place le corps en graphite 10 sur ce disque de brasure. On chauf- fe ensuite ce montage dans une chambre sous vide, par exem- ple par chauffage à haute fréquence. Une matière fondue eutectique se forme à une température d'environ 1.5000C comme décrit dans la demande de brevet allemand publiée, deuxième publication n0 21 15 896, et cette matière assu- re la jonction du corps en métal lourd avec le corps en graphite. Lors d'un chauffage à haute fréquence (à 550 kHz), la brasure monte tout d'abord dans le joint formé entre la périphérie extérieure du corps en graphite 10 et le rebord annulaire 22, parce que la zone extérieure, en par- ticulier le rebord annulaire, est plus fortement chauffée, -lors du chauffage à haute fréquence, que les zones situées plus loin vers l'intérieur0 Après un certain temps, la brasure monte cependant aussi dans le joint formé entre le tourillon 23 et le corps en graphite 10, après quoi l'apport d'énergie est interrompu et la brasure fondue se solidifie de telle sorte que sa surface dans le joint entre le corps en graphite 10 et le rebord annulaire 22 forme un ménisque 27. Lors de cette opération de brasure, la brasure ne peut pratiquement plus s'écouler à l'extérieur, de sorte que les inconvénients et l'introduction d'impuretés dans le corps en métal lourd liés à cet écoulement sont large- ment supprimés. Si le chauffage est ici interrompu un peu trop tardivement, ceci n'est pas aussi gênant que dans les procédés de brasage connus; cependant; un apport d'é- nergie trop prolongé peut nuire à la durabilité de la jonction car des carbures peuvent alors être formés. Le disque d'anode représenté sur la figure 3, dont des parties correspondantes sont désignées par les mêmes chiffres de référence que sur la figure 2, se dis- tingue du disque d'anode représenté sur la figure 2 par le fait que le corps en métal lourd, dont la face supérieu- re est coudée d'une manière connue (angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de 5 à 200 environ), a partout, sauf dans la zone du rebord annulaire 22 et du tourillon 23, une épaisseur uniforme, de sorte que le-côté 20' tour- né vers le corps en graphite 10 n'est plus plat comme ce- lui du disque d'anode représenté sur la figure 2, mais est également coudé ou incliné vers l'extérieur. La surface de délimitation du corps en graphite 10 représentée au- dessus sur le dessin doit alors être conformée de manière correspondante. Le tourillon 23 doit dans ce cas être plus haut que le rebord annulaire, mais sa face d'about se trouve alors aussi, avec la face d'about inférieure du rebord annulaire 22, dans un plan à peu près perpendi- culaire à l'axe de rotation 21. Le brasage s'effectue de la même manière que celle décrite avec référence à la figure 2. La figure 4 illustre un disque d'anode dans un stade intermédiaire de son procédé de fabrication. Le corps en métal lourd possède alors une face inférieure plane 20" continue, limitée par leç,,ebord annulaire 22, et ne comporte ni alésage, ni tourillon en son centre. Dans la cuvette annulaire formée par le rebord annulaire 22 et la surface 20", qui, lors de l'opération de brasage, est ouverte vers le haut, on place un disque de brasure, de préférence en zirconium, ainsi que le corps en graphi- te cylindrique 10 qui peut, le cas échéant, être pourvu d'un alésage central. Après le brasage, un alésage 24', indiqué par des traits interrompus, est ménagé dans le corps en métal lourd 13 et sert à accoupler le disque d'a- node à l'arbre d'entraînement. Lorsque le corps en gra- phite 10 ne comporte pas déjà un tel alésage central, cet alésage le traverse également. Au cas o l'alésage tra- versant le corps en graphite 10 n'a pas un diamètre supé- rieur à celui qui traverse le corps en métal lourd 13, l'arbre d'entraînement attaque, à l'état assemblé du tube également le corps en graphite 10, mais celui-ci n'est alors sollicité que par des forces de compression qu'il peut supporter sans plus. REVENDICATIONS 1. Disque d'anode pour un tube à rayons X à anode tournante qui comprend, dans l'état assemblé du tu- be à rayons X, un corps en métal lourd à symétrie de rota- tion (13) relié à un arbre d'entraînement (8) et un corps en graphite (10) qui est relié au corps en métal lourd, caractérisé en ce que le corps en métal lourd présente un rebord annulaire (22) tourné vers le corps en graphi- te (10) dont le diamètre extérieur est supérieur au dia- mètre extérieur du corps en graphite (10), ce rebord an- nulaire (22) entourant le bord extérieur du corps en gra- phite. 2. Disque d'anode suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en métal lourd (13) et le corps en graphite (10) sont reliés l'un à l'autre par une couche de brasure (26) qui s'étend aussi entre le re- bord annulaire (22) et le bord extérieur du corps en gra- phite (10). 3. Disque d'anode suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en métal lourd (13) pré- sente un tourillon central (23) qui s'étend dans le corps en graphite annulaire (10) et dont le diamètre extérieur n'est que légèrement inférieur au diamètre intérieur du corps en graphite annulaire. 4. Disque d'anode suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps en métal lourd (13) contient du molybdène qui est pourvu, sur sa face opposée à la couche de jonction (26), d'une couche de tungstène ou d'un alliage de tungstène. 5. Disque d'anode suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de brasure est essen- tiellement faite de zirconium.