Brevet FR2521776A1 — publié le 19830819

ANODE TOURNANTE POUR TUBE A RAYON X L'invention concerne une anode tournante pour tube à rayons X, constituée par un corps de base en alliage de molybdène contenant du carbone, par exemple en alliage TZM, ainsi que par une voie cathodique en tungstène ou en alliage de tungstène, la surface de l'anode tournante à l'extérieur de la voie cathodique étant munie au moins partiellement d'un revêtement constitué par un ou plusieurs oxydes ou par un mélange constitué par un ou plusieurs métaux et un ou plusieurs oxydes. L'énergie électrique appliquée à une anode tournante lors de la production de rayons X n'est convertie qu'à environ 1 % en énergie de rayonnement X Les 99 % restants sont convertis en chaleur non souhaitée, ce qui conduit à une charge thermique importante de l'anode tournante On n'a donc pas manqué dans le passé de chercher à évacuer aussi rapidement que possible l'énergie thermique produite dans des anodes tournantes, principalement en augmentant le coefficient d'émission thermique de la surface Des mesures connues consistent à recouvrir l'anode tournante de graphite, de revêtements en métaux réfractaires pulvérisés, comme par exemple du titane ou du tantale, en carbures, comme par exemple du carbure de titane ou du carbure de tantale, ou en mélanges d'oxydes ou en mélanges de métaux et d'oxydes. Le document DE-OS 24 43 354 décrit une anode tournante du type mentionné ci-dessus, dans laquelle le corps de base, par exemple en alliage TZM, est recouvert d'une couche d'oxyde métallique, constituée par de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde de titane, pour augmenter la capacité de rayonnement de la chaleur. Le document AT-PS 336 143 décrit également une anode tournante constituée par un corps de base en métaux réfractaires, par exemple également en alliages de molybdène, qui est muni à l'extérieur de la voie cathodique d'une couche de revêtement constituée par un -2- matériau composite en molybdène et/ou tungstène et/ou niobium et/ou tantale avec des matériaux à base d'oxydes céramiques tels que Ti O 2 et/ou A 1203 et/ou Zr O 2. Dans les deux publications mentionnées, des alliages de molybdène contenant du carbone sont recommandés comme matériau de base, ou ont été mentionnés expressément Par conséquent, sur la base de ces publications, l'homme de, l'art n'a visiblement, ni prévu, ni encore reconnu, que dans le cas d'alliages de molybdène contenant du carbone, notamment dans le cas d'un alliage TZM, l'augmentation du rayonnement thermique prévue constante pendant la durée de vie habituelle ne pouvait pas être obtenue au moyen d'une couche de revêtement convenant dans d'autres cas. La demanderesse s'est aperçu de façon tout à fait surprenante pour l'homme de l'art, que dans le cas d'anodes tournantes constituées par un corps de base en alliage de molybdène contenant du carbone, notamment en alliage TZM, qui sont munies d'un revêtement d'oxydes pour augmenter le rayonnement thermique, une forte détérioration des propriétés émissives initialement bonnes apparaît déjà après une courte durée d'utilisation de l'anode tournante Ce phénomène pourrait être attribué vraisemblablement à une diffusion de carbone du corps de base dans la couche d'oxyde extérieure L'influence négative sur -la capacité de rayonnement de la chaleur n'est cependant pas compréhensible, étant donné que suivant l'état de la technique, il est également connu et courant de déposer des couches de carbure pures, par exemple du carbure de titane, sur les corps de base d'anodes tournantes, pour augmenter le rayonnement de chaleur. Le problème à la base de l'invention consiste à fournir une anode tournante pour des tubes à rayons X du type mentionné ci-dessus, en alliages de molybdène contenant du carbone, dans laquelle on obtient un coefficient d'émission de chaleur plus important, indépendamment de la durée d'utilisation. -3- Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait qu'entre le corps de base et le revêtement est disposée une couche intermédiaire de 10 200 p d'épaisseur, en molybdène et/ou en tungstène. La couche intermédiaire en molybdène et/ou tungstène empêche une détérioration, qui peut autrement être déjà observée après une courte durée d'utilisation, des propriétés d'émission de la chaleur de, l'anode tournante Simultanément, la couche intermédiaire constitue un agent promoteur d'adhérence remarquable, de sorte que la couche de revêtement adhère bien au corps de base Même en supposant que les couches intermédiaires de molybdène et/ou tungstène servent de barrière de diffusion pour le carbone, le choix de ces métaux n'est pas évident dans la mesure o pour un problème apparenté objet de recherches intensives, le dépôt de voies cathodiques en métaux réfractaires sur des corps de base d'anodes tournantes en graphite, des couches intermédiaires sont nécessaires en tant que barrières de diffusion du carbone, mais pour cela le molybdène et le tungstène ne conviennent pas, et à leur place, il est recommandé d'utiliser surtout du rhénium et des métaux du groupe de platine, mais également des carbures, nitrures, oxydes et borures de Ti, Zr, Hf, Nb et Ta, en tant que matériau pour la couche intermédiaire. Pour les corps de base d'anodes tournantes, ce sont surtout les alliages de molybdène TZM et TZC qui se sont révélés avantageux La couche intermédiaire peut être déposée sur le corps de base nettoyé par projection de sable, par des procédés de revêtement habituels tels que la pulvérisation d'un fil à la flamme ou la pulvérisation d'une poudre à la flamme, ou par pulvérisation de plasma, avec des épaisseurs de couche comprises entre 10 et 200 p, de préférence entre 40 et 50 y L'effet souhaité n'est pas atteint pour des épaisseurs de couche inférieures à 10 p Des épaisseurs de couche supérieures à 200 p ne sont pas économiques -> 4- pour la fabrication, étant donné qu'elles ne sont pas nécessaires pour l'effet souhaité et qu'elles agissent défavorablement sur les propriétés mécaniques et thermiques des anodes tournantes ainsi traitées Le dépôt de la couche d'oxyde extérieure a également lieu avantageusement par pulvérisation de poudre à la flamme ou pulvérisation de plasma Il est avantageux d'effectuer un traitement de recuit sous atmosphère d'hydrogène, à 16000 C, pendant une durée d'environ une demi-heure, après le dépôt de chaque couche. Le progrès technique inattendu lors de la mise en oeuvre de l'invention est décrit plus en détail à l'aide d'un diagramme. Le diagramme de la figure unique annexée représente les variations de l'émissivité thermique e (en ordonnées) en fonction du nombre d'expositions (bombardements de l'anode tournante par un faisceau électronique), porté en abscisses On a comparé deux anodes tournantes de mêmes dimensions constituées, pour l'une d'un corps de base en alliage TZM avec un revêtement de Ti O 2 (courbe 2), et pour l'autre d'un corps de base en alliage TZM avec une couche supérieure de Ti O 2 et avec en outre une couche intermédiaire de molybdène (courbe 1). Pour déterminer le coefficient d'émission thermique, les anodes tournantes ont été soumises respectivement, dans un poste d'essai de tubes à rayons X, à 500 expositions avec une durée de bombardement de 5,4 secondes, une tension de tube de 81 k V et un courant de tube de 300 m A Entre les bombardements individuels on a respecté une phase de refroidissement de 5 mn Après respectivement 100 expositions on a relevé, au moyen de thermocouples, les courbes de refroidissement à partir desquelles on a pu calculer le coefficient d'émission thermique. Les deux anodes possèdent un coefficient d'émission thermique initial d'environ 0, 9 Dans le cas de l'anode tournante sans couche intermédiaire de -5- molybdène, le coefficient d'émission chute déjà fortement après un petit nombre d'expositions, et après environ 500 expositions il oscille autour d'une valeur d'environ 0,5. A l'opposé, dans le cas de l'anode tournante avec une couche intermédiaire en molybdène, le coefficient d'émission ne décroit que légèrement avec le nombre croissant d'expositions, et après environ 500 expositions il oscille autour de 0,83. Il apparat donc clairement que la couche intermédiaire suivant l'invention permet d'obtenir un progrès technique important, sans que cela se traduise par des inconvénients, mis à part le coût de fabrication légèrement plus élevé. -6- REVENDICATION 1 Anode tournante pour tube à rayons X, constituée par un corps de base en alliage de molybdène contenant du carbone, par exemple en alliage TZM, ainsi que par une voie cathodique en tungstène ou en alliage de tungstène, la surface de l'anode tournante à l'extérieur de la voie cathodique étant munie au moins partiellement d'un revêtement constitué par un ou plusieurs oxydes ou par un mélange constitué par un ou plusieurs métaux et un ou plusieurs oxydes, caractérisée en ce qu'entre le corps de base et le revêtement est disposée une couche intermédiaire d'épaisseur, en molybdène et/ou en tungstène de 10 200 p.