Brevet FR2574988A1 — publié le 19860620

ANODE TOURNANTE POUR TUBE A RAYONS X La présente invention a pour objet une anode, notamment une anode tour- nante,destinée à équiper un tube à rayons X. L'homme de l'art sait que les tubes à rayons X utilisés principalement en radiologie sont équipés d'anodes ou anticathodes en forme de disque dont la fonction est d'émettre un rayonnement X à partir des parties de leur surface qui sont soumises à l'action d'un flux d'électrons provenant d'une cathode avec une énergie cinétique suffisamment grande. O Il est également connu que dans un tube à rayons X l'énergie cinétique des électrons n'est transformée en énergie de rayons X que dans une proportion voisine de 1 %,de sorte que la majeure partie de l'énergie des électrons se convertit en chaleur. C'est pourquoi, à l'origine, ces anodes étaient constituées exclusivement par un matériau ayant, outre de bonnes caractéristiques d'émissivité de rayons X, une température de fusion très élevée, tel que, par exemple, le tungstène et ses alliages avec le rhénium notamment. Par la suite, les techniciens s'étant inquiétés du prix de revient élevé et du poids de ces 0 anodes, se sont aperçus qu'il suffisait de fabriquer avec le tungstène seulement les parties qui recevaient les électrons, c'est-à-dire les "zones actives" ou les "pistes focales" de l'anode. On s'est alors orienté vers des anodes composites formées d'un corps de base en un produit mieux adapté que le tungstène, ledit corps étant muni de zones actives obtenues par revêtement de tungstène ou de ses alliages. Pour assurer sa fonction correctement, ce corps de base devait avoir,à la fois, une température de fusion élevée, une grande chaleur spécifique et un bon coefficient de conductibilité thermique. On a d'abord utilisé le molyb- O dène puis,on s'est tourné vers le graphite parce qu'il avait une chaleur spécifique beaucoup plus élevee et aussi parce qu'il était plus léger, ce qui simplifiait sa mise en rotation dans le cas des anodes tournantes. Mais, on s'est alors heurté à des problèmes de fissuration de la zone active d s,à la fois,à des réactions qui se produisent entre la couchede tungs- tène et le graphite et qui conduisent à des couches intermédiaires fragiles et à des différences de dilatation entre les matériaux en présence. Pour remédier à ce défaut, on a préconisé de déposer une couche barrière entre le graphite et le tungstène qui peut être, par exemple, du rhénium pur comme cela est enseigné dans le brevet français I 575 ll1. De plus, le développement de la radiologie a conduit les concepteurs de matériel à étudier l'accroissement de la vitesse de rotation de l'anode et à recher- cher des vitesses pouvant dépasser largement 10.000 tours/minute. A ces vitesses, les qualités mécaniques du corps de base doivent être élevées et ce corps doit posseder une faible densité, une chaleur spécifique élevée et un bon coefficient de conductibilité thermique. Consciente des avantages que procuraient les anodes composites dont le corps de base est moins dense que le molybdène, la demanderesse a cherché à trouver un matériau répondant à ces critères et qui, à la différence du graphite, ne nécessite pas la présence d'une couche barrière et permet par ses caractéristiques mécaniques élevées d'atteindre des vitesses de rotation pouvant dépasser 10.000 tours/minute. Ses recherches ont abouti à la mise au point d'une anode caractérisée en ce que le corps de base est constitué par du nitrure d'aluminium. Ce produit est un composé azoté de l'aluminium,de formule chimique AlN qui peut être obtenu à l'état de poudre et dont les propriétés thermiques et mécaniques permettent la mise en forme par les techniques classiques de frittage pour donner un solide de densité 3,26 environ, c'est-à-dire un peu plus grande que le graphite mais,nettement plus petite que celle du molybdène. Ce produit possède également une température de fusion rela- tivement élevée et notamment un bon coefficient de conductibilité ther- mique qui permet de canaliser et d'évacuer dans toute l'anode le flux thermique important créé dans la zone active. Ce sont là autant de carac- téristiques qui en font un produit intéressant pour la confection des anodes mais qui ne suffiraient pas à être compétitif vis-à-vis du graphite ou des anodes en métal massif, s'il n'avait pas été découvert par la demanderesse, que ledit produit pouvait être revêtu directement par le matériau émissif sans avoir besoin de prévoir une couche d'accrochage ou une couche barrière et si ledit produit ne présentait pas les caractéris- tiques mécaniques permettant son utilisation à des vitesses de rotation élevées. En effet, quelle que soit la nature du métal ou alliage constituant la zone active et la manière de le déposer sur le corps de base, la deman- deresse a constaté une adhérence parfaite entre les éléments du composite ainsi constitué, qualité qui se maintient dans le temps même sous l'ac- tion de flux d'électrons de très grande énergie cinétique. C'est ainsi qu'ont été réalisés des dépôts d'épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm de tungstène, de rhénium, d'iridium, d'osmium et de leurs allia- ges ou de leurs composés du type carbure, nitrure, borure suivant des procédés très différents tels que l'électrolyse en bain de sel fondu, le dépôt en phase vapeur qu'il soit physique ou chimique, la fixation par brasage ou autre méthode de fixation d'éléments en métal fritté, sous forme de couronne, de portions de couronne, sur des surfaces planes ou en creux sans qu'on observe de phénomènes de décohésion ou d'altérations après de longues périodes d'utilisation dans des tubes de grande puissance mis en oeuvre dans les techniques radiologiques les plus modernes. A titre d'exemple, on peut citer le cas d'une anode classique qui était utilisée dans des conditions de puissance et de temps telles que la tem- pérature de la zone active était comprise entre 2500 et 3000 C et que l'on a remplacé par une anode selon l'invention. Son emploi dans les mêmes conditions a conduit à un abaissement de la température de la zone active comprise entre 200 et 400 C ce qui montre les bonnes caractéristiques de transmission de chaleur du nitrure d'alu- minium. L'anode selon l'invention trouve son application dans tous les tubes à rayons X y compris les modèles les plus récents mettant en oeuvre des puissances élevées et des vitesses de rotation pouvant être supérieures à 10.000 tours/minute. REVENDICATIONS 1 / Anode tournante pour tube à rayons X constituée par un corps de base dont au moins une partie de la surface dite "active" est recouverte d'une couche d'un matériau émissif, caractérisée en ce que le corps de base est réalisé en nitrure d'aluminium. 2 / Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de base résulte d'un frittage de particules. 3 / Anode selon la revendication 1,-caractérisée en ce que le matériau émissif est en contact direct avec le corps de base. 4 / Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau émissif appartient au groupe constitué par les métaux tungstène, rhénium, osmium, iridium et leurs alliages. / Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau émissif résulte d'une technique appartenant au groupe constitué par l'é- lectrolyse en bain fondu, le dépôt chimique en phase aqueuse, le dépôt physique en phase vapeur, la fixation par brasage et autre méthode de fixation d'éléments en métal fritté. 6 / Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau émissif a une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm.