Brevet FR2655191A1 — publié le 19910531

F L'invention concerne une anode de tube à rayons X, plus particulièrement une anode tournante du type comprenant un corps de base portant une cible formée par une couche superficielle d'un matériau émissif de rayons X. Dans les tubes à rayons X, notamment ceux utilisés pour le diagnostic médical, le rayonnement X est obtenu sous l'effet d'un bombardement électronique d'une couche d'un matériau cible, c'est-à-dire généralement un matériau à numéro atomique élevé, réfractaire et bon conducteur de la chaleur comme, par exemple, le tungstène, le molybdène, ou un alliage contenant au moins un de ces éléments. Ces éléments sont les plus couramment utilisés, mais l'invention n'est pas limitée à une anode avec un matériau émissif contenant ces éléments ou leurs alliages. La couche cible est bombardée sur une faible surface appelée foyer, constituant la source du rayonnement Les puissances instantanées importantes (de l'ordre de 100 KW) mises en jeu, et les petites dimensions du foyer ont depuis longtemps conduit à utiliser des anodes tournantes afin de répartir et évacuer le flux thermique sur une surface plus grande que le foyer. Cette répartition et évacuation thermique est d'autant plus efficace que la vitesse linéaire de rotation de l'anode est élevée, Toutefois, cette vitesse linéaire est limitée par la résistance mécanique de l'anode, et notamment les risques d'éclatement de celle-ci, éclatement dû à la formation de fissures, notamment dans le matériau formant la couche cible, ces fissures se propageant dans les autres matériaux constituant l'anode. En effet, les anodes tournantes sont généralement formées par un corps de base ou substrat formant un bloc de forme régulière telle qu'un disque, un cône ou analogue, et sur lequel est déposée une ou plusieurs couches d'un matériau émissif de rayons X ou matériau cible Généralement, l'adhérence de la couche de matériau cible sur le corps de base est améliorée par le dépôt d'une couche intermédiaire d'accrochage, créant ainsi une certaine continuité entre le matériau émissif et le matériau formant le substrat, par exemple, par diffusion superficielle du matériau d'accrochage dans les deux autres matériaux ou inversement Cette continuité peut favoriser la propagation des fissures générées dans le matériau émissif. L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une anode comprenant une structure particulière évitant la propagation des fissures générées dans le matériau émissif vers le corps de base ou substrat, ou inversement. A cet effet, l'invention propose une anode pour tube à rayons X, par exemple, une anode tournante, comprenant un corps de base ou substrat sur lequel une cible est formée par une couche de matériau cible, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche interposée entre ladite couche cible et le substrat, constituée en un matériau présentant "une plasticité" plus élevée que celle du matériau formant le substrat et du matériau cible. Cette couche de matériau plastique absorbe et atténue les contraintes générées par la formation d'une fissure dans le matériau cible ou le substrat Ainsi, les risques de fissure de ce matériau étant nettement plus faibles, par suite de son aptitude à se déformer, la propagation de celles-ci sera stoppée ou nettement atténuée Cette couche de matériau plastique peut également diminuer le risque de formation de ces fissures par absorption des déformations de la couche de matériau émissif. Par plasticité d'un matériau, il faut comprendre la faculté du matériau à se déformer de manière permanente. Ainsi, à titre d'exemple, un matériau ayant une ductilité élevée présente une plasticité élevée. Pour renforcer cet effet, l'invention propose un deuxième mode de réalisation de l'invention consistant à interposer entre la couche cible et le substrat une structure multi-couches constituée de plusieurs couches superposées parallèlement à la couche cible et formées alternativement par un matériau à plasticité élevée et un matériau à plasticité faible. Selon une autre caractéristique de l'invention, une couche d'accrochage est interposée entre, d'une part, la couche cible et la couche en matériau plastique ou la structure multi-couches et, d'autre part, entre le substrat ou corps de base et la couche en matériau plastique ou la structure multi-couches. Avantageusement, dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, les couches d'accrochage constituent les couches externes de la structure multi-couches. Le ou les matériaux formant la couche plastique ou la structure multicouches doivent, bien entendu, présenter une température de fusion supérieure à la température de fonctionnement de l'anode, et notamment de celle du foyer. De plus, ces matériaux doivent présenter la propriété convenable pour l'invention, comme la plasticité, à toutes les températures de fonctionnement du tube. Généralement, ces températures de fonctionnement sont comprises entre celle de l'ambiance et 14000 C. Les matériaux convenables pour l'invention sont notamment des éléments métalliques ou alliages métalliques. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau constituant la couche plastique ou les couches de la structure multi-couches est un alliage d'éléments constituant la couche cible, comme par exemple, un alliage de tungstène ou de molybdène, la plasticité de cet alliage étant contrôlée par sa composition. On peut également citer, à titre d'exemple, le tantale, le niobium, leurs alliages comme matériaux présentant une plasticité convenable pour l'invention La forme et le ou les matériaux formant le corps de base ou substrat ne sont pas critiques pour l'invention Ainsi, à titre d'exemple, le corps de base peut être constitué par un bloc de carbone, métallique ou en matériau composite tel qu'un composite carbone-carbone usiné à une forme désirée, ou par plusieurs éléments formés en matériaux identiques ou différents et assemblés, par exemple, par brasage. Les couches constituant la couche plastique, la structure multi-couches, la couche cible et éventuellement les couches d'accrochage sont déposées successivement sur la surface du corps de base par les techniques habituelles telles que les procédés de dépôt chimique en phase vapeur et de dépôt physique en phase vapeur, plus connus respectivement par les acronymes anglo-saxons C V D et P V D, d'électrolyse, torche à plasma, par exemple. L'invention a également pour objet un tube à rayons X comprenant une anode tournante telle que décrite ci-dessus. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous de modes de réalisations de l'invention, et de la description de ces modes de réalisation faite en référence aux figures annexées données uniquement à titre indicatif et dans lesquelles la figure 1 est une représentation schématique et de principe d'un tube à rayons X, la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une anode conforme à l'invention, la figure 3 est une vue schématique à échelle agrandie de la partie II de la figure 2 selon un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 est une vue schématique à échelle agrandie de la partie II de la figure 2 selon un second mode de réalisation de l'inventeur. En se référant à la figure 1, un tube à rayons X comprend, dans une enceinte vide non représentée, une cathode 1 située en vis à vis d'une anode 2 La cathode 1 est insérée dans un ensemble d'optique de focalisation 3 permettant de guider et focaliser le faisceau d'électrons 4 émis par la cathode sur une petite surface de l'anode 2 appelée foyer. L'émission du faisceau d'électrons 4 par la cathode est générée par un chauffage à haute température d'un filament (non représenté). L'anode 2 reçoit le faisceau d'électrons 3 et réémet un rayonnement X référencé 6, notamment en direction d'une fenêtre d'utilisation 17 prévue, par exemple, sur l'enveloppe du tube. L'anode 2 est montée sur un axe, non illustré, entraîné en rotation Ainsi, le foyer 5 est une couronne de faible largeur définie sur la surface de l'anode 2. On décrira maintenant en référence aux figures 2, 3 et 4 deux modes de réalisation de l'invention. L'anode 2 comprend un corps de base ou substrat 7, ayant une forme de cône dans l'exemple illustré, sur la surface extérieure duquel est disposé un ensemble de couches dont la structure est illustrée dans les figures 3 et 4. Ainsi, dans un premier mode de réalisation de l'invention, la couche la plus externe 8 est la couche cible constituée par un matériau émissif de rayonnement X Interposée entre le substrat 7 et cette couche cible 8, une couche 9, en un matériau plastique est déposée. Dans le mode de réalisation illustré, une couche d'accrochage 10,11 est déposée entre d'une part le substrat et la couche 9 et d'autre part la couche 9 et la couche cible 8. On donnera ci-dessous un exemple de l'épaisseur et de la composition de ces différentes couches. Couche Matériau Epaisseur cible Alliage W = 96 % 50 à 300 gm 8 Re = 4 % accrochage Alliage W = 90 % 50 à 300 pm 10 Re = 10 % matériau plastique Alliage W = 74 % 9 Re = 26 % 50 à 300 gm accrochage 1 l Rhenium 5 m ans un second mode de réalisation, illustré par la igure 4, la couche cible 8 et les couches d'accrochage et 11 sont identiques au premier mode de réalisation. Selon l'invention, une structure multi-couches 12 est interposée entre la couche cible 8 et le substrat 7. Cette structure est constituée par un empilement de couches 13, 14 réalisées en matériaux présentant des caractéristiques de plasticité différentes Ainsi, les couches 13 présentent une plasticité élevée tandis que les couches 14 ne sont pas déformables Cette succession d'interfaces entre couche plastique et couche non plastique diminue encore la facilité de propagation d'une fissure On donnera ci-dessous un exemple de la composition d'une telle structure Matériau Epaisseur Couches 13 Couches 14 Alliage W = 74 % Re = 26 % Alliage W = 90 % Re = 10 % à 100 j m à 100 Am Un autre exemple de structure 12 est donné ci-dessous Matériau Epaisseur Couches 13 Couches 14 Tantale ou Niobium Alliage W = 90 % Re = 10 % à 100 Am à 100 mm Couche Couche REVENDICATIONS 1 Anode pour tube à rayons X comportant un corps de base ( 7) ou substrat sur lequel une cible est fournie par une couche ( 8) de matériau cible, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche ( 9) interposée entre ledit substrat ( 7) et ladite couche cible ( 8) et constituée en un matériau présentant une plasticité plus élevée que celle du substrat ( 7) et de la couche cible ( 8). 2 Anode pour tube à rayons X comportant un corps de base ( 7)-sur lequel une cible est formée par une couche ( 8) de matériau cible, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure multi-couches ( 12) interposée entre le substrat ( 7) et ladite couche cible ( 8), ladite structure ( 12) étant constituée de plusieurs couches ( 13, 14) superposées parallèlement à la couche cible ( 8), formées alternativement de couche de plasticité élevée ou faible. 3 Anode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche d'accrochage ( 10) de la couche cible ( 8) sur la couche interposée ( 9) ou la structure interposée ( 12), et une couche d'accrochage ( 11) de la couche ou structure interposée sur le substrat ( 7). 4 Anode selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les couches d'accrochage précitées ( 10 et 11) constituent les couches externes de la structure multi-couches interposée ( 12). Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau formant la couche interposée ( 9) ou les couches de la structure multi-couches ( 12) est un alliage du matériau constituant la couche cible ( 8). 6 Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche interposée ( 9) ou les couches faisant la structure interposée ( 12) ont une épaisseur comprise entre 50 micromètres et 300 micromètres. 7 Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau formant la couche interposée ( 9) ou les couches plastiques de la structure interposée ( 12) est un matériau présentant une propriété plastique aux températures de fonctionnement de l'anode. 8 Anode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit matériau plastique est un alliage de tungstène ou de molybdène avec un élément, choisi dans le groupe comprenant le tantale. 9 Anode selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le matériau plastique est admis dans le groupe comprenant le tantale et leurs alliages. Anode selon les revendications 8, caractérisée en ce que les couches d'accrochage ( 10,11) sont formées par un alliage de tungstène ou de molybdène. 11 Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les couches de la structure interposée ( 12) sont constituées par un alliage de tungstène ou de molybdène avec un ou plusieurs éléments métalliques, la plasticité étant contrôlée par la composition de l'alliage. 12 Anode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le substrat ( 7) est un bloc en carbone composite carbone-carbone, métallique. 13 Anode selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le substrat ( 7) est une structure composite comprenant plusieurs éléments fabriqués en des matériaux différents. 14 Tube à rayon X comprenant une anode selon l'une des revendications précédentes. Tube selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'anode est tournante.