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JP3233308B2 - Rotating anode for X-ray tube - Google Patents
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JP3233308B2 - Rotating anode for X-ray tube - Google Patents

Rotating anode for X-ray tube

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JP3233308B2
JP3233308B2 JP13679993A JP13679993A JP3233308B2 JP 3233308 B2 JP3233308 B2 JP 3233308B2 JP 13679993 A JP13679993 A JP 13679993A JP 13679993 A JP13679993 A JP 13679993A JP 3233308 B2 JP3233308 B2 JP 3233308B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、900℃を越える高温
下で使用される耐熱性構造材料、特に高出力のX線発生
を要求されるX線管用回転陽極に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant structural material used at a high temperature exceeding 900 DEG C., and more particularly to a rotary anode for an X-ray tube required to generate high-power X-rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、医療用画像診断分野において、画
像の高精細化,検査時間の短縮化が要求されており、X
線CT等においてより高出力のX線発生が必要とされる
ようになっている。このために従来の固定陽極X線管で
は対応できず、回転陽極型X線管が広く用いられるよう
になった。このような高出力のX線管用回転陽極には、
軽量で且つ熱容量の大きな黒鉛基材上にX線発生層とな
るタングステン或はタングステンーレニウム合金を被覆
する構造が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of medical diagnostic imaging, there has been a demand for higher definition of images and shorter inspection time.
Higher output X-ray generation is required in the line CT and the like. For this reason, a conventional fixed anode X-ray tube cannot be used, and a rotating anode X-ray tube has been widely used. In such a high-output rotating anode for X-ray tubes,
There has been proposed a structure in which tungsten or a tungsten-rhenium alloy serving as an X-ray generation layer is coated on a lightweight graphite substrate having a large heat capacity.

【0003】又、X線発生と同時に発生する大量の熱に
より、黒鉛基材とX線発生層との間で炭化物生成反応が
生じ、脆い炭化タングステンが生成するために、炭素と
の化合物を生成しない高融点金属であるレニウムをカー
ボンの拡散障壁(中間層)として配することも同時に提
案されている(特公昭47-8263 号公報)。しかし、レニ
ウムは高価であるばかりでなく、カーボンの拡散障壁と
しての特性が不十分であるという問題があった。
In addition, a large amount of heat generated simultaneously with the generation of X-rays causes a carbide generation reaction between the graphite substrate and the X-ray generation layer, and the formation of brittle tungsten carbide. At the same time, it has been proposed that rhenium, which is a high melting point metal, is used as a carbon diffusion barrier (intermediate layer) (Japanese Patent Publication No. 47-8263). However, rhenium is not only expensive, but also has a problem that its properties as a carbon diffusion barrier are insufficient.

【0004】このため、特開昭53-144289 号公報に示さ
れるように、レニウムに代わる中間層として、オスミウ
ム、ロジウム、ルテミウム、白金、パラジウム、白金ク
ロム合金を用いることが提案されている。
[0004] For this reason, as disclosed in JP-A-53-144289, it has been proposed to use osmium, rhodium, lutemium, platinum, palladium, and platinum-chromium alloy as an intermediate layer instead of rhenium.

【0005】しかし、これらの金属もレニウムに比べて
安価であるとはいえず、より安価な材料の提案がなされ
ている。その一つが特開平4-154033号公報記載の技術で
あり、レニウムの中間層の代わりにTiN/SiCの2
種類のセラミックス膜を積層した構造を提案している。
しかし、Si系のセラミックスは、他の金属元素とシリ
サイドを形成し易く、密着強度の低下を招く場合があ
り、万一2000℃近くまで温度が上がった場合にSi
Cが金属Siとカーボンに分解し、X線発生層が剥離す
るなどの問題があった。
However, these metals cannot be said to be inexpensive as compared with rhenium, and more inexpensive materials have been proposed. One is Hei 4-1 540 33 JP technology, 2 of TiN / SiC, in place of the intermediate layer of rhenium
We propose a structure in which different types of ceramic films are stacked.
However, Si-based ceramics easily form silicide with other metal elements, which may cause a decrease in adhesion strength.
There was a problem that C decomposed into metal Si and carbon, and the X-ray generation layer peeled off.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、高出力の
X線を大量に発生させた場合、従来用いられていた材料
ではカーボンの拡散を抑制できなくなるばかりでなく、
X線管用回転陽極などの耐熱性構造材料としては熱的に
不安定であるなどの問題があった。
As described above, when a large amount of high-output X-rays are generated, not only the conventionally used materials cannot suppress the diffusion of carbon, but also
Heat-resistant structural materials such as a rotating anode for an X-ray tube have problems such as being thermally unstable.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決する耐熱性構造材料、特にX線管用回転陽極に適し
た構造材料を提供するもので、黒鉛基材上に中間層を介
してX線発生層を有する構造において、該中間層が窒化
アルミニウム、硼化チタン、硼化ジルコニウムのうち1
種類からなる単層構造、或はレニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、硼化チタン、硼化ジルコニウムのうち
2種以上からなる積層構造のいずれかであることを特徴
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a heat-resistant structural material which solves the above-mentioned problems, particularly a structural material suitable for a rotating anode for an X-ray tube. in the structure having an X-ray generating layer Te, the intermediate layer is aluminum nitride, the boron titanium, of zirconium boride 1
It is characterized by being either a single-layer structure composed of different types or a laminated structure composed of two or more of rhenium, aluminum nitride, titanium nitride, titanium boride, and zirconium boride.

【0008】本発明者等は、X線管用回転陽極における
カーボンの拡散障壁として、窒化アルミニウム、窒化チ
タン、硼化チタン、硼化ジルコニウムが好ましいことを
見いだした。ここに挙げた4種類のセラミックスはそれ
ぞれ単独で使用しても、2種類以上を積層してもよい。
或は従来から用いられているレニウムと組み合わせても
優れたカーボン拡散防止効果と長期間にわたる界面強度
の維持効果を発揮することができる。
The present inventors have found that aluminum nitride, titanium nitride, titanium boride, and zirconium boride are preferred as carbon diffusion barriers in the rotating anode for X-ray tubes. The four types of ceramics listed here may be used alone or two or more types may be laminated.
Alternatively, even in combination with conventionally used rhenium, an excellent carbon diffusion preventing effect and an effect of maintaining the interface strength for a long period of time can be exhibited.

【0009】X線管用回転陽極においては、供給される
電子ビームの照射エネルギーのうち、X線発生に費やさ
れるエネルギーは1%以下であり、殆どのエネルギーが
熱に変換される。これにより陽極の温度は、電子ビーム
の照射を受ける最表面で2500〜3000℃、陽極全
体で約1000℃になる場合がある。
In the rotating anode for an X-ray tube, of the irradiation energy of the supplied electron beam, energy consumed for generating X-rays is 1% or less, and most of the energy is converted into heat. As a result, the temperature of the anode may be 2500 to 3000 ° C. on the outermost surface to be irradiated with the electron beam, and may be about 1000 ° C. for the entire anode.

【0010】この点、4種類の材料(窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、硼化チタン、硼化ジルコニウム)は表
1に示すようにいずれも2000℃を優に越える融点を
もち、融点に達するまで分解することのない安定な材料
である。
In this regard, all four materials (aluminum nitride, titanium nitride, titanium boride, and zirconium boride) have melting points well over 2000 ° C. as shown in Table 1, and decompose until reaching the melting point. It is a stable material without any problems.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】又、これら4種類の材料は、炭化物生成反
応が起こりにくいだけでなく、X線発生層であるタング
ステン或はタングステン−レニウム合金との反応も発生
し難い。X線管用回転陽極の回転数は3000〜100
00回転/分と高速であるため、極めて大きな剥離力が
かかる。このため、基材である黒鉛との間に脆い炭化タ
ングステンや、X線発生層との間に金属間化合物などが
容易に生じることは致命的欠陥となる。本発明者等が鋭
意検討を重ねた結果見いだした4種類のセラミックス材
料は、従来材料であるレニウムと並んで安定であり、こ
のことは炭化物生成自由エネルギー計算からも裏付けら
れた。
Further, these four types of materials not only hardly cause a carbide generation reaction but also hardly generate a reaction with tungsten or a tungsten-rhenium alloy which is an X-ray generation layer. The rotation speed of the rotating anode for the X-ray tube is 3000 to 100
Since the rotation speed is as high as 00 revolutions / minute, an extremely large peeling force is applied. For this reason, it is a fatal defect that brittle tungsten carbide is easily generated between the substrate and the graphite, and an intermetallic compound is easily generated between the substrate and the X-ray generation layer. The four types of ceramic materials found as a result of intensive studies by the present inventors have been stable alongside rhenium, which is a conventional material, and this was supported by the calculation of free energy for carbide formation.

【0013】さらに、これら4種類の材料は、表2に示
すように基材である黒鉛やX線発生層であるタングステ
ン或はタングステン−レニウム合金に近い熱膨張係数を
もつという特徴がある。
Further, as shown in Table 2, these four types of materials are characterized in that they have a thermal expansion coefficient close to that of graphite as a base material or tungsten or a tungsten-rhenium alloy as an X-ray generation layer.

【0014】[0014]

【表2】 [Table 2]

【0015】X線管用回転陽極においては、使用される
ときに室温から1000℃を越える高温までの昇温,冷
却を繰り返し受けるために、熱膨張係数が基材である黒
鉛や、X線発生層であるタングステン或はタングステン
−レニウム合金のそれに近くなけらばならない。同一の
熱膨張係数であれば最も好ましいが、僅かな差であれ
ば、金属レニウムとの積層化によって各材料間の界面に
作用する熱応力を緩和させることが可能である。
In a rotating anode for an X-ray tube, when it is used, it is repeatedly heated and cooled from room temperature to a high temperature exceeding 1000 ° C., so that graphite as a base material having a coefficient of thermal expansion or an X-ray generation layer is used. Must be close to that of tungsten or a tungsten-rhenium alloy. It is most preferable to have the same coefficient of thermal expansion, but if there is a slight difference, it is possible to reduce the thermal stress acting on the interface between the respective materials by lamination with metal rhenium.

【0016】以上述べたように、黒鉛基材上に中間層を
介してX線を発生するX線管用回転陽極構造において、
該中間層が窒化アルミニウム、窒化チタン、硼化チタ
ン、硼化ジルコニウムのうち1種類からなる単層構造、
或はレニウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、硼化チ
タン、硼化ジルコニウムのうち2種以上からなる積層構
造のいずれかとすることにより、高出力のX線を発生さ
せても剥離することのない長寿命のX線管用回転陽極を
安価に得ることができる。
As described above, in a rotating anode structure for an X-ray tube that generates X-rays on a graphite substrate via an intermediate layer,
A single-layer structure in which the intermediate layer is made of one of aluminum nitride, titanium nitride, titanium boride, and zirconium boride;
Alternatively, by using any one of a laminated structure including two or more of rhenium, aluminum nitride, titanium nitride, titanium boride, and zirconium boride, a long life without peeling even when high-power X-rays are generated Can be obtained inexpensively.

【0017】尚、これら4種類のセラミックス或はレニ
ウムの積層構造は、熱CVD法,プラズマCVD法等の
CVD法、イオンプレーティング法などのPVD法とい
った気相合成法により形成する。
The laminated structure of these four types of ceramics or rhenium is formed by a vapor phase synthesis method such as a CVD method such as a thermal CVD method or a plasma CVD method, or a PVD method such as an ion plating method .

【0018】以下、CVD法を例にこれら4つのセラミ
ックス材料、レニウム、タングステン及びタングステン
ーレニウム合金の形成方法を示す。
Hereinafter, a method of forming these four ceramic materials, rhenium, tungsten and a tungsten-rhenium alloy will be described by taking a CVD method as an example.

【0019】窒化アルミニウムの形成方法として次の反
応を用いることができる。 AlCl3 + NH3 →AlN + 3HCl 原料ガスとしてAlCl3 ,NH3 の他にH2 を用いる
ことが好ましい。H2はキャリアガスとしての働き以外
にも、塩化物の還元剤として作用する。効率よく反応を
行うために、原料ガスのモル比はNH3 /AlCl3
1〜5、H2 /AlCl3 =2から10が好ましい。
又、反応温度は1000〜1300℃が好ましい。
The following reaction can be used as a method for forming aluminum nitride. AlCl 3 + NH 3 → AlN + 3HCl It is preferable to use H 2 in addition to AlCl 3 and NH 3 as a source gas. H 2 acts not only as a carrier gas but also as a chloride reducing agent. In order to carry out the reaction efficiently, the molar ratio of the source gas is NH 3 / AlCl 3 =
1 to 5, H 2 / AlCl 3 = 2 to 10 are preferred.
The reaction temperature is preferably from 1000 to 1300 ° C.

【0020】窒化チタンの形成方法としては次の反応を
用いることができる。 TiCl4 + N2 /2 + 2H2 →TiN +
4HCl TiCl4 + NH3 + H2 /2→TiN +
4HCl 効率よく反応を行うために、原料ガスのモル比はN2
TiCl4 =0.5〜5、NH3 /TiCl4 =1〜
5、H2 /TiCl4 =2〜8が好ましい。又、反応温
度は650〜1700℃が好ましいが、1000〜13
00℃がより好ましい。
The following reaction can be used as a method for forming titanium nitride. TiCl 4 + N 2/2 + 2H 2 → TiN +
4HCl TiCl 4 + NH 3 + H 2/2 → TiN +
4HCl In order to carry out the reaction efficiently, the molar ratio of the source gas is N 2 /
TiCl 4 = 0.5 to 5, NH 3 / TiCl 4 = 1 to 1
5, H 2 / TiCl 4 = 2 to 8 is preferred. The reaction temperature is preferably from 650 to 1700 ° C.,
00 ° C is more preferred.

【0021】硼化チタンの形成方法としては次の反応を
用いることができる。 TiCl4 + 2BCl3 + 5H2 →TiB2
+ 10HCl 効率よく反応を行うために、原料ガスのモル比はBCl
3 /TiCl4 =2〜8、H2 /TiCl4 =5〜10
が好ましい。又、反応温度は1000〜1200℃が好
ましい。
The following reaction can be used as a method for forming titanium boride. TiCl 4 + 2BCl 3 + 5H 2 → TiB 2
+ 10 HCl In order to carry out the reaction efficiently, the molar ratio of the source gas is BCl
3 / TiCl 4 = 2~8, H 2 / TiCl 4 = 5~10
Is preferred. Further, the reaction temperature is preferably from 1000 to 1200 ° C.

【0022】硼化ジルコニウムの形成方法としては次の
反応を用いることができる。 ZrCl4 + 2BCl3 + 5H2 →ZrB2
+ 10HCl 効率よく反応を行うために、原料ガスのモル比はBCl
3 /ZrCl4 =2〜8、H2 /ZrCl4 =5〜10
が好ましい。又、反応温度は1000〜1200℃が好
ましい。
As a method for forming zirconium boride, the following reaction can be used. ZrCl 4 + 2BCl 3 + 5H 2 → ZrB 2
+ 10 HCl In order to carry out the reaction efficiently, the molar ratio of the source gas is BCl
3 / ZrCl 4 = 2-8, H 2 / ZrCl 4 = 5-10
Is preferred. Further, the reaction temperature is preferably from 1000 to 1200 ° C.

【0023】レニウム膜の形成方法としては次の反応を
用いることができる。 ReF6 + 3H2 →Re + 6HF レニウムの形成を効率よく行うために、原料ガスのモル
比はH2 /ReF6 =4〜10が好ましい。又、反応温
度は400〜1000℃が好ましい。又、レニウムの形
成方法としては、レニウムの塩化物の水素還元法或は熱
分解法を用いることもできる。
The following reaction can be used for forming the rhenium film. ReF 6 + 3H 2 → Re + 6HF In order to efficiently form rhenium, the molar ratio of the source gas is preferably H 2 / ReF 6 = 4 to 10. The reaction temperature is preferably from 400 to 1000C. Further, as a method for forming rhenium, a hydrogen reduction method or a thermal decomposition method of rhenium chloride can be used.

【0024】又、X線管用回転陽極の最表面であるタン
グステン及びタングステンーレニウム合金の形成法とし
ては次の反応を用いることができる。 WF6 + 3H2 →W + 6HF ReF6 + 3H2 →Re + 6HF タングステンの形成を効率よく行うために、原料ガスの
モル比はH2 /WF6=4〜10が好ましい。又、反応
温度は400〜1000℃が好ましい。尚、タングステ
ンーレニウム合金を形成する場合、所望の合金組成比に
なるようにWF6 /ReF6 モル比を調整し、ReF6
ガス流量比を決めればよい。又タングステン及びタング
ステン−レニウム合金の形成方法としては、タングステ
ン及びレニウムの塩化物の水素還元法或は熱分解法を用
いることも可能である。
The following reaction can be used to form tungsten and a tungsten-rhenium alloy which are the outermost surface of the rotating anode for an X-ray tube. WF 6 + 3H 2 → W + 6HF ReF 6 + 3H 2 → Re + 6HF In order to efficiently form tungsten, the molar ratio of the source gas is preferably H 2 / WF 6 = 4 to 10. The reaction temperature is preferably from 400 to 1000C. When forming a tungsten-rhenium alloy, the WF 6 / ReF 6 molar ratio is adjusted so as to obtain a desired alloy composition ratio, and the ReF 6
The gas flow ratio may be determined. As a method for forming tungsten and a tungsten-rhenium alloy, a hydrogen reduction method or a thermal decomposition method of tungsten and rhenium chlorides can also be used.

【0025】尚、タングステン−レニウム合金中のレニ
ウム含有量は、1〜10原子%の範囲であることが好ま
しい。これは、1%未満ではレニウム添加の目的である
延性低下の抑制効果や再結晶温度の上昇効果が得られ
ず、10%を越えるレニウムの添加は上記目的に対して
それ以上効果がないのみならず、熱伝導の障害になるた
めである。
The content of rhenium in the tungsten-rhenium alloy is preferably in the range of 1 to 10 atomic%. This is because if less than 1%, the effect of adding rhenium to suppress ductility reduction and the effect of increasing the recrystallization temperature cannot be obtained, and if more than 10% of rhenium has no further effect on the above purpose, This is because it becomes an obstacle to heat conduction.

【0026】[0026]

【実施例】【Example】

(実施例1)CVD法を用いて熱膨張係数が5.5×1
-6(1/K)の黒鉛基材上に窒化アルミニウム及びタ
ングステン−3%レニウム合金を形成し、本発明による
構造であるタングステン−3%レニウム合金(500μ
m)/窒化アルミニウム(25μm)/黒鉛からなる試
料を作製した。
(Example 1) The thermal expansion coefficient was 5.5 × 1 by using the CVD method.
0 -6 (1 / K) on the graphite substrate to form an aluminum nitride and tungsten -3% rhenium alloy, tungsten -3% rhenium alloy is structure according to the present invention (500 microns
m) / aluminum nitride (25 μm) / graphite.

【0027】この試料を2200℃、真空雰囲気にて
0.5時間或は2時間熱処理し、カーボンの拡散挙動を
調査した。尚、タングステン−3%レニウム合金へのカ
ーボン拡散距離は、熱処理後の試料断面を研磨し、試料
の深さ方向の硬度分布をマイクロビッカース硬度計を用
いて測定することで調査した。マイクロビッカース硬度
の測定条件は、荷重50g、荷重時間10秒とした。
This sample was heat-treated at 2200 ° C. in a vacuum atmosphere for 0.5 hours or 2 hours, and the diffusion behavior of carbon was investigated. The carbon diffusion distance into the tungsten-3% rhenium alloy was investigated by polishing the cross section of the sample after the heat treatment and measuring the hardness distribution in the depth direction of the sample using a micro Vickers hardness meter. The measurement conditions of the micro Vickers hardness were a load of 50 g and a load time of 10 seconds.

【0028】図1に熱処理後の断面硬度分布の調査結果
を示す。2時間熱処理を行った試料において硬度が大き
く変化していた。カーボンの拡散していない金属タング
ステン及びタングステン−3%レニウム合金のマイクロ
ビッカース硬度は400〜500であり、炭化タングス
テンの硬度は1000以上であることから、硬度が大き
く低下している位置までカーボンが拡散していると判定
できる。この結果から、0.5時間熱処理した試料にお
いてはカーボンの拡散が見られず、2時間熱処理した試
料においては、カーボンは120μmの位置まで拡散し
ていた。
FIG. 1 shows the results of an examination of the cross-sectional hardness distribution after the heat treatment. The hardness of the sample subjected to the heat treatment for 2 hours changed greatly. The micro-Vickers hardness of metal tungsten and tungsten-3% rhenium alloy in which carbon is not diffused is 400 to 500, and the hardness of tungsten carbide is 1000 or more, so that carbon diffuses to a position where the hardness is greatly reduced. Can be determined to be From this result, no diffusion of carbon was observed in the sample heat-treated for 0.5 hour, and carbon diffused to a position of 120 μm in the sample heat-treated for 2 hours.

【0029】(参考例2) CVD法を用いて熱膨張係数6.5×10−6(1/
K)の黒鉛基材上に窒化チタン及びタングステンを形成
、タングステン(500μm)/窒化チタン(25μ
m)/黒鉛からなる試料を作成した。この試料を実施例
1と同様に熱処理し、カーボンの拡散挙動を調査した。
その結果、カーボンは0.5時間熱処理した試料におい
ては150μm、2時間熱処理した試料においては32
0μmの距離まで拡散していた。
Reference Example 2 The thermal expansion coefficient was 6.5 × 10 −6 (1 /
The titanium nitride and tungsten is formed on a graphite substrate K), data tungsten (500 [mu] m) / titanium nitride (25.mu.
m) / A sample made of graphite was prepared. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated.
As a result, carbon was 150 μm in the sample heat-treated for 0.5 hour, and 32 μm in the sample heat-treated for 2 hours.
It was diffused to a distance of 0 μm.

【0030】(参考例3) イオンプレーティング法を用いて熱膨張係数6.5×1
−6(1/K)の黒鉛基板上に窒化チタンを形成し、
さらに熱CVD法によってタングステン−7%レニウム
合金を形成し、タングステン−7%レニウム合金(50
0μm)/窒化チタン(21μm)/黒鉛からなる試料
を作製した。この試料を実施例1と同様に熱処理し、カ
ーボン拡散挙動を調査した。その結果カーボンは0.5
時間熱処理した試料においては140μm、2時間熱処
理した試料においては310μmの距離までそれぞれ拡
散していた。
Reference Example 3 A coefficient of thermal expansion of 6.5 × 1 was obtained by using an ion plating method.
0 -6 titanium nitride is formed on a graphite substrate (1 / K),
Furthermore tungsten -7% rhenium alloy formed by a thermal CVD method, data tungsten -7% rhenium alloy (50
0 μm) / titanium nitride (21 μm) / graphite. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the carbon diffusion behavior was investigated. The result is 0.5 carbon
The sample heat-treated for 140 hours spread to a distance of 310 μm in the sample heat-treated for 2 hours.

【0031】(実施例4)CVD法を用いて熱膨張係数
5.5×10-6(1/K)の黒鉛基材上に硼化チタン及
びタングステン−5%レニウム合金を形成し、本発明に
よる構造であるタングステン−5%レニウム合金(50
0μm)/硼化チタン(23μm)/黒鉛からなる試料
を作成した。この試料を実施例1と同様に熱処理し、カ
ーボンの拡散挙動を調査した。その結果カーボンは、
0.5時間熱処理した試料においては60μm、2時間
熱処理した試料においては180μmの距離まで拡散し
ていた。
(Example 4) Titanium boride and a tungsten-5% rhenium alloy were formed on a graphite substrate having a coefficient of thermal expansion of 5.5 × 10 -6 (1 / K) by the CVD method. Tungsten-5% rhenium alloy (50
0 μm) / titanium boride (23 μm) / graphite. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated. The result is carbon
The sample heat-treated for 0.5 hours diffused to a distance of 60 μm, and the sample heat-treated for 2 hours diffused to a distance of 180 μm.

【0032】(実施例5)CVD法を用いて熱膨張係数
5.5×10-6(1/K)の黒鉛基材上に硼化ジルコニ
ウム及びタングステンを形成し、本発明による構造であ
るタングステン(500μm)/硼化ジルコニウム(2
1μm)/黒鉛からなる試料を作成した。この試料を実
施例1と同様に熱処理し、カーボンの拡散挙動を調査し
た。その結果カーボンは、0.5時間熱処理した試料に
おいては50μm、2時間熱処理した試料においては1
70μmの距離まで拡散していた。
Example 5 Zirconium boride and tungsten are formed on a graphite substrate having a coefficient of thermal expansion of 5.5 × 10 −6 (1 / K) by using a CVD method. (500 μm) / zirconium boride (2
1 μm) / a sample made of graphite was prepared. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated. As a result, carbon was 50 μm in the sample heat-treated for 0.5 hour, and 1 μm in the sample heat-treated for 2 hours.
It diffused to a distance of 70 μm.

【0033】(実施例6)CVD法を用いて熱膨張係数
6.5×10-6(1/K)の黒鉛基材上に窒化チタン、
レニウム及びタングステン−3%レニウム合金を形成
し、本発明による構造であるタングステン−3%レニウ
ム合金(500μm)/レニウム(22μm)/窒化チ
タン(19μm)/黒鉛からなる試料を作成した。この
試料を実施例1と同様に熱処理し、カーボンの拡散挙動
を調査した。その結果カーボンは、0.5時間熱処理し
た試料においては70μm、2時間熱処理した試料にお
いては200μmの距離まで拡散していた。
(Example 6) Titanium nitride was deposited on a graphite substrate having a coefficient of thermal expansion of 6.5 × 10 -6 (1 / K) by CVD.
Rhenium and tungsten-3% rhenium alloy were formed, and a sample composed of tungsten-3% rhenium alloy (500 μm) / rhenium (22 μm) / titanium nitride (19 μm) / graphite having a structure according to the present invention was prepared. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated. As a result, carbon was diffused to a distance of 70 μm in the sample heat-treated for 0.5 hours and to 200 μm in the sample heat-treated for 2 hours.

【0034】(比較例1)CVD法を用いて熱膨張係数
5.5×10-6(1/K)の黒鉛基材上にレニウム及び
タングステンを形成し、従来の構造であるタングステン
(500μm)/レニウム(25μm)/黒鉛からなる
試料を作成した。この試料を実施例1と同様に熱処理
し、カーボンの拡散挙動を調査した。その結果カーボン
は、0.5時間熱処理した試料においては330μm、
2時間熱処理した試料においては450μmの距離まで
拡散していた。
(Comparative Example 1) Rhenium and tungsten are formed on a graphite base material having a thermal expansion coefficient of 5.5 × 10 −6 (1 / K) by CVD, and tungsten (500 μm) having a conventional structure is formed. / Rhenium (25 μm) / graphite. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated. As a result, the carbon was 330 μm in the sample heat-treated for 0.5 hour,
The sample heat-treated for 2 hours diffused to a distance of 450 μm.

【0035】(比較例2)CVD法を用いて熱膨張係数
5.5×10-6(1/K)の黒鉛基材上に炭化珪素及び
タングステン−6%レニウム合金を形成し、従来の構造
であるタングステン−6%レニウム合金(500μm)
/炭化珪素(21μm)/黒鉛からなる試料を作成し
た。この試料を実施例1と同様に熱処理し、カーボンの
拡散挙動を調査した。その結果カーボンは、0.5時
間、2時間熱処理した試料共に中間層である炭化珪素部
に剥離が生じ、カーボンの拡散距離を測定することはで
きなかった。
(Comparative Example 2) Silicon carbide and a tungsten-6% rhenium alloy were formed on a graphite substrate having a coefficient of thermal expansion of 5.5 × 10 −6 (1 / K) by using a CVD method, and a conventional structure was used. Tungsten-6% rhenium alloy (500 μm)
/ Silicon carbide (21 μm) / graphite. This sample was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the diffusion behavior of carbon was investigated. As a result, carbon was peeled off at the silicon carbide portion as the intermediate layer in both the samples heat-treated for 0.5 hours and 2 hours, and the diffusion distance of carbon could not be measured.

【0036】以上のセラミックス及びレニウムの中間層
を形成した試料の熱処理によるカーボン拡散結果を図2
に示す。いずれの試料においても熱処理時間の経過に伴
ってカーボンが深くまで拡散していることが読み取れる
が、各実施例の方が比較例1に比べてカーボンの拡散距
離が短いことが確認できた。又、比較例2に示した炭化
珪素中間層は、熱的に不安定であるという問題を持つこ
とが確認できた。
FIG. 2 shows the results of carbon diffusion by heat treatment of the sample on which the ceramic and rhenium intermediate layers were formed.
Shown in It can be seen from each of the samples that the carbon diffused deeper with the elapse of the heat treatment time. However, it was confirmed that the carbon diffusion distance was shorter in each example than in Comparative Example 1. Also, it was confirmed that the silicon carbide intermediate layer shown in Comparative Example 2 had a problem of being thermally unstable.

【0037】上記実施例において行った熱処理は、実際
の使用温度をはるかに越えた2200℃において実施し
たが、本試験は加速試験としては勿論、実際の使用に際
して万一2000℃を越える温度にさらされた場合の材
料の安定性を評価するという意味も持つ。この意味で本
発明品は熱的に安定であり、且つカーボンの拡散抑制効
果が大きいため、高出力のX線管用回転陽極として優れ
ていることが確認された。
The heat treatment performed in the above embodiment was performed at 2200 ° C., which is far higher than the actual use temperature. However, this test is not only an accelerated test, but is performed at a temperature exceeding 2000 ° C. in actual use. It also has the meaning of evaluating the stability of the material when it is performed. In this sense, since the product of the present invention is thermally stable and has a large carbon diffusion suppressing effect, it has been confirmed that the product is excellent as a rotating anode for a high-output X-ray tube.

【0038】尚、前記各実施例においては、実験データ
のばらつきを抑えるため、中間層及びX線発生層の厚み
や黒鉛基材の熱膨張係数を可能な限りそろえた。従っ
て、本発明による構造を実際のX線管用回転陽極に適用
する場合には、使用時の最高到達温度を考慮し、上記実
施例に記載の膜厚や熱膨張係数にとらわれずに、中間層
及びX線発生層の厚みや基材の熱膨張係数を適宜選択で
きることは言うまでもない。
In each of the above examples, the thickness of the intermediate layer and the X-ray generation layer and the coefficient of thermal expansion of the graphite substrate were made as uniform as possible in order to suppress variations in the experimental data. Therefore, when the structure according to the present invention is applied to an actual rotating anode for an X-ray tube, taking into consideration the highest ultimate temperature during use, the intermediate layer is not limited to the film thickness and the coefficient of thermal expansion described in the above embodiment. Needless to say, the thickness of the X-ray generation layer and the coefficient of thermal expansion of the substrate can be appropriately selected.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように。本発明によるX線
管用回転陽極はタングステンと黒鉛の炭化物生成反応を
抑制し、長期にわたって高出力のX線を発生させること
ができる。このため、高出力のX線源を製造することが
でき、医療用に留まらず、工業用のX線分析装置などの
分析精度向上に対して極めて有用である。
As described above. The rotating anode for an X-ray tube according to the present invention can suppress the carbide formation reaction between tungsten and graphite, and can generate high-output X-rays for a long period of time. Therefore, a high-output X-ray source can be manufactured, which is extremely useful not only for medical use but also for improving the analysis accuracy of industrial X-ray analyzers and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】タングステン−3%レニウム合金/窒化アルミ
ニウム中間層/黒鉛基材の構造を持った本発明構造試料
における2200℃熱処理後の断面硬度分布測定結果を
示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the results of measuring the cross-sectional hardness distribution of a structural sample of the present invention having a structure of tungsten-3% rhenium alloy / aluminum nitride intermediate layer / graphite substrate after heat treatment at 2200 ° C.

【図2】各種中間層を持った試料のカーボン拡散防止効
果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a carbon diffusion preventing effect of a sample having various intermediate layers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−154033(JP,A) 特開 平2−186543(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 35/10 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-154403 (JP, A) JP-A-2-186543 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 35/10

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炭素系材料と金属又はセラミックスとの
積層構造であって、炭素系材料から金属又はセラミック
スへのカーボンの拡散を防止する中間層が、窒化アルミ
ニウム(AlN)、硼化チタン(TiB2)、硼化ジル
コニウム(ZrB2)のうち1種類からなる単層構造
で、かつ気相合成法より形成されることを特徴とする耐
熱性構造材料。
1. A laminated structure of the carbon-based material and a metal or ceramic, an intermediate layer for preventing diffusion of carbon from the carbon-based material to a metal or ceramic, aluminum nitride (AlN), boric titanium (TiB 2 ) A heat-resistant structural material having a single-layer structure of one of zirconium boride (ZrB 2 ) and formed by a vapor phase synthesis method.
【請求項2】 炭素系材料と金属又はセラミックスとの
積層構造であって、炭素系材料から金属又はセラミック
スへのカーボンの拡散を防止する中間層が、レニウム
(Re)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン
(TiN)、硼化チタン(TiB2)、硼化ジルコニウ
ム(ZrB2)のうち2種類以上からなる積層構造で、
かつ気相合成法により形成されることを特徴とする耐熱
性構造材料。
2. A laminated structure of a carbon-based material and a metal or a ceramic, wherein the intermediate layer for preventing diffusion of carbon from the carbon-based material to the metal or the ceramic comprises rhenium (Re), aluminum nitride (AlN), A laminated structure composed of two or more kinds of titanium nitride (TiN), titanium boride (TiB 2 ), and zirconium boride (ZrB 2 )
And a heat-resistant structural material formed by a gas phase synthesis method.
【請求項3】 黒鉛基材上に中間層を介してX線発生層
を有するX線管回転陽極において、前記中間層は窒化ア
ルミニウム(AlN)、硼化チタン(TiB2)、硼化
ジルコニウム(ZrB2)のうち1種類からなる単層構
造で、かつ気相合成法により形成されることを特徴とす
るX線管用回転陽極。
3. A X-ray tube rotary anode having an X-ray generating layer via an intermediate layer on the graphite substrate, the intermediate layer is aluminum nitride (AlN), boric titanium (TiB 2), zirconium boride ( A rotating anode for an X-ray tube, characterized by having a single layer structure of one of ZrB 2 ) and being formed by a vapor phase synthesis method.
【請求項4】 黒鉛基材上に中間層を介してX線発生層
を有するX線管回転陽極において、前記中間層はレニウ
ム(Re)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン
(TiN)、硼化チタン(TiB2)、硼化ジルコニウ
ム(ZrB2)のうち2種類以上からなる積層構造で、
かつ気相合成法により形成されることを特徴とするX線
管用回転陽極。
4. An X-ray tube rotary anode having an X-ray generating layer on a graphite substrate with an intermediate layer interposed therebetween, wherein the intermediate layer is composed of rhenium (Re), aluminum nitride (AlN), titanium nitride (TiN), boron nitride. A laminated structure comprising two or more of titanium boride (TiB 2 ) and zirconium boride (ZrB 2 ),
A rotating anode for an X-ray tube, which is formed by a gas phase synthesis method.
【請求項5】 請求項3又は4記載のX線管用回転陽極
において、X線発生層がタングステンからなることを特
徴とするX線管用回転陽極。
5. The rotating anode for an X-ray tube according to claim 3, wherein the X-ray generating layer is made of tungsten.
【請求項6】 請求項3又は4記載のX線管用回転陽極
において、X線発生層がタングステンーレニウム合金か
らなることを特徴とするX線管用回転陽極。
6. The rotating anode for an X-ray tube according to claim 3, wherein the X-ray generating layer is made of a tungsten-rhenium alloy.
【請求項7】 請求項6記載のX線管用回転陽極におい
て、タングステンーレニウム合金中のレニウム含有量が
1〜10原子%であることを特徴とするX線管用回転陽
極。
7. The rotary anode for an X-ray tube according to claim 6, wherein the content of rhenium in the tungsten-rhenium alloy is 1 to 10 atomic%.
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