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JPH0793099B2 - Method for manufacturing rotating anode X-ray tube target - Google Patents
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JPH0793099B2 - Method for manufacturing rotating anode X-ray tube target - Google Patents

Method for manufacturing rotating anode X-ray tube target

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Publication number
JPH0793099B2
JPH0793099B2 JP2200608A JP20060890A JPH0793099B2 JP H0793099 B2 JPH0793099 B2 JP H0793099B2 JP 2200608 A JP2200608 A JP 2200608A JP 20060890 A JP20060890 A JP 20060890A JP H0793099 B2 JPH0793099 B2 JP H0793099B2
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JP
Japan
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target
ray tube
tungsten
aluminum nitride
manufacturing
Prior art date
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信淳 渡辺
容宝 鄭
晋一 黒田
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は,X線管用回転陽極ターゲット,特に回転可能
な放熱部材とその放熱部材に固着されて,陰極に対向す
るX線発生体と備えた大容量化に好適な回転陽極ターゲ
ットの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a rotary anode target for an X-ray tube, in particular, a rotatable heat radiation member and an X-ray generator fixed to the heat radiation member and facing the cathode. The present invention also relates to a method for manufacturing a rotating anode target suitable for increasing the capacity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来,回転陽極X線管のターゲットとしては,X線放射性
材料であるタングステン合金と,放熱部材となるモリブ
デン又は,グラファイトとを重ね合わせたものが使用さ
れてきたが,近年,窒化アルミニウムセラミックスを放
熱部材に用いた提案が特開昭61-143929号でされてお
り,また,放熱部材をタングステンで覆うことは,特開
昭58-169853号でグラファイトを放熱部材として用いた
ものが提案されている。
Conventionally, as a target of a rotary anode X-ray tube, a combination of a tungsten alloy, which is an X-ray emitting material, and molybdenum or graphite, which is a heat dissipation member, has been used. The proposal for use as a member is made in JP-A-61-143929, and the covering of the heat-dissipating member with tungsten is proposed in JP-A-58-169853 for which graphite is used as the heat-dissipating member. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

タングステン,タングステン−モリブデンのターゲット
は,比重が大きいため,大型化して熱容量の増大を図る
とロータの軸受に作用する荷重が大きくなり機能させる
事が困難である。また,タングステン−グラファイトの
ターゲットは,グラファイトの比重が小さいため大型化
して熱容量を増大させることはできるが,使用時の炭化
物等の反応層による接合界面強度の劣化が問題となる。
仮に,炭化物の発生を抑制するバリア層を設けたとして
も,基本的にグラファイト自体の機械的強度は低く,高
速回転に適用するのは困難である。
Since the targets of tungsten and tungsten-molybdenum have a large specific gravity, the load acting on the bearings of the rotor becomes large and it is difficult to make them function when the size of the target is increased to increase the heat capacity. Further, the tungsten-graphite target can be increased in size by increasing the heat capacity because the specific gravity of graphite is small, but the deterioration of the bonding interface strength due to the reaction layer of carbide or the like during use poses a problem.
Even if a barrier layer that suppresses the generation of carbides is provided, the mechanical strength of graphite itself is basically low and it is difficult to apply it to high-speed rotation.

この放熱部材の材料による安全性を確認するために,第
5図に示すφ100mmのターゲット形状のタングステン,
モリブデン,グラファイト,窒化アルミニウム材料を高
速回転(21.000RPM)した時の応力(遠心力)を有限要
素法で計算し,(1)式に示す安全率で比較した結果を
表1に示す。
In order to confirm the safety due to the material of this heat dissipation member, tungsten with a target shape of φ100 mm shown in Fig. 5,
Table 1 shows the results of comparing the stress (centrifugal force) of molybdenum, graphite, and aluminum nitride materials at high speed rotation (21.000 RPM) by the finite element method, and comparing the safety factors shown in Eq. (1).

安全率=材料の引張り最大強度/計算による最大応力…
(1) 表より,窒化アルミニウムはタングステンの約12倍,モ
リブデンの約2倍,グラファイトの約4倍許容強度があ
ることがわかる。
Safety factor = maximum tensile strength of material / maximum stress by calculation ...
(1) From the table, it can be seen that aluminum nitride has about 12 times the allowable strength of tungsten, about 2 times the molybdenum, and about 4 times the allowable strength of graphite.

これらの結果からも,窒化アルミニウムセラミックス
は,低比重,大きな比熱,高熱伝導率,しかも高融点物
質であるという特性を有していることにより,放熱部材
としては理想のものと考えられる。しかしながら,窒化
アルミニウムがセラミックスであるが故に,その機械的
強度の信頼性は不安定である。また,セラミックスと金
属の接合は,それ自体極めて難しく,まだこれといった
最適な方法は確立できていない。特に新材料である窒化
アルミニウムセラミックスについてはなおさらである。
そのため,実際に回転陽極X線管ターゲットの放熱部材
として窒化アルミニウムセラミックスを機能させるに
は,通常のろう付けや単なる物理蒸着法(PVD)の様な
接合方法では信頼性を高めるほど十分に着き回らず適用
不可能である。
From these results, aluminum nitride ceramics are considered to be ideal as a heat dissipation member because they have the characteristics of low specific gravity, large specific heat, high thermal conductivity and high melting point. However, since aluminum nitride is a ceramic, its reliability of mechanical strength is unstable. Also, the joining of ceramics and metal is extremely difficult in itself, and an optimal method such as this has not been established yet. This is especially true for aluminum nitride ceramics, which is a new material.
Therefore, in order for aluminum nitride ceramics to actually function as a heat dissipation member for a rotating anode X-ray tube target, ordinary brazing and joining methods such as simple physical vapor deposition (PVD) are sufficient to improve reliability. Not applicable.

本発明は前記に鑑み,放熱部材の構成材料を窒化アルミ
ニウム等のセラミックスとした事で生じる機械的強度の
信頼性低下を改善し,セラミックスであるターゲットの
機械的強度の信頼性を増大し,かつ熱放散性を高めるこ
とができる回転陽極X線管ターゲットの製造方法を提供
することを目的とする。
In view of the above, the present invention improves the reliability deterioration of the mechanical strength caused by using ceramics such as aluminum nitride as the constituent material of the heat dissipation member, increases the reliability of the mechanical strength of the target made of ceramics, and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a rotating anode X-ray tube target that can enhance heat dissipation.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記の課題を解決するために本発明の回転陽極X線管タ
ーゲットの製造方法は,放熱部材を構成するセラミック
ス全表面を,CVDを用いてX線放射性材料の金属またはそ
の化合物からなる導電性膜で覆うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a rotary anode X-ray tube target according to the present invention is a conductive film made of a metal of an X-ray emitting material or a compound thereof using CVD on the entire surface of a ceramic constituting a heat dissipation member. It is characterized by covering with.

〔作用〕[Action]

機械的強度の信頼性が不安定な窒化アルミニウム等のセ
ラミックス全表面をCVDを用いてX線放射性材料の金属
またはその化合物からなる導電性膜で覆うことによっ
て,窒化アルミニウム等のセラミックス表面全表面の微
細なクラックを金属またはその化合物で埋めてしまうこ
とができる。以上の結果より,高速回転における機械的
強度を高めることができるとともに,高電圧を印加した
際,安定な電界を形成することが可能となる。
By covering the entire surface of ceramics such as aluminum nitride whose mechanical strength is unstable with CVD with a conductive film made of a metal of X-ray emitting material or its compound, the entire surface of ceramics such as aluminum nitride can be covered. Fine cracks can be filled with metal or its compound. From the above results, it is possible to increase the mechanical strength at high speed rotation and form a stable electric field when a high voltage is applied.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の製造方法に使用する製造装置であり,1
は窒化アルミニウムターゲット部材,2は反応管,3は電気
炉,4はターゲット挿入棒である。反応管2に対しては,
WF6ボンベ5,H2ボンベ6,ならびにArボンベ7をそれぞれ
マスフローメータ5a,6a,7aおよびバルブ類を介して並列
に接続している。Arは冷却用であり,8はWF6を加熱する
ヒータである。また,この反応管2内を減圧するためN2
トラップ9を介して図外の油回転真空ポンプを接続し,
その排気系の上流をダイフロイル10を介して吸収塔に連
通させている。また,第2図は,本発明の製造方法によ
り製造されたターゲットの一例を示し,ターゲット11は
窒化アルミニウムセラミックス1およびタングステン12
で構成されている。
FIG. 1 shows a manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
Is an aluminum nitride target member, 2 is a reaction tube, 3 is an electric furnace, and 4 is a target insertion rod. For the reaction tube 2,
The WF 6 cylinder 5, the H 2 cylinder 6 and the Ar cylinder 7 are connected in parallel via mass flow meters 5a, 6a, 7a and valves, respectively. Ar is for cooling, and 8 is a heater for heating WF 6 . Also, in order to reduce the pressure inside the reaction tube 2, N 2
Connect an oil rotary vacuum pump (not shown) through the trap 9,
The upstream of the exhaust system is connected to the absorption tower via the die floor 10. FIG. 2 shows an example of a target manufactured by the manufacturing method of the present invention. The target 11 is an aluminum nitride ceramics 1 and a tungsten 12
It is composed of.

次にタングステン導電性膜の生成手順について略述す
る。反応管2内を油回転真空ポンプにより減圧してH2
スを流しながらタングステン導電性膜の生成温度例えば
500℃に設定するとともに,反応管2内へWF6を流通させ
る。この時のガスは,例えばWF6=20cc/min,H2=1000cc
/min,(WF6:H2=1:50),全圧は0.5Torr〜760Torrとす
る。
Next, the procedure for forming the tungsten conductive film will be briefly described. The reaction tube 2 is depressurized by an oil rotary vacuum pump to flow H 2 gas, and the temperature at which the tungsten conductive film is formed, for example,
The temperature is set to 500 ° C. and WF 6 is passed through the reaction tube 2. The gas at this time is, for example, WF 6 = 20cc / min, H 2 = 1000cc
/ min, (WF 6 : H 2 = 1: 50), total pressure 0.5 Torr ~ 760 Torr.

これにより, WF6+3H2→W+6HF なる水素還元反応がおこり,ターゲット11の表面にタン
グステン導電性膜が生成する。所望の厚み生成後,W
F6,H2ガスをArガスに代替して流通させることにより室
温まで冷却し,しかる後,反応管2内をArガスで大気圧
としてターゲット1を取り出す。
As a result, a hydrogen reduction reaction of WF 6 + 3H 2 → W + 6HF occurs, and a tungsten conductive film is formed on the surface of the target 11. After generating the desired thickness, W
It is cooled to room temperature by flowing the F 6 and H 2 gases instead of Ar gas, and then the inside of the reaction tube 2 is brought to atmospheric pressure with Ar gas to take out the target 1.

第3図に上記の方法で得られた,タングステン−窒化ア
ルミニウムターゲットの接合界面の状態写真を示す。こ
のように本手法では,極めて良好にタングステンが窒化
アルミニウムセラミックスの表面に着き回っているのが
わかる。これによって高強度な窒化アルミニウムセラミ
ックス製のターゲットを得ることができる。
FIG. 3 shows a state photograph of the bonding interface of the tungsten-aluminum nitride target obtained by the above method. In this way, it can be seen that in this method, tungsten has spread very well around the surface of the aluminum nitride ceramics. This makes it possible to obtain a high-strength target made of aluminum nitride ceramics.

以上は,均一な膜厚のタングステン膜の一例について記
述したが,第4図に示すように,必ずしもターゲット全
表面を覆っているタングステン膜厚が均一である必要は
なく,X線発生層,いわゆるトラック層の部分のみに集中
してガスを供給し,所望の厚さのタングステン層を生成
させたり,その他の部分の膜厚を研削等によって薄く
し,ターゲット全体を軽量化することも可能であり,ま
た,X線発生層にタングステン合金を生成させて耐高温特
性を向上させることも可能である。
The above describes an example of a tungsten film having a uniform film thickness, but as shown in FIG. 4, it is not always necessary that the film thickness of the tungsten covering the entire surface of the target is uniform. It is also possible to reduce the thickness of the target as a whole by supplying the gas concentratedly only to the track layer to form a tungsten layer with a desired thickness, or to reduce the thickness of other parts by grinding or the like. It is also possible to improve the high temperature resistance by forming a tungsten alloy in the X-ray generation layer.

また,放熱部材を覆う金属もタングステンやタングステ
ン合金に限らず,X線放射性材料の金属またはその化合物
ならば何を用いても良く,例えばモリブデン,モリブデ
ン合金等を用いることができる。
Further, the metal that covers the heat dissipation member is not limited to tungsten or a tungsten alloy, and any metal that is an X-ray emitting material or a compound thereof may be used, such as molybdenum or a molybdenum alloy.

さらに,本実施例に示した反応管内の温度や圧力,ガス
流量等は,金属にタングステンを用いた場合の一例であ
って,X線放射性材料の導電性膜が形成されれば,他の条
件でも可能である。
Furthermore, the temperature, pressure, gas flow rate, etc. in the reaction tube shown in this example are an example of the case where tungsten is used as the metal, and if a conductive film of an X-ray emitting material is formed, other conditions are used. But it is possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

窒化アルミニウムは,比重が小さく,熱伝導率が高く,
また比熱が大きく,比強度の大きい,その物性から回転
陽極X線管ターゲットとしては理想的な条件を有してい
るが,窒化アルミニウムがセラミックスであるがため,
その構造物としての信頼性は,そのままでは十分では言
い難い。本発明の製造方法によれば,回転陽極X線管タ
ーゲットの構造物としての機械的強度に対して,その信
頼性の大幅な向上を図ることができ,かつ,同時に絶縁
体である窒化アルミニウムに導電性を付与できる。その
際,絶縁体である窒化アルミニウムセラミックス全表面
を導電性膜で覆ったことにより,安定な電界が得られ,
局所における異常な放電の発生を防止できる。すなわ
ち、窒化アルミニウムセラミックス全表面を被覆せず、
例えば底面を被覆しない場合には具体的にX線管に取り
付けて使用すると、このセラミックス表面からガスが放
出して管内が昇圧されてグロー放電が発生し、その為に
セラミックスがスパッタされて耐電圧が低下するという
問題が起こるが、本発明ではそのような問題が解消され
る。また、あわせて全表面をタングステンで覆うこと
で,窒化アルミニウム本体に比べ輻射による熱放散性を
高めることもできる。
Aluminum nitride has low specific gravity and high thermal conductivity,
In addition, it has a large specific heat and a large specific strength, so it has ideal conditions for a rotary anode X-ray tube target due to its physical properties, but since aluminum nitride is a ceramic,
The reliability of the structure is difficult to say as it is. According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to significantly improve the reliability of the rotating anode X-ray tube target with respect to the mechanical strength as a structure, and at the same time, to use aluminum nitride as an insulator. Conductivity can be imparted. At that time, by covering the entire surface of the aluminum nitride ceramics, which is an insulator, with a conductive film, a stable electric field can be obtained,
It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge locally. That is, without covering the entire surface of the aluminum nitride ceramics,
For example, when the bottom surface is not covered, when it is attached to an X-ray tube and used specifically, gas is released from the ceramic surface and the inside of the tube is boosted to generate glow discharge. However, the present invention solves such a problem. In addition, by covering the entire surface with tungsten, the heat dissipation by radiation can be enhanced as compared with the aluminum nitride main body.

これにより,従来の製造技術で造られた回転陽極X線管
ターゲットで得る事の出来なかった,高い機能を持った
回転陽極X線管ターゲットの製造が実際に可能となる。
As a result, it becomes possible to actually manufacture a rotary anode X-ray tube target having a high function, which cannot be obtained with the rotary anode X-ray tube target manufactured by the conventional manufacturing technique.

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

第1図は本発明の製造方法に使用するCVD装置を示す
図,第2図,第4図は本発明の製造方法により製造され
た回転陽極X線管ターゲットの断面図,第3図は本発明
により製造された回転陽極X線管ターゲットの窒化アル
ミニウムと,タングステンの接合部の金属組織を表す拡
大写真,第5図は放熱部材の材料の安全性確認に使用し
たモデルのメッシュ分割図である。
FIG. 1 is a view showing a CVD apparatus used in the manufacturing method of the present invention, FIGS. 2 and 4 are sectional views of a rotary anode X-ray tube target manufactured by the manufacturing method of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a mesh division diagram of a model used for confirming the safety of the material of the heat dissipation member, FIG. 5 is an enlarged photograph showing the metal structure of the joint between aluminum nitride and tungsten of the rotating anode X-ray tube target manufactured by the invention. .

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−94344(JP,A) 特開 昭63−174251(JP,A) 特開 昭61−143929(JP,A)Continuation of the front page (56) Reference JP-A-2-94344 (JP, A) JP-A-63-174251 (JP, A) JP-A-61-143929 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】放熱部材を構成するセラミックス全表面
を、CVDを用いてX線放射性材料の金属またはそれらの
化合物からなる導電性膜で覆うことを特徴とする回転陽
極X線管ターゲットの製造方法
1. A method of manufacturing a rotary anode X-ray tube target, characterized in that the entire surface of a ceramic constituting a heat dissipation member is covered with a conductive film made of a metal of an X-ray emitting material or a compound thereof by using CVD.
JP2200608A 1990-07-27 1990-07-27 Method for manufacturing rotating anode X-ray tube target Expired - Lifetime JPH0793099B2 (en)

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JPH0487243A JPH0487243A (en) 1992-03-19
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FR2574988B1 (en) * 1984-12-13 1988-04-29 Comurhex ROTATING ANODE FOR X-RAY TUBE
JPS63174251A (en) * 1987-01-14 1988-07-18 Hitachi Ltd Rotating anode target for X-ray tube
JPH0294344A (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Shimadzu Corp Rotary anode target for x-ray tube and its manufacture

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