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SUPPORT POUR ANTICATHODE TOURNANTE DE TUBES A RAYONS X
La présente invention concerne un support pour anticathode tournante de
tubes a rayons X, anticathode du type comprenant un disque constitué d'un
support en matériau carbonë sur lequel est fixée ou déposée une couche
de métal réfractaire tel que du tungstene. L'invention concerne plus par-
ticulièrement un support pour anticathode tournant à grande vitesse(20 000 tours/minute et au-dela).
Le plus souvent, le matëriau carboné utilisé pour le support est choisi
parmi les graphites polycristallins dont le coefficient de dilata~ion
lo est compatible avec celui du métal réfractaire qui est fixé (par exemple
par brasure) ou déposé (par exemple en phase vapeur) sur le support.
L'inconvénient majeur de ces graphites polycristallins est de ne pas
avoir une résistance mécanique suffisante dès que la vitesse de l'anti-
cathode devient considérable, par exemple 20 000 tours/mn.
Il est par ailleurs connu que les composites fibres de carbone/matricecarbone (désignés ci-après par composites carbone/carbone) ont une résis-
tance mecanique beaucoup plus grande que les graphites polycristallins
précites. On pourrait donc envisager de les utiliser comme support, leur
r~sistance mécanique empêchant le disque d'éclater sous l'effet de la
force centrifuge. Toutefois, leur coefficient de dilatation est incompa-
tible avec celui des métaux réfractaires généralement utilisés.
Le but principal de l'invention est d'obtenir un support présentant à
la fois des caractéristiques thermiques compatibles avec celles du métal
réfractaire choisi, et une très bonne résistance mécanique.
Ce but est atteint selon l'invention qui consiste en un support en maté-
riau carboné destiné à recevoir une couche de métal réfractaire pour an-
ticathode tournante de tubes à rayons X, support caractérisé en ce qu'il
est constitué de deux parties solidaires l'une de l'autre, l'une étant
en composite carbone/carbone, l'autre en graphit~ polycristallin, cette
dernière étant destinée d recevoir ledit métal réfractaire.
2 ~26480~,
Ces deux parties peuvent se trouver l'une sous l'autre, en relation su-
perposée, ou l'une entourant l'autre.
Dans le premier cas, les deux parties peuvent être :
- soit juxtaposees et rendues mécaniquement solidaires par tout procédéde liaison convenable tel que brasure, infiltration de carbone en phase
vapeur,
- soit imbriquëes l'une dans l'autre par embrèvement ou encastrement, ce
qui les rend mécaniquement solidaires.
Un contact thermique est assuré entre elles par tout procédé convenable:
brasure, infiltration de carbone en phase vapeur, insertion de métal ou
de graphite en poudre, feuille de graphite souple telle qu'une feuille
de PAPYEX (marque déposée par la demanderesse) etc...
Dans le second cas, la partie en composite entoure comme une ceinture la
partie en graphite polycristallin. Le support peut être obtenu par fret-
tage.
Les graphites polycristallins sont en général choisis parmi ceux ayant les
caractéristiques suivantes :
- densité > 1,8
~ résistance à la flexion ~ 40 MPa
- coefficient de dilatation entre la température ambiante et 1000C :
-6 1 o
Les composites carbone/carbone sont en général choisis parmi ceux ayant
un substrat en tissu ou en feutre avec une densité de fibres supérieure
à 0,5 et les caractéristiques suivantes :
- densité > 1,7
- rësistance à la flexion ~ 150 MPa
- coefficient de dilatation entre la température ambiante et 1000C :
0,5 à 2.10 /C.
3 1 ~ 4 ~ i
Les figures 1, 2, 3, 4 et S montrent en coupe, à titre indicatif et non li-
mitatif, des montages d'anticathodes comportant un support selon l'in-
vention.
. Sur la figure 1, le montage comprend une anticathode I fixée à une
tige 2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en compo-
site carbone/carbone 3 juxtaposée à une partie en graphite polycristal-
lin 4. Le metal réfractaire 5 est fixé sur cette dernière.
Une brasure 6, par exemple en alliage de titane, rend les deux parties
solidaires et assure en même temps le contact thermique entre elles.
En variante, cette brasure peut être remplacée par une infiltration de
carbone en phase vapeur.
. Sur la figure 2, le montage comprend une anticathode I fixée a une ti-
ge 2. Le support de llanticathode est constitué d'une partie en composi-
te carbone/carbone 3 solidarisée mecaniquement par un embrèvement 7 à une
partie en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5 est fixé sur
cette derniëre.
Le contact thermique entre les deux parties est assure par une brasure, ou
un metal en poudre tel que du zirconium par exemple, ou du graphite en
poudre, etc.. (repère 8).
. Sur la figure 3, le montage comprend une anticathode I fixée à une tige
2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite
carbone/carbone 3 ayant la forme d'une cuvette dans laquelle se trouce la
partie en graphite polycristallin 4. Le metal réfractaire 5 est fixe sur
cette dernière.
Le contact thermique entre les deux parties est assuré par une brasure ou
un metal en poudre, ou du graphite en poudre, ou par une feuille de gra-
phite souple (repère 8).
. Sur la figure 4, le montage comprend une anticathode I fixée à une tige
2. Le support de l'anticathode est constitué d'une partie en composite
carbone/carbone 3 dans laquelle vient s'encastrer une cuvette annulaire
en graphite polycristallin 4. Le métal réfractaire 5, lui-même de forme
annulaire s'encastre dans:l'anneau 4.
Les liaisons mécaniques et thermiques entre composite carbone/carbone et
graphite polycristallin, et entre graphite polycristallin et métal ré-
fractaire sont assurées par exemple par-brasage (respectivement repères
9 et 10~.
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. Sur la figure 5, le montage comprend une anticathode I fixée à une tige
2. Le support de l'anticathode est constitué par une partie en composite
carbone/carbone 3 entourant un disque plan en graphite polycristallin 4.
Le métal réfractaire 5 est fixé sur ce dernier.
La solidarisation de ces deux parties peut se faire par frettage.
Dans les montages illustrés par les figures 1,2 et 3 pour une géométrie
de l'anticathode définie, l'épaisseur de la partie en graphite polycris-
tallin portant le métal réfractaire est minimale et l'épaisseur de la
partie en composite carbone/carbone est maximale.
Ainsi, par exemple, pour des épaisseurs de graphite polycristallin de
l'ordre de 2 à 8 mm, on a des épaisseurs de composite carbone/carbone de
l'ordre de 10 à 20 mm.
L'épaisseur du métal réfractaire varie en général selon qu'il est fixé
par brasure ou déposé par dépot chimique en phase vapeur. Dans le premier
cas, elle est de l'ordre de 3 à 8 mm, dans le second de 0,4 à I mm.
L'exemple suivant, donné à titre indicatif et non limitatif, montre tout
l'intérêt de l'invention.
Exemple de mise en oeuvre-
On réalise une série de supports pour anticathodes telles que représen-tées figure 3. Chaque support a un diamètre de 120 mm. L'épaisseur maxi-
male de la partie en graphite polycristallin est de 8 mm et l'épaisseur
de la partie composite carbone/carbone est de IS mm.
Le graphite polycristallin, nuance 1116 PT de la demanderesse a les ca-
ractéristiques suivantes :
- masse spécifique 1,82 g/cm3
- résistance à la flexion 65 ~Pa
- résilience 1500 N.m
- coefficient de dilatation 5,5 x 10 60C I entre 20 et 1500C.
Le composite carbone/carbone est un AEROLOR (marque déposée par la deman-
deresse), l'AEROLOR 22 qui a les caractéristiques suivantes :
- masse spécifique 1,75 g/cm
- résistance à la flexion 180 MPa
- résilience 15 000 N.m
- coefficient de dilatation 1,8 x 10 C entre 20 et 1500C.
Le contact thermique entre les deux parties est assuré par une brasure
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s
au zirconium telle que décrite dans le brevet FR-A-I 249 498.
On revêt par dépôt chimique en phase vapeur la partie en graphite poly-
cristallin de la moitié des supports, d'une couche de tungstène de 1,0 mm
d'epaisseur.
Les supports revêtus ou non sont soumis à un test d'éclatement et les ré-
sultats obtenus sont comparés à ceux obtenus avec des supports classiques
en graphite polycristallin uniquement, revêtus ou non de la même épaisseur
de tungstène.
Tous ces résultats sont regroupés dans le tableau I suivant :
Support suivant l'invention Support classique en
non revêtu graphite polycristallin
non revêtu
Vitesse d'éclatement entre 37 000 et 40 000 entre 22 000 et 25 000
en nombre de tours/mn
___________________________________________________________________________
Support suivant l'invention Support classique en
revêtu de I mm de tungstène graphite polycristallin
revêtu de Imm de tungst.
20 Vitesse d~éclatement entre 31 000 et 34 000 entre 18 000 et 21 000
en nombre de tours/mn
En faisant la moyenne de ces resultats, on constate que :
- la vitesse d'éclatement d'un support suivant l'invention,non revêtu,est
25 de l'ordre de 39 000 tours/mn alors que celle d'un support classique non
revêtu est de l'ordre de 24 000 tours/mn
- la vitesse d'éclatement d'un support suivant l'invention revêtu de I mm
de tungstène est de l'ordre de 32 000 tours/minute alors que celle d'un
support classique revêtu également de I mm de tungstène est de l'ordre
30 de 19 000 tours/minute.
Cette constatation montre tout l'intérêt de l'invention.
