DE102014211688A1

DE102014211688A1 - flat emitter

Info

Publication number: DE102014211688A1
Application number: DE102014211688.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Strattner; Christian Riedl; Jörg Freudenberger; Ernst Neumeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flachemitter (1) mit einem Grundkörper (2), der wenigstens eine Emitterfläche (3, 3a, 3b) umfasst. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper (2) ein monolithischer Grundkörper. Ein derartiger Flachemitter (1) weist auch bei hohen thermischen Anforderungen eine konstante elektronenoptische Fokussierung sowie eine längere Lebensdauer auf und ist auf konstruktiv einfache Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar.The invention relates to a flat emitter (1) having a main body (2) which comprises at least one emitter surface (3, 3a, 3b). According to the invention, the base body (2) is a monolithic base body. Such a flat emitter (1) has a constant electron-optical focusing and a longer life even at high thermal requirements and can be adapted to the respective application in a structurally simple manner.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachemitter. The invention relates to a flat emitter.

Ein derartiger Flachemitter ist z.B. in der DE 27 27 907 C2 beschrieben. Der bekannte Flachemitter weist einen Grundkörper mit einer rechteckförmigen Emitterfläche auf. Der Grundkörper bzw. die Emitterfläche besitzt eine Schichtdicke von ca. 0,05 mm bis ca. 0,2 mm und besteht z.B. aus Wolfram, Tantal oder Rhenium. Bei Wolfram ist es außerdem bekannt, eine Kalium-Dotierung vorzunehmen. Der im Walzverfahren hergestellte Flachemitter weist Einschnitte auf, die wechselweise von zwei gegenüber liegenden Seiten her und quer zur Längsrichtung angeordnet sind. Beim Betrieb der Röntgenröhre wird an den Flachemitter der Kathode Heizspannung angelegt, wobei Heizströme von ca. 5 A bis ca. 15 A fließen und Elektronen emittiert werden, die in Richtung einer Anode beschleunigt werden. Beim Auftreffen der Elektronen auf die Anode wird in der Oberfläche der Anode Röntgenstrahlung erzeugt. Such a flat emitter is eg in the DE 27 27 907 C2 described. The known flat emitter has a base body with a rectangular emitter surface. The main body or the emitter surface has a layer thickness of about 0.05 mm to about 0.2 mm and consists for example of tungsten, tantalum or rhenium. In tungsten, it is also known to make a potassium doping. The flat emitter produced by the rolling process has recesses alternately arranged from two opposite sides and transverse to the longitudinal direction. During operation of the X-ray tube heating voltage is applied to the flat emitter of the cathode, wherein heating currents of about 5 A to about 15 A flow and electrons are emitted, which are accelerated in the direction of an anode. When the electrons hit the anode, X-rays are generated in the surface of the anode.

Durch Form, Länge und Anordnung der seitlichen Einschnitte lassen sich im Flachemitter gemäß der DE 27 27 907 C2 spezielle Formen der Temperaturverteilung erzielen, da die Erwärmung eines durch Stromdurchgang aufgeheizten Körpers von der Verteilung des elektrischen Widerstandes über den Strompfaden abhängt. Somit wird an Stellen, an denen der elektrisch wirksame Blechquerschnitt des Flachemitters größer ist, weniger Hitze erzeugt als an Stellen mit einem kleineren Querschnitt (Stellen mit einem größeren elektrischen Widerstand). By shape, length and arrangement of the lateral incisions can be in the flat emitter according to the DE 27 27 907 C2 To achieve special forms of temperature distribution, since the heating of a body heated by current passage on the distribution of electrical resistance depends on the current paths. Thus, less heat is generated at locations where the electrically effective sheet metal section of the flat emitter is larger than at locations with a smaller cross-section (points with a greater electrical resistance).

Der in der DE 199 14 739 C1 offenbarte Flachemitter umfasst wiederum einen Grundkörper, der aus gewalztem Wolfram-Blech besteht und in diesem Fall eine kreisförmige Emitterfläche aufweist. Die Emitterfläche ist in spiralförmig verlaufende Leiterbahnen unterteilt, die durch mäanderförmige Einschnitte voneinander beabstandet sind. The Indian DE 199 14 739 C1 In turn, disclosed flat emitter comprises a base body which consists of rolled tungsten sheet and in this case has a circular emitter surface. The emitter surface is subdivided into spirally running conductor tracks, which are spaced apart from one another by meander-shaped cuts.

In der EP 0 235 619 B1 ist ein Flachemitter bekannt, der einen als "Bandemitter" bezeichneten Grundkörper aufweist, der mindestens zwei Schichten umfasst. Die Schichten bestehen aus unterschiedlichen Materialien (z.B. mechanisch stabiles Wolfram und mechanisch elastisches Tantal) oder weisen unterschiedliche Gefüge bzw. Strukturen auf (normal strukturiertes polykristallines Wolfram). Durch diese Maßnahmen wird die Stabilität des Flachemitters verbessert. In the EP 0 235 619 B1 For example, a flat emitter is known which has a main body called a "band emitter" comprising at least two layers. The layers consist of different materials (eg mechanically stable tungsten and mechanically elastic tantalum) or have different structures or structures (normally structured polycrystalline tungsten). These measures improve the stability of the flat emitter.

Durch die DE 102 11 947 A1 ist ein Flachemitter bekannt, dessen Grundkörper bzw. Emitterfläche beim Anlegen einer Heizspannung von einem Heizstrom durchflossen wird. Der Heizstrom erzeugt ein Magnetfeld, das einen störenden Einfluss auf die Fokussierung der von der Emitterfläche emittierten Elektronen ausübt. Um dieses störende Magnetfeld zumindest teilweise zu kompensieren, wird ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld durch einen gegensinnig zum Heizstrom gerichteten Kompensationsstrom erzeugt. Der Kompensationsstrom kann beispielsweise durch eine Rückführung des Heizstroms unterhalb der Emitterfläche erzeugt werden. By the DE 102 11 947 A1 a flat emitter is known, whose main body or emitter surface is traversed by a heating current when applying a heating voltage. The heating current generates a magnetic field which exerts a disturbing influence on the focusing of the electrons emitted by the emitter surface. In order to at least partially compensate for this disturbing magnetic field, an oppositely directed magnetic field is generated by a compensating current directed in opposite directions to the heating current. The compensation current can be generated for example by a return of the heating current below the emitter surface.

In der US 8,254,526 B2 ist ein Flachemitter mit einem Grundkörper beschrieben, der eine rechteckige Emitterfläche aufweist. Beide Längsseiten der Emitterfläche weisen jeweils eine Profilerhöhung (z.B. Abbug oder Stufung) auf. Dadurch soll die Fokussierung der emittierten Elektronen zu einem Elektronenstrahl verbessert werden. In the US 8,254,526 B2 a flat emitter is described with a base body having a rectangular emitter surface. Both long sides of the emitter surface each have a profile elevation (eg, bowing or grading). This is intended to improve the focusing of the emitted electrons to an electron beam.

Aus der DE 10 2008 046 721 B4 ist ein Parallel-Flachemitter bekannt, der einen Grundkörper mit wenigstens zwei zueinander beabstandeten Emitterflächen umfasst. An die Emitterflächen ist wenigstens eine elektrisch leitfähige Sperrelektrode herangeführt, die galvanisch vom Parallel-Flachemitter getrennt ist. Die zueinander beabstandeten Emitterflächen bilden somit wenigstens zwei parallel geschaltete Teilemitter, die bei kleinerer Sperrspannung als ein Emitter gleicher Fläche gittersperrbar sind, so dass eine schnelle Sperrbarkeit der Elektronenemission gewährleistet ist. From the DE 10 2008 046 721 B4 a parallel flat emitter is known which comprises a base body with at least two mutually spaced emitter surfaces. At least one electrically conductive blocking electrode, which is galvanically separated from the parallel flat emitter, is brought to the emitter surfaces. The mutually spaced emitter surfaces thus form at least two parallel-connected part emitter, which are lattice-barrier with a smaller blocking voltage than an emitter of the same surface, so that a fast blocking of the electron emission is ensured.

Die DE 10 2009 005 454 B4 beschreibt einen indirekt beheizten Flachemitter. Der Flachemitter umfasst einen Hauptemitter und einen dazu beabstandeten Heizemitter, die beide eine kreisförmige Grundfläche aufweisen. Der Hauptemitter weist eine unstrukturierte Hauptemissionsfläche auf, also eine homogene Emissionsfläche ohne Schlitze. Der direkt geheizte Heizemitter weist eine strukturierte Heizemissionsfläche auf, also eine Emissionsfläche mit Schlitzen oder mäanderförmigen Bahnen. Die Hauptemissionsfläche und die Heizemissionsfläche sind im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und gegeneinander isoliert. The DE 10 2009 005 454 B4 describes an indirectly heated flat emitter. The flat emitter comprises a main emitter and a heating emitter spaced therefrom, both having a circular base. The main emitter has an unstructured main emission surface, ie a homogeneous emission surface without slots. The directly heated heater emitter has a structured Heizemissionsfläche, so an emission area with slots or meandering paths. The main emission surface and the heating emission surface are aligned substantially parallel to each other and isolated from each other.

Weitere indirekt beheizte Flachemitter, die einen ähnlichen Aufbau aufweisen, sind aus der DE 10 2010 060 484 A1 und aus der US 8,000,449 B2 bekannt. Further indirectly heated flat emitter, which have a similar structure, are from the DE 10 2010 060 484 A1 and from the US 8,000,449 B2 known.

Die beschriebenen Flachemitter werden aus gewalzten Flachmaterialien hergestellt. Durch eine mechanische Bearbeitung (z.B. Schneiden oder Sägen) werden die Grundkörper und damit auch die Emitterflächen in eine gewünschte Form (z.B. rechteckig oder kreisförmig) gebracht. Die für den Heizstrom erforderlichen Strompfade werden durch eine Strukturierung des Grundkörpers bzw. des Flachemitters hergestellt. Die hierfür notwendigen Einschnitte im Grundkörper werden ebenfalls durch eine mechanische Bearbeitung vorgenommen. Die notwendigen elektrischen Anschlüsse für die Heizstromversorgung und die erforderlichen mechanischen Halterungen werden entweder wiederum durch eine mechanischen Bearbeitung (z.B. bei der Formgebung des Grundkörpers bzw. der Emitterfläche) und/oder durch eine stoffschlüssige Verbindung (z.B. Verschweißen mit dem Grundkörper bzw. der Emitterfläche) hergestellt. The flat emitters described are produced from rolled sheet materials. By mechanical processing (eg cutting or sawing), the base body and thus also the emitter surfaces are brought into a desired shape (eg rectangular or circular). The current paths required for the heating current are produced by structuring the main body or the flat emitter. The necessary cuts in the body are also made by mechanical machining. The necessary electrical connections for the Heizstromversorgung and the required mechanical mounts are either in turn by a mechanical processing (eg in the shaping of the body or the emitter surface) and / or by a cohesive connection (eg welding to the body or the emitter surface) produced.

Herstellungsbedingt können bei den bekannten Flachemittern in den Randbereichen der Strukturierungen Brüche bzw. Rissbildungen an Korngrenzen auftreten. Auch Verspannungen im Flachemitter, die im eingebauten Zustand über die elektrischen Anschlüsse und/oder über die mechanischen Halterungen auf den Grundkörper und damit auf die Emitterfläche einwirken, können zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer des Flachemitters führen. Due to the manufacturing process, fractures or cracking at grain boundaries can occur in the known flat emitters in the edge regions of the structuring. Also stresses in the flat emitter, which act in the installed state via the electrical connections and / or via the mechanical brackets on the body and thus on the emitter surface, can lead to an impairment of the life of the flat emitter.

Darüber hinaus ist bei Flachemittern mit Beinchen (nicht direkt geschweißte Flachemitter) ein Biegen der Beinchen nur bis zu einer Emitterdicke von ca. 150 μm möglich. In addition, with flat emitters with legs (not directly welded flat emitters) bending of the legs is only possible up to an emitter thickness of about 150 μm.

Die vorgenannten Verspannungen treten insbesondere bei kurzzeitig hohen Emitterheizströmen, dem sogenannten "Pushen" auf. Dieses Pushen kann zu lokalen Temperaturüberhöhungen führen. Um diese Verspannungen zu reduzieren, werden die beschriebenen konstruktiven Maßnahmen ergriffen, wie z.B. Optimierung der Strompfade für den Heizstrom und/oder Erhöhung der Schichtdicke des Flachemitters. The aforementioned tensions occur in particular at short high Emitterheizströmen, the so-called "pushing" on. This push can lead to local temperature peaks. To reduce these tensions, the described constructive measures are taken, e.g. Optimization of the current paths for the heating current and / or increase of the layer thickness of the flat emitter.

Eine höhere Schichtdicke führt zu einer höheren thermischen Trägheit, so dass ein ausreichend schneller Emissionsstromwechsel über eine Temperaturänderung des Flachemitters nicht mehr gewährleistet ist. Andererseits können lokale Temperaturüberhöhungen beim Pushen noch größer ausfallen, wodurch die Lebensdauer abnimmt. A higher layer thickness leads to a higher thermal inertia, so that a sufficiently fast emission current change over a temperature change of the flat emitter is no longer guaranteed. On the other hand, local temperature peaks when pushing can be even larger, whereby the life decreases.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flachemitter zu schaffen, der auch bei hohen thermischen Anforderungen eine konstante elektronenoptische Fokussierung sowie eine längere Lebensdauer aufweist und auf konstruktiv einfache Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar ist. Object of the present invention is to provide a flat emitter, which has a constant electron optical focus and a longer life and is adaptable to the particular application in a structurally simple manner even at high thermal requirements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flachemitter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Flachemitters sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen. This object is achieved by a flat emitter according to claim 1. Advantageous embodiments of the flat emitter according to the invention are the subject of further claims.

Der Flachemitter gemäß Anspruch 1 umfasst einen Grundkörper mit wenigstens einer Emitterfläche. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper ein monolithischer Grundkörper. The flat emitter according to claim 1 comprises a base body with at least one emitter surface. According to the invention, the main body is a monolithic basic body.

Wird an den Grundkörper des erfindungsgemäßen Flachemitters eine Heizspannung angelegt, fließt ein Heizstrom durch die Emitterfläche und heizt diese auf, wodurch Elektronen emittiert werden. If a heating voltage is applied to the main body of the flat emitter according to the invention, a heating current flows through the emitter surface and heats the latter, as a result of which electrons are emitted.

Bei dem Flachemitter nach Anspruch 1 wird die Emitterfläche nicht durch ein Auswalzen eines Flachmaterials hergestellt, sondern erfindungsgemäß aus einem monolithischen Grundkörper gefertigt. Damit entfällt die Problematik von durch das Auswalzen erzeugten Verspannungen im Flachmaterial. Weiterhin entstehen bei einem Aufheizen des monolithischen Grundkörpers auf eine Temperatur oberhalb der sekundären Rekristallisationstemperatur keine Körner, die sich über die gesamte Schichtdicke des Flachemitters erstrecken. Damit werden durch die erfindungsgemäße Lösung Bruchstellen im Flachemitter stark reduziert bzw. im günstigsten Fall vermieden. Der Flachemitter gemäß Anspruch 1 weist damit auch bei hohen thermischen Anforderungen potentiell eine längere Lebensdauer auf. Da der Flachemitter gemäß Anspruch 1 aus einem monolithischen Grundkörper gefertigt ist, kann dieser darüber hinaus auf einfache Weise an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. In the flat emitter according to claim 1, the emitter surface is not produced by a rolling of a flat material, but according to the invention made of a monolithic base body. This eliminates the problem of generated by rolling tension in the sheet. Furthermore, when the monolithic base body is heated to a temperature above the secondary recrystallization temperature, no grains are produced which extend over the entire layer thickness of the flat emitter. Thus, fractures in the flat emitter are greatly reduced by the solution according to the invention or avoided in the best case. The flat emitter according to claim 1 thus has potentially a longer life even at high thermal requirements. Since the flat emitter is made according to claim 1 of a monolithic body, this can also be easily adapted to the particular application.

Dadurch, dass der erfindungsgemäße Flachemitter einen monolithischen Grundkörper umfasst, wird die aus dem Stand der Technik bekannte quasi-zweidimensionale Emitterstruktur, die im Wesentlichen nur einen zweidimensionalen Stromfluss erlaubt, zu einer dreidimensionalen Emitterstruktur weiterentwickelt. Damit ist bei dem Flachemitter nach Anspruch 1 ein dreidimensionaler Stromfluss realisiert. Because the flat emitter according to the invention comprises a monolithic basic body, the quasi-two-dimensional emitter structure known from the prior art, which essentially permits only a two-dimensional current flow, is developed further into a three-dimensional emitter structure. This is realized in the flat emitter according to claim 1, a three-dimensional current flow.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 ist der monolithische Grundkörper zumindest teilweise durch ein subtraktives Herstellverfahren aus einem monolithischen Block hergestellt. According to a preferred embodiment of claim 2, the monolithic body is at least partially made by a subtractive manufacturing process of a monolithic block.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 ist der monolithische Grundkörper zumindest teilweise durch ein additives Herstellverfahren (Additive Manufacturing Process) hergestellt, das auch als generatives Fertigungsverfahren bezeichnet wird. According to a further advantageous embodiment according to claim 3, the monolithic body is at least partially produced by an additive manufacturing process (additive manufacturing process), which is also referred to as a generative manufacturing process.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 bei einem Flachemitter gemäß Anspruch 2 zusätzlich zu realisieren. In diesem Fall wird durch ein additives Herstellverfahren die Schichtdicke des monolithischen Blocks erhöht, so dass ein monolithischer Grundkörper mit einer größeren Schichtdicke entsteht. In the context of the invention, it is possible to implement the measures according to claim 3 in a flat emitter according to claim 2 in addition. In this case, the layer thickness of the monolithic block is increased by an additive manufacturing method, so that a monolithic base body with a greater layer thickness is formed.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist das subtraktive Herstellverfahren ein Erodierverfahren. Im Erodierverfahren ist die Emitterfläche im monolithischen Grundkörper fertigungstechnisch präzise und einfach herstellbar. Das bevorzugte Erodierverfahren ist das Drahterodierverfahren. Als weiteres subtraktives Herstellverfahren ist bei nicht zu dicken Grundkörpern auch ein Fräßverfahren oder ein Schleifverfahren einsetzbar. In an embodiment according to claim 4, the subtractive manufacturing method is an erosion method. In the erosion process, the emitter surface is in monolithic body manufacturing technology precise and easy to produce. The preferred erosion process is the wire EDM process. As a further subtractive production method, a milling method or a grinding method can also be used for bodies that are not too thick.

Für eine Ausführungsform gemäß Anspruch 5 wird als additives Herstellverfahren für den Flachemitter ein Selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) verwendet. For an embodiment according to claim 5, a selective laser melting (Selective Laser Melting, SLM) is used as the additive manufacturing method for the flat emitter.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird als additives Herstellverfahren für den Flachemitter zumindest ein 3D-Siebdruckverfahren mit einem anschließenden Sintervorgang, vorzugsweise Spark-Plasma-Sintering, verwendet. According to an alternative embodiment according to claim 6, at least one 3D screen printing method with a subsequent sintering process, preferably spark plasma sintering, is used as the additive manufacturing method for the flat emitter.

Durch additive Herstellverfahren (Additive Manufacturing Process), z.B. Selektives Laserschmelzen oder 3D-Siebdruck, ist es möglich, bei einem Flachemitter einen schichtweisen Aufbau in einer gewünschten Form zu realisieren. Die benötigten Schichten werden beim Selektiven Laserschmelzen durch Aufschmelzen von Metallpulver erzeugt. Beim 3D-Siebdruck wird ein mit Binder versetztes Metallpulver im Siebdruck aufgebracht. Durch das schichtweise Herstellungsverfahren ist es möglich, gezielt Einfluss auf die Kornstruktur in den einzelnen Schichten des Flachemitters bzw. im gesamten Flachemitter zu nehmen, wodurch die Lebensdauer eines nach diesem Verfahren hergestellten Flachemitters erhöht wird. By additive manufacturing process, e.g. Selective laser melting or 3D screen printing, it is possible to realize a layered structure in a desired shape in a flat emitter. The required layers are produced during the selective laser melting by melting metal powder. In 3D screen printing, a metal powder mixed with binder is applied by screen printing. The layer-by-layer production process makes it possible to exert targeted influence on the grain structure in the individual layers of the flat emitter or in the entire flat emitter, thereby increasing the lifetime of a flat emitter produced by this process.

Weiterhin ist es möglich, mittels eines additiven Herstellverfahrens nahezu jede gewünschte Form des Flachemitters herzustellen, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsprozesse erforderlich sind. Furthermore, it is possible to produce almost any desired shape of the flat emitter by means of an additive manufacturing process, without the need for expensive post-processing processes.

Damit können bei einem Flachemitter gemäß Anspruch 3, ebenso wie bei einem Flachemitter gemäß Anspruch 2, die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Lebensdauer und/oder Bauform problemlos realisiert werden. Thus, in a flat emitter according to claim 3, as well as in a flat emitter according to claim 2, the desired properties in terms of life and / or design can be easily realized.

Da bei dem erfindungsgemäßen Flachemitter die Emitterfläche nicht durch ein Auswalzen eines Flachmaterials hergestellt wird, sondern aus einem monolithischen Grundkörper gefertigt ist, entfallen bei der Emitterfläche die bisherigen konstruktiven Beschränkungen hinsichtlich der realisierbaren Schichtdicken und der realisierbaren Formen. Damit sind auch bisher nicht realisierbare Emitterdesigns herstellbar, so dass für den jeweiligen Anwendungsfall ein optimal ausgelegter Flachemitter herstellbar ist. Insbesondere können lokal heiße bzw. für die Lebensdauer des Flachemitters besonders kritische Stellen durch eine lokale Erhöhung der Schichtdicke der Emitterfläche gezielt vermieden werden. Since in the flat emitter according to the invention, the emitter surface is not produced by a rolling of a flat material, but is made of a monolithic body, omitted in the emitter surface the previous constructive limitations in terms of realizable layer thicknesses and the realizable forms. Thus, not yet realizable emitter designs can be produced, so that for the particular application, an optimally designed flat emitter can be produced. In particular, locally hot or for the life of the flat emitter particularly critical points can be specifically avoided by a local increase in the layer thickness of the emitter surface.

Durch die beschriebenen Möglichkeiten der lokalen Erhöhung der Schichtdicke beim Flachemitter ist es z.B. möglich, einen Flachemitter gemäß Anspruch 7 herzustellen. Ein derartiger Flachemitter ist dadurch gekennzeichnet, dass der monolithische Grundkörper bei zumindest einer Emitterfläche wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Schichtdicken aufweist. Due to the described possibilities of locally increasing the layer thickness in the case of the flat emitter, it is e.g. possible to produce a flat emitter according to claim 7. Such a flat emitter is characterized in that the monolithic base body has at least two areas with different layer thicknesses in at least one emitter area.

Man erhält damit eine Modulation der Temperatur über die Schichtdicke der Emitterfläche: dickere Stellen werden im Vergleich zu dünneren Stellen aufgrund geringeren Widerstands weniger heiß. Damit wird bei einem Flachemitter gemäß Anspruch 7 über die Struktur der Emitterfläche jeweils die Charakteristik der Elektronenemission festgelegt. This gives a modulation of the temperature over the layer thickness of the emitter surface: thicker points become less hot compared to thinner points due to lower resistance. Thus, in a flat emitter according to claim 7, the characteristic of the electron emission is determined in each case via the structure of the emitter surface.

Eine generelle Erhöhung der Schichtdicke der Emitterfläche bzw. des Flachemitters, die zu einer thermischen Trägheit beim Sperren der Elektronenemission führt, ist für eine Erhöhung der Lebensdauer des Flachemitters somit nicht notwendig. Vielmehr ist eine gezielte lokale Erhöhung der Schichtdicke, die fertigungstechnisch einfach zu realisieren ist, vollkommen ausreichend. A general increase in the layer thickness of the emitter surface or of the flat emitter, which leads to a thermal inertia in blocking the electron emission, is therefore not necessary for an increase in the lifetime of the flat emitter. Rather, a targeted local increase in the layer thickness, which is easy to realize in terms of manufacturing technology, is completely sufficient.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 8 weist der monolithische Grundkörper zumindest ein Randprofil auf, das gegenüber der Emitterfläche eine größere Schichtdicke besitzt. Das stärkere Randprofil, das beispielsweise zu beiden Seiten der Emitterfläche angeordnet ist, unterstützt in vorteilhafter Weise die elektrostatische Fokussierung der aus der Emitterfläche emittierten thermischen Elektronen zu einem Elektronenstrahl. Durch die daraus resultierende Verbesserung der Fokusqualität des Elektronenstrahls wird die unerwünschte Extrafokalstrahlung wesentlich verringert. In an embodiment according to claim 8, the monolithic base body has at least one edge profile which has a greater layer thickness with respect to the emitter surface. The stronger edge profile, which is arranged, for example, on both sides of the emitter surface, advantageously supports the electrostatic focusing of the thermal electrons emitted from the emitter surface to form an electron beam. The resulting improvement in the focus quality of the electron beam substantially reduces the unwanted extra focal radiation.

Darüber hinaus ermöglicht die individuelle Festlegung der Schichtdicke einen Flachemitter nach Anspruch 9, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der monolithische Grundkörper wenigstens einen Befestigungsbereich umfasst. Damit kann der Bereich für die Halterung des Flachemitters in einem Fokuskopf mechanisch entsprechend stabil ausgeführt werden. In addition, the individual determination of the layer thickness allows a flat emitter according to claim 9, which is characterized in that the monolithic base body comprises at least one attachment region. Thus, the area for the mounting of the flat emitter in a focus head can be performed mechanically stable accordingly.

Die individuelle Festlegung der Schichtdicke des Flachemitters erlaubt weiterhin eine Ausführungsform nach Anspruch 10, bei der der monolithische Grundkörper wenigstens einen Kontaktierungsbereich für wenigstens einen elektrischen Anschluss umfasst. The individual determination of the layer thickness of the flat emitter further allows an embodiment according to claim 10, wherein the monolithic base body comprises at least one contacting region for at least one electrical connection.

Bei den Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 bis 10 umfasst der monolithische Grundkörper Bereiche mit unterschiedlichen Schichtdicken und/oder aus unterschiedlichen Materialien. Dies kann beispielsweise durch die Kombination von zwei subtraktiven Herstellverfahren oder durch wenigstens ein additives Herstellverfahren oder durch eine Kombination eines subtraktiven Herstellverfahrens mit einem additiven Herstellverfahren erfolgen. In the embodiments according to claims 7 to 10, the monolithic base body comprises regions with different layer thicknesses and / or of different materials. This can be done, for example, by combining two subtractive production process or by at least one additive manufacturing process or by a combination of a subtractive manufacturing process with an additive manufacturing process.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform gemäß Anspruch 11 umfasst wenigstens eine Sperrelektrode, die im monolithischen Grundkörper angeordnet ist. Ein damit ausgestatteter Flachemitter ist leicht sperrbar. Die Heranführung wenigstens einer elektrisch leitfähigen Sperrelektrode an die Emitterfläche ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass am Ende der in der Emitterfläche verlaufenden Schlitze Durchgangsbohrungen in den monolithischen Grundkörper eingebracht werden. Durch diese Durchgangsbohrungen werden beispielsweise Drähte der Sperrelektrode durchgeführt. Die Drähte liegen auf einem Potenzial, das gegenüber dem Potenzial der Emitterfläche höher ist. Eine möglicherweise veränderte Temperaturverteilung im Flachemitter bzw. innerhalb der Emitterfläche kann erforderlichenfalls über die Schichtdicke des monolithischen Grundkörpers bzw. über die Schichtdicke der Emitterfläche kompensiert bzw. korrigiert werden. A particularly advantageous embodiment according to claim 11 comprises at least one barrier electrode, which is arranged in the monolithic base body. An equipped flat emitter is easily lockable. The introduction of at least one electrically conductive blocking electrode to the emitter surface can be realized, for example, by introducing through-holes into the monolithic base body at the end of the slots extending in the emitter surface. Through these through holes, for example, wires of the blocking electrode are performed. The wires are at a potential that is higher than the potential of the emitter surface. A possibly changed temperature distribution in the flat emitter or within the emitter surface can be compensated or corrected if necessary via the layer thickness of the monolithic base body or over the layer thickness of the emitter surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 12 umfasst der monolithische Grundkörper wenigstens eine konkav gewölbte Emitterfläche, beispielsweise im Wesentlichen schüsselförmig. Die konkav gewölbte Emitterfläche weist hierbei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 13 eine Pierce-Geometrie auf. Durch die konkav gewölbte Emitterfläche wird auf zuverlässige Weise eine Vorfokussierung der thermisch emittierten Elektronen zu einem Elektronenstrahl ermöglicht. Damit wird im elektrischen Feld zwischen Flachemitter und Anode eine verbesserte Fokussierung der aus der Kathode austretenden Elektronen erreicht. According to a further preferred embodiment according to claim 12, the monolithic base body comprises at least one concavely curved emitter surface, for example, substantially bowl-shaped. In this case, according to a particularly advantageous embodiment, the concavely curved emitter surface has a Pierce geometry. Due to the concavely curved emitter surface, pre-focusing of the thermally emitted electrons into an electron beam is reliably enabled. Thus, an improved focusing of the electrons emerging from the cathode is achieved in the electric field between the flat emitter and the anode.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt auch eine Herstellung der in der DE 10 2009 005 454 B4 beschriebenen thermionischen Emissionsvorrichtung. Sowohl der Hauptemitter als auch der Heizemitter sind dann aus jeweils einem monolithischen Grundkörper hergestellt. The solution according to the invention also allows a preparation of the in the DE 10 2009 005 454 B4 described thermionic emission device. Both the main emitter and the heater emitter are then each made of a monolithic body.

Bei einem derartigen Flachemitter kompensieren sich die Magnetfelder der übereinander angeordneten Emitterflächen derart, dass der Heizstrom keinen negativen Einfluss auf die Fokussierung ausübt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sehr kleine Brennflecke, also Brennflecke kleiner als ca. 150 μm, mithilfe von Flachemittern erreicht werden sollen. In such a flat emitter, the magnetic fields of the superposed emitter surfaces compensate each other such that the heating current has no negative influence on the focusing. Such a configuration is particularly advantageous when very small focal spots, ie focal spots smaller than about 150 microns, to be achieved using flat emitters.

Der erfindungsgemäße Flachemitter sowie die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen hierzu sind sowohl durch ein subtraktives Herstellverfahren als auch durch ein additives Herstellverfahren realisierbar. The flat emitter according to the invention and the embodiments described above can be realized both by a subtractive production method and by an additive manufacturing method.

Nachfolgend werden sieben schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele eines Flachemitters gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen Below, seven schematically illustrated embodiments of a flat emitter according to the invention are explained in more detail with reference to the drawing, but without being limited thereto. Show it

1 eine erste Ausführungsform eines Flachemitters in einer Schnittdarstellung, 1 a first embodiment of a flat emitter in a sectional view,

2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Flachemitters, 2 a plan view of a second embodiment of a flat emitter,

3 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines Flachemitters, 3 a top view of a third embodiment of a flat emitter,

4 eine vierte Ausführungsform eines Flachemitters in perspektivischer Ansicht, 4 A fourth embodiment of a flat emitter in a perspective view,

5 eine fünfte Ausführungsform eines Flachemitters in perspektivischer Ansicht, 5 a fifth embodiment of a flat emitter in a perspective view,

6 eine sechste Ausführungsform eines Flachemitters in perspektivischer Ansicht, 6 A sixth embodiment of a flat emitter in a perspective view,

7 eine siebte Ausführungsform eines Flachemitters in perspektivischer Ansicht und 7 a seventh embodiment of a flat emitter in a perspective view and

8 eine Draufsicht auf den Flachemitter gemäß 7. 8th a plan view of the flat emitter according to 7 ,

In der Zeichnung ist mit 1 ein Flachemitter bezeichnet, der in den dargestellten Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 8 jeweils einen Grundkörper 2 mit wenigstens einer Emitterfläche 3 umfasst. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper 2 ein monolithischer Grundkörper. In the drawing is with 1 a flat emitter, which in the illustrated embodiments according to the 1 to 8th one main body each 2 with at least one emitter surface 3 includes. According to the invention, the main body 2 a monolithic body.

Die in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Flachemitters 1 weisen jeweils genau eine rechteckige Emitterfläche 3 auf, wohingegen die in 3 und 4 gezeigten Flachemitter 1 zwei rechteckförmige Emitterflächen 3a und 3b aufweisen. Im Rahmen der Erfindung kann der erfindungsgemäße Flachemitter 1 jedoch auch mehr als zwei Emitterflächen umfassen. In the 1 and 2 illustrated embodiments of the flat emitter according to the invention 1 each have exactly one rectangular emitter surface 3 on, whereas the in 3 and 4 shown flat emitter 1 two rectangular emitter surfaces 3a and 3b exhibit. In the context of the invention, the flat emitter according to the invention 1 but also include more than two emitter surfaces.

Bei dem in 1 dargestellten Flachemitter 1 ist der monolithische Grundkörper 2 in einem subtraktiven Herstellverfahren aus einem monolithischen Block hergestellt. Bei dem subtraktiven Herstellverfahren handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Erodierverfahren, beispielsweise um eine Drahterodierung. At the in 1 illustrated flat emitter 1 is the monolithic body 2 made in a subtractive process from a monolithic block. In the illustrated embodiment, the subtractive method of production is an erosion method, for example a wire erosion.

Der monolithische Grundkörper 2 des Flachemitters 1 weist an beiden Längsseiten jeweils ein Randprofil 5 und 6 auf, das gegenüber der Emitterfläche 3 eine größere Schichtdicke besitzt. An den Randprofilen 5 und 6 kann der Flachemitter 1 z.B. mehrere Millimeter dick sein, wohingegen die Schichtdicke der Emitterfläche 3, in der die Elektronen durch eine thermische Emission erzeugt werden, typischerweise 50 µm bis 200 µm beträgt. The monolithic body 2 of the flat emperor 1 has an edge profile on both longitudinal sides 5 and 6 on top of that emitter area 3 has a larger layer thickness. At the edge profiles 5 and 6 can the flat emitter 1 For example, be several millimeters thick, whereas the layer thickness of the emitter surface 3 , in which the electrons are generated by a thermal emission, typically 50 microns to 200 microns.

Die rechteckförmige Emitterfläche 3 weist Einschnitte auf, die wechselweise von zwei gegenüber liegenden Seiten her und quer zur Längsrichtung angeordnet sind. The rectangular emitter surface 3 has incisions which are alternately arranged from two opposite sides and transverse to the longitudinal direction.

Die stärkeren Randprofile 5 und 6, die zu beiden Seiten der Emitterfläche angeordnet sind, unterstützen in vorteilhafter Weise die elektrostatische Fokussierung der aus der Emitterfläche 3 emittierten thermischen Elektronen zu einem Elektronenstrahl. Durch die daraus resultierende Verbesserung der Fokusqualität des Elektronenstrahls wird die unerwünschte Extrafokalstrahlung wesentlich verringert. The stronger edge profiles 5 and 6 , which are arranged on both sides of the emitter surface, advantageously support the electrostatic focusing of the emitter surface 3 emitted thermal electrons to an electron beam. The resulting improvement in the focus quality of the electron beam substantially reduces the unwanted extra focal radiation.

Der Flachemitter 1 ist in einem Fokuskopf 4 montiert. Die Montage des Flachemitters 1 erfolgt nicht durch Schweißen oder Löten an Stützdrähten, sondern durch eine wesentlich stabilere Befestigung. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies eine Befestigung mittels Schrauben 7 und 8. Die Randprofile 5 und 6 dienen also nicht nur der verbesserten Fokussierung, sondern dienen auch als Befestigungsbereich, der eine stabilere Befestigung des Flachemitters 1 im Fokuskopf 4 gewährleistet. The flat emitter 1 is in a focus head 4 assembled. The assembly of the flat emitter 1 is not done by welding or soldering to support wires, but by a much more stable attachment. At the in 1 shown embodiment, this is a fastening by means of screws 7 and 8th , The edge profiles 5 and 6 So not only serve the improved focus, but also serve as a mounting area, the more stable attachment of the flat emitter 1 in the focus head 4 guaranteed.

Weiterhin erhält man im Flachemitter 1 durch die Randprofile 5 und 6 Bereiche mit einer gegenüber der Emitterfläche 3 geringeren Temperatur, da dickere Bereiche im Vergleich zu dünneren Bereichen aufgrund des geringeren Widerstands weniger heiß werden. Über die Struktur des Flachemitters 1 bzw. der Emitterfläche 3 kann damit die gewünschte Charakteristik der Elektronenemission definiert und somit entsprechend beeinflusst werden. Durch diese Maßnahme wird eine Verbesserung der Fokussierung erreicht. Furthermore, you get in the flat emitter 1 through the edge profiles 5 and 6 Areas with one opposite the emitter surface 3 lower temperature because thicker areas become less hot compared to thinner areas due to lower resistance. About the structure of the flat emitter 1 or the emitter surface 3 Thus, the desired characteristic of the electron emission can be defined and thus influenced accordingly. By this measure, an improvement of the focus is achieved.

Die Schrauben 7 und 8 können elektrisch leitend oder elektrisch isolierend (z.B. Keramikschrauben) ausgeführt sein. The screws 7 and 8th can be made electrically conductive or electrically insulating (eg ceramic screws).

Sind die Schrauben 7 und 8 elektrisch isoliert ausgeführt, dann ist eine eigene Stromzuführung (in 1 nicht dargestellt) vorzusehen. Are the screws 7 and 8th electrically isolated, then its own power supply (in 1 not shown).

Im Rahmen der Erfindung, die eine große Flexibilität bei der Herstellung ermöglicht, kann auch der gesamte Fokuskopf 4, einschließlich des Flachemitters 1, aus einem monolithischen Block gefertigt sein. In the context of the invention, which allows a great flexibility in the production, also the entire focus head 4 , including the flat emitter 1 to be made of a monolithic block.

Bei der Ausgestaltung gemäß 1 ist parallel zu den beiden Randprofilen 5 und 6 des Flachemitters 1 im Fokuskopf 4 jeweils eine Wand 9 bzw. 10 angeordnet. Die Wände 9 und 10 sind höher als die Randprofile 5 und 6 und dienen ebenfalls zur Fokussierung der von der Emitterfläche 3 emittierten Elektronen. In the embodiment according to 1 is parallel to the two edge profiles 5 and 6 of the flat emperor 1 in the focus head 4 one wall each 9 respectively. 10 arranged. The walls 9 and 10 are higher than the edge profiles 5 and 6 and also serve to focus the emitter surface 3 emitted electrons.

Die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachemitters 1 ist – analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 – wiederum mittels Drahterodierung (subtraktives Herstellverfahren) hergestellt. Der Flachemitter 1 weist wiederum einen Grundkörper 2 mit einer rechteckförmigen Emitterfläche 3 auf, die wiederum Einschnitte aufweist, die wechselweise von zwei gegenüber liegenden Seiten her und quer zur Längsrichtung angeordnet sind. Der Flachemitter 1 weist an seinen beiden Längsseiten jeweils ein Randprofil 5 bzw. 6 auf. In the 2 illustrated second embodiment of the flat emitter according to the invention 1 is - analogous to the embodiment according to 1 - Again produced by wire eroding (subtractive manufacturing process). The flat emitter 1 again has a basic body 2 with a rectangular emitter surface 3 which in turn has incisions which are arranged alternately from two opposite sides and transversely to the longitudinal direction. The flat emitter 1 has at its two longitudinal sides in each case an edge profile 5 respectively. 6 on.

Die Randprofile 5 und 6 schließen im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Höhe mit der Emitterfläche 3 ab und sind jeweils über einen Steg 11 bzw. 12 mit der Emitterfläche 3 mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden. Die Stege 11 und 12 sind diagonal gegenüberliegend angeordnet, so dass beide Stege 11 und 12 jeweils ein freies Ende aufweisen, an denen eine Befestigung des Flachemitters 1 mittels jeweils einer Schraube 7 bzw. 8. erfolgt. Alternativ zu einer Schraubverbindung ist auch eine Schweißung oder Lötung möglich. The edge profiles 5 and 6 close in the illustrated embodiment at a height with the emitter surface 3 off and are each over a jetty 11 respectively. 12 with the emitter surface 3 mechanically fixed and electrically connected. The bridges 11 and 12 are arranged diagonally opposite, so that both webs 11 and 12 each having a free end to which an attachment of the flat emitter 1 by means of one screw each 7 respectively. 8th , he follows. As an alternative to a screw connection, welding or soldering is also possible.

Im Rahmen der Erfindung müssen die Randprofile 5 und 6 nicht zwingend auf einer Höhe mit der Emitterfläche 3 liegen, vielmehr können die Randprofile 5 und 6 auch eine größere Schichtdicke aufweisen und damit über die Emitterfläche 3 hinausragen, wodurch die elektrostatische Fokussierung der aus der Emitterfläche 3 emittierten thermischen Elektronen verbessert wird. In the context of the invention, the edge profiles 5 and 6 not necessarily at a height with the emitter surface 3 lie, rather, the edge profiles 5 and 6 also have a greater layer thickness and thus over the emitter surface 3 protrude, causing the electrostatic focusing of the emitter surface 3 emitted thermal electrons is improved.

Die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachemitters 1 ist – analog zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 – ebenfalls durch Drahterodieren aus einem monolithischen Block hergestellt. Der Flachemitter 1 umfasst wiederum einen Grundkörper 2 mit zwei parallelen Emitterflächen 3a und 3b. Die Emitterflächen 3a und 3b sind an den freien Enden über einen Steg 15 mechanisch fest und elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Flachemitter 1 ist also als Parallelemitter (Doppelemitter) ausgebildet und weist an der äußeren Längsseite der Emitterfläche 3a und an der äußeren Längsseite der Emitterfläche 3b jeweils ein Randprofil 5 bzw. 6 auf. In the 3 illustrated third embodiment of the flat emitter according to the invention 1 is - analogous to the embodiments according to 1 and 2 - Also produced by wire erosion of a monolithic block. The flat emitter 1 again comprises a basic body 2 with two parallel emitter surfaces 3a and 3b , The emitter surfaces 3a and 3b are at the free ends over a footbridge 15 mechanically fixed and electrically connected to each other. The flat emitter 1 is thus formed as a parallel emitter (double emitter) and has on the outer longitudinal side of the emitter surface 3a and on the outer longitudinal side of the emitter surface 3b one edge profile each 5 respectively. 6 on.

Die Randprofile 5 und 6 schließen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils auf einer Höhe mit der Emitterfläche 3a bzw. 3b ab und sind jeweils über einen Steg 11 bzw. 12 mit der betreffenden Emitterfläche 3a bzw. 3b mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden. Die Stege 11 und 12 sind gegenüberliegend angeordnet, so dass jeder Steg 11 bzw. 12 jeweils ein freies Ende aufweist. An den freien Enden, die in die gleiche Richtung zeigen, erfolgt die Befestigung des Flachemitters 1 mittels jeweils einer Schraube 7 bzw. 8. Auch in diesem Fall ist alternativ eine Schweißung oder Lötung möglich. The edge profiles 5 and 6 close in the illustrated embodiment, each at a height with the emitter surface 3a respectively. 3b off and are each over a jetty 11 respectively. 12 with the relevant emitter surface 3a respectively. 3b mechanically fixed and electrically connected. The bridges 11 and 12 are arranged opposite each other so that each jetty 11 respectively. 12 each having a free end. At the free ends, which point in the same direction, the attachment of the flat emitter takes place 1 by means of one screw each 7 respectively. 8th , Also in this case alternatively welding or soldering is possible.

Im Rahmen der Erfindung müssen die Randprofile 5 und 6 nicht zwingend auf einer Höhe mit den Emitterflächen 3a und 3b liegen, vielmehr können die Randprofile 5 und 6 auch eine größere Schichtdicke aufweisen und damit über die Emitterfläche 3 hinausragen, wodurch die elektrostatische Fokussierung der aus den Emitterflächen 3a und 3b emittierten thermischen Elektronen verbessert wird. In the context of the invention, the edge profiles 5 and 6 not necessarily at a height with the emitter surfaces 3a and 3b lie, rather, the edge profiles 5 and 6 also have a greater layer thickness and thus over the emitter surface 3 protrude, causing the electrostatic focusing of the emitter surfaces 3a and 3b emitted thermal electrons is improved.

Die in 4 gezeigte Ausgestaltung des Flachemitters 1 umfasst ebenfalls einen monolithischen Grundkörper 2, der mittels Drahterodieren aus einem monolithischen Block hergestellt ist. In the 4 shown embodiment of the flat emitter 1 also includes a monolithic body 2 which is made by wire EDM from a monolithic block.

Der Grundkörper 2 umfasst wiederum zwei parallele Emitterflächen 3a und 3b (Parallelemitter, Doppelemitter). Beide Emitterflächen 3a und 3b sind durch einen Steg 15 mechanisch fest und elektrisch leitend miteinander verbunden. Unterhalb der Emitterfläche 3a ist eine Stromzuführung 16 angeordnet. Die Emitterfläche 3a ist durch eine erste Säule 17 gehalten und dadurch gegenüber der Stromzuführung 16 beabstandet. Die Emitterfläche 3b ist durch eine zweite Säule 18 gehalten. Die Befestigung des Flachemitters 1 erfolgt durch 2 Schrauben 7 und 8, wobei die Schraube 7 am freien Ende der Stromzuführung 16 angeordnet ist, wohingegen die Schraube 8 in der zweiten Säule 18 geführt ist. The main body 2 again comprises two parallel emitter surfaces 3a and 3b (Parallel emitter, double emitter). Both emitter surfaces 3a and 3b are through a jetty 15 mechanically fixed and electrically connected to each other. Below the emitter surface 3a is a power supply 16 arranged. The emitter surface 3a is through a first pillar 17 held and thereby against the power supply 16 spaced. The emitter surface 3b is through a second pillar 18 held. The attachment of the flat emitter 1 done by 2 screw 7 and 8th where the screw 7 at the free end of the power supply 16 is arranged, whereas the screw 8th in the second pillar 18 is guided.

Durch den gegenläufig in der Stromzuführung 16 fließenden Strom werden die störenden Magnetfelder der Emitterfläche 3a kompensiert. By the opposite direction in the power supply 16 flowing current become the disturbing magnetic fields of the emitter surface 3a compensated.

Die in 5 dargestellte Ausgestaltung eines Flachemitters 1 weist eine rechteckförmige Emitterfläche 3 mit Einschnitten auf, die wechselweise von zwei gegenüber liegenden Seiten her und quer zur Längsrichtung angeordnet sind. Der Flachemitter 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel aus mehreren Schichten hergestellt, die durch ein additives Herstellverfahren erzeugt wurden, z.B. durch Selektives Laserschmelzen oder durch 3D-Siebdruck. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei Schichten 21, 22 und 23 dargestellt. Es versteht sich in diesem Zusammenhang jedoch von selbst, dass mit den vorgenannten additiven Herstellverfahren auch ein Aufbau mit mehr als drei Schichten herstellbar ist. In the 5 illustrated embodiment of a flat emitter 1 has a rectangular emitter surface 3 with cuts arranged alternately from two opposite sides and transverse to the longitudinal direction. The flat emitter 1 In the illustrated embodiment, it is made up of several layers which have been produced by an additive manufacturing process, for example by selective laser melting or by 3D screen printing. In the illustrated embodiment, for clarity, only three layers 21 . 22 and 23 shown. However, it goes without saying in this context that a construction having more than three layers can also be produced with the abovementioned additive production methods.

Durch den schichtförmigen Aufbau, der sich bei dem vorgenannten Herstellverfahren zwangsläufig ergibt, wird das Korn-Wachstum, das beim Betrieb des Flachemitters 1 auftreten kann, im Wesentlichen auf die jeweilige Schicht, z.B. die Schicht 22 beschränkt. Ein Übergreifen auf benachbarte Schichten, beispielsweise die Schichten 21 und 23, wird gehemmt. Die Lebensdauer des Flachemitters 1 wird dadurch entsprechend erhöht. Due to the layered structure, which inevitably results in the aforementioned manufacturing process, the grain growth, the operation of the flat emitter 1 can occur, essentially to the respective layer, for example, the layer 22 limited. An overlap on adjacent layers, such as the layers 21 and 23 , is inhibited. The life of the flat emitter 1 is thereby increased accordingly.

In 6 ist eine weitere Ausgestaltung eines Flachemitters 1 gezeigt, der ebenfalls einen Grundkörper 2 umfasst, der durch ein additives Herstellverfahren gefertigt wurde. Der Flachemitter 1 ist rohrförmig ausgebildet und weist Anschlussbeinchen 19 und 20 auf, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in Richtung der Längsachse erstrecken. Die Emitterfläche 3 weist damit die Form einer Mantelfläche eines Kreiszylinders auf. Aufgrund seiner Form kann der in 6 gezeigte Flachemitter 1 auf einfache Weise gegen einen Wendelemitter ausgetauscht werden, ohne dass die Geometrie des Fokuskopfes, in der der Flachemitter 1 eingesetzt wird, geändert werden muss. In 6 is another embodiment of a flat emitter 1 shown, which is also a basic body 2 which was produced by an additive manufacturing process. The flat emitter 1 is tubular and has connecting legs 19 and 20 on, which extend in the illustrated embodiment in the direction of the longitudinal axis. The emitter surface 3 thus has the shape of a lateral surface of a circular cylinder. Due to its shape, the in 6 shown flat emitter 1 be easily exchanged for a helical emitter, without the geometry of the focus head, in which the flat emitter 1 is used, needs to be changed.

Gemäß einer in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst der monolithische Grundkörper 2 des Flachemitters 1 wenigstens eine konkav gewölbte Emitterfläche 3, die im Wesentlichen schüsselförmig ausgebildet ist. Durch die konkav gewölbte Emitterfläche 3 wird auf zuverlässige Weise eine Vorfokussierung der thermisch emittierten Elektronen zu einem Elektronenstrahl ermöglicht. Damit wird im elektrischen Feld zwischen dem Flachemitter 1 und einer Anode eine verbesserte Fokussierung der aus der Emitterfläche 3 austretenden Elektronen erreicht. According to a in 7 embodiment shown comprises the monolithic body 2 of the flat emperor 1 at least one concave emitter surface 3 , which is formed substantially bowl-shaped. Due to the concave arched emitter surface 3 reliably pre-focusing the thermally emitted electrons into an electron beam. This is in the electric field between the flat emitter 1 and an anode provides improved focusing of the emitter surface 3 reached escaping electrons.

Die in 7 dargestellte Geometrie des Flachemitters 1 lässt sich sowohl durch ein subtraktives Herstellverfahren (z.B. Erodieren) als auch durch ein additives Herstellverfahren (z.B. Selektives Laserschmelzen, 3D-Siebdruck) fertigen. In the 7 illustrated geometry of the flat emitter 1 can be produced both by a subtractive manufacturing process (eg eroding) and by an additive manufacturing process (eg selective laser melting, 3D screen printing).

Eine mögliche Ausführung für eine Strukturierung der Emitterfläche 3 des in 7 dargestellten Flachemitters 1 ist in 8 gezeigt. Um den Flachemitter 1 bzw. die Emitterfläche 3 durch Stromfluss zu heizen, ist die kreisförmige Emitterfläche 3 in spiralförmig verlaufende Leiterbahnen unterteilt. Der Heizstrom wird dadurch wendelförmig geführt. One possible embodiment for structuring the emitter surface 3 of in 7 represented flat emitter 1 is in 8th shown. To the flat emitter 1 or the emitter surface 3 to heat by current flow is the circular emitter surface 3 divided into spiral tracks. The heating current is thereby guided helically.

Die spiralförmige Strukturierung der Emitterfläche 3 kann weitgehend frei vorgegeben werden. So ist beispielsweise auch eine bifilar strukturierte Emitterfläche 3 möglich. Der Heizstrom wird in diesem Fall an jeder Stelle durch einen Heizstrom in entgegengesetzter Richtung kompensiert, so dass kein die Fokussierung des Elektronenstrahls störendes Magnetfeld entstehen kann. The spiral structure of the emitter surface 3 can largely be specified freely. For example, there is also a bifilar structured emitter surface 3 possible. The heating current is compensated in this case at any point by a heating current in the opposite direction, so that no disturbing the focusing of the electron beam magnetic field can arise.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben ist, ist die Erfindung nicht durch die in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus problemlos auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen. Although the invention in detail by preferred embodiments illustrated and described in detail, the invention is not by the in the 1 to 8th Restricted embodiments limited. Rather, can by the expert From this, other variants of the solution according to the invention can be derived without any problem, without departing from the underlying idea of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Flat emitter with a basic body ( 2 ), the at least one emitter surface ( 3 . 3a . 3b ), characterized in that the basic body ( 2 ) is a monolithic body.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) is at least partially made by a subtractive manufacturing process of a monolithic block.

Flat emitter according to claim 1 or 2, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) is at least partially made by an additive manufacturing process.

Flat emitter according to claim 2, characterized in that the subtractive manufacturing process is an erosion process.

Flat emitter according to claim 3, characterized in that the additive manufacturing process is a selective laser melting.

Flat emitter according to claim 3, characterized in that the additive manufacturing process comprises at least one 3D screen printing process with a subsequent sintering process.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) at least one emitter surface ( 3 . 3 . 3b ) has at least two regions with different layer thicknesses.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) at least one edge profile ( 5 . 6 ) which faces the emitter surface ( 3 ) has a greater layer thickness.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) comprises at least one attachment area.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 2 ) comprises at least one contacting region for at least one electrical connection.

Flat emitter according to Claim 1, characterized in that in the monolithic basic body ( 2 ) At least one barrier electrode is arranged.

Flat emitter according to claim 1, characterized in that the monolithic basic body ( 3 ) at least one concave emitter surface ( 3 ).

Flat emitter according to claim 12, characterized in that the concavely curved emitter surface ( 3 ) has a Pierce geometry.