Keramik Aluminiumoxid-Keramik in der medizinischen Strahlentherapie

Redakteur: Lea Ziegler

Ein hochwertiger Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff von Morgan Advanced Materials wird aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften und Oberfächenqualität in Geräten der medizinischen Strahlentherapie zur Krebsbehandlung eingesetzt.

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Aluminiumoxid-Keramik von Morgan wird in der medizinischen Strahlentherapie angewendet.
Aluminiumoxid-Keramik von Morgan wird in der medizinischen Strahlentherapie angewendet.
(Bild: Morgan Advanced Materials)

Deranox 970 ist ein hochdichter, porenfreier und vakuumdichter Keramikwerkstoff, der zu 97 % aus Al2O3 (Aluminiumoxid) besteht und sehr gut isoliert. Das Material wird in Hochvakuumsystemen verwendet sowie in Laseranlagen, in Mikroskopen und als Isolationswerkstoff in medizinischen und wissenschaftlichen Apparaten. Jetzt wurde es für den Einsatz als Dichtungswerkstoff in Geräten der medizinischen Strahlentherapie qualifiziert.

Der Werkstoff wirkt als mechanisches Dichtungselement an den Fenstern der Vakuumkammer, durch die der Elektronenstrahl geführt wird. Diese so genannten RF-Fenster befinden sich an beiden Enden der Kammer. Sie stellen sicher, dass Elektronen das Vakuum ungehindert passieren können, während Verunreinigungen nicht in die Kammer dringen können.

Laut Yannick Galais von Morgan bestehen die meisten für diese Anwendung genutzten Werkstoffe zu 97 % aus Aluminiumoxid. Die restlichen 3 % machen die dielektrischen Eigenschaften aus. Die spezielle Rezeptur des neuen Werkstoffs bietet eine hohe dielektrische Kontante von 9,85 GHz und 9,84 GHz bei 2,8 GHz und 2,9 GHz sowie eine niedrige Verlustrate von 0,00109 und 0,00110 bei 2,8 GHz und 2,9 GHz.

Nach ASTM D2520 verifiziert

Diese Werte wurden in externen Tests ermittelt und von einer unabhängigen akkreditieren Prüfstelle nach dem international anerkannten Standard ASTM D2520 verifiziert. Sie ermöglichen hohe Stabilität bei hohen Frequenzen.

Die Erfahrung von Morgan bei der Herstellung und Verarbeitung pulverförmiger Werkstoffe ermöglicht reproduzierbare Produkteigenschaften. Dies ist eine Voraussetzung, um die Nenn-Wellenlänge, die Frequenz des Strahls sowie die Leistung des Strahlentherapie-Gerätes anpassen zu können. Morgans High-Tech-Maschinenpark sorgt für gleichbleibende Oberflächenqualität und reduziert so Hitzeentwicklung und Leckagen. Unreinheiten an der Oberfläche mindern die Leistung der medizinischen Geräte, da sie zu Oxidationen an den Fenstern führen können.

Mit Hilfe moderner Simulationsmethoden wurde Deranox 970 vor dem Prototypenstadium auf seine Eignung in diesem sensiblen Anwendungsbereich untersucht. Es folgten umfassende reale Tests, um eine optimale Leistung bei geringen Toleranzen sicherzustellen.

Metallisierende Schicht auf Molybdän-Mangan-Basis

Neben Deranox 970 für Strahlentherapiegeräte hat Morgan auch eine maßgeschneiderte metallisierende Schicht auf Molybdän-Mangan-Basis entwickelt. Sie vereinfacht den Hartlötprozess beim Verbinden des RF-Fensters mit dem Anlagengehäuse und sorgt für eine verbesserte Dichtwirkung und dauerhaftes Vakuum. Da jedes RF-Fenster individuell für die jeweilige Anlage entwickelt wird, passt Morgan diese Schicht an die jeweils verwendeten Materialien an.

Darüber hinaus ist Morgan in der Lage, den Anlagenherstellern die komplette Baueinheit des RF-Fensters einschließlich der Montageflansche zu liefern. Die Fenster werden dann in einer sauerstofffreien Vakuumkammer hartgelötet (OFC-Prozess; „Oxygen Free Copper“).

Laut Yannick Galais sind die RF-Fenster aus Deranox 970 für eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren ausgelegt. Das entspricht der Lebensdauer einer Strahlentherapie-Anlage. Da Patienten über definierte Zeiträume in diesen Anlagen behandelt werden, muss sichergestellt sein, dass sie nicht ausfallen. Das würde den Therapieerfolg beeinträchtigen und zudem auch sehr hohe Kosten verursachen. (lz)

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