[发明专利]一种工业CT机X射线管用透射靶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业CT机的装备及其制造方法，具体涉及一种工业CT机X射线管用透射靶及其制备方法。

背景技术

工业CT机是一种先进的无损检测装置，它不仅可以用于工件内部结构和缺陷的无损检测、质量评定、定性分析和判断，还可以通过对工业CT图像的测量来实现工件内部结构尺寸和缺陷尺寸进行测量和定量分析，测量精度高，可重复性好。在航天、兵器、汽车、电子、安检等众多领域有着广泛的应用需求。工业CT机中X射线管阳极靶材质量的好坏、能否长期稳定地工作是影响CT机寿命的关键因素之一，也是高质量X线管国产化的主要难点。据资料统计50％以上的X射线管的损坏是由于阳极靶的失效引起的，如靶面撕脱，工作面非正常灼伤等。由于目前我国工业CT机X射线管透射靶市场被少数几家跨国公司所垄断，又因国内生产厂家空白，因此，更换工业CT机X射线管透射靶存在着周期长、所需费用高昂等问题。目前国内极少数一些科研机构研究X射线管透射靶，主要采用粉末冶金法，如文献“W/Mo/石墨复合靶材的制备与研究”(高丽娜，2008稀有金属32(5))，是采用传统的粉末冶金法制备的医用CT旋转靶材，但是由于这些方法制备的钨靶材的实际密度达不到钨的理论密度，产生X射线的效率不如进口钨靶材高，其寿命与国外进口靶材相比仍有一定差距。而且，制备的靶材的厚度在毫米级，由于厚度比较大，X射线的出射率比较低，不适用于工业CT，尤其是不适用于具有高空间分辨率的微焦斑工业CT。微焦斑工业CT的靶材是端窗式结构的固定透射靶，既是产生X射线的靶材，又是X射线出射的窗口。这种靶材是耐高温的高原子序数材料，如钨、钼等和对X射线的吸收较低的低原子序数材料，如铍、金刚石和铝等复合的薄靶，厚度一般在300微米左右。这种靶材的关键是厚度和制备技术，靶材太薄，X射线的产额比较小；靶材太厚，虽然X射线的产额比较大，但这些X射线又会被靶材本身大量吸收，最终透射出的X射线也很少。同时，复合靶材的两种材料的机械强度、热容量、热应力、热膨胀率等物理性能差别比较大，若采用传统的粉末冶金法难以制备如此薄的靶材，因此常采用热压焊接法和气相沉积法等，如专利201180041159.2“用于透射X射线管的厚标靶”，采用扩散结合和热压法制备薄靶材，但是存在着扩散结合的接合点容易弯曲、制备过程需要保护气氛和高温容易是使靶材料氧化和变形等问题；专利201310149402.3“钎焊X射线管靶的发射层”，采用钎焊法，但存在靶面材料和基体材料之间会形成气泡，气泡在热负荷作用下容易引起靶面剥离、表面开裂或熔化等问题；专利95109594.3“X射线管阳极及其制造方法与静阳极X射线管”，采用化学气相沉积法，但存在着产量不高，反应温度高导致基体材料有限等问题。薄靶材质量的好坏、能否长期稳定地工作是影响微焦斑CT寿命的关键因素之一。磁控溅射镀膜技术在薄膜材料制备方面有很多应用，但是在微焦斑工业CT的靶材制备还没有报道。因此，研究和开发磁控溅射法制备高质量的靶材及其制备工艺，这对微焦斑CT在无损检测技术领域具有重大意义和社会价值。

发明内容

针对现有工业CT机X射线管阳极靶材制备技术和质量存在的问题，本发明提出一种工业CT机X射线管用透射靶及其制备方法。

本发明的靶材采用钨薄膜作为靶面，铝或金刚石作为基体，在铝或金刚石基体上采用磁控溅射方法镀钨薄膜制备而成。该靶材在真空条件下制备，不易受污染，并具有钨薄膜纯度高、致密化大、附着力强、厚度均匀、X射线出射率大、散热性好、寿命长等优点，该制备方法具有易控制、工艺简单，成本低。

本发明的工业CT机X射线管用透射靶有两种类型，一种是钨-铝靶，另一种是钨-金刚石靶。

所述的钨-铝靶包括靶面和铝基体。所述的靶面优选钨薄膜。钨具有熔点高、蒸气压低、密度大和原子序数高等优点，能保证在电子束轰击下产生高产率的X射线。所述的靶面为圆形薄膜，镀在铝基体上。所述的钨-铝靶的基体优选铝材料。铝的原子序数小，对X射线的吸收系数小，能保证更多的X射线穿透铝基体。铝基体为一个中心有不通孔的圆形薄片。所述的铝基体面中心还开有一个O型密封槽，用于靶面与工业CT的电子束的出射口之间的密封。所述的O型密封槽的中心与铝基体的中心重合。所述钨薄膜靶面通过磁控溅射镀在铝基体的不通孔的凹面上。所述的磁控溅射优选为射频，溅射功率为100-150W，溅射时间为3-5h。