[发明专利]适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及制作方法

说明书

本发明公开一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，包括栅极底座、阴极底座、陶瓷垫片、冷阴极、栅网和刻有凹槽的栅极法兰，阴极底座固定于栅极底座上，且二者之间设有陶瓷垫片绝缘；冷阴极由导电银浆和场发射材料丝印于阴极底座上而形成；栅极法兰固定于栅极底座上，而栅网点焊在栅极法兰的凹槽内。本发明还公开一种阴栅极组件的制作方法，将阴极底座装配在栅极底座上，栅极底座和阴极底座通过陶瓷垫片绝缘；在室温下采用丝印法先后将导电银浆和场发射材料转移到阴极底座上制成冷阴极；将栅网点焊在栅极法兰的凹槽内后，将栅极法兰和栅极底座通过螺丝固定。此种技术方案可直接使用丝印工艺制备阴极发射材料，同时保证装配精度。

技术领域

本发明属于冷阴极电子源领域，特别涉及一种可以适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及其制作方法。

背景技术

X射线是由加速后的电子轰击到金属表面，电子损失的动能以光子的形式激发出来而产生的。由于X射线具有很强的穿透性能，在医疗、工业探伤、安检等领域都有广泛的应用。X射线通常由X射线管产生，根据产生电子的原理不同，X射线管主要分为热阴极X射线管和冷阴极X射线管两种。热阴极X射线管是通过加热阴极钨丝使电子热发射的方式得到电子，而冷阴极X射线管则是通过场致发射原理，在阴极发射材料表面施加强电场以降低材料的势垒高度和宽度，利用隧道效应使电子逸出形成发射。相对于热阴极，冷阴极X射线管具有体积小，分辨率高，能快速启动而且相对功耗较低等优点，已成为研究的热点。

冷阴极X射线管主要由阴极、栅极和阳极三个部分组成。阴极作为电子源，通常选用导电性能良好，开启场强低，具有良好的发射性能的材料，如碳纳米管(CNTs)、纳米氧化锌等。栅极通常为网状结构，阳极则通常以钨等高转化效率的金属材料制备而成。在栅极上施加电压后，可以在阴极表面形成较高的电场，阴极电子发射后从栅极的网孔处通过，在高达万伏级的阳极电压加速下轰击到阳极靶上从而激发出X射线。

从冷阴极X射线管的工作原理可知，阴栅极间的高电场强度是提高电子发射性能的关键。为了降低栅极电压控制电路的制作难度，栅极电压一般在数百到数千伏之间。因此，要获得足够高的阴栅极电场，需要将阴栅极之间的距离控制在亚毫米量级，一般为0.3～0.5mm，这对装配提出了很高的精度要求。同时，为控制电子束束斑尺寸实现微焦点X射线成像，除了采用聚焦电极外，阴极发射直径一般控制在1mm以下，因此常采用丝网印刷等厚膜工艺制备，这种制备方法也可以提高阴极发射的均匀性。在传统结构中，阴极通常位于栅极下方，阴栅间距取决于栅极底座上表面和阴极的高度差。因此，不能先装配阴极底座再使用厚膜工艺制备阴极，而在毫米级直径的阴极底座上丝印阴极材料，这不仅给固定和对位带来了极大的困难，在装配过程也极容易损坏阴极材料，更关键的是无法通过后续的阴极底座表面处理来保证阴栅极间距。因此，本发明提出了一种阴栅极结构，可以通过先预装配阴极基底和栅极底座，通过机械加工方式保证阴极基底和栅极底座上表面平齐，然后可以采用成熟的丝印工艺在阴极基底表面制备阴极。阴栅极间距则可以通过在栅极法兰下表面开的凹槽深度来控制。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及制作方法，其可直接使用丝印工艺制备阴极发射材料，同时保证装配精度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，包括栅极底座、阴极底座、陶瓷垫片、冷阴极、栅网和刻有凹槽的栅极法兰，其中，阴极底座固定于栅极底座上，且二者之间设有陶瓷垫片绝缘；冷阴极由导电银浆和场发射材料丝印于阴极底座上而形成；栅极法兰固定于栅极底座上，而栅网点焊在栅极法兰的凹槽内。

上述栅极底座、阴极底座和栅极法兰均为适用于真空的同质金属件，所述栅网由不锈钢或钼加工制成。

上述冷阴极厚度为10～30微米，直径小于1毫米。

上述栅网厚度为50微米。

上述栅极法兰的凹槽深度为0.3～0.5毫米。