[发明专利]X射线管阳极及其制造方法与静止阳极X射线管

说明书

本发明涉及带有静止阳极的X射线管(以下称为静止阳极X射线管)，尤其涉及用于静止阳极X射线管内的阳极及其制造方法，并涉及静止阳极X射线管。

静止阳极X射线管与旋转阳极X射线管相比，没有阳极旋转装置，因此体积小而热容量相对较大。通常，X射线管用于诸如X射线照相诊断之类的医学目的。但在外科手术中，由于其体积小和重量轻而便于运送，所以使用的是静止阳极X射线管。

为了产生X射线，需要向靶输送电能，但是只有1％的电能转换成X射线能量。剩余的99％转换为无用的热量而使靶温显著上升。通常，静止阳极X射线管的阳极包括一导热性能良好的圆柱状铜质阳极基座和嵌入阳极基座一端倾斜面平内的圆盘状阳极靶。

以前曾用两种方法制造这类阳极。它们是“模铸法”和“钎焊法”。图1表示用模铸法制造的阳极的截面。图2表示用钎焊法制造的阳极的截面。

在铸模法中，由钼(Mo)或钨(W)构成的阳极靶2放入阳极基座形成坩埚的顶部。随后，把熔融的铜浇入坩埚内形成阳极基座1。用这种方法，将靶2与基座1结合在一起成为一个整体。

在钎焊法中，预先制备好在其斜面上开有凹口3以容纳阳极靶2的阳极基座1。随后，在凹口3的上表面敷上一层合适的焊剂4，并将靶2嵌入凹口3中。接着加热阳极使靶2通过焊剂4与基座1连接起来。

上述这些常规方法具有如下的缺点。

在模铸法中，构成阳极基座1的铜在炉子等设备内高频加热至熔点以上。该过程耗能巨大而导致成本较高。而且，该方法需要使用形成阳极基座1的坩埚等设备，而这些设备的使用寿命较短，所以也增加了制造阳极基座的成本。此外，该方法最大的缺点是基座1与靶2之间的结合不牢固而且不稳定，因而热传导不好。这归因于由铜构成的基座1与由高熔点金属(例如钨)构成的靶2相互间较差的金属-金属适应性。也就是铜和钨从根本上讲浸润性较低，因而组合在一起时无法形成合金层。在以这种条件制备的X射线管中，较微的过载就会引起靶表面的开裂或熔化，在极端情况下会引起靶的剥离。

在钎焊法中，钎焊时靶2与基座1之间会形成气泡。这些气泡是在重复负荷的热应力下引起靶剥离或者在热传导降低时引起靶表面开裂或熔化的主要原因。而且，从根据上讲焊剂的熔点决定了阳极的最高使用温度，因而决定了临界使用温度低于靶2与基座1直接结合在一起的温度。此外，靶2与基座1之间缝隙内混入的杂质或这些缝隙内的电场集中使耐压较小。

本发明的目标是提供克服上述缺点的X射线管阳极及其制造方法与静止阳极X射线管。

作为本发明的一个方面，通过在静止阳极X射线管中采用下面这种阳极达到了上述目标，该阳极包含：

带有形成于其端面内并且其四周内壁向上倾斜的凹口的阳极基座；以及

利用化学气相淀积(CVD)把阳极靶材料直接嵌入凹口而形成的阳极靶。

按照本发明，利用化学气相淀积把阳极靶材料直接嵌入形成于阳极基座端面内的凹口而做成阳极靶。这样做成的靶与阳极基座附着得很牢。因此改善了阳极基座与靶之间的热传导，并且在较高的热负荷下靶仍然非常耐用。

在如图1和图2所示采用普通“模铸法”或“钎焊法”制备的X射线管阳极中，阳极基座1的端面上一定要开有嵌入阳极靶2的凹口(这是必不可少的)。但是，对于按照本发明的方法(即化学气相淀积)形成的阳极靶，并非一定要在阳极基座端面内形成一个凹口。其原因在于可以通过在阳极基座整个平整的端面上淀积阳极靶材料而形成阳极靶。但是，，按照本发明，出于以下原因，要在阳极基座端面内形成凹口并利用化学气相淀积在凹口内形成阳极靶。

第一个原因是阳极靶能做得相对厚一些。也就是说，用于静止阳极X射线管的阳极靶需要做得比用于旋转阳极X射线管的厚些。例如，旋转阳极靶的厚度在200—300μm，而静止阳极靶的厚度约为0.5—3mm。遭受阴极发射热离子轰击的旋转阳极靶的位置(焦点)能够随着靶的旋转而移动。对于静止阳极靶，焦点不会移动，因而要求靶自身的热容量较大。基于这个原因，需要增加静止阳极靶的厚度。如果利用化学气相淀积将阳极靶材料淀积到阳极基座平坦端面上而形成厚靶，则耗时较多并使生产率大大下降。为了保证较高的生产效率，按照本发明，在阳极基座端面上形成一凹口以使阳极靶材料有效地淀积。也就是说，使得化学气相淀积期间输送的靶材料反应气体留在阳极基座端面上形成的凹口内。因此，在凹口内阳极靶材料的淀积速率比在其他平坦区域的淀积速率快些，从而在凹口内有效地形成阳极靶。