旋轉(zhuǎn)陽極及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極(10)的方法，其中，基體(12)由基于碳化硅的陶瓷構(gòu)成并且設(shè)有鎢燃燒帶(14)，其中，在鎢燃燒帶(14)與基體(12)之間產(chǎn)生中間層(16)，該中間層包括至少一種硅化鎢和/或碳化鎢。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)陽極及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造旋轉(zhuǎn)陽極的方法，其具有基于碳化硅的陶瓷基體以及按 權(quán)利要求9前序部分所述的旋轉(zhuǎn)陽極。

【背景技術(shù)】
[0002] 例如應(yīng)用在醫(yī)學(xué)X射線裝置中的X射線管包括陰極，電子從該陰極向旋轉(zhuǎn)著的旋 轉(zhuǎn)陽極上加速。旋轉(zhuǎn)陽極包括基體，該基體上設(shè)有由鎢或鎢-錸合金構(gòu)成的所謂的燃燒帶， 該燃燒帶形成真正的陽極。若電子充分地加速到燃燒帶并且在燃燒帶材料中減速，則產(chǎn)生 具有特征波長的電磁福射（X射線福射）。
[0003] 通過旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)，在此熱負荷應(yīng)當保持盡可能小。因為恰好為X射線斷層攝 影期望越來越高的輻射強度，所以在此電子聚焦到燃燒帶上的焦點盡可能清晰并且盡可能 小，這又導(dǎo)致在焦點區(qū)域內(nèi)較高的功率密度并因此導(dǎo)致產(chǎn)生特別高的溫度。為了對其補償， 又期望旋轉(zhuǎn)陽極特別高的轉(zhuǎn)速。
[0004] 已知的旋轉(zhuǎn)陽極具有由鈦-鋯-鑰合金構(gòu)成的基體，該鈦-鋯-鑰合金在相對更 小的耐高溫性的情況下具有比較高的密度。由于這種基體的機械特性，在常見的旋轉(zhuǎn)陽極 中只能實現(xiàn)200Hz至250Hz的旋轉(zhuǎn)頻率。
[0005] 適合制造旋轉(zhuǎn)陽極的基體的、具有提高的耐高溫能力并因此適合用于更高的旋轉(zhuǎn) 頻率的材料是基于碳化硅的陶瓷，在添加耐高溫的二硼化物的情況下是尤其適合的。
[0006] 但對于這些材料迄今已表明旋轉(zhuǎn)陽極的鎢燃燒帶可靠地與基體接合存在問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種開頭所述類型的方法，該方法能夠 實現(xiàn)將鎢燃燒帶可靠地施加到具有基于SiC的陶瓷基體的旋轉(zhuǎn)陽極上。此外，本發(fā)明所要 解決的技術(shù)問題是，提供一種按權(quán)利要求9前序部分所述的旋轉(zhuǎn)陽極，該旋轉(zhuǎn)陽極具有鎢 燃燒帶在陶瓷基體上特別好的保持性。
[0008] 該技術(shù)問題通過一種具有權(quán)利要求1的特征的方法解決以及通過一種具有權(quán)利 要求9的特征的旋轉(zhuǎn)陽極解決。
[0009] 對于用于制造 X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極的這種方法，基體由基于碳化硅的陶瓷構(gòu)成并 且設(shè)有鎢燃燒帶，其中，在鎢燃燒帶與基體之間形成中間層，該中間層包括至少一種硅化鎢 和/或碳化鶴。
[0010] 這種中間層具有直至2KKTC的耐高溫性，從而可以省掉用于連接鎢燃燒帶與基體 的附加高溫焊料的使用。因此在理想情況下可行的是，通過所述的方法創(chuàng)造一種耐高溫的 且促成粘附的中間層且無需附加的方法步驟。
[0011] 在此適宜的是，從已被燒結(jié)的基體出發(fā)并且將基體與鎢燃燒帶接合。在本發(fā)明的 一種優(yōu)選實施形式中，為此可以使用擴散焊。在此，鎢環(huán)或鎢段在機械壓力下固定在基體上 并且加熱到1650-2000°C。在鎢與陶瓷之間出現(xiàn)擴散，由此在邊界面上形成期望的碳化鎢中 間層和/或碳化硅中間層。
[0012] 備選地，基體和鎢燃燒帶的接合也可以通過軌道摩擦焊接進行。此處，將片段 形式的鎢片施加到基體上。在摩擦焊接過程中的摩擦在此也將接合區(qū)內(nèi)的溫度提高到 1600-2000°C，因此同樣通過擴散構(gòu)成按本發(fā)明的中間層。
[0013] 除了上述的接合方法外，還可以使用再生方法。在該方法的另一種優(yōu)選的實施形 式中，為此使用選擇性的激光焊，其中，鎢粉借助激光輻射在待形成的燃燒帶的區(qū)域內(nèi)焊上 基體。通過激光輻射的能量輸入在此也導(dǎo)致碳化鎢或硅化鎢中間層的形成。
[0014] 另一種備選可使用的方法是電場激活的燒結(jié)，也已知為火花等離子燒結(jié)。若已經(jīng) 提供陶瓷基體，則采用該方法，通過施加直流電在壓力下以期望的燃燒帶的形式施加鎢粉 和預(yù)制的鎢基體。通過電阻將電功率轉(zhuǎn)化為熱功率并且同樣實現(xiàn)所需的燒結(jié)溫度來形成中 間層。
[0015] 除了連接預(yù)先燒結(jié)的基體，還允許電場激活的燒結(jié)，基體和燃燒帶同時由各粉末 半成品共同地燒結(jié)為成品旋轉(zhuǎn)陽極。
[0016] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施形式中，用于構(gòu)成基體的陶瓷包括至少一種耐高溫的二 硼化物。通過這種添加基于SiC的陶瓷，可以提高其耐高溫性和機械強度，從而獲得特別耐 用的旋轉(zhuǎn)陽極。
[0017] 此外，本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)陽極，如它借助這種方法獲得。如已經(jīng)根據(jù)按本發(fā)明的 方法所述那樣，由碳化鎢和/或硅化鎢構(gòu)成的、在鎢燃燒帶與基于碳化硅的旋轉(zhuǎn)陽極基體 之間的中間層具有特別好的機械穩(wěn)定性和耐熱性。
[0018] 此處為了改善材料特性也適宜的是，基體除了碳化硅外還包括至少一種耐高溫的 二硼化物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 下面根據(jù)附圖進一步闡述本發(fā)明和其優(yōu)選的實施形式。
[0020] 圖1在此是通過按本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)陽極的實施例的陶瓷基體與鎢燃燒帶之間連接 區(qū)域的示意性的截面圖。

【具體實施方式】
[0021] 整體用10標示的在附圖中僅局部示出的用于X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極包括由陶瓷構(gòu) 成的基體12和由鎢構(gòu)成的燃燒帶14,該燃燒帶14在受到電子輻射時輸出X射線輻射。
[0022] 由于在新式X射線管的工作時較高的能量密度，基體12需要既耐高溫又在高溫時 具有足夠高機械強度的材料，以便可以維持300至400Hz的旋轉(zhuǎn)頻率。滿足這些條件的適 合材料類別是由碳化硅或碳化硅/二硼化物復(fù)合物構(gòu)成的陶瓷。
[0023] 為了改善燃燒帶14在由這種材料構(gòu)成的基體上的固定，在制造旋轉(zhuǎn)陽極10時形 成在燃燒帶14與基體12之間的中間層16,該中間層16由耐高溫的碳化鎢和硅化鎢組成。 中間層16在此通過熱促進的擴散過程形成在燃燒帶14的金屬鎢與基體的陶瓷之間形成。 因此示意性地示出明顯限定的中間層16的圖示-在現(xiàn)實中，基體12和燃燒帶14的材料組 分在連續(xù)的接口區(qū)相互嵌套地過渡。
[0024] 為了形成在燃燒帶14與基體12之間的這種連接存在多種可能性。
[0025] 在擴散焊時，首先鎢環(huán)或鎢段以待形成的燃燒帶14的形式放上基體12并且在機 械壓力下固定。通過將該復(fù)合體加熱到1650-2000°C，在鎢與陶瓷之間出現(xiàn)期望的擴散過 程，由此形成中間層16并且燃燒帶14牢固地固定在基體12上。
[0026] 備選地也可以將軌道式摩擦焊接用于形成旋轉(zhuǎn)陽極12。在此，將片段形式的鎢 片施加到基體12上。然后，基體12與鎢片一起牢固地夾進摩擦焊接設(shè)備中并且壓緊對 應(yīng)的摩擦面。通過兩側(cè)的軌道運動引起摩擦熱，該摩擦熱將燃燒帶14的連接區(qū)域加熱到 1600-2000°C，因此同樣通過形成包含碳化鎢和硅化鎢的中間層16實現(xiàn)將燃燒帶14固定連 接在基體上。
[0027] 除了已描述的接合方法外，還可以使用用于制造旋轉(zhuǎn)陽極10的再生方法。為此的 例子是選擇性的激光焊。在此，燃燒帶14由一床鎢粉連續(xù)地構(gòu)成?；w12為此可旋轉(zhuǎn)地 安裝在粉床上并且開始鋪上一薄層鎢粉，該薄層首先通過相對更小功率的激光輻射預(yù)熱， 以改善粘附性能。然后提高激光功率，其中，燒結(jié)鎢顆粒并且通過鎢與基體12之間的擴散 形成中間層16。在一層燒結(jié)之后，降低基體12并且重新鋪上鎢粉并且重復(fù)激光處理，直至 實現(xiàn)期望的燃燒帶厚度為止。
[0028] 另一個用于制造旋轉(zhuǎn)陽極10的再生方法是電場激活的燒結(jié)或等離子火花燒結(jié)。 對于此與熱壓類似的燒結(jié)方法，在陰模中預(yù)先壓實待燒結(jié)的粉或原料(Vorkdrper)并且使 之與石墨電子接觸。通過液壓式壓力機，在整個燒結(jié)過程中將壓力作用到材料上。同時，在 幾伏電壓下給石墨電子加載以幾千安培的直流電。直接通過待燒結(jié)的材料傳導(dǎo)的直流電由 于在材料中的歐姆電阻產(chǎn)生熱，從該材料被加熱直至燒結(jié)溫度。
[0029] 在該方法中，燃燒帶14和基體12均可以同時由相應(yīng)的鎢或SiC/二硼化物粉末構(gòu) 成。但對于基體12和燃燒帶14還可以使用并且燒結(jié)預(yù)成型的模型體。在所有情況下，在 此也會出現(xiàn)在鎢和陶瓷之間的擴散過程，其導(dǎo)致形成中間層16。
[0030] 最后描述的再生方法帶來的附加優(yōu)點是，它能夠使復(fù)雜成型的燃燒帶14也在拱 曲的或其他復(fù)雜成型的表面上形成。同時，可以將再生的微觀結(jié)構(gòu)引入燃燒帶14以便減小 固有應(yīng)力并且控制裂縫結(jié)構(gòu)。
[0031] 旋轉(zhuǎn)陽極10的特別快速的制造在此尤其通過電場激活的燒結(jié)實現(xiàn)，該電場激活 的燒結(jié)的循環(huán)時間為2-4h。短的燒結(jié)時間是尤其重要的，因為在燒結(jié)溫度中保持的時間太 長會導(dǎo)致大晶粒生長并且在燃燒帶14的鎢中再結(jié)晶，從而會損害其壽命。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于制造X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極（10)的方法，其中，基體（12)由基于碳化硅的陶 瓷構(gòu)成并且設(shè)有鎢燃燒帶（14)，其中，在所述鎢燃燒帶（14)與所述基體（12)之間形成中間 層（16)，所述中間層（16)包括至少一種硅化鎢和/或碳化鎢。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體（12)通過燒結(jié)由碳化硅以及至少 一種耐高溫的二硼化物組成的陶瓷粉制成的混合物而形成，。
3. 按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鎢燃燒帶（14)通過擴散焊施加到所述 基體（12)上。
4. 按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鎢燃燒帶（14)通過軌道式摩擦焊接施 加到所述基體（12)上。
5. 按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鎢燃燒帶（14)通過選擇性的激光熔化 施加到所述基體（12)上。
6. 按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鎢燃燒帶（14)通過電場激活的燒結(jié)施 加到所述基體（12)上。
7. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體（12)與鎢燃燒帶（14)同時通過電 場激活地燒結(jié)基于碳化硅的陶瓷粉和鎢粉的混合物而形成。
8. 按權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，用于形成所述基體（12)的陶瓷包 括至少一種耐高溫的二硼化物。
9. 一種X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極（10)，具有基于碳化硅的陶瓷基體（12)，所述陶瓷基體 (12)上設(shè)有用于在受到電子輻射時輸出X射線輻射的、由鎢構(gòu)成的燃燒帶（14)，其特征在 于，所述基體（12)通過包括至少一種硅化鎢和/或碳化鎢的中間層（16)與所述燃燒帶 (14)連接。
10. 按權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)陽極（10)，其特征在于，所述基體（12)的陶瓷包括至少 一種耐高溫的二硼化物。
【文檔編號】H01J35/10GK104350574SQ201380029093
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】J.弗羅伊登伯格, S.蘭彭舍夫, G.K.法姆, S.沃爾特 申請人:西門子公司