專利名稱：具有均勻晶粒結(jié)構(gòu)的鉬合金x射線靶的制作方法
背景技術(shù)：
X射線發(fā)生裝置是極重要的工具，廣泛地用于包括工業(yè)和醫(yī)療的多種用途。例如，該設(shè)備通常用于諸如診斷和治療放射學(xué)；半導(dǎo)體生產(chǎn)和制造；以及材料分析和檢測(cè)之類的領(lǐng)域。
盡管X射線裝置應(yīng)用于眾多不同的用途，但其基本結(jié)構(gòu)和操作是相似的。電子產(chǎn)生后加速至高速隨后突然停止，就產(chǎn)生了X射線。一般來說，這整個(gè)過程在一真空X射線發(fā)生管中進(jìn)行。X射線管通常包括三個(gè)主要部件一個(gè)陰極組件，它是電子的來源；一個(gè)陽極，沿軸向與該陰極分離地設(shè)置，并定向以接收陰極放射出的電子；以及一些機(jī)械裝置，用于提供高電壓以驅(qū)使電子從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)。通常，該陰極組件由帶有陰極帽的金屬陰極頭構(gòu)成。在陰極帽內(nèi)安置燈絲，當(dāng)通過電流加熱時(shí)該燈絲會(huì)發(fā)射出電子。
上述三個(gè)X射線管元件一般都安置在真空玻璃管內(nèi)，并連接在電路中。接通電路，從而電壓發(fā)生元件能在陽極和陰極之間提供極高的電壓(約數(shù)萬伏至超過數(shù)十萬伏)。該高電壓差使陰極燈絲發(fā)射出的電子以細(xì)流或束的形式向著設(shè)置在陽極上的X射線“靶”加速至非常高的速度。X射線靶包括一個(gè)帶有焦點(diǎn)軌道(focal track)的板。當(dāng)電子撞擊在靶的表面時(shí)，撞擊電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為頻率極高的電磁波，即X射線。所得的X射線從陽極靶表面發(fā)射出，隨后通過設(shè)置在X射線裝置內(nèi)的一個(gè)窗口將X射線平行校準(zhǔn)以便穿透入目標(biāo)的內(nèi)部，例如病人身體的某個(gè)區(qū)域。
令人遺憾的是，已知的制造板的方法具有限制，阻止了技術(shù)人員開發(fā)簡單有效的方法和快速有效地制造X射線靶用板。例如，已知的單鍛造方法具有一個(gè)特別限制性缺陷，即這類方法比較浪費(fèi)和低效，使得其成本高并難以實(shí)施。已知的方法使產(chǎn)品的粒徑的均勻性差。粒徑的均勻性差影響X射線陽極的性能。同時(shí)，已知的方法制成的陽極的溫度性能差。
基于上述原因，需要開發(fā)一種制造具有均勻特性的X射線靶的方法。
基于上述原因，需要開發(fā)一種制造具有均勻特性的X射線靶的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制造橫向加工(cross-directionally wofked)鉬板的方法。該板優(yōu)選用于X射線靶，該板作為陽極。該方法包括(a)還原鉬酸銨并形成鉬金屬粉末；(b)將鉬金屬粉末和一種合金元素制成的鉬部件壓實(shí)，制成第一工件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；(c)對(duì)第一工件進(jìn)行熱處理，在第一方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力，從而形成第二工件；(d)對(duì)第二工件進(jìn)行熱處理，在不同于第一方向的第二方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力；(e)對(duì)經(jīng)過熱機(jī)械處理的第二工件進(jìn)行再結(jié)晶熱處理步驟，從而形成熱處理橫向加工工件；(f)對(duì)所述熱處理橫向加工工件進(jìn)行切割或機(jī)加工步驟，從而形成橫向加工鉬板。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種由上述方法制成的構(gòu)件，其中該部件包括板以及附著在該板上的柄。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種包括橫向加工鉬部件的板，所述鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)鉬、鈮和一種合金元素的鉬部件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)鉬、約1-約30wt。％的鎢以及一種合金元素的鉬部件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該板暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種X射線靶(a)一種板，包括選自下列的橫向加工鉬部件(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，包括鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該板暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi；(b)在該板表面上設(shè)置的焦點(diǎn)軌道；(c)從板上延伸出的柄。


通過參考下面的說明和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的上述以及其它特性、方面和優(yōu)點(diǎn)將得到更好的理解，其中圖1所示簡圖示出了如何按照本發(fā)明來擠壓坯/錠；圖2(a)和2(b)所示簡圖示出了如何根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛；圖3(a)是鐓鍛操作制成的第二工件的視圖，其中已去除了A位置影響中心圓片的材料；圖3(b)是鐓鍛制成的第二工件，以及可從坯上切下的板的視圖；圖4是工件進(jìn)行錘鍛的側(cè)視圖；圖5示出了對(duì)工件進(jìn)行錘鍛制造第二工件；圖6是可附著在根據(jù)本發(fā)明制成的板上的柄的側(cè)視圖。
發(fā)明詳述橫向加工鉬板一般通過以下方法制成(a)還原鉬酸銨并形成鉬金屬粉末；(b)將鉬金屬粉末和一種合金元素制成的鉬部件壓實(shí)，制成第一工件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；(c)對(duì)第一工件進(jìn)行熱處理，在第一方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力，從而形成第二工件；(d)對(duì)第二工件進(jìn)行熱處理，在不同于第一方向的第二方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力；(e)對(duì)經(jīng)過熱機(jī)械處理的第二工件進(jìn)行再結(jié)晶熱處理步驟，從而形成熱處理橫向加工工件；(f)對(duì)所述熱處理橫向加工工件進(jìn)行切割或機(jī)加工步驟，從而形成橫向加工鉬板。
鉬金屬粉末是采用適當(dāng)工藝還原鉬酸銨而制成的。通常是通過常規(guī)氫還原工藝完成的。在該工藝中，將包括鉬金屬粉末和一種合金元素的鉬部件壓實(shí)，制成第一工件。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過粉末冶金技術(shù)將該鉬部件壓實(shí)成第一工件。這樣的工藝一般包括如下步驟對(duì)鉬金屬粉末和任何合金組分進(jìn)行冷等靜壓，壓制成第一工件的“生”預(yù)制體。在另一實(shí)施方案中，通過熔融鑄造工藝將該鉬部件壓實(shí)成第一工件。這類工藝可包括錠的真空電弧澆鑄、ebeam熔融或等離子弧澆鑄。所述合金元素通常選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，該第一工件進(jìn)一步包括含量低于約3wt.％，優(yōu)選約1wt.％-約3wt.％的鈮。在另一實(shí)施方案中，該合金元素的含量約為1.2wt.％或更低。在另一實(shí)施方案中，該合金元素的含量范圍為約1wt.％-約1.5wt.％。在另一實(shí)施方案中，該第一工件進(jìn)一步包括含量約1-約30wt.％的鎢。
對(duì)該第一工件進(jìn)行熱處理，在第一方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力，從而形成第二工件。對(duì)第一工件進(jìn)行的熱處理通常在至少約2100°F(約1148℃)，優(yōu)選約2500°F(約1371℃)-約3000°F(1648℃)的溫度進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明所述對(duì)經(jīng)過熱處理的第一工件進(jìn)行任何熱機(jī)械處理，制成可用于X射線靶的板。在一個(gè)實(shí)施方案中，該第一工件是坯或錠，通過對(duì)該坯或錠進(jìn)行截面面積縮減率(Do∶Df)為約3∶1-約4∶1的擠壓，從而對(duì)該第一工件進(jìn)行熱機(jī)械處理。更具體地說，參考圖1，沿長度“L”擠壓該坯或錠至一合適的縮減率(Do∶Df)。該坯長度可以有所改變，優(yōu)選約14″(約36cm)-約32″(約82cm)。
隨后對(duì)第二工件進(jìn)行熱處理，在不同于第一方向的第二方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力。在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)所述第二工件進(jìn)行鐓鍛。對(duì)第一工件進(jìn)行的熱處理通常在至少約2100°F(約1148℃)，優(yōu)選約2500°F(約1371℃)-約3000°F(1648℃)的溫度進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明所述對(duì)經(jīng)過熱處理的第二工件進(jìn)行任何熱機(jī)械處理，制成可用于X射線靶的板。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用具有設(shè)定尺寸的封閉模的閉模鍛造工藝對(duì)第二工件進(jìn)行鐓鍛以形成板。在另一實(shí)施方案中，使用具有設(shè)定尺寸的開放模的開放模(扁平)鍛造工藝對(duì)第二工件進(jìn)行鐓鍛以形成板。在另一實(shí)施方案中，設(shè)定封閉模的尺寸使其還包括一個(gè)形成柄的模(如圖6所示)，從而使得通過該工藝形成的板還包括一個(gè)柄。因此，本發(fā)明包括用本發(fā)明所述的該工藝制成的構(gòu)件，其中該構(gòu)件具有板以及附著在該板上的柄。
參考圖2(a)和2(b)，圖2(a)示出了處于鐓鍛工藝開始的第一工件(10)，其中該工件放置在壓制套筒(12)中，位于中心圓片(14，16)之間、擠壓套筒(19)內(nèi)，由此該運(yùn)動(dòng)中心圓片(14)相對(duì)于固定中心圓片(16)施加主要沖擊(ram tonnage)(18)。
圖2(b)描繪出成型工藝的末尾，其中已對(duì)工件(10)施加熱機(jī)械力，從而形成鍛造工件(或鍛造坯(20))。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖4和5所示，對(duì)第二工件進(jìn)行錘鍛以代替鐓鍛。圖4示出了一個(gè)正在進(jìn)行錘鍛的工件，圖5示出了由第一工件形成的第二工件。在該實(shí)施方案中，Do截面面積與Df截面面積的比優(yōu)選為1∶2.0-1∶2.8。
對(duì)經(jīng)過熱機(jī)械處理的第二工件進(jìn)行再結(jié)晶熱處理步驟，以形成完全退火的橫向加工工件。這通常利用常規(guī)熱處理方法來進(jìn)行。
所述熱處理通常在至少約2100°F(約1148℃)，優(yōu)選約2500°F(約1371)-約3000°F(1648)的溫度進(jìn)行。
隨后對(duì)所述經(jīng)過熱處理的橫向加工工件進(jìn)行切割或機(jī)加工步驟，從而形成橫向加工鉬板。通過中心圓片(CD)去除在鐓鍛過程中未形成坯的材料(“影響材料(affected material)”)，如圖3(a)和4所示。板可以沿圖3(b)所示的方向從鍛坯上切下來。有利的是，整個(gè)鍛坯都可用于制造板。
通過本發(fā)明所述方法制成的板具有合適的尺寸，其使得該板可以用于濺射靶。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該板的直徑為約6″(約15cm)-約14″(約36cm)，厚度/高度為約0.5″(約1cm)-約2″(約5cm)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該板的直徑為約1″(約2.54cm)-約14″(約36cm)，厚度/高度為約1/4″(約0.6cm)-約7″(約18cm)。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明制成的板具有高溫性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，該板暴露于約1600℃時(shí)的放射強(qiáng)度至少約60ksi。當(dāng)合金元素包括氧化鑭時(shí)，通過本發(fā)明所述方法制成的板與不含氧化鑭的板相比具有改善的抗蠕變性。在一個(gè)實(shí)施方案中該板還包括一個(gè)柄。
由此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種具有橫向加工鉬部件的板，該鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮和一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，由鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素制成，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該板暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該柄還包括橫向加工鉬部件，該鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮和一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，包括鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該柄暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度也至少約60ksi。
盡管為了解釋和說明，在上文中已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解這些細(xì)節(jié)僅僅是為了解釋和說明，在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ζ渥鞒龈淖?，本發(fā)明的宗旨和范圍由其權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種制備橫向加工鉬板的方法，包括(a)還原鉬酸銨并形成鉬金屬粉末；(b)將鉬金屬粉末和一種合金元素構(gòu)成的鉬部件壓實(shí)成第一工件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；(c)對(duì)第一工件進(jìn)行熱處理，在第一方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力，從而形成第二工件；(d)對(duì)第二工件進(jìn)行熱處理，在不同于第一方向的第二方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力；(e)對(duì)經(jīng)過熱機(jī)械處理的第二工件進(jìn)行再結(jié)晶熱處理步驟，從而形成熱處理橫向加工工件；(f)對(duì)所述熱處理橫向加工工件進(jìn)行切割或機(jī)加工步驟，從而形成橫向加工鉬板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一工件還包括含量低于約3wt.％的鈮。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一工件還包括含量約1-約30wt.％的鎢。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過粉末冶金技術(shù)將所述鉬部件壓實(shí)成第一工件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過電弧澆鑄技術(shù)將所述鉬部件壓實(shí)成第一工件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述電弧澆鑄技術(shù)是真空電弧澆鑄技術(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一工件是坯或錠，通過對(duì)該坯或錠進(jìn)行截面面積縮減率(Do∶Df)為約3∶1-約4∶1的擠壓，從而對(duì)該第一工件進(jìn)行熱機(jī)械處理。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(d)中，對(duì)第二工件進(jìn)行鐓鍛。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用具有設(shè)定尺寸的封閉模的閉模鍛造工藝對(duì)第二工件進(jìn)行鐓鍛以形成板。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用具有設(shè)定尺寸的開放模具的開放模鍛工藝對(duì)第二工件進(jìn)行鐓鍛以形成板。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在步驟(d)中，進(jìn)一步設(shè)定封閉模的尺寸使其還包括一個(gè)形成柄的模，從而使得通過該工藝在步驟(e)中形成的板還包括柄。
12.一種由權(quán)利要求11所述方法制成的構(gòu)件，其中該構(gòu)件包括板和附著在該板上的柄。
13.一種由權(quán)利要求1所述方法制成的板，其中該板是具有均勻晶粒結(jié)構(gòu)的橫向加工板。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該合金元素的含量為約1.2wt.％或更低。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該合金元素的含量為約1wt.％-約1.5wt.％。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該板的直徑為約1″-約14″，厚度/高度為約1/4″-約7″。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法制成的板暴露于約1600℃時(shí)的放射強(qiáng)度至少約60ksi。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述合金元素包括氧化鑭，通過所述方法制成的板與不含氧化鑭的板相比具有改善的抗蠕變性。
19.一種包括橫向加工鉬部件的板，該鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮和一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，包括鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該板暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi。
20.如權(quán)利要求19所述的板，其中該板還包括一個(gè)柄。
21.一種X射線靶，包括(a)包括橫向加工鉬部件的板，該鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮和一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，包括鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該板暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi；(b)設(shè)置在該板表面上的焦點(diǎn)軌道；(c)從該板上延伸出的柄。
22.如權(quán)利要求21所述的靶，其中該柄包括加工鉬部件，該鉬部件選自(i)一種鉬部件，含有鉬以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(ii)一種鉬部件，包括鉬、鈮和一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合，或(iii)一種鉬部件，包括鉬、約1-約30wt.％的鎢以及一種合金元素，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；其中當(dāng)該柄暴露于約1600℃的溫度時(shí)，其放射強(qiáng)度至少為約60ksi。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造橫向加工鉬板的方法，包括(a)還原鉬酸銨并形成鉬金屬粉末；(b)將鉬金屬粉末和一種合金元素構(gòu)成的鉬部件壓實(shí)成第一工件，該合金元素選自鈦、鋯、鉿、碳、氧化鑭及其組合；(c)對(duì)第一工件進(jìn)行熱處理，在第一方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力，從而形成第二工件；(d)對(duì)第二工件進(jìn)行熱處理，在不同于第一方向的第二方向?qū)ζ涫┘訜釞C(jī)械力；(e)對(duì)經(jīng)過熱機(jī)械處理的第二工件進(jìn)行再結(jié)晶熱處理步驟，從而形成熱處理橫向加工工件；(f)對(duì)所述熱處理橫向加工工件進(jìn)行切割或機(jī)加工步驟，從而形成橫向加工鉬板。本發(fā)明還涉及由該方法制成的X射線靶。
文檔編號(hào)B22F3/16GK1777971SQ200480010933
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者J·戴利, B·萊蒙, J·希爾特, P·庫馬, G·吉勒 申請(qǐng)人:H.C.施塔克公司