本申請是于2014年12月5日提交的、題為“透射型靶和設(shè)有透射型靶的x射線發(fā)生管”的中國專利申請第201410740256.6號的分案申請。

本公開涉及一種x射線發(fā)生管，該x射線發(fā)生管可應(yīng)用于用于醫(yī)療診斷以及工業(yè)裝置領(lǐng)域中的無損x射線照相的成像裝置。本公開具體地涉及一種應(yīng)用于x射線發(fā)生管的透射型靶。

背景技術(shù)：

在x射線發(fā)生裝置中，需要增強耐久性和改進維護減少。

作為確定x射線發(fā)生裝置的耐久性的主要原因之一，與x射線源相應(yīng)的靶的耐熱性是一個例子。

在被配置為用電子束照射靶、從而產(chǎn)生x射線輻射的x射線發(fā)生裝置中，靶的“x射線發(fā)生效率”低于1％。因此，施加于靶的大部分能量轉(zhuǎn)換為熱量。當在靶中產(chǎn)生的熱量的“驅(qū)散”不足時，靶本身的熔融、蒸發(fā)和熱應(yīng)力使得靶失去粘合性，從而使得靶的耐熱性受限。

作為用于改進靶的“x射線發(fā)生效率”的技術(shù)，利用由含有重金屬的薄膜形式的靶層和被配置為透射x射線并且支撐靶層的基底材料組成的透射型靶是公知的。日本專利申請公布no.jp2009-545840(也被公布為wo2009060671)公開了一種旋轉(zhuǎn)陽極透射型靶，在該靶中，相對于相關(guān)技術(shù)的旋轉(zhuǎn)陽極反射靶，“x射線發(fā)生效率”提高到1.5倍或更高。

作為加速從靶到外部的“散熱”的方法，應(yīng)用金剛石作為被配置為支撐層壓靶的靶層的基底材料是公知的。美國專利no.6850598公開了通過利用單晶金剛石或多晶金剛石作為被配置為支撐由鎢形成的靶層的基板來增強散熱性并且實現(xiàn)精細的焦點。金剛石具有高耐熱性和高導(dǎo)熱性，并且具有高x射線透射性，因此，是作為用于支撐透射型靶的基底材料的優(yōu)選材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與單晶金剛石相比，多晶金剛石作為將應(yīng)用于透射型x射線靶的透射基板在導(dǎo)熱性、耐熱性和x射線透射性上具有等同的物理性質(zhì)。此外，多晶金剛石包括可以以低價格穩(wěn)定地供應(yīng)大小為毫米數(shù)量級的透射型基板的優(yōu)點。

然而，作為本發(fā)明的發(fā)明人的檢查結(jié)果，如美國專利no.6850598中所描述的透射型靶那樣，在具有由多晶金剛石形成的透射基板的透射型靶中，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生放電或陽極電流降低的缺點或者產(chǎn)生x射線輸出變化的缺點。

本公開描述了設(shè)有由多晶金剛石形成的透射基板的透射型靶，在該靶中，放電的產(chǎn)生、陽極電流的降低和x射線輸出變化得以緩解。另外，本公開描述了在其中放電的產(chǎn)生、陽極電流的降低和x射線輸出變化高可靠性得以緩解的x射線發(fā)生管、x射線發(fā)生裝置和x射線成像系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，透射型靶包括：靶層；以及透射基板，其被配置為支撐靶層。透射基板包括彼此面對的第一表面和第二表面，并且由多晶金剛石形成。第一表面包括具有第一平均晶粒直徑的多晶金剛石，第一平均晶粒直徑小于其第二表面中所包括的多晶金剛石的第二平均晶粒直徑，并且靶層由第一表面或第二表面支撐。

從以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得清楚。

附圖說明

圖1a是例示這里所公開的第一實施例的透射型靶的配置圖。

圖1b是例示透射型靶在其操作狀態(tài)下的配置圖。

圖2a是例示這里所公開的第一實施例的透射型靶被應(yīng)用到的陽極的配置圖。

圖2b是例示其修改形式的透射型靶被應(yīng)用到的陽極的配置圖。

圖3a是例示這里所公開的第二實施例的透射型靶的配置圖。

圖3b是例示透射型靶在其操作狀態(tài)下的配置圖。

圖4a是例示這里所公開的第二實施例的透射型靶被應(yīng)用到的陽極的配置圖。

圖4b是例示其修改形式的透射型靶被應(yīng)用到的陽極的配置圖。

圖5a是例示設(shè)有實施例的透射型靶的x射線發(fā)生管的示意性配置圖。

圖5b是例示設(shè)有實施例的透射型靶的x射線發(fā)生裝置的示意性配置圖。

圖5c是例示設(shè)有實施例的透射型靶的x射線成像系統(tǒng)的示意性配置圖。

圖6a例示第一實施例的透射型靶的透射基板的表面24的圖像，該圖像是通過電子背散射衍射法觀察到的。

圖6b例示表面24的晶粒直徑分布。

圖6c例示第一實施例的透射型靶的透射基板的表面25的圖像，該圖像是通過電子背散射衍射法觀察到的。

圖6d例示表面25的晶粒直徑分布。

圖7是例示被配置為評估x射線發(fā)生裝置的輸出穩(wěn)定性的評估系統(tǒng)70的配置圖。

圖8a是例示第一參考例子的靶89的裂縫發(fā)展模式的說明圖。

圖8b是例示第一實施例的靶9的裂縫發(fā)展模式的說明圖。

圖9a是例示在第一參考(比較)例子的陽極91中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電失敗部分(裂縫)61和62的說明圖。

圖9b是例示顆粒物質(zhì)92的說明圖。

圖9c是例示顆粒物質(zhì)95的說明圖。

圖9d是例示圖9a中所示的比較例子的操作狀態(tài)的說明圖。

圖10a例示第二實施例的透射型靶的透射基板的表面24的通過電子背散射衍射法觀察到的圖像。

圖10b例示表面24的晶粒直徑分布。

圖10c例示表面25的通過電子背散射衍射法觀察到的圖像。

圖10d例示表面25的晶粒直徑分布。

圖11a是例示第二參考例子的靶89的熱形變模式和熱應(yīng)力變形σ的說明圖。

圖11b是例示第二實施例的靶9的熱形變模式和熱應(yīng)力變形σ的說明圖。

圖12是例示在第二參考例子的陽極141中發(fā)現(xiàn)的裂縫63的說明圖。

具體實施方式

將參照附圖來詳細地描述本公開的實施例。實施例中所描述的組件的尺寸、材料、形狀和相對布置并非意圖限制本公開的范圍。

首先，將描述本公開的透射型靶可以被應(yīng)用到的x射線發(fā)生管和x射線發(fā)生裝置。圖5a和5b分別是例示設(shè)有本公開的透射型靶9的x射線發(fā)生管102和x射線發(fā)生裝置101的相應(yīng)實施例的配置圖。

x射線發(fā)生管

圖5a例示具有電子發(fā)射源3和透射型靶9的透射型x射線發(fā)生管102的實施例。以下，在本說明書中，透射型靶9被稱為靶9。

在第一實施例中，靶層22被從設(shè)置在電子發(fā)射源3上的電子發(fā)射部分2發(fā)射的電子束5照射，由此產(chǎn)生x射線輻射。因此，靶層22在透射基板(金剛石基板)21上布置在電子發(fā)射源側(cè)，電子發(fā)射部分2被布置為與靶層22相對。

在該實施例中，靶層22中所產(chǎn)生的x射線如圖5a中所示那樣在需要的情況下通過靶9前面的具有開口的準直儀而在發(fā)射角上受限，并且形成為x射線束11。在該實施例中，被配置為在其管子的內(nèi)部保持靶9的管狀陽極構(gòu)件42用作準直儀。

電子束5中所包括的電子通過加速電場而被加速到在靶層22中產(chǎn)生x射線輻射所需的入射能量，所述加速電場形成在插入在陰極51與陽極52之間的x射線發(fā)生管102的內(nèi)部空間13中。

在該實施例中，陽極52至少包括靶9和陽極構(gòu)件42，并且用作確定x射線發(fā)生管102的陽極電勢的電極。

陽極構(gòu)件42由導(dǎo)電材料形成，并且電連接到靶層22。如圖5a中所示，該實施例的陽極構(gòu)件42連接到透射基板21的周邊以保持靶9。陽極構(gòu)件42含有諸如鎢和鉭的重金屬，并且通過如圖5a中所示那樣具有包括在靶9的前側(cè)的延伸部分(在其中保留了開口)的形式而用作準直儀。稍后將描述靶9的詳細實施例。

為了保證電子束5的平均自由行程的目的，x射線發(fā)生管102的內(nèi)部空間13被抽真空。就電子發(fā)射源3的壽命而言，x射線發(fā)生管102的內(nèi)部的真空度優(yōu)選地在1e-8pa與1e-4pa(包括)之間，更優(yōu)選地，在1e-8pa與1e-6pa(包括)之間。在該實施例中，電子發(fā)射部分2和靶層22分別布置在內(nèi)部空間13中或者外殼(x射線發(fā)生管102)的內(nèi)表面上。

可以通過下述方式來對x射線發(fā)生管102的內(nèi)部空間13抽真空：通過使用排氣管和真空泵(未示出)從內(nèi)部空間13疏散空氣，然后密封排氣管。在x射線發(fā)生管102的內(nèi)部空間13中，為了維持真空度的目的，可以布置吸氣劑(未示出)。

為了在具有負電勢的電子發(fā)射源3與具有陽極電勢的靶層22之間實現(xiàn)電絕緣的目的，x射線發(fā)生管102包括在其本體部分中的絕緣管110。絕緣管110由諸如玻璃材料或陶瓷材料的絕緣材料形成。在該實施例中，絕緣管110具有限定電子發(fā)射部分2與靶層22之間的距離的功能。

外殼111優(yōu)選地由具有用于維持真空度的氣密性和耐大氣壓力性質(zhì)的堅硬構(gòu)件形成。在該實施例中，外殼111包括絕緣管110、設(shè)有電子發(fā)射源3的陰極51和設(shè)有靶9的陽極52。

因此，在該實施例中，陰極51和陽極52分別連接到絕緣管110的兩個相對端，從而構(gòu)成部分外殼111。以相同的方式，透射基板21用作用于在x射線發(fā)生管102外部獲取在靶層22中產(chǎn)生的x射線的透射窗口，并且可以被說成是構(gòu)成部分外殼111。

電子發(fā)射源3被設(shè)置為與設(shè)置在靶9上的靶層22相對。電子發(fā)射源3可以是熱陰極(諸如鎢絲和浸漬陰極)或者冷陰極(諸如碳納米管)。為了控制電子束5的束徑、電流密度和開-關(guān)定時的目的，電子發(fā)射源3可以設(shè)有柵格電極和靜電透鏡電極(未示出)。

x射線發(fā)生裝置

圖5b例示了被配置為使得x射線束11朝向x射線透射窗口121的前面的x射線發(fā)生裝置101的實施例。該實施例的x射線發(fā)生裝置101包括在具有x射線透射窗口121的貯存容器120的內(nèi)部中的、作為x射線源的x射線發(fā)生管102和用于驅(qū)動x射線發(fā)生管102的驅(qū)動電路103。

管電壓va通過驅(qū)動電路103施加于陰極51與陽極52之間，并且在靶層22與電子發(fā)射部分2之間形成加速的電場。通過根據(jù)需要設(shè)置與靶層22的金屬的類型和層厚度相應(yīng)的管電壓va，可以選擇射線照相所需的射線類型。

容納x射線發(fā)生管102和驅(qū)動電路103的貯存容器120優(yōu)選地具有足以作為容器的強度，并且在散熱性上是優(yōu)越的，并且可以由例如金屬材料(諸如黃銅、鐵、不銹鋼)形成。

在該實施例中，絕緣液體109填充在貯存容器120的內(nèi)部中除了x射線發(fā)生管102和驅(qū)動電路103之外的其余空間43中。絕緣液體109是具有絕緣性的液體，并且具有用于維持貯存容器120內(nèi)部中的電絕緣性的功能、以及作為x射線發(fā)生管102的冷卻介質(zhì)的功能。這里所使用的絕緣液體109優(yōu)選為絕緣油，諸如礦物油、硅油或基于全氟的油。

x射線成像系統(tǒng)

隨后，將參照圖5c來描述設(shè)有本公開的靶9的x射線成像系統(tǒng)60的配置例子。

系統(tǒng)控制單元202執(zhí)行x射線發(fā)生裝置101和x射線檢測器206的集成控制。驅(qū)動電路103在系統(tǒng)控制單元202的控制下將各種控制信號輸出到x射線發(fā)生管102。驅(qū)動電路103與x射線發(fā)生管102一起容納在設(shè)置在x射線發(fā)生裝置101中的該實施例的貯存容器120的內(nèi)部中。然而，驅(qū)動電路103可以布置在貯存容器120的外部。從x射線發(fā)生裝置101發(fā)射的x射線束11的發(fā)射狀態(tài)由從驅(qū)動電路103輸出的控制信號控制。

從x射線發(fā)生裝置101發(fā)射的x射線束11由設(shè)有可移動光圈的準直儀單元(未示出)在x射線發(fā)生裝置101的輻射范圍內(nèi)調(diào)整，從x射線發(fā)生裝置101射出，透射通過被檢體204，并且由檢測器206檢測。檢測器206將所檢測的x射線轉(zhuǎn)換為圖像信號，并且將該圖像信號輸出到信號處理單元205。

信號處理單元205在系統(tǒng)控制單元202的控制下對圖像信號執(zhí)行預(yù)定信號處理，并且將所處理的圖像信號輸出到系統(tǒng)控制單元202。

系統(tǒng)控制單元202基于所處理的圖像信號將用于在顯示設(shè)備203上顯示圖像的顯示信號輸出到顯示設(shè)備203。

顯示設(shè)備203在屏幕上顯示基于顯示信號的圖像作為被檢體204的拍攝圖像。

x射線成像系統(tǒng)60可以用于工業(yè)產(chǎn)品的無損檢驗或者人體或動物的疾病診斷。

靶

隨后，將參照圖1a和1b、圖2a和2b、圖3a和3b以及圖4a和4b來描述本公開的靶9的實施例。

圖1a和1b以及圖2a和2b中所示的實施例是靶層22形成在表面24上的實施例，表面24的平均晶粒直徑與和其相對的表面25相比較小，該實施例被稱為本說明書的第一實施例。相反，圖3a和3b以及圖4a和4b中所示的實施例是靶層22形成在表面24上的實施例，表面24的平均晶粒直徑與和其相對的表面25相比較大，該實施例被稱為本說明書的第二實施例。稍后將描述第一實施例和第二實施例的詳細應(yīng)用。

在圖1a和圖3a中分別示出的第一實施例和第二實施例中，靶9至少包括靶層22和透射基板21，靶層22含有靶金屬，透射基板21被配置為支撐靶層22。圖1b和圖3b分別例示了圖1a和圖3a中所示的靶9的操作狀態(tài)。x射線輻射通過靶層22的表面之一接收電子束5的照射而成徑向狀態(tài)發(fā)射。

從本公開的靶9的靶層22發(fā)射的x射線輻射的在基板厚度方向上透射通過透射基板21的部分通過具有開口的準直儀59而形成為x射線束11，并且被帶出到透射基板21的前面。在圖1b和圖3b中，僅從電子束的焦點產(chǎn)生的x射線的發(fā)射分量用虛線指示，所述電子束在通過連接x射線束11和該焦點而形成的范圍內(nèi)成徑向狀態(tài)輻射在靶層22上。

透射基板21由在基板厚度方向上具有晶粒直徑分布的多晶金剛石形成。化學氣相沉積法(cvd法)、烘培并且固化微晶金剛石的固態(tài)烘培法、或者通過分解和沉淀動作來烘培粘結(jié)金屬(諸如鈷和微晶金剛石)的液相烘焙法應(yīng)用于制造由多晶金剛石形成的透射基板21。就x射線的射束質(zhì)量和導(dǎo)熱性而言，因為除了碳之外的元素和除了sp3鍵合之外的碳鍵合小，所以優(yōu)選使用化學氣相沉積法。

基于化學氣相沉積法的多晶金剛石可以通過下述方式形成為自含多晶金剛石層：在晶種基板上形成多晶金剛石的膜，并且機械地或化學地移除晶種基板。

如圖1a和圖3a中所示，透射基板21的輪廓具有平板形狀，所述平板形狀具有彼此相對的、一對表面中的一個表面24和該對表面中的另一個表面25，并且例如，利用平行六面體形狀或盤形。

直徑為2mm至10mm的盤形透射基板21能夠提供在其上可以形成所需的焦點直徑的靶層22，并且厚度為0.3mm至3mm能夠保證輻射的透射性。當利用具有平行六邊形形狀的金剛石基底材料時，上述直徑范圍可以被平行六面體的表面的短邊和長邊的長度取代。

靶層22含有作為靶金屬的具有高原子數(shù)、高熔點和高比重的金屬元素。就相對于透射基板21的親和力而言，靶金屬優(yōu)選地為選自具有碳化物的形成的負標準自由能的鉭、鉬和鎢的組的至少一種類型的金屬。靶金屬可以作為具有單一成分或合金成分的純金屬包含在靶層22中，或者可以作為金屬化合物(諸如金屬的碳化物、氮化物和氮氧化物)而包含。

靶層22的層厚度選自1μm與12μm之間的范圍。靶層22的層厚度的下限和上限是從確保x射線輸出強度和減小界面應(yīng)力的角度來確定的，3μm與9μm之間的范圍是優(yōu)選的。

靶9包括圖2a和圖4a中所示的實施例中的陽極構(gòu)件42、蠟材料48和導(dǎo)電電極47，以便構(gòu)成x射線發(fā)生管的部分陽極52。導(dǎo)電電極47是根據(jù)建立相對于陽極構(gòu)件42的電連接的必要性而提供的導(dǎo)電構(gòu)件。導(dǎo)電電極47的材料的例子包括諸如錫、銀和銅的金屬或金屬氧化物。

蠟材料48具有將靶9保持在陽極構(gòu)件42上的功能，并且具有靶層22與陽極構(gòu)件42之間的電連接的功能。蠟材料48是含有金、銀、銅、錫等的合金，并且可以通過根據(jù)所需要的接合構(gòu)件選擇合金成分來確保不同材料(諸如透射基板21、導(dǎo)電電極47和陽極構(gòu)件42)之間的粘合性。

圖2b和圖4b中所示的實施例是圖2a和圖4a中所示的陽極52的修改形式。在這些例子中，透射基板21呈錐形，以使得其截面面積在透射基板21的基板厚度方向23上朝向支撐靶層22的表面24縮小。

在圖2b和圖4b中所示的陽極52中，側(cè)面與表面24之間的角度分別與圖2a和圖4a中所示的陽極52相比是鈍角。因此，效果是應(yīng)力集中于支撐靶層22的表面的周邊邊緣。第一實施例的陽極52具有下述效果：當蠟材料48突出的情況發(fā)生時，蠟材料48朝向靶9的前側(cè)的突出受到約束。當蠟材料的涂覆量不均勻或過多時，或者當壓應(yīng)力施加于蠟材料48時，可能使得蠟材料48突出，圖2b或圖4b中所示的實施例解決這樣的問題。

隨后，將參照圖8、圖9、圖11和圖12來詳細描述相對于透射基板21的關(guān)系。

常規(guī)技術(shù)的缺點涉及在具有由多晶金剛石形成的透射基板的x射線發(fā)生管中觀察到的操作不穩(wěn)定，包括放電、陽極電流和x射線輸出變化。作為本發(fā)明的發(fā)明人進行勤奮的檢查和實驗研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)下述事實：具有不穩(wěn)定性的x射線發(fā)生管在多晶金剛石的晶粒直徑分布與形成靶層的表面之間具有共同關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人對常規(guī)的基于金剛石的基板進行的檢查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透射基板的基于多晶金剛石的晶粒場分布而產(chǎn)生的裂縫不利地出現(xiàn)。另外，發(fā)現(xiàn)靶層、連接電極和蠟材料的分離和缺失是由于多晶金剛石的晶粒場密度而導(dǎo)致的。特別地，在靶經(jīng)受與脈沖驅(qū)動相關(guān)聯(lián)的熱沖擊或機械振動的操作狀態(tài)下，透射基板的裂縫非常有可能出現(xiàn)。另外，在透射基板在晶粒場中具有sp2鍵合的情況下，靶層、連接電極和蠟材料的分離和缺失有可能發(fā)生。

在圖9a中的第一參考例子中，例示了從x射線發(fā)生管取出的陽極91，其中，在耐用度加速度測試中觀察到放電和陽極電流的降低。陽極91包括靶89、陽極構(gòu)件42、蠟材料48和導(dǎo)電電極47，靶89包括由多晶金剛石形成的透射基板81和靶層22。

在陽極91中，如圖9a中所示，在透射基板21中發(fā)現(xiàn)微小的導(dǎo)電失敗部分61和62。導(dǎo)電失敗部分61位于靶層22的區(qū)域中，并且部分靶層22和部分透射基底材料21從靶89缺失。導(dǎo)電失敗部分62位于導(dǎo)電電極47的區(qū)域中，并且部分導(dǎo)電電極47和部分透射基底材料21從靶89缺失。作為第一參考例子中的透射基板81的截面的觀察的結(jié)果，各個觀察到的缺失部分被確定為沿著晶粒場缺失。

作為第一參考例子的x射線發(fā)生管的內(nèi)部的檢查的結(jié)果，如圖9b和9c中所示的顆粒物質(zhì)92和顆粒物質(zhì)95粘附到外殼的內(nèi)部。顆粒物質(zhì)92包括薄帶93和金剛石帶94，薄帶93由靶層中所含的靶金屬形成，金剛石帶94在基本垂直方向上從薄帶93延伸。顆粒物質(zhì)95包括薄帶96和金剛石帶97，薄帶96由導(dǎo)電電極47中所含的導(dǎo)電材料形成，金剛石帶97在基本垂直方向上從薄帶96延伸。顆粒物質(zhì)92和顆粒物質(zhì)95被發(fā)現(xiàn)是靶89的與導(dǎo)電失敗部分61和62相應(yīng)的離析帶。

在參考例子的x射線發(fā)生管上進行的耐用度加速測試中，制備陽極接地的x射線發(fā)生管，將操作時間段設(shè)置為10個小時(在所述操作時間段中重復(fù)包括曝光時間段和停止時間段的一分鐘周期)，并且0.1hz、0.1n的負載在該操作時間段期間施加于x射線發(fā)生管的陽極構(gòu)件。

在第一參考例子的x射線發(fā)生管中產(chǎn)生的放電和陽極電流降低的詳細機理不清楚。然而，假定至少涉及由在陽極91中產(chǎn)生的微小裂縫引起的顆粒物質(zhì)92、95和導(dǎo)電失敗部分63。

顆粒物質(zhì)92和95包括金剛石帶94和97以及連接到金剛石帶94和97的薄帶93和96，金剛石帶94和97分別是絕緣區(qū)域，薄帶93和96是導(dǎo)電區(qū)域。因此，在管電壓va被施加到的x射線發(fā)生管的內(nèi)部中，因為具有離析的顆粒物質(zhì)的帶電電荷不為0，所以顆粒物質(zhì)92和95根據(jù)x射線發(fā)生管內(nèi)部中的電場朝向陽極或陰極移動。移動的顆粒物質(zhì)92和95粘附到陽極或陰極的表面，或者撞擊該表面并且從該表面彈出。確定的是，粘附的顆粒物質(zhì)92和95重復(fù)下述一系列動作：作為與陽極或陰極接觸的結(jié)果而被充上正電荷或負電荷，朝向相對的陰極或陽極移動，并且在與x射線發(fā)生管中的電場方向平行或反平行的方向上移動。

如上所述的顆粒物質(zhì)92和95的行為是從在第一參考例子的x射線發(fā)生管中異常地觀察到的尖峰狀陽極電流變化確定的，并且還發(fā)現(xiàn)放電是通過該尖峰狀陽極電流變化觸發(fā)而發(fā)生的。盡管觸發(fā)放電的直接原因不清楚，但是與顆粒物質(zhì)92和95的碰撞相關(guān)聯(lián)的離子氣體的產(chǎn)生、以及相對于這些顆粒物質(zhì)的絕緣區(qū)域和導(dǎo)電區(qū)域、絕緣管、陽極和陰極而發(fā)生的電場集中引起放電。

作為顆粒物質(zhì)92產(chǎn)生的結(jié)果，靶89中的導(dǎo)電失敗部分61形成裂縫63，金剛石在陽極91的內(nèi)部中從裂縫63局部暴露。裂縫63是暴露絕緣金剛石的區(qū)域，并且從金剛石的二次電子發(fā)射系數(shù)的一次電子能量依賴性而被充上負電，并且電勢降至比裂縫63的周邊低的電平。具有負電子親和力的金剛石對裂縫63周圍具有陽極電勢的構(gòu)件執(zhí)行場電子發(fā)射。這樣的局部場電子發(fā)射似乎是放電的原因。

就金剛石的親油性而言，由不可避免的殘留有機氣體(諸如甲烷)引起的累積的聚合碳的量估計在裂縫63中比在裂縫63的周邊相對較大，裂縫63存在于被電子束5照射的位置處。因此，估計，陽極電流的降低與由聚合碳引起的氣體和離子的產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)地發(fā)生。

作為關(guān)于在第一參考例子的靶89中產(chǎn)生的裂縫的產(chǎn)生原因的進一步檢查的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人確定，裂縫是由在靶89中產(chǎn)生的不可避免的應(yīng)力和基板厚度方向23上的晶粒直徑分布引起的。將參照圖8a和8b來描述所估計的裂縫產(chǎn)生機理。

圖8a例示了圖9a和9d中所示的靶89時的裂縫發(fā)展模式。第一參考例子的靶89在透射基板的基板厚度方向23上具有晶粒直徑分布，并且在支撐靶層的表面25上具有比與表面25相對的表面24小的晶粒直徑。

第一參考例子的靶89的透射基底構(gòu)件71、由于在靶89中產(chǎn)生的應(yīng)力而在基板厚度方向23上產(chǎn)生的裂縫64用雙線示出。在第一參考例子的透射基底構(gòu)件71中產(chǎn)生的裂縫64沿著晶粒場從表面24發(fā)展到表面25正下面的位置。隔離的晶粒10被裂縫64包圍。在第一參考例子中觀察到的裂縫64的產(chǎn)生原因，本發(fā)明的發(fā)明人如以下給出的那樣進行評論。

從在參考例子的靶80的透射基底構(gòu)件71中產(chǎn)生的多個裂縫的分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)裂縫在晶粒場中產(chǎn)生。已知的是，多晶金剛石的晶粒場含有雜質(zhì)和具有石墨性質(zhì)的sp2鍵合。因此，理解，鍵合力在晶粒場中弱，并且裂縫可以易于產(chǎn)生。

因此，理解，裂縫的發(fā)展根據(jù)晶粒直徑而不同，如果晶粒直徑相對小，則裂縫的發(fā)展受損，因此，所產(chǎn)生的裂縫小。相反，如果晶粒直徑大，則所產(chǎn)生的裂縫的長度趨向于較長。

隨后，將參照圖8a和8b來描述基板厚度方向23上的晶粒場的各向異性和所估計的影響裂縫發(fā)展的機理。當在晶粒直徑較大的表面25上產(chǎn)生裂縫時，因為與其他晶粒場交叉的頻率低，因此裂縫的發(fā)展不受損于交叉部分，因此，裂縫可能容易地延伸到相對表面24，像圖8a中所示的裂縫64那樣。相反，當在晶粒直徑較小的表面24上產(chǎn)生裂縫時，與其他晶粒場交叉的頻率高，因此，裂縫的發(fā)展不受損于交叉部分，并且在表面24的附近停止，像圖8b中所示的裂縫65和66那樣。

將描述本發(fā)明的發(fā)明人關(guān)于在透射基板81中產(chǎn)生的應(yīng)力的評論。由熱沖擊和機械應(yīng)力引起的應(yīng)力(諸如熱應(yīng)力)在透射基板81中產(chǎn)生?；跓釠_擊的熱應(yīng)力估計已經(jīng)在作為透射基板81在被電子束照射的一側(cè)的表面的表面25中產(chǎn)生，其在例如以脈沖的方式驅(qū)動的電子束5照射開始時由于升溫而引起。作為機械應(yīng)力，從x射線發(fā)生管或x射線發(fā)生裝置的外部不可避免地施加(經(jīng)由x射線發(fā)生管或x射線發(fā)生裝置的支撐機構(gòu)施加)的機械操作是可想到的。該機械操作包括意圖調(diào)整曝光場的準直儀調(diào)整，并且包括濾光器的更換。

設(shè)想提供被配置為阻抑x射線發(fā)生管或x射線發(fā)生裝置上的如上所述的機械應(yīng)力的阻尼機構(gòu)。然而，裝置重量增加，并且阻尼機構(gòu)的特征振動的振幅或被吸收的振動引起次生振動，因此，機械應(yīng)力難以完全阻抑。

盡管各種類型的應(yīng)力被假定為假設(shè)該應(yīng)力在透射基板81中產(chǎn)生，但是靶層22與透射基板81之間的界面的“約束”、以及存在于前面和背面上的“物理性質(zhì)的不一致性”使得支撐靶層的一側(cè)成為裂縫的起始點。

盡管未示出，但是使用由多晶金剛石形成的、在基板厚度方向上的晶粒直徑分布中不具有不對稱性的透射基板，在其前面或背面之一上形成靶層，并且制造在其中集成靶的x射線發(fā)生管。當通過以與上述參考例子相同的方式重復(fù)地應(yīng)用權(quán)重來進行x射線發(fā)生管的操作測試時，觀察到陽極電流的降低和放電。

當進行了操作測試之后的x射線發(fā)生管被拆卸并且靶被取出時，以與圖8a相同的方式觀察到，裂縫在基板厚度方向上從形成靶層的一側(cè)發(fā)展到基板的厚度的一半。

裂縫的原因估計是因為，由于從形成靶層的表面到相對表面，在靶層側(cè)產(chǎn)生的熱沖擊和晶粒場的密度不減小，所以阻礙裂縫的發(fā)展的動作不發(fā)生。

基于如上所述的評論，本發(fā)明的發(fā)明人專注于透射基板的基板厚度方向上的晶粒場的減小的過程，并且本公開包括第一實施例，其特征在于靶層在晶粒場較小的表面上受到支撐。

就第一實施例的特性而言，即使在由從外部施加的熱沖擊或機械應(yīng)力引起的應(yīng)力存在的情況下在透射基板中產(chǎn)生裂縫，約束基板厚度方向上的裂縫的發(fā)展的功能也起作用，并且可以減少從靶離析的顆粒物質(zhì)的產(chǎn)生，并且可以通過約束基板厚度方向上的裂縫的發(fā)展來減少放電的發(fā)生和陽極電流的降低。

就圖2a和2b中所示的設(shè)有第一實施例的靶9的陽極52而言，在第一參考例子的陽極91中發(fā)現(xiàn)的咯咯叫聲(cluck)的產(chǎn)生受到約束。在第一實施例應(yīng)用于x射線發(fā)生管的情況下，可以減少相對于陽極52的放電的發(fā)生和陽極電流的降低。

圖12例示了作為第二參考例子的陽極141，在陽極141中，在曝光動作重復(fù)1000次之后發(fā)現(xiàn)x射線輸出變化。陽極141包括靶119、陽極構(gòu)件42、蠟材料47和導(dǎo)電電極47，靶119包括由多晶金剛石形成的透射基板131和靶層22。

在陽極141中，如圖12中所示，分別在靶119和蠟材料48中的每個中發(fā)現(xiàn)(多個)微小裂縫61、62和63。盡管x射線輸出變化的機理不是非常清楚，但是至少涉及由在陽極141中產(chǎn)生的微小裂縫引起的陽極的電勢確定性能的降低。

作為關(guān)于在第二參考例子的靶119的陽極141中產(chǎn)生的裂縫的進一步檢查的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人確定，裂縫是由熱應(yīng)力變形引起的，所述熱應(yīng)力變形是由停止時和操作時的線性膨脹的差異引起的。將參照圖11a和11b來描述應(yīng)用于陽極的電勢確定性能的透射基底材料的晶粒直徑分布的作用機理。

圖11a例示了當圖12中所示的靶119在操作中時熱應(yīng)力變形的形變模式和不對稱性δσc。靶119在透射基板的基板厚度方向23上具有晶粒直徑分布，并且在支撐靶層的表面25上具有比與表面25相對的表面24小的晶粒直徑。在圖11a中所示的靶119中，略去了晶粒和晶粒場分布。在靶119中，基板厚度方向23上的熱應(yīng)力變形的不對稱性δσc意指表面24的熱應(yīng)力變形σc24與表面25的熱應(yīng)力變形δσc25之間的差異。

在靶119中，在透射基板21的基板厚度方向23上通過支撐靶層22的表面25上的發(fā)熱而產(chǎn)生溫度分布的狀態(tài)用虛線所表達的等溫線指示。當停止時間段和操作時間時的靶119的表面25和表面24之間的溫差分別用δt25和δt24表達時，滿足關(guān)系δt25＞δt24。

相反，第二參考例子的靶119估計具有線性膨脹系數(shù)α的不對稱性，所述不對稱性是由透射基板的基板厚度方向23上的晶粒場的表面密度引起的。本發(fā)明的發(fā)明人如下所述那樣評論原因。

構(gòu)成多晶金剛石的單晶粒和晶粒場在碳框架結(jié)構(gòu)的成分上有差異。單晶粒由sp3鍵合框架結(jié)構(gòu)管控，并且在晶粒中具有連續(xù)性。然而，晶粒場通過預(yù)定集中而含有sp2鍵合框架結(jié)構(gòu)。

靶119在被組裝在x射線發(fā)生管中的制造過程中以及在產(chǎn)生x射線的操作時接收各種類型的熱量的供應(yīng)。已知的是，在多晶金剛石應(yīng)用于透射基板131的情況下，晶粒場比在晶粒中更易于從sp3鍵合變?yōu)閟p2鍵合。因此，與晶粒內(nèi)部相比，晶粒場的sp2鍵合的濃度優(yōu)先在加熱之前和之后增大。換句話講，具有具備晶粒場的密度分布的透射基板的靶可以被說成是在晶粒邊界密度高的表面上具有比晶粒邊界密度低的表面更高濃度的sp2鍵合。

具有作為主要組件的理想sp3鍵合框架結(jié)構(gòu)的單晶金剛石的線性膨脹系數(shù)在20℃下為1.0ppm/k。相反，具有作為主要組件的sp2鍵合框架結(jié)構(gòu)的單晶金剛石的線性膨脹系數(shù)在20℃下為3.1ppm/k。因此，晶粒直徑小的表面25具有高密度的sp2鍵合，并且是具有與晶粒場的高密度相應(yīng)的大的線性膨脹系數(shù)α的表面。因此，建立關(guān)系α25＞α24，其中，α24和α25分別是靶119的表面25和表面24的線性膨脹系數(shù)。

熱應(yīng)力變形σ與線性膨脹系數(shù)α和溫差δt的乘積成比例，由于如圖11a中所示的不對稱性α和不對稱性δt相對于彼此的協(xié)同效應(yīng)，在第二參考例子的靶119操作時在基板厚度方向23上發(fā)生的熱應(yīng)力變形的不對稱性δσc變大。

在陽極141中，因為產(chǎn)生了大的熱應(yīng)力變形的不對稱性δσc，所以估計在靶層22、導(dǎo)電電極47和蠟材料48中產(chǎn)生裂縫。

圖11b例示了根據(jù)第二實施例的靶9。圖11b例示了當圖3a中所示的靶9在操作中時的形變模式和熱應(yīng)力變形δσe。在圖11的該實施例中，在透射基板21的基板厚度方向23上具有晶粒直徑分布并且被配置為支撐靶層22的表面24的晶粒直徑大于該對表面中的與表面24相對的另一個表面25的晶粒直徑。在圖11b中所示的靶9中，略去了相應(yīng)的圖3b中所示的晶粒和晶粒場分布。在該實施例的靶119中，基板厚度方向23上的熱應(yīng)力變形的不對稱性δσe意指表面24的熱應(yīng)力變形σc24與表面25的熱應(yīng)力變形δσe25之間的差異。

同樣地在該實施例中，以與參考例子相同的方式，在透射基板21中在基板厚度方向23上由于靶層22中的發(fā)熱而產(chǎn)生溫度分布的狀態(tài)用虛線所表達的等溫線指示。當在停止時間段和操作時間該實施例的靶9的表面24和表面25之間的溫差分別用δt24和δt25表達時，滿足關(guān)系δt24＞δt25。

此外，晶粒直徑大的表面24具有低濃度的sp2鍵合，并且是具有與晶粒場的低密度相應(yīng)的小的線性膨脹系數(shù)α的表面。因此，建立關(guān)系α24＞α25，其中，α24和α25分別是該實施例的靶9的表面24和表面25的線性膨脹系數(shù)。

熱應(yīng)力變形σ與線性膨脹系數(shù)α和溫差δt的乘積成比例，通過抵消如圖11b中所示的不對稱性α和不對稱性δt的效應(yīng)，在該實施例的靶9操作時在基板厚度方向23上發(fā)生的熱應(yīng)力變形的不對稱性δσe變小。以這種方式，在第二實施例的靶9中，可以說，由晶粒邊界密度引起的基板厚度方向上的線性膨脹系數(shù)分布抵消由入射電子束引起的基板厚度方向上的熱值分布的機理起作用。

盡管未示出，但是由多晶金剛石形成的在基板厚度方向上的晶粒直徑分布中不具有不對稱性的透射基板用于在降低的大氣下對透射基板進行加熱。在透射基板的前面或背面之一上形成靶層，并且制造包括集成在其中的靶的x射線發(fā)生管。當以與上述參考例子相同的方式重復(fù)地進行x射線發(fā)生管的操作測試時，觀察到x射線強度的變化。

當經(jīng)過操作測試的x射線發(fā)生管被拆卸并且被取出時，以與圖12相同的方式在靶層與連接電極之間觀察到膜分離。

膜分離的原因估計是，因為晶粒邊界密度在基板厚度方向上不具有不對稱性，所以通過入射電子束減小存在于基板厚度方向上的熱值分布的機理不起作用。

含有金剛石的碳成分中的sp2鍵合的濃度可以通過電子能量損失能譜法(eels法)等來確定。sp2鍵合的濃度可以被指定為[sp2鍵合檢測濃度]/([sp2鍵合檢測濃度]+[sp3鍵合檢測濃度])。

就設(shè)有圖4a和4b中所示的該實施例的靶9的陽極52而言，在參考例子的陽極141中發(fā)現(xiàn)的裂縫的產(chǎn)生受到約束。在第一實施例應(yīng)用于x射線發(fā)生管的情況下，可以減小相對于陽極51的電勢確定性能的降低和x射線的輸出變化。

作為如圖1a和圖3a中所示的在基板厚度方向23上具有晶粒直徑分布的透射基板21，可以應(yīng)用通過化學氣相沉積法形成的自含多晶金剛石。

在通過化學氣相沉積法形成的自含多晶金剛石中，通過在晶種基板(未示出)上從等離子體大氣引起多晶金剛石的晶體生長、然后移除晶種基板而獲得。

通過化學氣相沉積法獲得的透射基板21的基板厚度方向23上的晶粒直徑分布可以通過選擇膜形成的條件和晶種的條件來進行控制。

圖6a和6c是通過電子背散射衍射法(ebsd法)對于通過化學氣相沉積法獲得的透射基板21的表面24和表面25觀察的多晶圖像。各個觀察圖像中凝結(jié)均勻的區(qū)域是具有晶體對齊取向的單晶域，其對應(yīng)于本公開的晶粒。各個單晶域之間的邊界對應(yīng)于本公開的晶粒場。

在通過化學氣相沉積法形成的多晶材料中，晶種基板側(cè)的晶粒直徑限于與晶種基板的生長核相應(yīng)的大小。當通過化學氣相沉積法形成多晶金剛石時，單晶金剛石的晶粒在垂直于基板厚度方向23的方向上從多個生長核生長。在垂直于基板厚度方向23的方向上的晶體生長的過程中，產(chǎn)生從任何原因來講生長相對較大的晶粒。

如果引起了某一晶粒變?yōu)橹鲗?dǎo)、與其相鄰的其他晶粒由于相鄰晶粒之間的生長速度的差異而消失的情況，則認為平均晶粒直徑的增大和晶體界面的表面密度的降低在基板厚度方向23上發(fā)生。

這樣的晶體生長過程可以被認為是基板厚度方向23上的晶體界面的生長。當限定某一晶粒的晶體界面在基板厚度方向23上生長時，引起晶粒與和其相鄰的其他晶粒場交叉并且晶體界面之一消失的階段。該狀態(tài)對應(yīng)于基板厚度方向23上的晶粒之一的晶體生長的過程中的消失階段。

在第一實施例中，透射基板21包括圖1a中所示的存在于其中的在基板厚度方向23上延伸的柱形晶粒，并且存在于晶粒之間的晶粒場具有在基板厚度方向上延伸的分量。這樣的晶體分量由如稍后描述的構(gòu)建條件控制。具有晶粒和在基板厚度方向上延伸的晶粒場的透射基板21在基板厚度方向上的散熱性上是優(yōu)越的。另一方面，如上所述，沿著晶粒場的裂縫的發(fā)展可以引起不希望的熱沖擊或機械應(yīng)力。

在圖1a中，將考慮下述情況：從晶種基板的表面到晶體界面消失的階段的平均距離用te表達，晶種基板(表面24)的位置用x＝0表達，生長表面(表面25)的位置用x＝ts表達?！皒”是0與ts(包括)之間的實際數(shù)字。

透射基板21的基板厚度方向23的位置x處的晶粒的平均線密度相對于晶種基板側(cè)的晶粒的平均線密度減小(1/2)的(x/te次)冪。換句話講，透射基板21的基板厚度方向23的位置x中的平均晶粒直徑相對于晶種基板側(cè)增大2的(x/te次)冪。

因此，相對于晶種基板側(cè)的晶粒的平均線密度，生長表面?zhèn)鹊谋砻?5的晶粒的平均線密度相對于晶種基板側(cè)的表面24減小(1/2)的(ts/te次)冪。換句話講，相對于表面24的表面25的平均晶粒直徑是增大到2的(ts/te次)冪的值。

如上所述，在通過化學氣相沉積法在晶種基板上構(gòu)建靶9的前體的情況下，如果前體被構(gòu)建為使得平均晶粒直徑在構(gòu)建方向上增大，則可以通過使用晶種基板側(cè)作為表面24來形成第一實施例的靶9。

以相同的方式，在通過化學氣相沉積法在晶種基板上構(gòu)建靶9的前體的情況下，如果前體被被構(gòu)建為使得平均晶粒直徑在構(gòu)建方向上增大，則可以通過使用晶體生長表面?zhèn)茸鳛楸砻?4來形成第二實施例的靶9。

相反，在通過化學氣相沉積法在晶種基板上構(gòu)建靶9的前體的情況下，如果前體被構(gòu)建為使得平均晶粒直徑在構(gòu)建方向上減小，則可以通過使用晶體生長表面?zhèn)茸鳛楸砻?4來形成第一實施例的靶9。

另外，在通過化學氣相沉積法在晶種基板上構(gòu)建靶9的前體的情況下，如果前體被構(gòu)建為使得平均晶粒直徑在構(gòu)建方向上增大，則可以通過使用晶種基板側(cè)作為表面24來形成第二實施例的靶9。

在形成具有各向同性的晶粒直徑分布的燒結(jié)物的情況下，構(gòu)建并且燒結(jié)作為彼此不同的材料的具有微晶金剛石的粒徑的多晶金剛石片材，以使得可以在多晶金剛石片材的構(gòu)建方向上形成晶粒直徑分布。

電子背散射衍射法利用照射在由晶體材料形成的標本上并且從該標本背散射的電子束呈現(xiàn)ebsd模式的事實、以及ebsd模式包括關(guān)于晶體形狀和晶體取向的信息的事實。ebsd模式也被稱為菊池線衍射模式。此外，在電子背散射衍射法中，與掃描電子顯微鏡(sem)組合，通過用電子束照射來掃描標本，并且對ebsd模式進行測量和分析，由此獲得與微小區(qū)域中的晶體形狀和晶體取向相關(guān)的信息。

在本公開中，在聚焦的表面24和25中，具有與表面區(qū)域中的獨立的微晶域匹配的直徑d的圓被假定為限定晶粒直徑d。另外，多晶金剛石的晶粒直徑d具有如圖6b和6d中所示的晶粒直徑分布，可以通過用圖像處理提取所觀察的多晶圖像中所包括的單晶域來確定晶粒的表面積和晶粒直徑d。

考慮到上述多晶金剛石的晶粒直徑分布，在本公開的說明書中，通過使用考慮表面積分分數(shù)si/∑si的平均晶粒直徑dm的幅值關(guān)系來區(qū)別并且選擇與被配置為支撐靶層的表面24相對的表面25。在本公開的說明書中，當在透射基板21被聚焦的表面中在晶粒直徑軸上按n個采樣數(shù)量對晶粒直徑分布進行采樣時，通過以下表達式來確定平均晶粒直徑dm。

表達式1

其中，以上給出的表達式中的參數(shù)，比晶粒直徑di-1大且不大于di的晶粒直徑是di，比晶粒直徑di-1大且不大于di的累積表面積是si，i是從1到n的整數(shù)，晶粒直徑d0是不小于0的實際數(shù)字。

圖6b和6d中所示的晶粒直徑分布用橫軸示出晶粒直徑(μm)，并且用垂直軸示出表面積分分數(shù)si/∑(si)。在晶粒直徑軸上進行采樣時，采樣段可以是段長度彼此不同的不等段，或者可以是di-1或更大與小于di之間的晶粒直徑的段。

為了確保晶粒直徑d的平均精度，觀察視野的大小優(yōu)選地按照需要根據(jù)采樣進行設(shè)置，以使得100個或更多個單晶域包括在該觀察視野中。考慮到表面24和表面25的觀察視野中所包括的晶粒直徑和晶粒直徑分布，可以如圖6a和6d中所示那樣從一個觀察表面到另一個觀察表面改變觀察視野的大小。

在第一實施例中，表面24是化學氣相沉積法中晶種基板側(cè)的自含多晶金剛石的表面，表面25指示生長表面?zhèn)鹊谋砻妗?/p>

第一實施例的特征在于，透射基板21具有不對稱性，以使得就透射基板21的基板厚度方向23上的裂縫的發(fā)展的約束而言，晶粒場的平均密度從被配置為支撐靶層22的表面24到與表面24相對的表面25減小。換句話講，第一實施例的特征在于，透射基板21具有不對稱性，以使得就透射基板21的基板厚度方向23上的裂縫的發(fā)展的約束而言，被配置為支撐靶層22的表面24的平均晶粒直徑小于與表面24相對的表面25的平均晶粒直徑。

因此，被配置為支撐靶層22的表面24的平均晶粒直徑dm24相對于與表面24相對的表面25的平均晶粒直徑dm25的比率優(yōu)選地小于1。平均晶粒直徑比dm24/dm25優(yōu)選地為0.5或更小，更優(yōu)選地，0.2或更小。

為了使得部分靶層22不被在被配置為支撐靶層22的表面24的一側(cè)不可避免地產(chǎn)生的裂縫65和66分離，表面24的平均晶粒直徑優(yōu)選地不超過靶層22的層厚度的10倍。從相同的角度來講，表面24的平均粒徑更優(yōu)選地為5μm和更高且50μm或更小。

為了限制在與被配置為支撐靶層22的表面24相對的一側(cè)的表面25中不可避免地產(chǎn)生的裂縫65和66的發(fā)展，表面25的平均晶粒直徑優(yōu)選地為100μm或更大。

第二實施例的特征在于，就基板厚度方向23上的熱應(yīng)力變形的不對稱性的減輕而言，晶粒直徑分布具有不對稱性，以便補償由靶層22的發(fā)熱引起的基板厚度方向23上的溫度分布的不對稱性。

因此，被配置為支撐靶層22的表面24的平均晶粒直徑dm24相對于與表面24相對的表面25的平均晶粒直徑dm25的比率優(yōu)選地大于1。平均晶粒直徑比dm24/dm25優(yōu)選地為1.3或更大，更優(yōu)選地，5或更大。

透射基板21的基板厚度方向23上的平均晶粒直徑分布的控制可以以下述方式執(zhí)行。如上所述，相對于表面24的表面25的平均晶粒直徑是增大到2的(ts/te次)冪的值。因此，通過選擇透射基板21的厚度ts以及到根據(jù)需要晶體界面從晶種基板消失的狀態(tài)的平均距離te來實現(xiàn)透射基板21的基板厚度方向23上的平均晶粒直徑分布的控制。

透射基板21的厚度ts根據(jù)需要從在靶層22中在基板厚度方向23上產(chǎn)生的輻射的吸收阻尼、以及相對于在靶層22中產(chǎn)生的熱值的熱電阻設(shè)計來選擇。

相反，平均距離te取決于化學氣相沉積法的構(gòu)建條件，如果構(gòu)建速度降低，則通過外延生長來增大平均距離te，相反，如果構(gòu)建速度提高，則減小平均距離te。

在圖1a中所示的透射基板21中，te為560μm，ts＝2000μm，以使得表面25的晶粒場的平均線密度降至表面24的大約1/11.9倍，并且表面25的平均晶粒直徑增大到表面24的大約11.9倍。

確定晶粒直徑分布的方法不限于上述電子背散射衍射法，可以應(yīng)用以下方法(1)至(4)。

通過用(1)諾瑪爾斯基(nomarski)顯微鏡和(2)掃描電子顯微鏡(sem)的二次電子圖像來觀察存在于晶粒之間的微小凹陷和突起。(3)發(fā)光強度在微觀陰極發(fā)光圖像附近低的事實，利用晶粒場來檢測晶粒。(4)制備與觀察表面平行的、通過聚焦離子束(fib)處理的切片標本，通過掃描型透射電子顯微鏡(tem)在環(huán)形明場圖像中強調(diào)晶粒，并且從圖像對比度指定這些晶粒。

第一示例性實施例

隨后，在以下給出的過程中創(chuàng)建設(shè)有本公開的靶的x射線發(fā)生裝置，并且操作該x射線發(fā)生裝置來評估放電和陽極電流的穩(wěn)定性。

圖1a中例示了在這個示例性實施例中創(chuàng)建的靶9的配置。

作為這個示例性實施例的靶9，首先制備通過化學氣相沉積法創(chuàng)建的、直徑為5mm、厚度為1mm的自含多晶金剛石。對自含多晶金剛石進行沖洗以用uv臭氧洗滌裝置對其表面上的殘留有機物質(zhì)進行清潔，以實現(xiàn)透射基板21。

圖6a和6c中分別例示了該示例性實施例中所使用的透射基板21的一對表面中的一個表面24和該對表面中的與該表面24相對的另一個表面25的圖像，這些圖像是通過電子背散射衍射法觀察到的。該示例性實施例中所使用的透射基板21的一對表面中的一個表面24的晶粒直徑dm24為12.7μm，該對表面中的另一個表面25的平均晶粒直徑dm25為151μm。

隨后，使用氬氣作為透射基板21的表面24的載氣，并且使用鎢的燒結(jié)構(gòu)件作為濺射靶，以使得通過濺射將包括鎢的含金屬層形成為具有6μm的厚度，以獲得層壓構(gòu)件。

在真空鏡像爐中對所獲得的層壓構(gòu)件進行燒結(jié)以創(chuàng)建設(shè)有由碳化鎢形成的靶層22的靶9。靶層22的層厚度為7μm。

該示例性實施例的靶9的靶層22形成在表面24上，表面24的平均晶粒直徑dm小于與表面24相對的表面25。

隨后，在靶層22的周邊邊緣與透射基板21的側(cè)面之間的區(qū)域中形成導(dǎo)電電極47，并且在透射基板21的側(cè)面上布置由錫銀合金形成的蠟材料48。此外，在管狀陽極構(gòu)件42的管子中布置設(shè)有蠟材料48和導(dǎo)電電極47的靶9，然后對靶9進行加熱以創(chuàng)建圖2a中所示的陽極52。

此外，通過使用該示例性實施例的陽極52來制造圖5a中所示的x射線發(fā)生管102。當對x射線發(fā)生管102的靜態(tài)耐壓性進行測試時，可以連續(xù)10分鐘在不放電的情況下維持150kv的管電壓。該示例性實施例中的靜態(tài)耐壓性測試是通過在不從x射線發(fā)生管102的電子發(fā)射源3產(chǎn)生電子束的情況下在陽極52與陰極51之間施加管電壓來評估放電電壓耐受性的測試。

隨后，將驅(qū)動電路103電連接到x射線發(fā)生管102的陰極和陽極，然后將x射線發(fā)生管102和驅(qū)動電路103貯存在貯存容器120的內(nèi)部43中，由此制造圖5b中所示的x射線發(fā)生裝置101。

隨后，為了評估x射線發(fā)生裝置101的放電耐受性能和陽極電流的穩(wěn)定性，制備圖7中所示的評估系統(tǒng)70。評估系統(tǒng)70包括布置在x射線發(fā)生裝置101的x射線發(fā)射窗口121前面1m的位置處的劑量計26。劑量計26被配置為能夠通過經(jīng)由測量控制單元203連接到驅(qū)動電路103來測量x射線發(fā)生裝置101的輻射輸出強度。

對于該示例性實施例的x射線發(fā)生裝置101的驅(qū)動條件是，作為x射線發(fā)生裝置101的管電壓的+110kv、作為將照射靶層22的電子束的電流密度的20ma/mm²、以及交替地重復(fù)3秒電子照射時間段和57秒非照射時間段的脈沖驅(qū)動。通過測量作為陽極電流的、從靶層22流到接地電極16的管電流來測量所檢測的陽極電流，并且利用在電子照射脈寬的中心處的在一秒期間的平均值。電子照射脈沖的上升時間和下降時間都被設(shè)置為0.1秒。

根據(jù)保留率執(zhí)行陽極電流的穩(wěn)定性評估，所述保留率是通過用初始陽極電流標準化從x射線開始輸出過去10個小時之后的陽極電流而保留的。該示例性實施例的x射線發(fā)生管102在陽極接地，并且0.1hz、0.1n的負載在操作時間段期間施加于x射線發(fā)生管102的陽極構(gòu)件42。

在對陽極電流進行穩(wěn)定性評估時，使在陰極電極(電子發(fā)射部分2)與柵極電極之間流動的柵極電流穩(wěn)定，以使得變化通過負反饋電路(未示出)落在1％內(nèi)。

在放電耐受性的測試中，在對x射線發(fā)生裝置101的陽極電流進行穩(wěn)定性評估期間，通過放電計數(shù)器76來確認沒有放電的穩(wěn)定驅(qū)動。

該示例性實施例的x射線發(fā)生裝置101的陽極電流的保留率為0.99。確認，在設(shè)有該示例性實施例的靶9的x射線發(fā)生裝置101中，即使在長期驅(qū)動歷史之后，也沒有發(fā)現(xiàn)x射線輸出的顯著變化，并且獲得穩(wěn)定的x射線輸出強度。當拆卸陽極電流的穩(wěn)定性評估之后的x射線發(fā)生裝置101并且取出陽極52時，在靶層22中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。

另外，當觀察取出的透射基板21的截面時，即使從一對表面中的一個表面24延伸到該對表面中的另一個表面25的柱形晶粒存在，也沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。

第二示例性實施例

在該示例性實施例中，通過使用第一示例性實施例中所描述的x射線發(fā)生裝置101來創(chuàng)建圖5c中所示的x射線成像系統(tǒng)60。以與第一示例性實施例相同的方式，0.1hz，、0.1n的負載施加于從x射線發(fā)生裝置101的貯存容器120突出的陽極構(gòu)件42以執(zhí)行x射線照相，由此獲得透射的x射線圖像。

實現(xiàn)了x射線發(fā)生裝置101，在該x射線發(fā)生裝置101中，即使在振動施加于x射線發(fā)生裝置101的情況下，靶9也不因裂縫而損壞，放電也受到約束，并且陽極電流的變化也減小，而在靶上不因裂縫而損壞。因此，該示例性實施例的x射線成像系統(tǒng)60可以獲得sn比高的x射線圖像。

第三示例性實施例

隨后，在以下給出的過程中制造設(shè)有本公開的靶的x射線發(fā)生裝置，并且操作該x射線發(fā)生裝置來評估輸出穩(wěn)定性。

圖3a中例示了在該示例性實施例中創(chuàng)建的靶9的結(jié)構(gòu)。

作為示例性實施例的靶9，制備通過化學氣相沉積法創(chuàng)建的直徑為5mm、厚度為1mm的自含多晶金剛石。對該自含多晶金剛石進行沖洗以用uv臭氧洗滌裝置對其表面上的殘留有機物質(zhì)進行清潔。

隨后，在1.1e-6pa的總壓力和1e-6pa的氫分壓的減壓大氣下，在1000℃下，對自含多晶金剛石執(zhí)行加熱處理60分鐘，以獲得透射基板21。氫氣是被引入以用于在加熱過程期間約束除了多晶金剛石的晶體結(jié)構(gòu)的變化之外的不必要的氧化的還原氣體。

圖10a和10c中例示了該示例性實施例中所使用的透射基板21的表面24和與表面24相對的表面25的圖像，這些圖像是通過電子背散射衍射法觀察到的。該示例性實施例中所使用的透射基板21的表面24的晶粒直徑dm24為160μm，表面25的平均晶粒直徑dm25為12μm。

隨后，當對透射基板21執(zhí)行拉曼(raman)光譜法并且通過特定用于sp2鍵合的1580cm^-1的波數(shù)來觀察拉曼移位峰時，在晶粒中觀察不到任何顯著的峰，但是在晶粒場中觀察到具有123cm^-1的半帶寬的拉曼移位峰。因此，該示例性實施例的透射基板21被確認是在晶粒場中選擇性地具有sp2鍵合的基板。在上述還原氣體大氣下不經(jīng)過加熱處理的自含金剛石中，在晶?；蚓Я鰞?nèi)都沒有觀察到顯著的峰。

隨后，使用氬氣作為透射基板21的表面24的載氣，并且使用鎢的燒結(jié)構(gòu)件作為濺射靶，以使得通過濺射將包括鎢的含金屬層形成為具有6μm的厚度以獲得層壓構(gòu)件。

在真空鏡像爐中對所獲得的層壓構(gòu)件進行燒結(jié)，以創(chuàng)建由碳化鎢形成的靶9。靶層22的層厚度為7μm。

該示例性實施例的靶9的靶層22形成在表面24上，表面24的平均晶粒直徑dm大于與表面24相對的表面25。

隨后，在靶層22的周邊邊緣與透射基板21的側(cè)面之間的區(qū)域中形成導(dǎo)電電極47，并且在透射基板21的側(cè)面上布置由錫銀合金形成的蠟材料48。此外，在陽極構(gòu)件42的管子中布置設(shè)有蠟材料48和導(dǎo)電電極47的靶9，然后對靶9進行加熱以創(chuàng)建圖4a中所示的陽極52。

此外，通過使用該示例性實施例的陽極52來制造圖5a中所示的x射線發(fā)生管102。當對x射線發(fā)生管102的靜態(tài)耐壓性進行測試時，可以連續(xù)10分鐘在不放電的情況下保持150kv的管電壓。該示例性實施例中的靜態(tài)耐壓性測試是通過在不從x射線發(fā)生管102的電子發(fā)射源3產(chǎn)生電子束的情況下在陽極52與陰極51之間施加管電壓來評估放電電壓耐受性的測試。

隨后，將驅(qū)動電路103電連接到x射線發(fā)生管102的陰極和陽極，然后將x射線發(fā)生管102和驅(qū)動電路103貯存在貯存容器120的內(nèi)部43中，由此制造圖5b中所示的x射線發(fā)生裝置101。

隨后，為了評估x射線發(fā)生裝置101的驅(qū)動穩(wěn)定性，制備圖7中所示的評估系統(tǒng)70。評估系統(tǒng)70包括布置在x射線發(fā)生裝置101的x射線發(fā)射窗口121前面1m的位置處的劑量計26。劑量計26被配置為能夠通過經(jīng)由測量控制單元203連接到驅(qū)動電路103來測量x射線發(fā)生裝置101的輻射輸出強度。

驅(qū)動穩(wěn)定性評估中的驅(qū)動條件是，作為x射線發(fā)生管102的管電壓的+110kv、作為將照射靶層22的電子束的電流密度的25ma/mm²、以及交替地重復(fù)1秒電子照射時間段和59秒非照射時間段的脈沖驅(qū)動。在電子照射時間內(nèi)的中心處的1秒的平均值用作所檢測的x射線輸出強度。

根據(jù)保留率來執(zhí)行x射線輸出強度的穩(wěn)定性評估，所述保留率是通過用初始x射線輸出強度標準化從x射線開始輸出過去100個小時之后的x射線輸出強度而評估的。

在對x射線輸出強度進行穩(wěn)定性評估時，對從靶層22流到接地電極16的管電流進行測量，并且執(zhí)行恒流控制以通過負反饋電路(未示出)將照射在靶層22上的電子電流控制為具有1％內(nèi)的變化值。另外，在對x射線發(fā)生裝置101的穩(wěn)定驅(qū)動進行評估期間，通過放電計數(shù)器76來確認沒有放電的穩(wěn)定驅(qū)動。

該示例性實施例的x射線發(fā)生裝置101的x射線輸出的保留率為0.99。確認，在設(shè)有該示例性實施例的靶9的x射線發(fā)生裝置101中，即使在長期驅(qū)動歷史之后，也沒有發(fā)現(xiàn)x射線輸出的顯著變化，并且獲得穩(wěn)定的x射線輸出強度。當拆卸x射線輸出強度的穩(wěn)定性評估之后的x射線發(fā)生裝置101并且取出陽極52時，在靶層22和透射基板21中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。

制備該示例性實施例中所制備的x射線發(fā)生裝置101，并且對相應(yīng)x射線發(fā)生裝置101中的每個執(zhí)行曝光測試1000次。因此，不存在在其中陽極電流降低1％或更大的x射線發(fā)生裝置101。

比較例子

除了使用單晶金剛石之外，以與第一示例性實施例相同的方式創(chuàng)建作為透射型基板21的靶、陽極和x射線發(fā)生裝置101。通過電子背散射衍射法來觀察該比較例子中所使用的單晶金剛石，并且確認被配置為支撐靶層的表面和相對表面都由單個單晶金剛石決定的事實。

以與第一示例性實施例相同的方式，當通過使用圖7中所示的評估系統(tǒng)70對x射線發(fā)生裝置101的驅(qū)動穩(wěn)定性進行評估時，x射線輸出的保留率大約為0.93。

制備該比較例子中所制備的x射線發(fā)生裝置101，并且對相應(yīng)x射線發(fā)生裝置101中的每個執(zhí)行曝光測試1000次。因此，確認在其中陽極電流降低10％或更多的x射線發(fā)生裝置101。

發(fā)現(xiàn)，因為產(chǎn)生了真空泄漏，所以在其中確認陽極電流降低的x射線發(fā)生裝置的x射線發(fā)生管不能穩(wěn)定地用電子束照射靶。當取出在其中比較例子的陽極電流降低的x射線發(fā)生管并且觀察陽極時，在蠟材料48和靶層22中發(fā)現(xiàn)裂縫。

第四實施例

在該示例性實施例中，通過使用第三示例性實施例中所描述的x射線發(fā)生裝置101來創(chuàng)建圖5c中所示的x射線成像系統(tǒng)60。

在該示例性實施例的x射線成像系統(tǒng)60中，在提供在其中x射線輸出的變化受到約束的x射線發(fā)生裝置101的情況下，獲得sn比高的x射線照相圖像。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本公開，即使當在透射基板中使用多晶金剛石時，也可以提供在其中放電的產(chǎn)生、陽極電流的降低和x射線輸出變化可以不易于發(fā)生的透射型靶。

此外，通過將本公開的透射型靶應(yīng)用于x射線發(fā)生管，提供高度可靠的x射線發(fā)生管、x射線發(fā)生裝置和x射線成像系統(tǒng)，在該x射線發(fā)生管、x射線發(fā)生裝置和x射線成像系統(tǒng)中，放電的產(chǎn)生、陽極電流的降低和x射線輸出變化得以緩解。

雖然已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是要理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。權(quán)利要求的范圍要遵循最寬泛的解釋，以便包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。