CN102437000A - 医用x射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层及其制作方法，涉及一种医用X射线管靶盘上提高散热性能的涂层。本发明的目的是解决现有技术中X射线管中靶盘热辐射系数低的问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层，包括下列重量百分比的各组分：TiO2为25-35%、Al2O3为50-65%、ZrO2为5-15%。上述组分通过配粉、清洗、表面除气、喷砂、喷涂、真空热处理等工序来形成本发明中的高热辐射陶瓷涂层。该陶瓷涂层提高了靶盘热辐射系数，增强了射线管散热性能，使射线管在更高温度下工作时不会产生龟裂现象，保证射线管正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用X射线管靶盘上提高散热性能的涂层，特别是涉及一种医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层及其制备方法。
背景技术
靶盘是X射线管的重要部件之一，其工作原理是：阴极通入低电压（通常为6～12V）电流使灯丝发热，从而产生具有一定能量的电子，当射线管的两极加以高电压（120～150KV以上）时，这些电子便在电场中向阳极作高速运动，轰击阳极表面从而产生X射线。轰击到阳极表面的电子动能只有一小部分转化为X射线，而大约有98%的电子动能经过复杂的能量转化过程变为热能，使靶盘温度迅速升高。如果不及时将靶盘产生的热量散发出去，则势必影响射线管的电真空性能，增大靶盘分层与低熔点杂质蒸发的可能性，减少射线管的连续曝光时间，降低其使用寿命。由于射线管在工作时要产生大量热能，使靶盘温度迅速升高，导致射线管内真空度降低，成像清晰度下降，同时影响射线管使用寿命。因为从靶盘上散出的热量与靶盘的热辐射系数和靶盘面积正比，所以从理论上说提高靶盘热辐射系数和增大靶盘面积均可加速热量的散出，缩短冷却时间。目前300mA的射线管采用的靶盘直径为55mm，500mA的射线管采用的靶盘直径为70mm，而800～1000mA的射线管采用的靶盘直径以经达到了90～120mm，靶盘直径的增大给靶盘的制造和射线管制作带来了很多困难，对材料和设备的要求也越来越高，医院使用时操作也不方便，所以靶盘的直径不能无限增大。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中X射线管中靶盘热辐射系数低的问题，提供一种医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层及其制备方法，该陶瓷涂层提高了靶盘热辐射系数，增强了射线管散热性能，使射线管在更高温度下工作时不会产生龟裂现象，保证射线管正常工作。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层，包括下列重量百分比的各组分：TiO2为25-35%、Al2O3为50-65%、ZrO2为5-15%。
在上述方案中，各组分的含量为：TiO2为30%、Al2O3为60%、ZrO2为10%。
在上述方案中，各组分为粉末颗粒，颗粒的粒度范围为6-10μm，且粒度范围在6-8μm的占40%，粒度范围在8-10μm的占60%。
上述医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层的制作方法，包括下列步骤：
a、配粉：其中TiO2为25-35%、Al2O3为50-65%、ZrO2为5-15%，上述组分按比例称取后在V型混料器中混合48小时即可得混合陶瓷粉末；
b、清洗：靶盘表面采用水溶性合成清洗剂结合超声波清洗的方法，以保证靶盘表面无油、无污、无水的清洁状态；
c、表面除气：在900℃和10-3 Pa条件下，排除靶盘表面的水分和空气；
d、喷砂：对需要涂层部位喷涂粒度为20μm左右的氧化铝颗粒，达到粗化效果；
e、喷涂：按照单个靶盘称料量为200～600克称取步骤a中的混合陶瓷粉末，开始陶瓷混合粉末等离子喷涂；
f、真空热处理：喷涂之后在1600℃和10-4 Pa条件下对靶盘进行真空热处理，，以去除涂层中的空气及可能带入的其他杂质，同时消除涂层中的内应力，即可得到陶瓷涂层。
在上述方案中，所述步骤a中的混合陶瓷粉末的颗粒粒度范围为6-10μm，且粒度范围在6-8μm的占40%，粒度范围在8-10μm的占60%。
在上述方案中，步骤e的等离子喷涂中，采用氩气作为等离子气体，氢气作为次气体。
从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是：本发明提供的陶瓷涂层，涂层与基体的结合强度达到50MN/m2以上；孔隙度低于3%；厚度在0.07～0.1mm之间；高温除气后无分层、孔洞、微裂等缺陷，涂层无脱落、孔洞、分层等；靶盘散热系数在0.8以上。能够大幅度提高靶盘的热辐射系数、增强热辐射能力、加速靶盘热量散出，有效地缩短射线管冷却时间，延长其使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明：
在本实施例中，我们首先用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为30%、Al2O3为60%、ZrO2为10%。其制作步骤为：
a、配粉：上述组分按比例称取后在V型混料器中混合48小时即可得混合陶瓷粉末，混合陶瓷粉末的颗粒粒度范围为6-10μm，且粒度范围在6-8μm的占40%，粒度范围在8-10μm的占60%；
b、清洗：靶盘表面采用水溶性合成清洗剂结合超声波清洗的方法，以保证靶盘表面无油、无污、无水的清洁状态；
c、表面除气：在900℃和10-3 Pa条件下，排除靶盘表面的水分和空气；
d、喷砂：对需要涂层部位喷涂粒度为20μm左右的氧化铝颗粒，达到粗化效果；
e、喷涂：按照单个靶盘称料量为200～600克称取步骤a中的混合陶瓷粉末，开始陶瓷混合粉末等离子喷涂，采用氩气作为等离子气体，氢气作为次气体；
f、真空热处理：喷涂之后在1600℃和10-4 Pa条件下对靶盘进行真空热处理，，以去除涂层中的空气及可能带入的其他杂质，同时消除涂层中的内应力，即可得到陶瓷涂层。
通过上述配比和方法制作的陶瓷涂层，经过检测，其各项性能指标为：陶瓷涂层与基体的结合强度达到50MN/m2以上；孔隙度低于3%；厚度在0.07～0.1mm之间；高温除气后无分层、孔洞、微裂等缺陷，涂层无脱落、孔洞、分层等；靶盘散热系数在0.8以上。
进一步的技术方案中，我们采用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为25%、Al2O3为60%、ZrO2为15%。其制作步骤同上。
进一步的技术方案中，我们采用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为35%、Al2O3为60%、ZrO2为5%。其制作步骤同上。
进一步的技术方案中，我们采用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为25%、Al2O3为65%、ZrO2为10%。其制作步骤同上。
进一步的技术方案中，我们采用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为35%、Al2O3为50%、ZrO2为15%。其制作步骤同上。
进一步的技术方案中，我们采用下列重量百分比的各组分制作：TiO2为30%、Al2O3为55%、ZrO2为15%。其制作步骤同上。
综上，本发明的关键点首先是陶瓷涂层材料的组成，本发明的材料由金属氧化物组成，其熔点远高于射线管的使用温度，并且与靶盘基体-钼无任何反应，热膨胀性能和钼基本接近，完全能保证涂层和基体的结合强度，满足射线管使用要求。
另外一个关键的地方是陶瓷材料粉末粒度选择与混合技术：粉末粒度过粗，就需要更高的电弧功率和更长的加热时间，因而影响喷涂效率，同时粒子在飞行过程中的速度大大降低，粒子撞击基体时的动能也更低，进而影响涂层质量。如果粒子太细，飞行过程中粒子受送粉气流量影响太大，过高或过低的流量都会对粒子飞行速度及轨迹造成很大的影响，从而影响涂层质量。本发明采用粗细粉末搭配混合技术，细粉末充分填充粗粉末之间空隙，在不提升颗粒粒度的情况下，大大提升粒子松比，喷涂时电弧功率和送粉气流量更易控制，而且粗细搭配混合粉末使涂层具有更高的致密度和结合强度。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (6)
1.医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层，其特征在于包括下列重量百分比的各组分：TiO2为25-35%、Al2O3为50-65%、ZrO2为5-15%。
2.根据权利要求1所述的医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层，其特征在于各组分的含量为：TiO2为30%、Al2O3为60%、ZrO2为10%。
3.根据权利要求1或2所述的医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层，其特征在于各组分为粉末颗粒，颗粒的粒度范围为6-10μm，且粒度范围在6-8μm的占40%，粒度范围在8-10μm的占60%。
4.上述医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层的制作方法，其特征在于包括下列步骤：
a、配粉：其中TiO2为25-35%、Al2O3为50-65%、ZrO2为5-15%，上述组分按比例称取后在V型混料器中混合48小时即可得混合陶瓷粉末；
b、清洗：靶盘表面采用水溶性合成清洗剂结合超声波清洗的方法，以保证靶盘表面无油、无污、无水的清洁状态；
c、表面除气：在900℃和10-3 Pa条件下，排除靶盘表面的水分和空气；
d、喷砂：对需要涂层部位喷涂粒度为20μm左右的氧化铝颗粒，达到粗化效果；
e、喷涂：按照单个靶盘称料量为200～600克称取步骤a中的混合陶瓷粉末，开始陶瓷混合粉末等离子喷涂；
f、真空热处理：喷涂之后在1600℃和10-4 Pa条件下对靶盘进行真空热处理，，以去除涂层中的空气及可能带入的其他杂质，同时消除涂层中的内应力，即可得到陶瓷涂层。
5.根据权利要求4所述的医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层的制作方法，其特征在于步骤a中的混合陶瓷粉末的颗粒粒度范围为6-10μm，且粒度范围在6-8μm的占40%，粒度范围在8-10μm的占60%。
6.根据权利要求4所述的医用X射线管旋转阳极高热辐射陶瓷涂层的制作方法，其特征在于在步骤e的等离子喷涂中，采用氩气作为等离子气体，氢气作为次气体。
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