CN103620727A - x射线管中的陶瓷金属化 - Google Patents

Abstract

本文公开了x射线管中的陶瓷金属化。在一个实例性实施方案中，x射线管的金属化陶瓷板包括：第一侧，被配置为驻留在x射线管的真空外壳之内；第二侧，被配置为驻留在真空外壳之外；凹穴，形成于第二侧中；馈通开口，在第一侧与凹穴之间贯穿板；以及金属化，围绕凹穴的周边而形成并且电连接至馈通开口之一。

Description

x射线管中的陶瓷金属化

技术领域

背景技术

x射线管是用于多种工业和医疗应用的非常有价值的工具。x射线管通常包括定位于真空外壳内的阴极组件和阳极。阴极组件包括电子源并且阳极包括经过定向以便接收由电子源发射的电子的目标表面。在x射线管操作期间，电流施加至电子源，从而导致通过热电子发射来产生电子。然后，通过在阴极组件与阳极之间施加高电压电势将电子朝向阳极的目标表面加速。当电子到达阳极目标表面时，电子的动能导致产生x射线。x射线以全向方式产生，其中有用部分最终经由x射线管中的窗口离开x射线管，并且与材料样品、患者或其它物体相互作用，其余部分被其它结构吸收，包括具体用于吸收不具有有用轨迹或能量的x射线的那些结构。

在典型x射线管的操作期间，为x射线管供电所需的高电压电力产生静电场副产物。在某些情况下这些静电场可为成问题的。举例来说，在这些静电场离开x射线的真空外壳并且与空气接触时，可发生电弧放电(electrical arcing)，这种电弧放电可损坏x射线管并且由此缩短x射线管的操作寿命。

本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或只在如上所述环境中操作的实施方案。实际上，提供此背景只是用于阐明本文描述的一些实施方案可实施于其中的一个示例性技术领域。

发明内容

总体上，实例性实施方案涉及x射线管中的陶瓷金属化。尤其，本文公开的陶瓷金属化的实例性实施方案被配置为减少(若非消除)在x射线管的真空外壳外部区域中的由静电场导致的电弧放电。减少真空外壳内部或外部的电弧放电可减少对x射线管的损坏，从而延长x射线管的操作寿命。

在一个实例性实施方案中，x射线管的金属化陶瓷板包括：第一侧，被配置为驻留在x射线管的真空外壳之内；第二侧，被配置为驻留在真空外壳之外；凹穴，形成于第二侧中；馈通开口，在第一侧与凹穴之间贯穿板；以及金属化，围绕凹穴的周边而形成并且电连接至馈通开口之一。

在另一个实例性实施方案中，x射线管包括阳极、包括电导体的阴极组件，以及阳极和阴极组件至少部分地定位于其中的真空外壳。真空外壳至少部分地由金属化陶瓷板来界定。陶瓷板包括：第一侧，驻留在真空外壳之内；第二侧，驻留在真空外壳之外；凹穴，形成于第二侧中；馈通开口，在第一侧与凹穴之间贯穿板；以及金属化，围绕凹穴的周边而形成并且电连接至电导体之一。电导体贯穿馈通开口并且钎焊于馈通开口内以气密地密封馈通开口。

在另一个实例性实施方案中，x射线管包括：可旋转阳极；阴极组件，包括电导体；真空外壳，可旋转阳极和阴极组件至少部分地定位于其中并且至少部分地由金属化陶瓷板界定；高电压连接器，可移除地耦合至真空外壳；以及高电压垫圈，将高电压连接器密封到板。所述板包括：第一侧，驻留在真空外壳之内；第二侧，驻留在真空外壳之外；凹穴，形成于第二侧中；馈通开口，在第一侧与凹穴之间贯穿板；以及金属化，围绕凹穴的周边而形成并且电连接至电导体之一。电导体贯穿馈通开口并且钎焊于馈通开口内以气密地密封馈通开口。高电压连接器被配置为将高电压电缆电耦合至阴极组件。高电压连接器包含灌封材料，所述灌封材料被配置为使耦合至阴极组件并且贯穿高电压连接器的电导体绝缘。高电压垫圈将高电压连接器密封到板。高电压垫圈还环绕贯穿高电压连接器的电导体。

本发明的实例性实施方案的这些和其它方面将在以下描述和随附权利要求中变得更充分显现。

附图说明

为了进一步阐明本发明的某些方面，本发明的更具体描述参照在附图中公开的实例性实施方案来提供。应认识到这些附图只描绘本发明的实例性实施方案，因此不认为限制其范围。本发明的实例性实施方案的方面通过使用附图来另外具体和详细地描述并解释，附图中：

图1A是实例性x射线管的透视图；

图1B是图1A的实例性x射线管的横截面侧视图；

图1C是图1B的实例性x射线管的一部分的放大横截面侧视图；

图2A是图1A-1C的实例性x射线管的实例性金属化陶瓷板的后视图；并且

图2B是图2A的实例性金属化陶瓷板的前视图。

具体实施方式

本发明的实例性实施方案涉及x射线管中的陶瓷金属化。现在参照附图来描述本发明的实例性实施方案的不同方面。应了解附图是这些实例性实施方案的图解性和示意性表示，并且不限制本发明，也不必按比例绘制。

1.实例性x射线管

首先参照图1A-1C，公开了实例性x射线管100。实例性x射线管100被配置为用于乳房摄影术应用，但是应了解本文公开的金属化陶瓷装置可在被配置为用于其它应用的x射线管中使用，这些应用包括但不限于诊断或工业用的计算机断层扫描(CT)。

如图1A中公开，实例性x射线管100总体上包括罩壳102、可移除地连接至罩壳102的高电压连接器104、连接至罩壳102的定子106，和连接至罩壳102的x射线管窗口108。x射线管窗口108由x射线透射材料，如铍或其它合适材料组成。罩壳102可由不锈钢，如304不锈钢来形成。

如图1B中公开，x射线管窗口108、罩壳102和实例性金属化陶瓷板200至少部分地界定真空外壳110，阴极组件112和可旋转阳极114定位于所述真空外壳内。更具体地说，阴极组件112从金属化陶瓷板200延伸至罩壳102中并且阳极114也定位于罩壳102内。阳极114与阴极组件112间隔开并且与其相对地安置，并且可至少部分地由导热材料例如像钨或钼合金来组成。阳极114和阴极组件112连接于电路中，所述电路允许在阳极114与阴极组件112之间施加高电压电势。阴极组件112包括连接至合适电源(未展示)的发射器(未展示)。阳极114通过定子106来旋转。

继续参照图1B，在操作实例性x射线管100之前，将真空外壳110抽真空以便产生真空。然后，在操作实例性x射线管100期间，电流流经阴极组件112的发射器(未展示)，导致通过热电子发射从阴极组件112发射电子。然后，在阳极114与阴极组件112之间施加高电压差导致电子从阴极组件112并且朝向旋转焦点轨迹116加速，所述焦点轨迹定位于旋转阳极114上。焦点轨迹116可主要由例如钨或具有高原子(“高Z”)序数的其它材料组成。当电子加速时，其获得大量动能，并且在到达旋转焦点轨迹116上的目标材料后，一些此动能转换成x射线。

焦点轨迹116经过定向以使得发射的x射线大多被引导至x射线管窗口108。因为x射线管窗口108由x射线透射材料组成，所以从焦点轨迹116发射的x射线穿过x射线管窗口108以便到达预定目标(未展示)，从而产生x射线图像(未展示)。因此，窗口108气密地密封x射线管100的真空外壳的真空以免受x射线管100外部的大气压力的影响，并且仍使得旋转阳极114产生的x射线能够离开x射线管100。实例性金属化陶瓷板200钎焊至罩壳102的周围结构并且也气密地密封x射线管100的真空外壳的真空以免受x射线管100外部的大气压力的影响。

虽然实例性x射线管100描绘为可旋转阳极x射线管，但是本文公开的实例性实施方案可用于其它类型的x射线管中。因此，本文公开的实例陶瓷金属化可替代地用于例如固定阳极x射线管中。

2.实例性金属化陶瓷板

现在参照图1B、1C、2A和2B，公开了实例性金属化陶瓷板200、高电压连接器104和阴极组件112的额外方面。如图1B和1C公开，实例性高电压连接器104包括壳体118、界定于壳体118中的插座120，和定位于壳体118中的灌封材料122。插座120被配置为接纳高电压电缆(未展示)以便将高电压电源接收至高电压连接器104中。使用扣件124将壳体118可移除地耦合至x射线管100的真空外壳110以使得高电压电缆(未展示)能够电耦合至阴极组件112的发射器(未展示)。高电压连接器104的可移除性使得能够在检修x射线管100期间移除和/或更换高电压连接器104和/或高电压垫圈126。灌封材料122将贯穿高电压连接器104的电导体130隔离。

如图1B和1C公开，高电压垫圈126将高电压连接器104密封到实例性金属化陶瓷板200。如图1B和1C公开，阴极组件112包括电导体128，所述电导体贯穿实例性金属化陶瓷板200并且电耦合至高电压电缆(未展示)，所述高电压电缆接纳于高电压连接器104的插座120中。高电压垫圈126被配置为承受并且隔离经由高电压连接器104传输的高电压电源。高电压垫圈126还起到如下作用：延续电导体130与接地电势壳体118的高电压电势之间的介电路径。

如图1B和1C中公开，并且如以上提及，实例性金属化陶瓷板200部分地界定真空外壳110并且被配置为气密地密封真空外壳110的抽真空内部以免受x射线管100外部的大气压力的影响。实例性金属化陶瓷板200还为真空外壳110的周围结构提供结构支撑。

如图2A和2B中公开，实例性金属化陶瓷板200包括被配置为驻留在x射线管100的真空外壳110之内的第一侧202和被配置为驻留在真空外壳110之外的第二侧204。实例性金属化陶瓷板200还包括形成于第二侧204中的凹穴206和在第一侧202与凹穴206之间贯穿板200的馈通开口208。虽然在图2A和2B中公开了四个馈通开口208，但是应了解实例性金属化陶瓷板200可替代地包括两个或三个馈通开口208，或五个或更多个馈通开口208。馈通开口208还可金属化以使得在制造x射线管100期间，贯穿馈通开口208的电导体128(参见图1A)可钎焊于馈通开口208内。将电导体128钎焊(参见图1A)于馈通开口208内可气密地密封馈通开口208，从而使得能够将真空外壳110中的空气抽真空。

实例性金属化陶瓷板200进一步包括围绕凹穴206的周边而形成的金属化210。金属化210可由诸如但不限于例如钼锰(MoMn)的各种导电材料形成。如图2A公开，板200和凹穴206的周边均为大致上圆形，但是应了解这些周边中的一个或两个周边可替代地具有另一种形状如椭圆形、长方形、正方形或三角形形状。金属化210经由金属化212电连接至馈通开口208之一。定位于金属化210与馈通开口208之间的金属化212只是将金属化210电连接至馈通开口208的金属化的一种方法，并且其它电连接方法是可能的并且予以涵盖。212处的此电连接使得金属化210能够保持在与贯穿所连接的馈通开口208的电导体128(参见图1C)相同的电势下。应了解金属化210可替代地电连接至馈通开口208中的两个或更多个。

金属化210起到如下作用：使流经板200和高电压垫圈126的静电场134成形，从而避免存在于腔穴132中的任何空气(参见图1C)。在不存在金属化210的情况下，静电场将倾向于更接近于电导体128和130而流动，从而可能因腔穴132中的电弧放电而导致问题。然而，使用金属化210导致静电场134进一步远离电导体130而流动，从而避免腔穴132以及贯穿腔穴132的电导体128和130。因此，金属化210以与法拉第屏蔽类似的方式起到如下作用：引导静电场134远离存在于腔穴132中的任何空气，由此减少或消除腔穴132中的电弧放电。减少x射线管100中的发生于真空外壳110内部或外部的电弧放电可减少对x射线管的损坏，从而延长x射线管100的操作寿命。因为在一些情况下电弧放电可导致x射线管中的瞬间严重故障，所以减少x射线管100中的电弧放电还可使得x射线管100能够避免瞬间严重故障。x射线管100的操作寿命的这一延长是使用相对简单的单片金属化设计来完成的，这种设计与多片陶瓷设计相比不太复杂并且成本更小，而所述多片陶瓷设计包括插入于多个陶瓷片之间的圆柱形金属法拉第屏蔽。

实例性金属化陶瓷板200还可包括形成于与凹穴206相对的第一侧202上的丘(mound)214。如图1C公开，丘214的直径可大于凹穴206的直径。丘214可起到进一步使流经板200的静电场134成形的作用。实例性金属化陶瓷板200还可包括形成于与凹穴206相对的第一侧202上的金属化。形成于板200的第一侧202上的金属化可用作机械钎焊表面。

此外，虽然结合图2A公开的实例性陶瓷金属化210总体上用于在x射线管100的阴极端使流经板200的静电场134成形，但是应了解陶瓷金属化可类似地用于在x射线管100的阳极端使静电场成形。因此，本文公开的实例性陶瓷金属化210可用于x射线管的不同区域中。

本文公开的实例性实施方案可以其它具体形式来实现。因此，本文公开的实例性实施方案被认为在所有方面只具有说明性而不具有限制性。

Claims (20)

1.一种用于x射线管的金属化陶瓷板，所述板包括：

第一侧，被配置为驻留在x射线管的真空外壳之内；

第二侧，被配置为驻留在所述真空外壳之外；

凹穴，形成于所述第二侧中；

馈通开口，在所述第一侧与所述凹穴之间贯穿所述板；以及

金属化，围绕所述凹穴的周边而形成并且电连接至所述馈通开口之一。

2.根据权利要求1所述的金属化陶瓷板，进一步包括形成于与所述凹穴相对的所述第一侧上的丘。

3.根据权利要求2所述的金属化陶瓷板，进一步包括形成于所述第一侧上的金属化。

4.根据权利要求1所述的金属化陶瓷板，其中所述馈通开口包括四个馈通开口。

5.根据权利要求1所述的金属化陶瓷板，其中所述板的周边为大致上圆形。

6.根据权利要求1所述的金属化陶瓷板，其中所述金属化包括钼锰(MoMn)。

7.一种x射线管，包括：

阳极；

阴极组件，包括电导体；以及

真空外壳，所述阳极和所述阴极组件至少部分地定位于所述真空外壳内，所述真空外壳至少部分地由金属化陶瓷板来界定，所述板包括：

第一侧，驻留在所述真空外壳之内；

第二侧，驻留在所述真空外壳之外；

凹穴，形成于所述第二侧中；

馈通开口，在所述第一侧与所述凹穴之间贯穿所述板，所述电导体贯穿所述馈通开口并且钎焊于所述馈通开口内以气密地密封所述馈通开口；以及

金属化，围绕所述凹穴的周边而形成并且电连接至所述电导体之一。

8.根据权利要求7所述的x射线管，其中所述板进一步包括形成于与所述凹穴相对的所述第一侧上的丘。

9.根据权利要求8所述的x射线管，其中所述板进一步包括形成于所述第一侧上的金属化。

10.根据权利要求7所述的x射线管，其中：

所述电导体包括四个电导体；并且

所述馈通开口包括四个馈通开口。

11.根据权利要求7所述的x射线管，其中所述凹穴的所述周边为大致上圆形。

12.根据权利要求7所述的x射线管，其中所述金属化包括钼锰(MoMn)。

13.一种x射线管，包括：

可旋转阳极；

阴极组件，包括电导体；

真空外壳，所述可旋转阳极和所述阴极组件至少部分地定位于所述真空外壳内，所述真空外壳至少部分地由金属化陶瓷板来界定，所述板包括：

第一侧，驻留在所述真空外壳之内；

第二侧，驻留在所述真空外壳之外；

凹穴，形成于所述第二侧中；

馈通开口，在所述第一侧与所述凹穴之间贯穿所述板，所述电导体贯穿所述馈通开口并且钎焊于所述馈通开口内以气密地密封所述馈通开口；以及

金属化，围绕所述凹穴的周边而形成并且电连接至所述电导体之一；

高电压连接器，可移除地耦合至所述真空外壳，所述高电压连接器被配置为将高电压电缆电耦合至所述阴极组件，所述高电压连接器包含灌封材料，所述灌封材料被配置为使耦合至所述阴极组件并且贯穿所述高电压连接器的电导体绝缘；以及

高电压垫圈，将所述高电压连接器密封到所述板，所述高电压垫圈还环绕贯穿所述高电压连接器的所述电导体。

14.根据权利要求13所述的x射线管，其中所述板进一步包括形成于与所述凹穴相对的所述第一侧上的丘，所述丘的直径大于所述凹穴的直径。

15.根据权利要求14所述的x射线管，其中所述板的所述凹穴的所述周边为大致上圆形。

16.根据权利要求14所述的x射线管，其中所述板进一步包括形成于所述第一侧上的金属化。

17.根据权利要求13所述的x射线管，其中：

所述电导体包括四个电导体；并且

所述馈通开口包括四个馈通开口。

18.根据权利要求13所述的x射线管，其中：

所述凹穴的所述周边为大致上圆形；并且

所述板的周边为大致上圆形。

19.根据权利要求13所述的x射线管，其中所述金属化包括钼锰(MoMn)。

20.根据权利要求13所述的x射线管，其中围绕所述凹穴的所述周边而形成的所述金属化被配置为使流经所述金属化陶瓷板的静电场成形以便减少所述凹穴中的电弧放电。

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