CN104272423A - 电热平面阴极 - Google Patents

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Abstract

一种用于小型X射线管中的电热平面阴极可以是螺旋形设计，该螺旋形设计是从一个薄钽合金的带状箔(116)具有使颗粒稳定的特性中激光切削出来的。以在被机械加工成该螺旋形之前让该带状物处于最小张力中的方式，把裸的带状物铜焊到一个氮化铝衬底(118)上。该螺旋图形可对于电、热和发射特性被优化。

Description

电热平面阴极
背景技术
X射线管是一种能够产生X射线的真空管。X射线管包括用来把电子发射到该真空中的一个阴极和收集电子的阳极。一种高压电源跨过该阴极和阳极连接用来加速电子。一些应用要求非常高分辨率的图像并且要求能够产生非常小的焦点尺寸的X射线管。
一种类型的阴极包括一个钨丝，该钨丝螺旋地绕制成一种螺旋物，类似于灯泡的灯丝。该绕制丝的问题在于这些电子从不垂直于加速电场的表面被发射出来。这使得非常难以把这些电子聚焦到一个X射线靶上形成一个紧密的光斑。
发明内容
一种用于小型X射线管中的电热平面阴极包括一个螺旋形设计，该螺旋形设计是从一个箔，比如一种薄钽合金的带状箔(可具有使颗粒稳定的特性)，中激光切削出来的。以在被机械加工成一种几何图形(如一种螺旋形)之前让该带状物处于最小张力中的方式，把裸的带状物铜焊到衬底(比如一种氮化铝衬底)上。这防止由切削过程或通过操作和安装造成的该平面图形的扭曲。任选地，该螺旋图形可以对于电和热特性被优化。为了机械和电连接到该X射线管部件的其余部分，所得的阴极组件被安装在到一个头部(header)上。
附图简述
图1A表示了切削前的一种平面阴极结构。图1B表示了激光切削后的一种平面阴极结构。图1C表示了一种封装的平面阴极结构。
图2是图1A和图1B中所示的该平面阴极的工艺流程图。
具体实施方式
一种用于小型X射线管的电热平面阴极包括从一个薄钽合金的带状箔(具有使颗粒稳定的特性)中激光切削而来的一种螺旋设计。以在被机械加工成一种几何图形(如一种螺旋形)之前让该带状物处于最小张力中的方式，把裸的带状物铜焊到一个氮化铝衬底上。这防止由切削过程或通过处理和安装造成的该平面图形的扭曲。该螺旋图形可以对电和热特性被优化。为了机械和电连接到该X射线管部件的其余部分，所得的阴极组件被安装到一个头部(有时候被称为一个“第一衬底”)上。该阴极螺旋外部余下的钽带形成一个等位面，该等位面有助于形成一个非常准直并且易聚焦的电子束。
该具体实现方式通过在机械加工前把该箔安装到该衬底上解决了这样一种结构的脆性问题。重要的是使颗粒稳定的箔或使颗粒稳定的金属(比如一种使颗粒稳定的钽)的使用，因为由当该阴极在工作温度下运行时诱发的颗粒生长产生机械扭曲的潜在可能性。这种扭曲把该螺旋物从该钽的条状物的平面移开
图1A表示了切削前的一种平面阴极结构。一个AlN衬底110包括任选的调准特征112和一个孔114。一个被铜焊到该AlN衬底110上的钽条状物116被安装在该孔114上方。该条状物(比如钽)和该衬底有稍微的重叠，该重叠能使该衬底在工作中吸收任何杂散发射电流。该孔114说明性地被表示为比所需要的更大。
图1B表示了激光切削后的一种平面阴极结构。已经引入了一种螺旋式切槽118。该螺旋式切槽的入口和出口被修圆来最小化锐拐角，这样可减少杂散发射电流。在该实施例中，为了更好描述最小化锐拐角，该螺旋式切槽的入口和出口已经被夸大。
在这个说明性实施例中，该衬底110是由氮化铝(AlN)制成的。
尽管这个实施例表示了悬于该衬底110上的开口114上方的该钽带状物116的几何图形(尤其是所示的该螺旋切槽)，但开口是任选的。在该几何图形与该衬底110之间需是绝热的。为了说明，通过一个开口、一个腔或者通过把该图形悬于该衬底110上方，这样存在一个间隙，可以实现热绝缘。
图1C表示了安装在一个典型头部130上的平面阴极和透镜组件120。
图2是用于图1A和图1B中所示的该平面阴极的一个工艺流程图。在步骤12中，钽箔被铜焊在一个AlN衬底上。该铜焊可以通过如下方式完成，用一种活性铜焊材料使箔到一个AlN衬底上来产生一个叠层物或金属化该衬底并且使用常规铜焊工艺来产生该叠层物。在步骤14中，一种螺旋图形是被激光切削或者蚀刻的。由于该衬底的原因，可在不损伤该螺旋图形的情况下处理该后续的阴极。在制造该衬底的过程中加入任选的调准特征，这是因为在铜焊或切削后机械加工它们会危及到该螺旋。在该过程中，这些调准特征被用来在切削该螺旋之前校正位置，这样使得该螺旋在这些调准特征之间定中心。在步骤18中，通过这些调准特征将该阴极组件被安装到该头部130上，以提供电连接以及机械地对准该阴极与这些电子光学部件的其余部分。
在该说明性示例中，该钽带被铜焊到AlN衬底上，因为它们有相似的热膨胀系数。当该阴极被切削完后，它仍然是平面的。
此概念可被延伸至不随时间蒸发或者变形的其他材料。箔材料包括但不限于：钨铼、镀钍的钨、钨合金、铪以及其他钽基材料，该材料展现出小于6eV的电子功函数。可在该螺旋上添加涂层来减少该螺旋的功函数，这样就允许不同螺旋材料的使用并且降低产生足够电子通量需要的温度和功率。

Claims (18)

1.一种平面阴极，包括：
一个第一衬底；以及
一个箔和一个第二衬底的一个叠层物，该箔和第二衬底具有相匹配的热膨胀系数，并且该叠层物附接在该第一衬底上，
其中该箔被成形为一种预定的几何形状，该箔具有的性能参数选自一个组，该组包括：面积、电压、电流、功率和电子发射；并且
其中在该几何图形与该第一衬底之间是绝热的。
2.如权利要求1中所述的平面阴极，该第一衬底进一步包括调准特征，其中这些调准特征选自一个组，该组包括：孔、机械特征以及光学特征。
3.如权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔和该第二衬底的叠层物被铜焊到一个AlN衬底上。
4.如权利要求1中所述的平面阴极，其中该预定的几何图形是在该箔上的一种螺旋切槽。
5.如权利要求4中所述的平面阴极，该螺旋切槽包括一个修圆的入口和一个修圆的出口。
6.如权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔选自一个组，该组包括：钨铼、镀钍的钨、钨合金、铪以及具有的功函数小于6eV的其他钽基材料。
7.如权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔被涂覆以展现出小于6eV的电子功函数。
8.一种制作平面阴极的方法，包括：
将一个箔铜焊到一个衬底上来产生一个叠层物；
将该叠层物中的该箔成形为一种预定的几何图形；以及
将该叠层物安装到一个头部上。
9.如权利要求8中所述的方法，其中该预定的几何图形是一种螺旋。
10.如权利要求9中所述的方法，其中该螺旋包括一个修圆的入口和一个修圆的出口。
11.如权利要求8中所述的方法，其中该箔选自一个组，该组包括：钨铼、镀钍的钨、钨合金以及其他基于耐火材料的热电子发射材料或带有低功函数发射涂层的阴极。
12.如权利要求8中所述的方法，其中该箔选自一个组，该组包括：钨铼、镀钍的钨、钨合金、铪以及具有的功函数小于6eV的钽基材料。
13.如权利要求8中所述的方法，包括将该箔涂覆以展现出小于6eV的电子功函数。
14.如权利要求8中所述的方法，其中该箔被铜焊到一个AlN衬底上。
15.根据权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔包括一种颗粒稳定化的箔。
16.根据权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔包括一种颗粒稳定化的钽箔。
17.根据权利要求16中所述的平面阴极，其中该衬底包括一种AlN衬底。
18.根据权利要求1中所述的平面阴极，其中该箔选自：钨铼、镀钍的钨、钨合金、铪以及具有的功函数小于6eV的钽基材料。
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