CN105470079B - 采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极ct球管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，属于真空电子医疗器件领域。所述CT球管主要包括管壳，连接于所述管壳内的旋转阳极靶以及位于管壳内且与旋转阳极靶位置相对应的阴极；旋转阳极靶通过轴承与管壳连接；管壳包括阴极陶瓷段和金属段，阴极陶瓷段为带中心孔的圆柱形结构，其两端分别加工有环形凹槽，位于金属段内的一端环形凹槽的槽深小于位于金属段外的一端环形凹槽的槽深，且位于金属段外一端环形凹槽内侧的端面低于外侧的端面；轴承滚珠腔内填充有纳米级石墨烯粉末，并在轴承滚珠腔的两端设置有挡片；旋转阳极靶靶头的表面与管壳的相对面之间设置有弹性金属纤维束，弹性金属纤维束与管壳和靶头均接触。

Description

采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管
技术领域
本发明涉及一种旋转阳极CT球管，属于真空电子医疗器件领域。
背景技术
CT机是医院普遍采用的病情探测仪器，CT机分辨能力高、诊断效果形象直观准确。CT球管，又称为X射线管，是CT机的核心部件，为整个CT设备提供X射线源。只有当CT球管提供稳定可靠的X射线时，CT机的一切功能才能得以实现。CT球管主要由外壳、阴极、阳极、轴承转子、高压系统等几部分组成。CT球管工作时，阴极灯丝通电发热，逸出电子，电子在强大电场力的作用下加速运动，轰击球管的旋转靶面，发生韧致辐射，从而产生X射线。
目前，CT球管的外壳封接多采用金属-玻璃封接，玻璃作为电极的绝缘部分，具有易加工成型的特点，但是容易炸裂。
此外，医疗用的CT球管在工作时产生X射线，高速电子束达到金属靶上，产生大量的热，金属靶容易被击穿融化。为避免靶的击穿融化，采用高速旋转的金属靶，旋转的金属靶与外壳通过滚动轴承连接，轴承内部处于真空状态；但此时靶上的热量发散主要靠热辐射，即通过轴承的滚珠与内外环的接触面进行少量的传导散热，这样的散热方式效率低，不能及时将金属靶产生的热量带走，从而影响CT球管的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，所述CT球管主要为单端高电压的CT球管，即阳极与地、管壳连接为一体、只有阴极负高电压的CT球管；所述CT球管在轴承中填充纳米级石墨烯粉末，增大了轴承内外环连接的面积，增强通过轴承的传导散热，此外，弹性金属纤维束可将旋转阳极靶上的热量传递给管壳，达到散热的目的，从而提高了旋转阳极靶的散热效果；另采用金属-陶瓷封接，相较于金属-玻璃封接更牢固，气密性更好。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，所述CT球管主要包括管壳，连接于所述管壳内的旋转阳极靶以及位于所述管壳内且与所述旋转阳极靶位置相对应的阴极；其中，旋转阳极靶通过轴承与管壳连接；
所述管壳包括阴极陶瓷段和金属段，其中，阴极陶瓷段为带中心孔的圆柱形结构，主要起绝缘作用，其两端分别加工有环形凹槽，位于金属段内的一端环形凹槽的槽深小于位于金属段外的一端环形凹槽的槽深，且位于金属段外一端环形凹槽内侧的端面低于外侧的端面；
所述轴承滚珠腔内填充有纳米级石墨烯粉末，并在轴承滚珠腔的两端设置有挡片，所述挡片与轴承内环之间存在间隙；
所述轴承滚珠腔内填充有纳米级石墨烯粉末，并在轴承滚珠腔的两端设置有挡片；所述挡片为开有中心孔的圆环形结构，与轴承同轴；所述挡片固接在轴承外环的端面上，且与挡片的内径大于轴承内环的外径；
所述旋转阳极靶靶头的表面与管壳的相对面之间设置有弹性金属纤维束，且所述弹性金属纤维束的一端固定在管壳上，另一端与靶头的表面接触，或所述弹性金属纤维束的一端固定在靶头的表面上，另一端与管壳的相对面接触；所述弹性金属纤维束的材料耐1000～1100℃的高温。
进一步的，所述阴极陶瓷段的构成材料为氧化铝陶瓷。
进一步的，所述氧化铝陶瓷为电子工业陶瓷，其纯度为95％。
进一步的，所述阴极陶瓷段为S型。
进一步的，所述石墨烯的填充量为轴承滚珠体积的0.5～1％。
进一步的，所述挡片与轴承内环之间的间隙宽为0.2～0.3mm。
进一步的，所述挡片的材料是金属钼。
进一步的，所述旋转阳极靶靶头与弹性金属纤维束接触的表面上设置有钼环。
有益效果
(1)本发明所述CT球管的管壳包括陶瓷段和金属段，与玻璃相比，选用陶瓷的导热率更高，承温高，吸热更好，因此，相较于金属-玻璃封接，金属-陶瓷封接更牢固，气密性更好，且陶瓷段不易炸裂。
(2)本发明所述CT球管可靠性高；因为当两端电压较高时，陶瓷表面容易形成爬流，所述CT球管中阴极陶瓷段两端加工有槽深不同的环形凹槽，且远离旋转阳极靶一端环形凹槽内侧的端面低于外侧的端面，这样减小陶瓷被高压击穿的可能性，进而提高了CT球管的可靠性。
(3)本发明所述CT球管在轴承中填充纳米级石墨烯粉末，增大了轴承内外环连接的面积，增强通过轴承的传导散热，并起到润滑作用，从而加强CT球管旋转阳极靶的散热，并且有效降低了轴承温度，降低了轴承抱死故障的几率，减小了管壳的炸裂率，提高了CT球管的可靠性。
(4)本发明所述CT球管旋转阳极靶靠近轴承一端的端面与管壳之间设置了弹性金属纤维束，所述弹性金属纤维束与旋转阳极靶弹性接触，每条弹性金属纤维束旋转阳极靶上的接触压力小于万分之一牛顿，经过出厂前的老炼磨合，在出厂前可达到有接触无压力，在旋转阳极靶高速旋转时，弹性纤维束与旋转阳极靶的端面摩擦，从而可将旋转阳极靶上的热量传递给管壳，达到散热的目的，进而加强CT球管旋转阳极靶的散热，提高了CT球管的可靠性。
(5)本发明所述CT球管旋转阳极靶靠近轴承一端的端面与弹性金属纤维束对应的位置设置有钼环，可防止旋转阳极靶高速旋转过程中，弹性金属纤维束摩擦旋转阳极靶而产生碎屑，且同时增加了旋转阳极靶与弹性金属纤维束之间的热传导。
附图说明
图1为本发明所述CT球管的结构示意图；
图2为本发明所述CT球管的轴承局部剖面图；
其中，1-金属段，2-阴极陶瓷段，3-旋转阳极靶，4-阴极，5-轴承，6-石墨烯粉末，7-挡片，8-钼环，9-弹性金属纤维束。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，所述CT球管的结构示意图如图1所示，其主要包括管壳，连接于所述管壳内的旋转阳极靶3以及位于所述管壳内且与所述旋转阳极靶3位置相对应的阴极4；其中，旋转阳极靶3通过轴承5与管壳连接；
所述管壳包括阴极陶瓷段2和金属段1，其中，阴极陶瓷段2为带中心孔的圆柱形结构，主要起绝缘作用，其两端分别加工有环形凹槽，位于金属段1内的一端环形凹槽的槽深小于位于金属段1外的一端环形凹槽的槽深，且位于金属段1外一端环形凹槽内侧的端面低于外侧的端面；
所述轴承5的结构示意图如图2所示，轴承5滚珠腔内填充有纳米级石墨烯粉末6，并在轴承5滚珠腔的两端设置有挡片7；所述挡片7为开有中心孔的圆环形结构，与轴承5同轴；所述挡片7固接在轴承外环的端面上，且与挡片7的内径大于轴承内环的外径；
所述旋转阳极靶3靶头的表面与管壳的相对面之间设置有弹性金属纤维束9，且所述弹性金属纤维束9的一端固定在管壳上，另一端与靶头的表面接触，所述弹性金属纤维束9的材料耐1000～1100℃的高温。
进一步的，所述阴极陶瓷段2的构成材料为氧化铝陶瓷。
进一步的，所述氧化铝陶瓷为电子工业陶瓷，其纯度为95％。
进一步的，所述石墨烯的填充量为轴承5滚珠体积的1％。
进一步的，所述挡片7与轴承5内环之间的间隙宽为0.3mm。
进一步的，所述挡片7的材料是金属钼。
进一步的，所述旋转阳极靶3靶头与弹性金属纤维束9接触的表面上设置有钼环8。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，所述CT球管主要包括管壳，连接于所述管壳内的旋转阳极靶(3)以及位于所述管壳内且与所述旋转阳极靶(3)位置相对应的阴极(4)；其中，旋转阳极靶(3)通过轴承(5)与管壳连接；其特征在于：所述管壳包括阴极陶瓷段(2)和金属段(1)，其中，阴极陶瓷段(2)为带中心孔的圆柱形结构，主要起绝缘作用，其两端分别加工有环形凹槽，位于金属段(1)内的一端环形凹槽的槽深小于位于金属段(1)外的一端环形凹槽的槽深，且位于金属段(1)外一端环形凹槽内侧的端面低于外侧的端面；
所述轴承(5)滚珠腔内填充有纳米级石墨烯粉末(6)，并在轴承(5)滚珠腔的两端设置有挡片(7)，所述挡片与轴承内环之间存在间隙；所述挡片(7)为开有中心孔的圆环形结构，与轴承(5)同轴；所述挡片(7)固接在轴承外环的端面上，且与挡片(7)的内径大于轴承内环的外径；所述挡片(7)的材料是金属钼；
所述旋转阳极靶(3)靶头的表面与管壳的相对面之间设置有弹性金属纤维束(9)，且所述弹性金属纤维束(9)的一端固定在管壳上，另一端与靶头的表面接触，或所述弹性金属纤维束(9)的一端固定在靶头的表面上，另一端与管壳的相对面接触；所述弹性金属纤维束(9)的材料耐1000～1100℃的高温；
所述旋转阳极靶(3)靶头与弹性金属纤维束(9)接触的表面上设置有钼环(8)。
2.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，其特征在于：所述阴极陶瓷段(2)的构成材料为氧化铝陶瓷。
3.根据权利要求2所述的一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，其特征在于：所述氧化铝陶瓷为电子工业陶瓷，其纯度为95％。
4.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，其特征在于：所述阴极陶瓷段(2)为S型。
5.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，其特征在于：所述石墨烯的填充量为轴承(5)滚珠体积的0.5～1％。
6.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属纤维和石墨烯增强散热的旋转阳极CT球管，其特征在于：所述挡片(7)与轴承(5)内环之间的间隙宽为0.2～0.3mm。
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