CN112429962A - X射线滤线栅用光吸收玻璃及x射线滤线栅和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线滤线栅用光吸收玻璃及X射线滤线栅和制造方法，属于特殊医用玻璃领域。本发明采用的技术方案是：X射线滤线栅用光吸收玻璃，组分包括SiO2、PbO、B2O3N、Na2O、K2O、Li2O、CaO和/或MgO、Al2O3。X射线滤线栅，由光吸收玻璃制作，呈二维规则微孔阵列结构。X射线滤线栅的制造经过棒管组合、拉制单丝、排一次棒、拉制复丝、排板、真空熔压得到线滤线毛坯板段，再进行切片、整形、研磨、抛光以及酸蚀去除光支撑玻璃得到滤线栅。光吸收玻璃具有与酸溶性的光支撑玻璃匹配的料性区间温度及膨胀系数，解决了在单丝拉制、复丝拉制、真空熔压等工艺成型的技术难点。的X射线滤线栅结构为二维微孔阵列，均匀、内壁光滑，具有高分辨率、高对比度特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线滤线栅用光吸收玻璃及X射线滤线栅和制造方法，属于特殊医用玻璃领域。
背景技术
医学摄影时，X射线在患者或物体中会经历散射过程，主要是康普顿散射，这些X射线散射线在X线摄影中危害较大，其引起的生物效应使得生物细胞受到抑制、损伤甚至死亡，散射线不仅增加了受试者和工作人员不必要的照射剂量和辐射损伤，而且散射线使照片产生灰雾，降低了X射线照片的对比度，甚至出现失真现象。
通常在高频机拍片时，使用滤线栅是一种消除散射线的有效方式。传统的滤线栅由层状排列而成的薄铅条及铝条依次堆积而成，摄影时滤线栅置于人体和成像系统之间，由于散射线与铅条成角度，无法穿过铅条间隙，使得散射线大部分被铅条吸收，大大减少了成像系统接收的散射线，从而提高影像质量，减少了散射线对成像的影响及对剂量的需求。而传统的滤线栅仅是一维排列结构，仅对单一方向的X射线散射线具有吸收效果，而且分辨率有限，目前更高效的方法就是发明一种高分辨率、高对比度新型X射线滤线栅，要求对散射线有更好的吸收效果，以提高成像具有较高的分辨率和对比度。
发明内容
本发明提供一种X射线滤线栅用光吸收玻璃及X射线滤线栅和制造方法，解决了X射线滤线栅制作过程中光吸收玻璃与酸溶性光支撑玻璃的性能不匹配时，单丝、复丝等工艺过程中无法成型，相互渗透以及酸蚀去芯时无法形成规则光滑二维微孔结构的技术难题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
X射线滤线栅用光吸收玻璃，组分包括SiO2、PbO、B2O3N、Na2O、K2O、Li2O、CaO和/或MgO、Al2O3，各组分的质量分数为：SiO2含量为23～30wt%；PbO含量为46～53wt%；B2O3含量为12～15wt%；Na2O含量为5～8wt%；K2O含量为5～8wt%；Li2O含量为0～1wt%；CaO和/或MgO含量为1～2wt％；Al2O3含量为1～3wt%。
作为优选，光吸收玻璃在25～300℃范围内平均膨胀系数为70～80*10-7/℃，。
作为优选，成品光吸收玻璃转变温度Tg为510～530℃，软化点温度Tf为560～580℃。
一种含有光吸收玻璃的X射线滤线栅，由光吸收玻璃组成，呈二维规则微孔阵列结构。
制备X射线滤线栅的方法，包括如下步骤：
（1）采用冷加工设备分别对光吸收玻璃、光支撑玻璃进行加工，使光支撑玻璃棒的外径达到Φ29.5～30.5mm，使光吸收玻璃外径达到Φ35.5～39.5mm，壁厚3.0～4.5mm；
（2）将光吸收玻璃管与光支撑玻璃棒组合形成玻璃棒管，将玻璃棒管使用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.4～3.8mm±0.01mm的单丝，单丝长度为600～840mm；
（3）将37根玻璃单丝在排棒模具中排成一次棒，将排棒完成的一次棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（4）采用光纤拉制机拉制上述一次棒成为对边长为1.1～1.8mm±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（5）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为13～25的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（6）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔压，熔压温度在530℃~570℃；
（7）将真空熔压成型的六边形滤线栅毛坯板段进行切片、整形、研磨、抛光等工艺处理后得到表面光滑形状一致的线滤线坯板；
（8）将线滤线坯板进行酸蚀去除光支撑玻璃制备出具有二维微孔阵列结构的X射线滤线栅。
进一步的优选，光吸收玻璃平均膨胀系数需要小于X射线滤线栅中的光支撑玻璃。
与现有技术相比本发明具有如下有益效果：
本发明光吸收玻璃成分通过组分配比使得高铅当量的光吸收玻璃具有与酸溶性的光支撑玻璃匹配的料性区间温度及膨胀系数，解决了在单丝拉制、复丝拉制、真空熔压等工艺成型的技术难点，再通过酸蚀去芯，最终得到具有二维规则微孔阵列结构的光吸收玻璃，即滤线栅。解决了光吸收玻璃与光支撑玻璃的材料匹配性问题，解决了滤线栅的结构设计及制备工艺难点问题，构建出结构均匀、内壁光滑的二维微孔阵列结构，制得了具有高分辨率、高对比度的X射线滤线栅。
附图说明
图1是X射线滤线栅毛坯图片，
图2是X射线滤线栅用成品结构图片。
具体实施方式
为了更有效阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合具体实施例对本发明进行说明。
下述说明实施例中的特定特征可由任何合适形式组合。
本发明X射线滤线栅用光吸收玻璃，为一种高含铅量的硼硅酸盐玻璃，其组分含量为： SiO2含量为23～30wt%；PbO含量为46～53wt%；B2O3含量为12～15wt%；Na2O含量为5～8wt%；K2O含量为5～8wt%；Li2O含量为0～1wt%；CaO和/或MgO含量为1～2wt％；Al2O3含量为1～3wt%。
光吸收玻璃在25～300℃范围时平均膨胀系数为70～80×10-7/℃，其高铅当量特性可以强烈吸收X散射线，玻璃转变温度Tg为510～530℃，软化点温度Tf为560～580℃，具有一定耐酸性，满足酸蚀法去除光支撑玻璃制备出具有二维规则微孔阵列结构的光吸收玻璃。
滤线栅原材料为光吸收玻璃、光支撑玻璃两种玻璃材料，经过棒管组合、拉制单丝、排一次棒、拉制复丝、排板、真空熔压得到线滤线毛坯板段，再进行切片、整形、研磨、抛光以及酸蚀去除光支撑玻璃得到滤线栅，具体有如下步骤：
（1）采用冷加工设备分别对光吸收玻璃、光支撑玻璃进行加工，使光支撑玻璃棒的外径达到Φ29.5～30.5mm，使光吸收玻璃外径达到Φ35.5～36.5mm，壁厚3.0mm；
（2）将光吸收玻璃管与光支撑玻璃棒组合形成玻璃棒管，将玻璃棒管使用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.4～3.8mm±0.01mm的单丝，单丝长度为600～840mm；
（3）将37根玻璃单丝在排棒模具中排成一次棒，将排棒完成的一次棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（4）采用光纤拉制机拉制上述一次棒成为对边长为1.1～1.8mm±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（5）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为13～25的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（6）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔压，熔压温度在530℃～570℃；
（7）将真空熔压成型的六边形滤线栅毛坯板段进行切片、整形、研磨、抛光等工艺处理后得到表面光滑形状一致的线滤线坯板；
（8）将线滤线坯板进行酸蚀去除光支撑玻璃制备出具有二维微孔阵列结构的光吸收玻璃，即滤线栅。
本发明实施例中玻璃棒管缝隙小于0.5mm，单丝拉制、复丝拉制精度控制在5μm以内，熔压温度在540℃~560℃，切片厚度为2～10mm，平行度为5μm以内，平整度0.5μm以内，制备出的光吸收玻璃二维规则微孔阵列结构其微孔大小及孔间距离精度在1μm以内，详细如下：
（1）采用冷加工设备分别对光吸收玻璃、光支撑玻璃进行加工，使光支撑玻璃棒的外径达到Φ29.5～30.5mm，使光吸收玻璃外径达到Φ35.5～39.5mm，壁厚3.0～4.5mm，玻璃棒管缝隙小于0.5mm；
（2）将光吸收玻璃管与光支撑玻璃棒组合形成玻璃棒管，将玻璃棒管使用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.4～3.8mm±0.01mm的单丝，单丝长度为600～840mm，单丝拉制精度控制在5μm以内；
（3）将37根玻璃单丝在排棒模具中排成一次棒，将排棒完成的一次棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（4）采用光纤拉制机拉制上述一次棒成为对边长为1.1～1.8mm±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝，复丝拉制精度控制在5μm以内；
（5）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为13～25的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（6）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔压，熔压温度在540℃~560℃；
（7）将真空熔压成型的六边形滤线栅毛坯板段进行切片、整形、研磨、抛光等工艺处理后得到表面光滑形状一致的线滤线坯板，抛光平行度为5μm以内，平整度0.5μm以内；
（8）将线滤线坯板进行酸蚀去除光支撑玻璃制备出具有二维微孔阵列结构的光吸收玻璃，即滤线栅。
酸蚀过程中稀硝酸溶液和氢氟酸溶液进行混合，酸蚀后使用碱洗溶液进行表面中和处理。其中使用的稀硝酸溶液质量百分比浓度为3.3%，温度为60℃，氢氟酸溶液质量百分比浓度为0.02%。碱洗溶液质量百分比浓度为1.2%，温度为40℃。
本发明发明X射线滤线栅毛坯在制作中使用光吸收玻璃和光支撑玻璃两种材料，光吸收玻璃成分的选取以及各成分的有效配比在合理范围内，保证了光吸收玻璃热膨胀系数、化学稳性能、热学性能满足单丝、复丝、热压、酸洗等工艺的制备要求，解决了光吸收玻璃滤线栅的结构设计及制备工艺难点问题，构建出结构均匀、内壁光滑的二维微孔阵列结构，制得了具有高分辨率、高对比度的X射线滤线栅。
如图1、图2所示，分别为X射线滤线栅毛坯（酸蚀前）和X射线滤线栅用光吸收玻璃（酸蚀后）结构图片，酸蚀后微孔结构光滑，满足X射线滤线栅制备中去除内部支撑材料的制作要求。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种X射线滤线栅用光吸收玻璃，其特征在于，组分包括SiO2、PbO、B2O3N、Na2O、K2O、Li2O、CaO和/或MgO、Al2O3，各组分的质量分数为：SiO2含量为23～30wt%；PbO含量为46～53wt%；B2O3含量为12～15wt%；Na2O含量为5～8wt%；K2O含量为5～8wt%；Li2O含量为0～1wt%；CaO和/或MgO含量为1～2wt％；Al2O3含量为1～3wt%。
2.根据权利要求1所述的X射线滤线栅用光吸收玻璃，其特征在于，光吸收玻璃在25～300℃范围内平均膨胀系数为70～80*10-7/℃，。
3.根据权利要求1所述的X射线滤线栅用光吸收玻璃，其特征在于，成品光吸收玻璃转变温度Tg为510～530℃，软化点温度Tf为560～580℃。
4.一种含有权利要求1所述的光吸收玻璃的X射线滤线栅，其特征在于，由权利要求1中光吸收玻璃制作，呈二维规则微孔阵列结构。
5.一种制备权利要求4所述的X射线滤线栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用冷加工设备分别对光吸收玻璃、光支撑玻璃进行加工，使光支撑玻璃棒的外径达到Φ29.5～30.5mm，使光吸收玻璃外径达到Φ35.5～39.5mm，壁厚3.0～4.5mm；
（2）将光吸收玻璃管与光支撑玻璃棒组合形成玻璃棒管，将玻璃棒管使用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.4～3.8mm±0.01mm的单丝，单丝长度为600～840mm；
（3）将37根玻璃单丝在排棒模具中排成一次棒，将排棒完成的一次棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（4）采用光纤拉制机拉制上述一次棒成为对边长为1.1～1.8mm±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（5）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为13～25的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（6）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔压，熔压温度在530℃~570℃；
（7）将真空熔压成型的六边形滤线栅毛坯板段进行切片、整形、研磨、抛光等工艺处理后得到表面光滑形状一致的线滤线坯板；
（8）将线滤线坯板进行酸蚀去除光支撑玻璃制备出具有二维微孔阵列结构的X射线滤线栅。
6.根据权利要求5所述的光吸收玻璃X射线滤线栅制备方法，其特征在于，光吸收玻璃平均膨胀系数需要小于X射线滤线栅中的光支撑玻璃。
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