CN113257650A - 一种x射线管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种X射线管及其制备方法，所述X射线管包括阳极体、阴极体、绝缘密封管；所述阴极体，为吸附了碳纳米管的第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合形成的结构体；所述阳极体，为第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合形成的结构体；通过标准化的引线键合过程，实现阴极和阳极中金属球的制备、装配以及X射线管的密封，在提高了X射线管中阴极、阳极的装配效率的同时，实现了X射线管的规模化生产；减少了X射线管的体积，降低了生产成本，且进一步扩大了X射线管的应用领域。

Description

一种X射线管及其制备方法

技术领域

本发明涉及真空微电子器件技术领域，尤其涉及一种X射线管及其制备方法。

背景技术

X射线管，尤其是微型X射线管，在探测成像、癌症放射治疗等领域具有广阔应用。传统的X射线管由电子发射灯丝、阳极靶材、真空密封管等构成，其基本原理是由钨等金属材料制成的灯丝在高温加热下放射出热电子，经外接高压加速后轰击阳极靶材，致使靶材发生轫致辐射从而产生X射线。

近年来基于碳纳米管材料的场发射电子源被广泛应用于X射线管的制备。使用碳纳米管材料制备阴极，可以在一定程度上缩小微型X射线管中阴极的体积，但是碳纳米管的转移过程却受到非标准化设备的影响，容易造成碳纳米管的污染的同时，也会降低阴极的制备效率。况且，现有的微型X射线管的阳极端的密封过程采用常规硬焊工艺或者扩散焊工艺等方法，制备过程同样较为低效，且对于制备出的微型X射线管的体积也存在限制。

由此可见，现有技术中，基于碳纳米管材料的X射线管的制备过程中，存在着X射线管中阴极与阳极的制备效率较低、无法进一步缩小X射线管的体积的缺陷。

发明内容

本发明提供一种X射线管及其制备方法，用以解决现有技术中基于碳纳米管材料的微型X射线管的制备过程中，存在着X射线管中阴极与阳极的制备效率较低、无法进一步缩小X射线管的体积的缺陷，实现了通过标准化的引线键合过程，实现阴极和阳极中金属球的制备，在提高了X射线管中阴极、阳极的装配效率的同时，实现了X射线管的规模化生产；减少了X射线管的体积，降低了生产成本，且进一步扩大了X射线管的应用领域。

针对以上技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种X射线管，所述X射线管包括阴极体、阳极体、绝缘密封管；

所述阴极体，为吸附了碳纳米管的第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合形成的结构体；

所述阳极体，为第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合形成的结构体；

其中，所述第一金属球和所述第二金属球通过引线键合过程生成，并通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合；所述碳纳米管用于生成电子束。

进一步地，所述的X射线管，还包括安装在所述绝缘密封管外壁上的门电极和聚焦电极；

其中，所述门电极用于产生电场，以使得所述碳纳米管生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

进一步地，所述的X射线管，还包括在所述绝缘密封管两端面上的金属层，以使得所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合、所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合。

第二方面，本发明实施例提供了一种X射线管的制备方法，包括：

通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球；

通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管；

将吸附有所述碳纳米管的第一金属球放置在绝缘密封管的阴极端通孔处，以使得所述碳纳米管位于绝缘密封管的阴极端通孔内；将所述第二金属球放置在绝缘密封管的阳极端通孔处；

将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，生成阴极体；将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合，生成阳极体；其中，所述第一金属球和第二金属球通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合。

进一步地，所述通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球，包括：

通过引线键合仪生成第一金属球与第二金属球；

其中，所述第一金属球的直径大于所述阴极端通孔直径，所述第二金属球的直径大于所述阳极端通孔直径。

进一步地，将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合之前，包括：

在所述绝缘密封管的两端面沉积金属层，以使得第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合、第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合。

进一步地，通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管之前，包括：

在碳纳米管的生长基底中形成碳纳米管的薄膜状材料；

将所述薄膜状材料划分为分立的区域，以通过所述第一金属球吸附任一分立区域内的碳纳米管。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

在所述绝缘密封管的外壁安装门电极和聚焦电极；

其中，所述门电极用于产生电场，以使得所述碳纳米管生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

在所述绝缘密封管内壁安装吸气件；其中，所述吸气件与所述X射线管的阳极和阴极存在电绝缘。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

通过在所述绝缘密封管的阴极端外壁沉积与所述阴极端面金属层形成电连接的金属层，生成自聚焦阴极环；

其中，所述自聚焦阴极环用于使得所述碳纳米管生成电子束，调节所述电子束中的电子数量，并聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

本发明提供的一种X射线管及其制备方法，所述X射线管包括阴极体、阳极体、绝缘密封管；所述阴极体，为吸附了碳纳米管的第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合形成的结构体；所述阳极体，为第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合形成的结构体；通过标准化的引线键合过程，实现阴极和阳极中金属球的制备、装配以及X射线管的密封，在提高了X射线管中阴极、阳极的装配效率的同时，实现了X射线管的规模化生产；减少了X射线管的体积，降低了生产成本，进一步扩大了X射线管的应用领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的X射线管结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种X射线管的剖面结构及工作原理示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种X射线管的三维结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的X射线管中阴极体的组装及密封过程示意图；

图5是本发明另一实施例提供的X射线管的阳极体的组装及真空密封过程示意图；

图6是本发明另一实施例提供的安装有吸气件的X射线管的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的安装有自聚焦阴极环的X射线管的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，对现有的X射线管及制备方法进行介绍。

典型的基于碳纳米管材料的X射线管由阴极电极、碳纳米管、管体、阳极靶材组成，其中碳纳米管作为电子发射源，阴极电极与阳极靶材分别连接外界高压电源的对应两极，由碳纳米管发射隧穿电子，并被高压电源加速轰击阳极靶材，从而产生X射线。

微型X射线管在探测成像、癌症放射治疗等领域具有广阔应用。传统的X射线管由电子发射灯丝、阳极靶材、真空密封管等构成，其基本原理是由钨等金属材料制成的灯丝在高温加热下放射出热电子，经外接高压加速后轰击阳极靶材，致使靶材发生轫致辐射从而产生X射线。然而热发射电子源功耗高、散热要求高，限制了X射线管尺寸的进一步缩小，因而制约了其在损伤最小化癌症病灶局部精准放射治疗等高要求场合中的应用。

场发射电子源功耗低，可使得X射线管进一步缩小，例如近年来基于碳纳米管材料的场发射电子源被广泛应用于X射线管的制备。然而现有X射线管需将碳纳米管材料从其生长基底转移至阴极电极上，转移过程或采用混合有碳纳米管的墨水而造成碳纳米管污染，或采用非标准化设备而较为低效；现有阳极端的密封过程采用常规硬焊工艺或者扩散焊工艺等方法，过程较为低效。此外，现有基于场发射电子源X射线管的制备方法也难以实现亚毫米外径微细精确调控。

以下通过图1至图7，对本发明实施例提供的一种X射线管及其制备方法进行说明。

图1为本发明实施例提供的X射线管结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种X射线管的剖面结构及工作原理示意图，图3为本发明实施例提供的一种X射线管的三维结构示意图。参见图1、图2和图3，本发明实施例所述的一种X射线管包括：阴极体10、阳极体30、绝缘密封管20；

所述阴极体10，为吸附了碳纳米管102的第一金属球与所述绝缘密封管20的阴极端面202键合形成的结构体；

所述阳极体30，为第二金属球与所述绝缘密封管20的阳极端面203键合形成的结构体；

其中，所述第一金属球和所述第二金属球通过引线键合过程生成，并通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合；所述碳纳米管102用于生成电子束。

具体的，第一金属球和第二金属球通过引线键合过程中的模拟球焊工艺制备，所述由引线键合仪球焊工艺产生的阴极和阳极金属球所使用的材料包括Au、Ag、Cu、Al及其合金，金属球结构直径在150μm-1500μm之间，并大于绝缘密封管内径。通过引线键合工艺制备第一金属球和第二金属球，可以获取到直径较小的金属球结构作为X射线管的阴极和阳极，从而能够缩小X射线管的尺寸。

其中，所述绝缘密封管由石英或者氧化铝等绝缘材料构成，其内径介于50μm-1000μm之间，外径介于150μm-2000μm之间，长度介于5mm-50mm之间；因此，X射线管的外径，即绝缘密封管外径，可控制在亚毫米尺寸内，实现了可以大幅缩小X射线管的尺寸的目的。

进一步地，碳纳米管通过化学气相沉积方法生产于生长基底上，由单壁或者多壁碳纳米管通过堆叠或紧密垂直并列而形成薄膜状材料；碳纳米管层厚度介于1nm-2000nm之间，并通过激光烧蚀等方式形成分立的区域，分立区域可以呈对称形状且直径或边长介于0.1μm-500μm之间。

具体的，第一金属球、第二金属球通过引线键合过程中的模拟球焊工艺制备，并通过模拟球焊工艺使用第一金属球将碳纳米管层从生长基底上转移至第一金属球顶部，通过引线键合过程中的模拟楔焊工艺将吸附有碳纳米管的第一金属球固定于绝缘密封管的阴极端面中，将第二金属球固定于绝缘密封管的阳极端面中，从而使得X射线管的制备过程中第一金属球与第二金属球的制备、碳纳米管的吸附、阳极体与阴极体的制备、X射线管的密封都通过引线键合过程完成，实现了X射线管制备过程的连贯性，为X射线管的规模化生产提供了技术基础。

在上述X射线管的制备过程中，所使用的绝缘密封管的两端面没有差异，即可以任一选取绝缘密封管的一端作为阴极端，另一端作为阳极端，具体的选用哪一端作为阴极端，本实施例不作具体限制。

在所述X射线管的制备过程中，在真空环境中，通过引线键合过程的模拟楔焊工艺，将第一金属球和第二金属球与绝缘密封管的两端面键合，既完成了X射线管中阴极与阳极的装配，也实现了对绝缘密封管的密封，使得X射线管中为真空环境。其中，第一金属球作为碳纳米管的支撑结构，第二金属球作为阳极靶材。在使用上述X射线管时，阳极外接高压电压源，阴极接地或负压电压源，所构成的高压和低压压差范围在5kV至100kV之间，阴极中的碳纳米管释放出电子后，在绝缘密封管中轰击阳极体中的第二金属球，从而激发出X射线。

其中，上述X射线管发射的X射线的能量，可以通过调节阳极所接高压V₁来实现。

本发明提供的一种X射线管，所述X射线管包括阳极体、阴极体、绝缘密封管；所述阴极体，为吸附了碳纳米管的第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合形成的结构体；所述阳极体，为第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合形成的结构体；通过标准化的引线键合过程，实现阴极和阳极中金属球的制备、装配以及X射线管的密封，在提高了X射线管中阴极、阳极的装配效率的同时，实现了X射线管的规模化生产；减少了X射线管的体积，降低了生产成本，且进一步扩大了X射线管的应用领域。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述的X射线管，还包括安装在所述绝缘密封管20外壁上的门电极40和聚焦电极50；

其中，所述门电极40用于产生电场，以使得所述碳纳米管102生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极50用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

本发明实施例所使用碳纳米管作为电子发射源，其中碳纳米管为场发射电子源，通过在绝缘密封管的外壁上安装门电极，可以使得门电极与阴极之间产生电场，从而控制碳纳米管发射出电子，并控制发射至阳极靶材的电子数量；随着门电极中电压的增加，碳纳米管发射出的向阳极运动的电子数目就越多。

在绝缘密封管的外壁上安装聚焦电极，可以将碳纳米管发射出的电子聚焦成电子束，从而使得碳纳米管发出的电子以电子束的方式轰击到阳极靶材上，生成X射线。通过控制聚焦电极的电压大小，可以控制电子束的宽度和电子聚焦点的位置，使得焦点位于阳极靶材顶端附近；还可以通过控制电子束的形状，避免电子轰击到绝缘密封管的管壁。

具体的，本发明实施实例一提供的X射线管的工作原理是阴极支撑金属球结构101接地，阳极靶材30接高压电源V1，门电极40和聚焦电极50分别接V2、V3(电压值均小于V1)；碳纳米管薄膜102在门电极电压V2形成的电场作用下发射隧穿电子束，该电子束并在聚焦电极电压V3作用下聚焦并被高压电源V1加速轰击靶材30顶端，从而产生X射线。

具体的，可以将事先制备好的环形金属门电极和聚焦电极通过耐高温胶固连于已真空密封好的X射线管上。可选地，还可以将门电极和聚焦电极在一定高温下嵌套入已真空密封好的X射线管上，在冷却后固连于X射线管的外壁。

本实施例中，通过在绝缘密封管的外壁上的门电极，可以实现对轰击到阳极靶材的电子的数量的调节，从而实现对生成的X射线剂量的调节；通过对阳极电压的调节，可实现对生成的X射线能量范围的调节；通过聚焦电极，可以控制电子束在阳极靶材上的聚焦点的位置，还可以通过控制电子束的形状，避免电子轰击到绝缘密封管的管壁；使得所述X射线管可以在不同的场景中使用，具有更广的应用领域。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述的X射线管，还包括在所述绝缘密封管20两端面上的金属层202、203，以使得所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面202键合、所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面203键合。

具体的，在密封绝缘管的两端面含有金属粘附层，分别用于连接阴极的金属球结构和阳极金属球结构并形成密封，所述金属粘附层可通过磁控溅射、电子束蒸镀、热蒸镀方式制备，厚度介于0.01μm-2μm之间，由包括Au、Ag、Al、Cu、Cr、Ti、W、Ni、Sn中的一种或几种组成。金属粘附层制备过程中，绝缘密封管外侧面可通过遮挡避免金属沉积。

本实施例中，通过在绝缘密封管的两端面沉积金属层，可以通过引线键合过程中的模拟楔焊工艺，将第一金属球、第二金属球分别与两端面进行键合，在键合的过程中同时实现了绝缘密封管的密封。

另一方面，本发明实施例提供了一种X射线管的制备方法，包括：

通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球；

通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管；

将吸附有所述碳纳米管的第一金属球放置在绝缘密封管的阴极端通孔处，以使得所述碳纳米管位于绝缘密封管的阴极端通孔内；将所述第二金属球放置在绝缘密封管的阳极端通孔处；

将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，生成阴极体；将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合，生成阳极体；其中，所述第一金属球和第二金属球通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合。

其中，第一金属球和第二金属球通过引线键合过程生成，具体的，可以通过半导体工艺中的引线键合仪生成；并通过引线键合过程，使用第一金属球吸附位于生长基底上的薄膜状的预先分立的碳纳米管；并将粘附有碳纳米管的第一金属球转移至绝缘密封管的一端，然后通过引线键合过程中的模拟楔焊工艺进行键合，其中，转移第一金属球的过程中，将碳纳米管放置于绝缘密封管的内部，作为场发射电子源。将生成的第二金属球转移至绝缘密封管的另一端，然后键合，作为阳极靶材。

具体的，上述键合过程均在真空环境中进行，以保证绝缘密封管中的真空环境。

进一步地，需要说明的是，本实施例中，阴极体和阳极体的制备可以同时进行，也可以先制备阴极体，再制备阳极体；或者先制备阳极体，再制备阴极体，只要完成阴极体、阳极体和绝缘密封管的组装即可；具体顺序本实施例不作具体限制。

具体的，以下以先制备阴极体，再制备阳极体的顺序为例，该X射线管的制备方法如下：

S1：组装和密封阴极；

利用引线键合仪典型球焊-楔焊工艺循环第一步，首先模拟球焊工艺，经电子点火形成金属球结构，并从源材基底上粘附图形化的碳纳米管材料；

利用引线键合仪典型球焊-楔焊工艺循环第二步，模拟楔焊工艺，将附着有碳纳米管的金属球结构对准制备好的绝缘密封管阴极端面的中心，完成与环形金属界面的键合过程，使得碳纳米管的金属球结构内嵌于绝缘密封管中，同时实现了阴极端的密封。

S2：组装和真空密封阳极；

在高真空环境中(气压低于10^-4Pa)，利用引线键合仪典型单步球焊工艺，经电子点火形成金属球结构，对准经步骤S1制备好的绝缘密封管阳极端面的中心，完成环形金属界面的键合，并同时实现阳极端的密封，以及微型X射线管的真空密封。

S3：加装门电极和聚焦电极；

将事先制备好的环形金属门电极和聚焦电极通过耐高温胶固连于已真空密封好的X射线管上；

可选地，也可将门电极和聚焦电极在一定高温下嵌套入已真空密封好的X射线管上，在冷却后固连于X射线管的外壁。

进一步地，图4为本发明另一实施例提供的X射线管中阴极体的组装及密封过程示意图。参见图4，具体的，步骤S1还包括：

S11：准备绝缘密封管；

选取工艺标准型号或者定制氧化铝或者石英管材作为绝缘密封管主体201，内径为200μm，外径750μm，两端面光滑。在掩膜板覆盖下，利用电子束蒸镀在管材两端面上分别沉积金属层202和203，金属层由100nm厚的TiW和500nm厚的Au组成。

S12：阴极碳纳米管薄膜的组装和密封；、

如图4(a)至图4(f)所示，所述碳纳米管薄膜经气凝胶化学气相沉积制备于硝化纤维薄膜构成的源材基底801上，厚度100-200nm，并通过激光烧蚀加工为分立圆形区域，直径为20-40μm。

利用引线键合仪典型球焊-楔焊工艺循环第一步，首先模拟球焊工艺，如图4(a)所示，在金丝601和打火电极70经电子点火形成金属球结构603，直径250μm，置于瓷嘴602中央，如图4(b)所示。然后从源材基底801上拾取碳纳米管薄膜102，所用键合力为1000mN，无超声振动施加，如图4(c)至4(d)。

再利用引线键合仪典型球焊-楔焊工艺循环第二步，模拟楔焊工艺，将附着有碳纳米管的金属球结构603对准在夹固好的绝缘密封管阴极端面金属粘附层202中心，施加梯度键合力至6N，并在施加过程中段附加一定超声振动，从而将碳纳米管102和金属球结构603内嵌于阴极端面通孔内，形成形变后的金属球结构101，如图4(e)至4(f)所示，并完成金属球结构101边缘与阴极端面金属粘附层202的键合和环形密封。

上述碳纳米管薄膜的组装和密封过程可通过重复所述模拟球焊-楔焊工艺高效地、成规模完成，进而提高X射线管阴极端的制备效率。

进一步地，对于步骤S2，图5为本发明另一实施例提供的X射线管的阳极体的组装及真空密封过程示意图。参见图5，具体的，步骤S2包括：

在高真空环境中(气压低于10^-4Pa)，抽取绝缘密封管内空气至高真空，利用引线键合仪典型单步球焊工艺，将电子点火形成金属球结构604对准在夹固好的绝缘密封管阳极端面金属粘附层203中心，施加梯度键合力至6N，并在施加过程中段附加一定超声振动，从而将金属球结构604内嵌于阳极端面通孔内，形成形变后的阳极体30，并完成阳极金属球结构30边缘与阳极端面金属粘附层203的键合和环形密封，从而完成X射线管的真空密封。

本发明公开的X射线管的特点在于使用了标准引线键合仪的完成了阴极端场发射电子源以及阳极靶材的制备和密封。相比于传统X射线管中阴极、阳极材料较为低效的制备、装配和密封过程，本发明所采用的制备方法简单、高效，且进一步降低了X射线管的尺寸，有利于降低X射线管加工成本，拓展其应用领域。

本发明提供的一种X射线管的制备方法，通过标准化的引线键合过程，实现阴极和阳极中金属球的制备、装配以及X射线管的密封，在提高了X射线管中阴极、阳极的装配效率的同时，实现了X射线管的规模化生产；减少了X射线管的体积，降低了生产成本，且进一步扩大了X射线管的应用领域。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球，包括：

通过引线键合仪生成第一金属球与第二金属球；

其中，所述第一金属球的直径大于所述阴极端通孔直径，所述第二金属球的直径大于所述阳极端通孔直径。

其中，引线键合仪为半导体工艺中已经投入生产的标准化仪器。

本实施例中使用引线键合仪制备第一金属球和第二金属球，可以实现X射线管生产过程的标准化，具有规模化应用的前景；通过确定第一金属球、第二金属球的直径大于阴极端通孔、阳极端通孔的直径，可以使得在金属球的键合过程中，阴极端通孔、阳极端通孔被完全密封，形成稳定的真空密封结构，保证X射线管的正常运行。

进一步地，在上述实施例的基础上，将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合之前，包括：

在所述绝缘密封管的两端面沉积金属层，以使得第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合、第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合。

本实施例中，通过在绝缘密封管的两端面沉积金属层，可以通过引线键合过程中的模拟楔焊工艺，将第一金属球、第二金属球分别与两端面进行键合，在键合的过程中同时实现了绝缘密封管的密封。

进一步地，通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管之前，包括：

在碳纳米管的生长基底中形成碳纳米管的薄膜状材料；

将所述薄膜状材料划分为分立的区域，以通过所述第一金属球吸附任一分立区域内的碳纳米管。

具体的，所述X射线管中的碳纳米管薄膜层呈对称形状，其直径或边长介于0.1μm-500μm之间，厚度介于1nm-1000nm之间。

进一步地，所述碳纳米管薄膜事先通过化学气相沉积和激光刻蚀制备于源材基底上，呈分立单元，并通过标准引线键合仪的模拟球焊工艺转移附着至球焊工艺过程中产生的金属球结构上，然后通过模拟楔焊工艺转移并固连于绝缘密封管的阴极端。

本实施例中，通过第一金属球吸附任一分立区域内的碳纳米管将碳纳米管由生长基底转移至阴极体，避免了转移过程中碳纳米管的污染，具有工艺过程灵活简单的特点。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

在所述绝缘密封管的外壁安装门电极和聚焦电极；

其中，所述门电极用于产生电场，以使得所述碳纳米管生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

本实施例中，通过在绝缘密封管的外壁上的门电极，可以实现对轰击到阳极靶材的电子的数量的调节，从而实现对生成的X射线剂量的调节；通过对阳极电压的调节，可实现对生成的X射线能量范围的调节；通过聚焦电极，可以控制电子束在阳极靶材上的聚焦点的位置，还可以通过控制电子束的形状，避免电子轰击到绝缘密封管的管壁；使得所述X射线管可以在不同的场景中使用，具有更广的应用领域。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

在所述绝缘密封管内壁安装吸气件；其中，所述吸气件与所述X射线管的阳极和阴极存在电绝缘。

图6为本发明另一实施例提供的安装有吸气件的X射线管的结构示意图。参见图6，在X射线管的绝缘密封管内部安装了吸气件205，其中，吸气件呈环形固连于绝缘密封管内壁靠近阳极或阴极端，但与阳极或阴极电绝缘。吸气件205可高温激活，从而进一步降低已密封X射线管内的真空度，有助于提高其使用寿命。

具体的，吸气件205由Ti、W、Zr、Ta、V、Ni、Fe、C等元素中的一种或几种构成，即可以在掩膜板作用下利用电子束蒸镀，或者机械嵌套方式，在绝缘密封管内壁靠近阴极端或阳极端位置沉积或放置该吸气件，其厚度在0.5μm-25μm之间。

本实施例中，通过在绝缘密封管内壁放置吸气件，可以进一步地降低X射线管内部的真空度，提高X射线管的使用寿命；将吸气件安装在靠近阴极端或阳极端的位置，可以在方便吸气件安装的基础上，简化X射线管的制备过程。

进一步地，所述的X射线管的制备方法，还包括：

通过在所述绝缘密封管的阴极端外壁沉积与所述阴极端面金属层形成电连接的金属层，生成自聚焦阴极环；

其中，所述自聚焦阴极环用于使得所述碳纳米管生成电子束，调节所述电子束中的电子数量，并聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

图7为本发明另一实施例提供的安装有自聚焦阴极环的X射线管的结构示意图。参见图7，自聚焦阴极环204与阴极碳纳米管薄膜102形成电直连，从而可省去门电极和聚焦电极结构，从而简化了X射线管总体结构和制备过程。

具体的，在步骤S1中，加入自聚焦阴极环204的制备过程，即在掩膜板作用下，利用电子束蒸镀在绝缘密封管材阴极端外壁的一定长度上沉积100nm厚的TiW和500nm厚的Au，从而与阴极端面金属粘附层202形成电连接。

一方面，自聚焦阴极环可以与阴极体形成电场，从而可以控制碳纳米管发射出的电子的运动方向，以及调节发射至阳极靶材的电子数量；另一方面，自聚焦阴极环还可以通过自身形成的电场，对电子束进行聚焦。

本实施例中，通过使用自聚焦阴极环代替门电极和聚焦电极，在不影响X射线管正常工作的情况下，简化了X射线管的整体结构及制备过程，更有利于X射线管的规模化生产。

此外，需要说明的是，由于本实施例提供的制备方法是上述实施例中的X射线管的制备方法，因此，关于一些原理和结构等方面的详细内容，可以参见上述实施例的介绍，本实施例对此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种X射线管，其特征在于，所述X射线管包括阴极体、阳极体、绝缘密封管；

所述阴极体，为吸附了碳纳米管的第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合形成的结构体；

所述阳极体，为第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合形成的结构体；

其中，所述第一金属球和所述第二金属球通过引线键合过程生成，并通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合；所述碳纳米管用于生成电子束。

2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，还包括安装在所述绝缘密封管外壁上的门电极和聚焦电极；

其中，所述门电极用于产生电场，以使得所述碳纳米管生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

3.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，还包括在所述绝缘密封管两端面上的金属层，以使得所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合、所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合。

4.一种如权利要求1-3所述的X射线管的制备方法，其特征在于，包括：

通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球；

通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管；

将吸附有所述碳纳米管的第一金属球放置在绝缘密封管的阴极端通孔处，以使得所述碳纳米管位于绝缘密封管的阴极端通孔内；将所述第二金属球放置在绝缘密封管的阳极端通孔处；

将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，生成阴极体；将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合，生成阳极体；其中，所述第一金属球和第二金属球通过引线键合过程与所述绝缘密封管键合。

5.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，所述通过引线键合过程生成第一金属球与第二金属球，包括：

通过引线键合仪生成第一金属球与第二金属球；

其中，所述第一金属球的直径大于所述阴极端通孔直径，所述第二金属球的直径大于所述阳极端通孔直径。

6.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，将所述第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面进行键合，将所述第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面进行键合之前，包括：

在所述绝缘密封管的两端面沉积金属层，以使得第一金属球与所述绝缘密封管的阴极端面键合、第二金属球与所述绝缘密封管的阳极端面键合。

7.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，通过所述第一金属球吸附预先分立的碳纳米管之前，包括：

在碳纳米管的生长基底中形成碳纳米管的薄膜状材料；

将所述薄膜状材料划分为分立的区域，以通过所述第一金属球吸附任一分立区域内的碳纳米管。

8.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，还包括：

在所述绝缘密封管的外壁安装门电极和聚焦电极；

其中，所述门电极用于产生电场，以使得所述碳纳米管生成电子束，并调节所述电子束中的电子数量；所述聚焦电极用于聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

9.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，还包括：

在所述绝缘密封管内壁安装吸气件；其中，所述吸气件与所述X射线管的阳极和阴极存在电绝缘。

10.根据权利要求4所述的X射线管的制备方法，其特征在于，还包括：

通过在所述绝缘密封管的阴极端外壁沉积与所述阴极端面金属层形成电连接的金属层，生成自聚焦阴极环；

其中，所述自聚焦阴极环用于使得所述碳纳米管生成电子束，调节所述电子束中的电子数量，并聚焦所述电子束，以使得所述电子束轰击所述第二金属球。

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