CN113636751A - 防x射线散色滤线栅的制造方法及其滤线栅 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防X射线散色滤线栅的制造方法及其滤线栅，本发明涉及防散射滤线栅领域，所使用的皮料为铅玻璃管，芯料为钻孔得到的酸溶性玻璃管。该方法采用复合中空微孔阵列块通过酸蚀工艺制造滤线栅。其制造工艺为：在光纤拉制机上，拉制空心复合玻璃单丝、拉制一次复丝，排版、真空熔合为复合中空单元坯料，再进行切片、磨抛、精雕等冷加工处理，然后通过酸蚀工艺洗掉酸溶性玻璃层，最终制作出内部结构排列规整的空心阵列滤线栅。本发明所制得的滤线栅内部结构排列规整、微孔阵列通道一致性高，酸蚀速率快、酸蚀工艺简单，制作成本低。

Description

防X射线散色滤线栅的制造方法及其滤线栅

技术领域

本发明涉及防散射滤线栅领域，尤其涉及一种防X射线散色滤线栅的制造方法及其滤线栅。

背景技术

在X-射线成像中广泛使用防散射滤线栅(grid)来增强图像质量。从点源发射的X-射线穿过患者或物体，然后在合适的X-射线检测器中加以检测。X-射线成像通过按照X-射线检测器上的位置检测X-射线的强度而工作。具有较小强度的较暗区域对应于物体中的较高密度或厚度区域，而具有较大强度的较亮区域则对应于物体中的较低密度或厚度区域。这种方法依赖于直接穿过物体或被完全吸收的X-射线。但是，X-射线也可能在患者或物体中经历散射过程，主要是康普顿散射。这些X-射线生成图像噪声，并且因而降低图像的质量。

为了减少这些散射X-射线的影响，采用防散射滤线栅。传统的防散射滤线栅一般采用铅条和铝条交叉叠在一起制作而成，或者在碳钎维基板上切割凹槽再进行灌铅后封装而成。

防散射滤线栅性能的主要度量之一是定量改善因子( Q I F ，quantumimprovementfactor)，其中QIF＝

/Tt。Tp为滤线栅的一次辐射透过率，Tt是总辐射透过率。当QIF≥1时，表示滤线栅能够改善图像质量，而QIF＜1时，表示滤线栅实际上对图像质量有损害。因此，需要不断改进X射线滤线栅的设计和制造方法来提高成像对比度和诊断效果。

方案1.专利文件(公开号:CN 111977966A)公开了一种二维滤线栅及其制造方法，该方案公开了滤线栅的两种制造方法，一种是使用含铅的玻璃管预制棒通过拉丝塔将预制棒拉制成光纤，按照预设模板排布光纤，形成光纤复丝，热压熔合等方式制备滤线栅。另一种是使用铅玻璃管和实心酸溶玻璃组合成的复合预制棒，通过拉丝塔将复合预制棒拉制成实心酸溶双层光纤，按照预设模板排布光纤，形成光纤复丝，热压熔合，切割，酸蚀等方式制备滤线栅。

方案2.专利文件(公开号:CN112378933A)公开了一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法，该方案用高铅当量玻璃管套在非铅玻璃管上并在光纤拉丝机上拉制复合铅玻璃单丝，再将复合铅玻璃单丝进行规制矩阵排列、拉制一次复丝，排板、真空熔合为空芯阵列，再用可溶性填充材料填充微米级纤维通道，进行切片、研磨、抛光等冷加工处理，然后用高频超声清洗机清洗掉可溶性填充材料等方式制备滤线栅。

然而现有技术存在着较多的不足，方案1中使用铅玻璃管制造滤线栅工艺难度大，采用这种方法制造的滤线栅的孔径通常过大，壁厚较大，通道内壁不光滑，且热压熔合过程中容易使中空通道阵列发生变形坍塌，结构强度差，严重降低了滤线栅的工作性能；此外，采用铅玻璃管与实心酸溶玻璃进行光纤块制备，通过酸蚀制造滤线栅，采用这种方法制造得到的滤线栅的酸蚀速率通常很慢、酸蚀一致性较差，并且需要通过勤换酸液来保证滤线栅酸蚀过程中的稳定、均一性，这种方法酸蚀工艺繁琐，制造成本高，产品合格率低，不利于大规模量产和应用。

方案2中以非铅玻璃管作为支撑加固材料，以解决采用铅玻璃管制造滤线栅中空块的结构强度偏低和微孔阵列畸变的缺陷问题，但是采用这种方法制造的滤线栅主要问题是，由于多了支撑加固材料，滤线栅微孔单元的开口比也随之变小，降低图像质量，极大影响了滤线栅的光学效果以及防X射线散色的能力。

发明内容

本发明提供一种防X射线散色滤线栅的制造方法及其滤线栅，解决单一空心铅玻璃管在拉制熔压过程中内部阵列结构容易发生畸变、复合实心微孔阵列单元块酸蚀工艺复杂、酸蚀速率过慢以及使用非铅玻璃管作为支撑加固材料带来的滤线栅微孔单元开口比小的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

防X射线散色滤线栅的制造方法，包括如下制造步骤：

1)采用冷加工设备对铅玻璃管进行内外径打磨，并对内外壁进行抛光；

2)将实心铅玻璃棒通过采用光纤拉制机拉制出实心铅玻璃单丝，作为间隙丝后续使用；

3)使用钻床设备对实心酸溶性玻璃棒的中心进行钻孔加工，采用冷加工设备对钻孔得到的空心酸溶性玻璃管进行外径打磨加工，并对外壁进行抛光；

4)将抛光后的铅玻璃管套在空心酸溶性玻璃管外部形成复合空心玻璃棒，将单根的复合空心玻璃棒采用光纤拉制机拉制出复合空心玻璃单丝；

5)将多根复合空心玻璃单丝在排棒模具中排成正六边形复丝棒，其中实心铅玻璃单丝作为正六边形复丝棒的间隙丝，将排棒完成的复合空心玻璃复丝棒固定，形成一个整体；

6)采用光纤拉制机拉制上述复合空心玻璃复丝棒拉制成对边长为1 .06±0.008mm的光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；

7)取多根复丝在正六边形的排板模具中排出正六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；

8)将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在600℃~ 620℃；

9)将真空熔合的六边形空心阵列板经冷加工，按照规格要求切段，对表面磨削及抛光，制得出复合中空单元坯料；

10)将复合中空单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的复合中空微孔阵列块；

11)将上述复合中空微孔阵列块进行酸蚀，酸蚀去除酸溶性玻璃，制得结构规整的成品滤线栅。

作为优选，复合中空微孔阵列块酸蚀包括如下步骤：

（1）将精雕后的复合中空微孔阵列块置于丙酮中，并放入超声波清洗机超声清洗，然后取出将复合中空微孔阵列块置于净化水中，并放入超声波清洗机超声清洗；

（2）净化水清洗后，将复合中空微孔阵列块置于硝酸溶液中，用磁力搅拌器加热搅拌进行酸蚀，每隔一段时间更换新的酸溶液并继续进行酸蚀，直至复合中空微孔阵列块中的酸溶性玻璃完全被酸蚀掉；

（3）酸蚀完成后，取出复合中空微孔阵列块，放入净化水中，使用超声波清洗机超声，清除表面残留物质，然后取出在净化空间内自然晾干，最终制得结构规整的成品滤线栅。

作为优选，步骤1）中制造的铅玻璃管内外壁进行抛光后外径为Φ36.7~37.7mm，壁厚3mm，步骤2）中实心铅玻璃单丝外径为Φ0.38±0.015mm，长度为820mm。

作为优选，步骤3）中使用数控钻床设备对实心酸溶性玻璃进行钻孔加工，钻床的主轴转速为300~1000rpm，切削速度为4~15mm/min，切削深度为300~700mm，得到的空心酸溶性玻璃管内直径为10~28mm，空心酸溶性玻璃管外径打磨抛光后外径尺寸为Φ30.7~31.7mm。

作为优选，步骤4）中复合空心玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径规格为2 .60±0.015mm，长度为820mm复合空心玻璃单丝。

作为优选，所述的铅玻璃管为一种不被酸液腐蚀的铅玻璃材料，所述的酸溶性玻璃管为一种在一定温度下可被酸液酸蚀的玻璃材料，并且铅玻璃和酸溶性玻璃管的料性区间温度相近，拉丝匹配良好。

作为优选，所述步骤（2）所配制的硝酸浓度为0.3mol/L~0.8mol/L；磁力搅拌器加热温度为25~50℃，磁力搅拌器的转速为400~1200rpm；换酸时间为2小时更换一次硝酸溶液。

通过防X射线散色滤线栅的制造方法制造出的滤线栅，该滤线栅由上述防X射线散色滤线栅的制造方法制造，其中铅玻璃管为皮料，通过钻孔工艺得到的酸溶性玻璃管为芯料，芯料最终酸蚀去除。

本发明专利的优点在于：在本发明所提供的铅玻璃管套在钻孔得到的酸溶性玻璃管外部形成复合空心玻璃棒，由复合空心玻璃棒制成复合中空微孔阵列块，制成的复合中空微孔阵列块结构强度高且微孔通道一致性较高，采用芯料钻孔处理也提高酸溶性芯料玻璃与酸液的接触面积，提高复合中空微孔阵列块的酸蚀速率以及均一性。

与现有的滤线栅制备工艺相比，本发明解决了使用单一含铅皮玻璃管拉制滤线栅结构的微孔阵列畸变问题和采用实芯酸溶性芯料玻璃酸蚀速率过慢，滤线栅酸蚀一致性差的问题以及使用支撑加固材料带来开口比小、影响防X射线散射能力的问题。

附图说明

图1为复合中空微孔阵列块酸蚀前金相显微照片。

图2为复合中空微孔阵列块酸蚀后金相显微照片。

具体实施方式

下面对本发明具体内容进行进一步的说明：

本发明防X射线散色滤线栅为采用铅玻璃管和钻孔制备的酸溶性玻璃管制作复合中空微孔阵列块，然后通过酸溶液酸蚀得到成品滤线栅。

铅玻璃管要求选择一种不被酸液腐蚀的铅玻璃材料，所述的酸溶性玻璃管为一种在一定温度下可被酸液酸蚀的玻璃材料，并且铅玻璃和酸溶性玻璃管的料性区间温度相近，拉丝匹配良好。

具体的防X射线散色滤线栅的制造方法包括如下步骤：

（1）采用冷加工设备对铅玻璃管进行内外径加工，并对内外壁进行抛光，使空心铅玻璃管的外径达到Φ36.7~37.7mm，壁厚3mm；

（2）将实心铅玻璃棒通过采用光纤拉制机拉制成外径为Φ0.38±0.015mm，长度为820mm实心铅玻璃单丝作为间隙丝；

（3）使用数控钻床设备对实心酸溶性玻璃进行钻孔加工，钻床的主轴转速为300~1000rpm，切削速度为4~15mm/min，切削深度为300~700mm，得到的空心酸溶性玻璃管内直径为10~28mm，并采用冷加工设备对空心酸溶性玻璃管进行外径加工，并对外壁进行抛光，使空心酸溶性玻璃管的外径达到Φ30.7~31.7mm；

（4）将铅玻璃管套在空心酸溶性玻璃管外部形成复合空心玻璃棒，将单根的复合空心玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径规格为2 .60±0.015mm，长度为820mm复合空心玻璃单丝；

（5）将61根复合空心玻璃单丝在排棒模具中排成正六边形复丝棒，其中实心铅玻璃单丝作为正六边形复丝棒的间隙丝，将排棒完成的复合空心玻璃复丝棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；

（6）采用光纤拉制机拉制上述复丝棒成为对边长为1 .06±0 .008mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；

（7）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为16的正六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；

（8）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在600℃~ 620℃；

（9）将真空熔合的正六边形空心阵列板通过冷加工切、磨、抛光，制得出复合中空单元坯料；

（10）将六边形中空块单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的复合中空微孔阵列块；

（11）将精雕后的复合中空微孔阵列块置于丙酮中，并放入超声波清洗机超声5~10分钟；然后取出将复合中空微孔阵列块置于净化水中，并放入超声波清洗机超声5~10分钟；

（12）清洗后，将复合中空微孔阵列块放置于浓度为0.3mol/L~0.8mol/L硝酸溶液中，用磁力搅拌器加热到25~50℃，搅拌转速设置为400~1200rpm进行酸蚀。

（13）每2小时更换新的硝酸溶液并继续进行酸蚀，直至复合中空微孔阵列块中的酸溶性玻璃完全被酸蚀掉。

（14）酸蚀完成后，取出复合中空微孔阵列块，放入净化水中，使用超声波清洗机超声2分钟，清除表面残留物质。将净化水超声后的复合中空微孔阵列块放置在百万级净化台内自然晾干，最终制得结构均匀的成品滤线栅。

上述的制造方法中，铅玻璃管和酸溶性玻璃管内外径、单丝直径和复合丝直径以及其他尺寸是由滤线栅微孔阵列要求推导而出，根据要求也可为其他尺寸。

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 (8)

1.一种防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，包括如下制造步骤：

（1）、采用冷加工设备对铅玻璃管进行内外径打磨，并对内外壁进行抛光；

（2）、将实心铅玻璃棒通过采用光纤拉制机拉制出实心铅玻璃单丝，作为间隙丝后续使用；

（3）、使用钻床设备对实心酸溶性玻璃棒的中心进行钻孔加工，采用冷加工设备对钻孔得到的空心酸溶性玻璃管进行外径打磨加工，并对外壁进行抛光；

（4）、将抛光后的铅玻璃管套在空心酸溶性玻璃管外部形成复合空心玻璃棒，将单根的复合空心玻璃棒采用光纤拉制机拉制出复合空心玻璃单丝；

（5）、将多根复合空心玻璃单丝在排棒模具中排成正六边形复丝棒，其中实心铅玻璃单丝作为正六边形复丝棒的间隙丝，将排棒完成的复合空心玻璃复丝棒固定，形成一个整体；

（6）、采用光纤拉制机拉制上述复合空心玻璃复丝棒拉制成对边长为1 .06±0 .008mm的光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；

（7）、取多根复丝在正六边形的排板模具中排出正六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；

（8）、将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在600℃~ 620℃；

（9）、将真空熔合的六边形空心阵列板经冷加工，按照规格要求切段，对表面磨削及抛光，（10）、将复合中空单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的复合中空微孔阵列块；

（11）、将上述复合中空微孔阵列块进行酸蚀，酸蚀去除酸溶性玻璃，制得结构规整的成品滤线栅。

2.根据权利要求1所述的防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，复合中空微孔阵列块酸蚀包括如下步骤：

（1）将精雕后的复合中空微孔阵列块置于丙酮中，并放入超声波清洗机超声清洗，然后取出将复合中空微孔阵列块置于净化水中，并放入超声波清洗机超声清洗；

（2）净化水清洗后，将复合中空微孔阵列块置于硝酸溶液中，用磁力搅拌器加热搅拌进行酸蚀，每隔一段时间更换新的酸溶液并继续进行酸蚀，直至复合中空微孔阵列块中的酸溶性玻璃完全被酸蚀掉；

（3）酸蚀完成后，取出复合中空微孔阵列块，放入净化水中，使用超声波清洗机超声，清除表面残留物质，然后取出在净化空间内自然晾干，最终制得结构规整的成品滤线栅。

3.根据权利要求1所述的防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，步骤1）中制造的铅玻璃管内外壁进行抛光后外径为Φ36.7~37.7mm，壁厚3mm，步骤2）中实心铅玻璃单丝外径为Φ0.38±0.015mm，长度为820mm。

4.根据权利要求1所述的防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，步骤3）中使用数控钻床设备对实心酸溶性玻璃进行钻孔加工，钻床的主轴转速为300~1000rpm，切削速度为4~15mm/min，切削深度为300~700mm，得到的空心酸溶性玻璃管内直径为10~28mm，空心酸溶性玻璃管外径打磨抛光后外径尺寸为Φ30.7~31.7mm。

5.根据权利要求1所述的防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，步骤4）中复合空心玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径规格为2 .60±0.015mm，长度为820mm复合空心玻璃单丝。

6.根据权利要求1所述的铅玻璃管和钻孔得到的酸溶性玻璃管，其特征在于，所述的铅玻璃管为一种不被酸液腐蚀的铅玻璃材料，所述的酸溶性玻璃管为一种在一定温度下可被酸液酸蚀的玻璃材料，并且铅玻璃和酸溶性玻璃管的料性区间温度相近，拉丝匹配良好。

7.根据权利要求2所述的防X射线散色滤线栅的制造方法，其特征在于，所述步骤2）所配制的硝酸浓度为0.3mol/L~0.8mol/L；磁力搅拌器加热温度为25~50℃，磁力搅拌器的转速为400~1200rpm；换酸时间为2小时更换一次硝酸溶液。

8.一种权利要求1-7中任一防X射线散色滤线栅的制造方法制造出的滤线栅，其特征是，该滤线栅由上述防X射线散色滤线栅的制造方法制造，其中铅玻璃管为皮料，通过钻孔工艺得到的酸溶性玻璃管为芯料，芯料最终酸蚀去除。

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