CN113714515A - 一种阴极材料及其制备方法、装置 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种阴极材料及其制备方法、装置。该制备方法包括：获取阴极材料的三维模型；以及根据三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到阴极材料，其中，预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个。该阴极材料使用上述制备方法制得。该装置包括：基板，用于铺设原材料；激光器，用于根据阴极材料的三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到阴极材料，其中，预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个；以及驱动机构，用于驱动基板下降，或用于驱动激光器上升。

Description

一种阴极材料及其制备方法、装置

技术领域

本发明属于阴极材料技术领域，具体地，涉及一种阴极材料及其制备方法、装置。

背景技术

X射线广泛用于各个领域，例如，医学诊断和治疗、安检、工业探伤等。X射线管的阴极材料的质量对X射线的产生及其强度有重要影响。且现有阴极材料的制备工艺相当复杂。因此，有必要提供一种阴极材料及其制备方法、装置，以简化其制备工艺，提高其质量。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种阴极材料的制备方法，该方法包括：获取所述阴极材料的三维模型；以及根据所述三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到所述阴极材料，其中，所述预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个。

在一些实施例中，所述激光扫描方向与所述阴极材料的主应力方向垂直，所述阴极材料的主应力方向与所述阴极材料的长轴方向平行。

在一些实施例中，所述激光能量分布为平顶分布。

在一些实施例中，所述激光输出功率在100mW～500mW范围内。

在一些实施例中，所述激光扫描速度在150mm/s～2000mm/s范围内。

在一些实施例中，所述方法还包括对所述阴极材料进行热处理、冷加工、抛光处理中的至少一个。

在一些实施例中，所述原材料包括钨粉，所述原材料的颗粒度在20nm～20μm范围内。

本说明书实施例之一还提供一种阴极材料，所述阴极材料使用上述阴极材料的制备方法制得。

在一些实施例中，所述阴极材料内部分布有多个孔。

在一些实施例中，所述孔的直径不大于50μm。

在一些实施例中，所述阴极材料的孔隙率不高于20％。

在一些实施例中，所述阴极材料的晶粒长度在500μm～1500μm范围内，所述晶粒宽度在20μm～200μm范围内。

在一些实施例中，所述阴极材料的晶粒长度所在的方向与所述阴极材料的主应力方向垂直。

在一些实施例中，所述阴极材料用于X射线球管的平板灯丝。

本说明书实施例之一还提供一种用于制备阴极材料的装置，所述装置包括：基板，用于铺设原材料；激光器，用于根据阴极材料的三维模型，以预设参数对所述原材料进行激光扫描，以得到所述阴极材料，其中，所述预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个；以及驱动机构，用于驱动所述基板下降，或用于驱动所述激光器上升。

本说明书实施例之一还提供一种X射线管，所述X射线管包括上述的阴极材料，所述阴极材料包括灯丝。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料的制备方法的示例性流程图。

图2是根据本说明书一些实施例所示的阴极组件的结构示意图。

图3是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料的截面示意图。

图4是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料晶体结构示意图。

图5是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料发射表面晶面取向示意图。

图6是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料定向结晶区域的示意图。

图中，200为阴极组件，210为平板灯丝，211为孔，212为晶粒，213为第一晶面，214为第二晶面，220为固定部件，221为安装孔，300为定向结晶区域，310为结晶前沿。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料的制备方法的示例性流程图。在一些实施例中，流程100可以通过处理逻辑来执行，该处理逻辑可以包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(运行在处理设备上以执行硬件模拟的指令)等或其任意组合。图1所示的阴极材料的制备方法的流程100中的一个或多个操作可以通过处理设备实现。例如，流程100可以以指令的形式存储在存储设备中，并由处理设备执行调用和/或执行。在一些实施例中，可以通过执行流程100利用增材制造技术(也称为3D打印技术)制备阴极材料。在一些实施例中，流程100可以由3D打印设备执行。

如图1所示，该阴极材料的制备方法可以包括以下操作。

步骤110，获取阴极材料的三维模型。

在一些实施例中，阴极材料可以包括灯丝，例如，包括但不限于螺旋灯丝、平板灯丝。关于平板灯丝阴极材料的相关说明可以参见本说明书图2～图5及其相关描述，在此不再赘述。在一些实施例中，阴极材料也可以称为阴极结构或阴极部件。

在一些实施例中，三维模型可以指待打印物体(例如，阴极材料)的多边形表示。三维模型可以呈现待打印物体的结构特征。

在一些实施例中，可以从存储设备获取阴极材料的三维模型。例如，阴极材料的三维模型可以存储在3D打印设备的本地存储设备中，可以通过读取本地存储设备获取阴极材料的三维模型。又例如，阴极材料的三维模型可以存储在外部存储设备(例如，U盘，移动硬盘，光盘，记忆卡等)中，外部存储设备与3D打印设备连接后，3D打印设备可以通过读取外部存储设备获取阴极材料的三维模型。在一些实施例中，可以通过网络将三维模型从外部设备传输至3D打印设备中。例如，用户在客户端建立三维模型后，可以通过网络将三维模型从客户端发送至3D打印设备。在一些实施例中，可以根据实际需求新建阴极材料的三维模型。

三维模型可以通过多种方法新建。在一些实施例中，三维模型可以通过仪器设备测量建模得到。例如，可以通过三维扫描仪对阴极材料进行扫描，以获得阴极材料扫描面每个采样点的三维空间坐标及阴极材料内部的结构数据。在一些实施例中，三维模型可以通过建模软件(例如，CATIA、3DMAX)建模得到。在一些实施例中，三维模型还可以根据图像或视频建模得到。

步骤120，根据三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到阴极材料。

在一些实施例中，原材料可以包括钨。在一些实施例中，原材料可以是粉体、块状等。

在一些实施例中，原材料的颗粒度可以影响阴极材料内部分布的孔的尺寸和排布，进而影响阴极材料的性能或质量(例如，高温强度、高温抗蠕变性能、热损耗)。例如，原材料的颗粒度太大，会导致孔的尺寸(例如，直径)较大，进而导致阴极材料的性能降低(例如，高温强度和高温抗蠕变性能降低)。又例如，原材料的颗粒度太小，会导致孔的尺寸(例如，直径)较小，进而导致阴极材料的截面积较大，电阻较小，工作电流较大，热损耗较高。因此，原材料的颗粒度需满足预设条件。

在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在20nm～20μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在50nm～18μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在80nm～16μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在100nm～14μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在200nm～12μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在300nm～10μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在400nm～8μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在500nm～7μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在600nm～6μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在700nm～5μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在800nm～4μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在900nm～3μm范围内。在一些实施例中，原材料的颗粒度可以在1000nm～2μm范围内。

在一些实施例中，原材料可以通过将不同颗粒度的粉体按预设比例混合得到，以使得到的阴极材料在满足高温强度和高温抗蠕变性能的基础上，尽可能降低其热损耗，提高其质量。

在一些实施例中，在阴极材料的制备过程中，可以先在3D打印设备的基板上铺设一层一定厚度的原材料。根据三维模型的分层切片信息，3D打印设备的扫描系统根据预设参数控制激光束作用于原材料。在激光能量作用下原材料熔化，并经散热冷却固化。

一层扫描完毕后，激光器或激光源上升一定距离，或者基板下降一定距离。然后在已成形层之上铺展一层原材料，重复上述激光扫描过程，直至三维模型的所有切片层全部扫描完毕，这样根据三维模型经逐层累积方式直接成形阴极材料。

在一些实施例中，预设参数可以包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个。

在一些实施例中，可以通过对预设参数进行调控，以控制激光扫描过程，进一步控制单层打印的质量，以及控制多层打印得到的阴极材料的结构(例如，晶粒生长方向、晶粒尺寸、阴极材料内部多孔尺寸和分布、晶面取向等)，从而控制得到的阴极材料的性能(例如，电子发射能力、高温抗蠕变性能、热损耗、高温强度等)。

激光束照射在原材料上后，会形成温场。温场可以反映温度在时间和/或空间上的分布情况。晶粒生长方向与温场中的温度梯度相关。温度梯度可以反映温度变化情况，例如，温度梯度越大，表示温度变化越大。作为示例，如果第一方向(例如，图2中的X方向)的温度梯度大于其它方向，晶粒主要沿第一方向生长(例如，晶粒生长方向为第一方向)，得到长轴沿第一方向的椭圆晶粒。

在一些实施例中，在激光扫描过程中，激光扫描方向可以影响阴极材料中晶粒生长方向，进而影响阴极材料的性能。激光扫描方向可以指激光器或激光源的移动方向。在一些实施例中，沿着激光束的扫描方向温度梯度较大。因此，晶粒可以根据激光扫描方向生长。

在一些实施例中，激光扫描方向可以与阴极材料的主应力方向垂直，以使阴极材料的晶粒生长方向与阴极材料的主应力方向垂直，进一步可以提高阴极材料的高温抗蠕变性能。在一些实施例中，阴极材料的主应力方向与阴极材料的长轴方向或长度所在的方向平行。关于阴极材料的主应力方向的相关说明可以参见本说明书图2及其相关描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，激光能量分布可以影响阴极材料生长的温场，进一步影响阴极材料中晶粒生长方向，影响阴极材料的性能。激光束照射在原材料上时，会形成光斑。激光能量分布可以指光斑上的能量分布。一般激光光斑上的能量分布特点为中间高周围低，因此，激光束照射在原材料上，熔化区结晶前沿温度分布为中间高周围低，这样的话，沿激光扫描方向的温度梯度可能不会大于其它方向的温度梯度，从而导致晶粒可能不会主要沿激光扫描方向生长。在一些实施例中，可以通过将激光能量分布调节为平顶分布，使得激光束照射在原材料上时，熔化区结晶前沿温度分布为平顶分布。平顶分布可以指沿激光扫描方向的温度梯度大于其它方向的温度梯度。例如，熔化区结晶前沿温度分布为平顶分布时，激光扫描方向上的温度梯度较大，与激光扫描方向垂直的方向上的温度梯度较小，以使晶粒生长方向沿激光扫描方向，与阴极材料的主应力方向垂直，进一步得到高质量的阴极材料。在一些实施例中，激光可以为平顶光束，以使其能量分布呈现平顶分布。关于平顶分布的相关说明可以参见本说明书图6及其相关描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，激光输出功率和激光扫描速度可以影响阴极材料生长的温场(例如，温度梯度)，进一步影响阴极材料中晶粒的尺寸，影响阴极材料的质量。例如，激光输出功率过大或激光扫描速度太小，会导致熔深较大，无法实现增材制造的多层堆叠，无法保证阴极材料的孔隙率。又例如，激光输出功率太小或激光扫描速度太大，会导致无法有效熔化原材料，进而无法实现增材制造。因此，激光输出功率和激光扫描速度均需满足预设条件。在一些实施例中，在适宜的激光输出功率和激光扫描速度的共同作用下，熔化区结晶前沿激光扫描方向上的温度梯度可以远大于与激光扫描方向垂直的方向上的温度梯度，以使晶粒生长方向可以沿着激光扫描方向。

在一些实施例中，激光输出功率可以在10mW～1000mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在20mW～900mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在30mW～850mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在40mW～800mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在50mW～750mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在60mW～700mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在70mW～650mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在80mW～600mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在90mW～550mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在100mW～500mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在110mW～450mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在120mW～400mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在130mW～350mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在140mW～300mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在150mW～250mW范围内。在一些实施例中，激光输出功率可以在160mW～200mW范围内。

在一些实施例中，激光扫描速度可以在100mm/s～3000mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在110mm/s～2800mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在120mm/s～2600mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在130mm/s～2400mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在140mm/s～2200mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在150mm/s～2000mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在160mm/s～1800mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在170mm/s～1600mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在180mm/s～1400mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在190mm/s～1200mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在200mm/s～1000mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在300mm/s～900mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在400mm/s～800mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在500mm/s～700mm/s范围内。在一些实施例中，激光扫描速度可以在550mm/s～650mm/s范围内。

在一些实施例中，原材料的单层铺设厚度可以与单层打印的成型厚度有关。例如，单层铺设厚度可以不小于单层打印的成型厚度。

在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以影响阴极材料内部分布的孔的尺寸和排布，进而影响阴极材料的性能和质量。因此，单层打印的成型厚度需满足预设条件。

在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.005mm～0.05mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.01mm～0.048mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.015mm～0.045mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.02mm～0.042mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.025mm～0.04mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.03mm～0.038mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以在0.032mm～0.035mm范围内。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以为0.01mm。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以为0.02mm。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以为0.03mm。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以为0.04mm。在一些实施例中，单层打印的成型厚度可以为0.05mm。

在一些实施例中，根据流程100制得阴极材料后，还可以对阴极材料进行后处理。在一些实施例中，后处理可以包括对阴极材料进行热处理。在一些实施例中，热处理可以包括将阴极材料加热到其再结晶温度以上，并保温预设时间。在一些实施例中，热处理可以消除阴极材料的内应力(例如，根据流程100的制备过程中产生的应力)，优化阴极材料的晶粒，以进一步提高阴极材料的性能(例如，提高高温抗蠕变性能)。例如，在预设条件(例如，再结晶温度、预设保温时间)下对阴极材料进行热处理，可以得到具有预设晶粒尺寸的阴极材料。关于预设晶粒尺寸的相关说明可以参见本说明书图4及其相关描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，再结晶温度和预设保温时间可以影响阴极材料的性能。因此，再结晶温度和预设保温时间需满足预设条件。以原材料为钨进行说明，在一些实施例中，再结晶温度可以在2000℃～3000℃范围内。在一些实施例中，再结晶温度可以在2200℃～2800℃范围内。在一些实施例中，再结晶温度可以在2400℃～2600℃范围内。在一些实施例中，再结晶温度可以在2450℃～2550℃范围内。

在一些实施例中，预设保温时间可以在0.001h～1h范围内。在一些实施例中，预设保温时间可以在0.01h～0.8h范围内。在一些实施例中，预设保温时间可以在0.1h～0.6h范围内。在一些实施例中，预设保温时间可以在0.2h～0.5h范围内。在一些实施例中，预设保温时间可以在0.3h～0.4h范围内。

在一些实施例中，后处理还可以包括对阴极材料进行冷加工。在一些实施例中，冷加工可以包括但不限于冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压。在一些实施例中，冷加工可以促进阴极材料的晶粒择优生长，以进一步提高阴极材料的质量。在一些实施例中，晶粒择优生长可以指阴极材料发射表面的晶面取向偏向于逸出功较低的晶面。例如，阴极材料为钨时，晶粒择优生长的晶面可以包括(310)和/或(111)。

在一些实施例中，后处理还可以包括对阴极材料进行抛光处理。在一些实施例中，抛光处理可以指对阴极材料的表面进行加工，以降低其表面粗糙度，进一步降低其热辐射系数。由于阴极材料的主要热耗散方式为辐射散热，抛光处理可以降低阴极材料的热损耗。

在一些实施例中，抛光处理可以包括但不限于机械抛光处理、化学抛光处理。在一些实施例中，机械抛光处理可以指利用抛光介质(例如，抛光粉)对阴极材料的表面进行磨削、滚压等处理。在一些实施例中，化学抛光处理可以指利用化学试剂对阴极材料的表面进行化学浸蚀处理。

在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于1.2μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于1.0μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于0.9μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于0.8μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于0.7μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于0.6μm。在一些实施例中，抛光处理可以使阴极材料的表面粗糙度Ra不大于0.5μm。

在一些实施例中，后处理可以包括对阴极材料进行热处理、冷加工、抛光处理中的至少一个。本说明书实施例对后处理的顺序不做限定。例如，后处理可以包括先进行冷加工，再进行热处理。冷加工可以进一步使晶粒生长方向与阴极材料的主应力方向垂直。热处理可以使晶粒增大，进一步提高其高温抗蠕变性能。

应当注意的是，上述描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。

图2是根据本说明书一些实施例所示的阴极组件的结构示意图。

如图2所示，阴极组件200可以包括平板灯丝210和固定部件220。

在一些实施例中，平板灯丝210可以通过固定部件220安装固定。在一些实施例中，平板灯丝210可以是流程100制得的阴极材料，可以用于X射线球管。本说明书实施例中，平板灯丝与阴极材料可以替换使用。

在一些实施例中，固定部件220可以包括安装孔221，用于通过安装件(例如，螺栓)安装平板灯丝210。例如，可以通过固定部件220将平板灯丝210安装于X射线球管。

平板灯丝210受热膨胀后，其主应力方向通常与平板灯丝210的长轴方向平行。如图2所示，以平板灯丝210的长轴方向为Y轴、平板灯丝210的短轴方向为X轴、垂直于平板灯丝210所在平面的方向为Z轴建立坐标系。阴极材料的主应力方向可以与Y轴平行。激光扫描方向可以与X轴平行。

在一些实施例中，根据流程100制备的阴极材料内部可以分布有多个孔。在一些实施例中，激光照射在原材料上时，粉末颗粒部分熔化并在界面张力作用下收缩为球体。激光继续行进，该球体迅速冷却和凝固，激光移动一定距离后熔化粉末颗粒形成新的球体，如此重复进行，球体和球体之间形成间隙，从而得到内部多孔的阴极材料。

在一些实施例中，还可以在原材料中添加造孔剂，当激光束照射在原材料和造孔剂的混合物上时，原材料熔化形成熔化区，造孔剂分解产生气体并溶解于熔化的原材料中，激光继续行进，熔化区迅速冷却凝固，气体形成孔隙，从而得到内部多孔的阴极材料。

在一些实施例中，可以设计内部包括多个孔的阴极材料的三维模型，然后根据流程100制备与三维模型对应的多孔阴极材料。

图3是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料的截面示意图。图3所示是图2中平板灯丝210平行于X-Z坐标平面、X-Y坐标平面或Y-Z坐标平面的截面。

如图3所示，阴极材料210内部可以分布有多个孔211。在一些实施例中，孔211的形状可以包括圆形、椭圆形、多边形等规则或不规则形状。在一些实施例中，多个孔211可以排布为圆形、椭圆形、多边形等规则或不规则形状。

孔211的尺寸(例如，直径)及孔隙率可以影响阴极材料210的性能或质量(例如，高温强度、高温抗蠕变性能、热损耗)。例如，孔211的尺寸(例如，直径)较大或孔隙率较大，会导致阴极材料210的性能降低(例如，高温强度和高温抗蠕变性能降低)。又例如，孔211的尺寸(例如，直径)较小或孔隙率较小，会导致阴极材料210的截面积较大，无法起到增加电阻的目的，为了生产相同的热量，需要更大的阴极工作电流，增加了其他部件的热损耗。因此，为了使阴极材料210具有较优的高温强度和高温抗蠕变性能，以及较低的热损耗，孔211的尺寸(例如，直径)和孔隙率需满足预设条件。

在一些实施例中，孔211的尺寸可以表示孔211的直径、孔211的内切圆或外接圆的直径。

在一些实施例中，孔211的直径可以不大于80μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于70μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于60μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于50μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于40μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于30μm。在一些实施例中，孔211的直径可以不大于20μm。

在一些实施例中，孔211的直径可以在20μm～80μm范围内。在一些实施例中，孔211的直径可以在25μm～75μm范围内。在一些实施例中，孔211的直径可以在30μm～70μm范围内。在一些实施例中，孔211的直径可以在35μm～65μm范围内。在一些实施例中，孔211的直径可以在40μm～60μm范围内。在一些实施例中，孔211的直径可以在45μm～55μm范围内。

在一些实施例中，孔隙率可以表示阴极材料210内部孔211的总体积与阴极材料210在自然状态下总体积的百分比。

在一些实施例中，孔隙率可以不高于30％。在一些实施例中，孔隙率可以不高于25％。在一些实施例中，孔隙率可以不高于20％。在一些实施例中，孔隙率可以不高于15％。在一些实施例中，孔隙率可以不高于10％。在一些实施例中，孔隙率可以不高于5％。

在一些实施例中，孔隙率可以在5％～30％范围内。在一些实施例中，孔隙率可以在8％～27％范围内。在一些实施例中，孔隙率可以在10％～25％范围内。在一些实施例中，孔隙率可以在12％～23％范围内。在一些实施例中，孔隙率可以在15％～20％范围内。在一些实施例中，孔隙率可以在17％～18％范围内。

图4是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料晶体结构示意图。图4所示是图2中平板灯丝210的平行于X-Y坐标平面的示意图。

如图4所示，阴极材料210可以包括多个晶粒212。结合图2，晶粒212在X轴方向的尺寸长于其在Y轴方向的尺寸。本说明书实施例中，晶粒212在X轴方向的尺寸可以称为长度，晶粒212在Y轴方向的尺寸可以称为宽度。结合前文，根据流程110，通过调节预设参数，使晶粒主要沿激光扫描方向(例如，X方向)生长，得到阴极材料210，晶粒212长度所在的方向沿激光扫描方向(例如，X方向)，与阴极材料210的主应力方向(例如，Y方向)垂直，以提高阴极材料210性能(例如，提高高温抗蠕变性能)。

在一些实施例中，晶粒长度可以在400μm～1600μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在450μm～1550μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在500μm～1500μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在550μm～1450μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在600μm～1400μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在650μm～1350μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在700μm～1300μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在750μm～1250μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在800μm～1200μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在850μm～1150μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在900μm～1100μm范围内。在一些实施例中，晶粒长度可以在950μm～1050μm范围内。

在一些实施例中，晶粒宽度可以在20μm～200μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在30μm～180μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在40μm～160μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在50μm～150μm范围内。

在一些实施例中，晶粒宽度可以在60μm～140μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在70μm～130μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在80μm～120μm范围内。在一些实施例中，晶粒宽度可以在90μm～110μm范围内。

在一些实施例中，晶粒宽度可以在95μm～100μm范围内。

图5是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料发射表面晶面取向示意图。

如图5所示，阴极材料210发射表面可以包括逸出功较低的第一晶面213和逸出功较高的第二晶面214。结合前文，第一晶面213可以是晶粒择优生长的晶面。例如，阴极材料为钨时，第一晶面213可以包括(310)和/或(111)。

第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例越大，阴极材料210的电子发射能力越强。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于50％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于60％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于70％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于80％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于90％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以大于95％。在一些实施例中，第一晶面213的面积占阴极材料210发射表面面积的比例可以为100％。

图6是根据本说明书一些实施例所示的阴极材料定向结晶区域的示意图。如图6所示，激光扫描方向沿X方向。

在一些实施例中，定向结晶可以指在结晶过程中，通过控制阴极材料生长的温场(或熔体的温度梯度方向)，使熔体按预设方向结晶生长。

在一些实施例中，激光束沿X方向移动到原材料某个位置时，一定范围内的原材料熔化，形成定向结晶区域(也可以称为熔化区)300。

在一些实施例中，定向结晶区域300可以包括结晶前沿310。在一些实施例中，结晶前沿310可以表示开始成核并生长的区域。在一些实施例中，结晶前沿310可以作为定向结晶区域300与已结晶区域的固液分界区域。

如图6所示，定向结晶区域300的温度分布可以表示为平顶分布。结合前文所述，可以调节激光能量分布为平顶分布，在激光扫描过程中，激光行进至原材料某个位置时，形成定向结晶区域300，定向结晶区域300的结晶前沿310的温度分布为平顶分布。例如，定向结晶区域300的结晶前沿310的温度分布类似曲线L。如曲线L所示，定向结晶区域300的结晶前沿310的温度分布在激光扫描方向(例如，X方向)上的温度梯度大于在垂直于激光扫描方向的方向(例如，Y方向)上的温度梯度。因此，晶粒的生长方向与激光扫描方向平行。

在一些实施例中，制备阴极材料的装置可以包括基板、激光器和驱动机构，用于制备具有前述特性的阴极材料。关于阴极材料的特性可以参见本说明书其他部分(例如，图2-图5及其相关描述)，在此不再赘述。

在一些实施例中，基板可以用于铺设原材料。在一些实施例中，基板还可以用于放置已成型的部分阴极材料或完整阴极材料。

在一些实施例中，激光器可以用于根据阴极材料的三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到阴极材料。关于三维模型、预设参数、原材料和阴极材料的相关说明可以参见本说明书其他部分(例如，图1-图6及其相关描述)，在此不再赘述。在一些实施例中，激光器可以包括但不限于固体激光器、气体激光器、半导体激光器等。

在一些实施例中，驱动机构可以用于驱动基板下降，或用于驱动激光器上升，以使激光器发射的激光可以对基板上铺设的原材料或已成型的部分阴极材料上铺设的原材料进行激光扫描。

在一些实施例中，驱动机构可以包括动力部件和驱动部件，动力部件和驱动部件可以传动连接。驱动部件可以用于在动力部件的带动下运动，以驱动基板或激光器上升或下降运动。在一些实施例中，动力部件可以包括电机。在一些实施例中，驱动部件可以与基板或激光器连接(例如，固定连接)。在一些实施例中，驱动部件可以包括但不限于线传动机构、铰链传动机构、齿轮齿条传动机构、丝杠螺母传动机构等。

本申请实施例阴极材料及其制备方法、装置可能带来的有益效果包括但不限于：(1)阴极材料的制备方法简单，易于加工控制；(2)通过对预设参数(例如，激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率、激光扫描速度)进行调控，可以控制阴极材料的晶粒生长及其发射表面的结晶取向，可以使阴极材料具有较优的性能(例如，较高的高温强度、较强的高温抗蠕变性能、较低的热损耗、较强的电子发射能力)；(3)阴极材料内部分布有多个孔，可以在保证阴极材料高温强度的基础上，减小其截面积，增大其电阻，降低其热损耗。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种阴极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述阴极材料的三维模型；以及

根据所述三维模型，以预设参数对原材料进行激光扫描，以得到所述阴极材料，其中，所述预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述激光扫描方向与所述阴极材料的主应力方向垂直，所述阴极材料的主应力方向与所述阴极材料的长轴方向平行。

3.根据权利要求1所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述激光能量分布为平顶分布。

4.根据权利要求1所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括对所述阴极材料进行热处理、冷加工、抛光处理中的至少一个。

5.一种阴极材料，其特征在于，使用如权利要求1-4中任一项所述的阴极材料的制备方法制得。

6.根据权利要求5所述的阴极材料，其特征在于，所述阴极材料内部分布有多个孔。

7.根据权利要求6所述的阴极材料，其特征在于，所述阴极材料的孔隙率不高于20％。

8.根据权利要求5所述的阴极材料，其特征在于，所述阴极材料的晶粒长度在500μm～1500μm范围内，所述晶粒宽度在20μm～200μm范围内。

9.一种用于制备阴极材料的装置，其特征在于，所述装置包括：

基板，用于铺设原材料；

激光器，用于根据阴极材料的三维模型，以预设参数对所述原材料进行激光扫描，以得到所述阴极材料，其中，

所述预设参数包括激光扫描方向、激光能量分布、激光输出功率或激光扫描速度中的至少一个；以及

驱动机构，用于驱动所述基板下降，或用于驱动所述激光器上升。

10.一种X射线管，其特征在于，所述X射线管包括如权利要求5-8任一项所述的阴极材料，所述阴极材料包括灯丝。

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