CN115483081A - 医疗检测系统、x射线管、液态金属轴承及制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于X射线的医疗检测系统、X射线管、液态金属轴承及制造方法。医疗检测系统包括：X射线发射装置、X射线成像装置以及影像处理装置。其中X射线发射装置包括X射线管。X射线管包括：阳极靶盘；以及与阳极靶盘连接的液态金属轴承。液态金属轴承包括：轴承芯以及环绕轴承芯的至少一部分设置的转动部件。其中，液态金属轴承沿着轴向方向包括轴承部和非轴承部。并且其中，在轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属。并且其中，转动部件的内表面包括位于非轴承部的第一部分表面，轴承芯包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构。

Description

医疗检测系统、X射线管、液态金属轴承及制造方法

技术领域

本申请涉及X射线管技术领域，特别是涉及一种医疗检测系统、X射线管、液态金属轴承及制造方法。

背景技术

基于X射线管的医疗检测系统得到了越来越广泛的应用。医疗检测系统通过X射线发射装置内的X射线管发射X射线，通过X射线成像装置生成相应的影像，并通过图像处理装置对影像进行处理从而生成能够供医生参考的医疗影像。并且更进一步地，部署有人工智能模块的图像处理装置还能够根据医疗影像提供诊断建议，便于医生参考。

其中，液态金属轴承是目前市场上大功率、高热容量医用X射线管常用的轴承。相对于传统的滚珠轴承，液态金属轴承提高了转子和定子之间的接触面积，使用这类轴承的球管，运转时散热好，噪音低，并且医疗检测系统获得的图像质量高。

基于液态金属轴承的旋转阳极X射线管，其阳极部分一般由金属管壳200、阳极靶盘300、液态金属轴承100以及轴承座400组成，其结构如图1A所示。参考图1A，金属管壳200内形成管内真空空间210。液态金属轴承100包括转动部件和支撑转动部件的静止部件。其中静止部件包括轴承芯110；转动部件包括旋转外套121、旋转法兰122以及旋转铜套123。其中，在旋转外套121和轴承芯110之间填充有液态金属130。旋转法兰122设置于旋转外套121后侧，并与旋转外套121连接，用于密封设置于旋转外套121和轴承芯110之间的液态金属130。旋转铜套123设置于旋转法兰122后侧，并与旋转法兰122连接，用于进行散热。

液态金属130通常由熔点低、饱和蒸气压低并且导热性好的材料制作而成，例如镓或镓合金。转动部件和静止部件采用对镓或镓合金润滑剂具有耐腐蚀性的金属材料制成，例如钽、钨以及钼等。

此外，图1B进一步示出了X射线管中与液态金属轴承100相关的局部放大示意图。参考图1B所示，边界线L沿轴向将液态金属轴承100的转动部件和静止部件分为两个部分。边界线L前侧为轴承部101，这里转动部件和静止部件之间，填充有液态金属，它们一起形成液态金属径向轴承和推力轴承；边界线L后侧为非轴承部，这里转动部件和静止部件之间，不填充液态金属，它们不具有轴承作用。具体地，轴承部包括转动部件的旋转外套121，非轴承部包括转动部件的旋转法兰122和旋转铜套123。

从液态金属轴承100的构造可以看出，轴承部101内部的液态金属130与管内真空空间210是连通的。当液态金属轴承100启停时，由于液态金属130状态不稳定，无法形成有效的动压液态金属膜层。这时，轴承部101的转动部件120和轴承芯110之间的液态金属130受到挤压，会沿着非轴承部102的转动部件120和轴承芯110之间的间隙，向管内真空空间210缓慢泄漏，如图1C所示。参考图1C所示，当液态金属轴承100启停时，填充于轴承部的液态金属130会沿着箭头所示的路径，从转动部件120和轴承芯110之间的间隙泄漏。

当液态金属130从轴承部101泄漏时，会造成液态金属轴承100本身润滑不畅，甚至可能造成液态金属轴承100抱死，从而导致X射线管报废。如果液态金属130泄漏到X射线管真空内壁上，则会对X射线管的耐压性能造成损伤，并直接影响X射线管的安全运行。为了抑制液态金属130的泄漏，延长X射线管的使用寿命，相关领域的技术人员一直在研究有效的液态金属防泄漏措施。

参考图1B和图1C所示，现有技术采取的措施一般是在液态金属轴承100的非轴承部102，在旋转部件和静止部件相对的表面上设置多个环形槽。例如在旋转法兰122的内表面设置多个环形槽124，从而将从轴承部101泄漏的液态金属130截留在环形槽124内。但是该现有技术存在以下问题：

1)由于环形槽并不能避免轴承内部液态金属泄漏，随着启停次数的增加，轴承内部的液态金属仍然会越来越多的向外部泄漏，从而造成液态金属轴承润滑不畅，最终导致液态金属轴承卡死的问题发生。并且泄漏至管内真空空间的液态金属会对X射线管的耐压性能造成损伤，并直接影响X射线管的安全运行。

2)泄漏的液态金属储存在环形槽内，会变成旋转阳极的附加不平衡质量，破坏旋转阳极原始的动平衡状态，导致X射线管工作时发生振动，噪音变大，并直接影响医疗检测系统生成的医疗影像的图像质量。

针对现有的基于X射线的医疗检测系统中存在的防止X射线管液态金属轴承的液态金属泄漏的现有技术不能阻止液态金属的泄漏并且还会破坏金属阳极的动平衡的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种医疗检测系统、X射线管、液态金属轴承及制造方法，以至少解决现有的基于X射线的医疗检测系统中存在的防止X射线管液态金属轴承的液态金属泄漏的现有技术不能阻止液态金属的泄漏并且还会破坏金属阳极的动平衡的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种基于X射线的医疗检测系统，包括：X射线发射装置、X射线成像装置以及影像处理装置。其中X射线发射装置包括X射线管，用于发射X射线；X射线成像装置，用于基于X射线发射装置发射的X射线生成相应的影像；以及影像处理装置与X射线成像装置通信连接，用于对X射线成像装置生成的影像进行图像处理。其中X射线管包括：阳极靶盘；以及与阳极靶盘连接的液态金属轴承。液态金属轴承包括：轴承芯以及环绕轴承芯的至少一部分设置的转动部件。其中，液态金属轴承沿着轴向方向包括轴承部和非轴承部，其中非轴承部设置于轴承部后侧。并且其中，在轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属；在非轴承部，转动部件和轴承芯之间不设置液态金属。并且其中，转动部件的内表面包括位于非轴承部的第一部分表面，轴承芯包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构。

根据本公开的一个方面，提供了一种基于液态金属轴承的X射线管，包括：阳极靶盘；以及与阳极靶盘连接的液态金属轴承。液态金属轴承包括：轴承芯以及环绕轴承芯的至少一部分设置的转动部件。其中，液态金属轴承沿着轴向方向包括轴承部和非轴承部，其中非轴承部设置于轴承部后侧。并且其中，在轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属；在非轴承部，转动部件和轴承芯之间不设置液态金属。并且其中，转动部件的内表面包括位于非轴承部的第一部分表面，轴承芯包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构。

根据本公开的另一个方面，提供了一种液态金属轴承。液态金属轴承包括：轴承芯以及环绕轴承芯的至少一部分设置的转动部件。其中，液态金属轴承沿着轴向方向包括轴承部和非轴承部，其中非轴承部设置于轴承部后侧。并且其中，在轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属；在非轴承部，转动部件和轴承芯之间不设置液态金属。并且其中，转动部件的内表面包括位于非轴承部的第一部分表面，轴承芯包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构。

根据本公开的另一个方面，提供了一种液态金属轴承的加工方法，包括：制备轴承芯以及用于环绕轴承芯旋转的转动部件；在转动部件位于非轴承部的第一部分表面和轴承芯位于非轴承部的第二部分表面形成具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构；以及将转动部件与轴承芯进行装配，使得第一部分表面和第二部分表面相对设置，并且在非轴承部前侧的轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属，而在非轴承部，转动部件和轴承芯之间不设置液态金属。

综上，本公开在液态金属轴承的非轴承部设置了一种超疏液态金属结构。并且该超疏液态金属结构设置于轴承芯和转动部件相对的部分表面(即第一部分表面和第二部分表面)。该超疏液态金属结构能够有效地阻止填充于轴承部的液态金属从非轴承部泄漏。并且由于超疏液态金属结构不会储存泄漏的液态金属，因此不会破坏旋转阳极的动平衡。从而解决了现有的基于X射线的医疗检测系统中存在的不能阻止液态金属的泄漏并且还会破坏金属阳极的动平衡的技术问题。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1A示出了作为现有技术的X射线管的示意图；

图1B为图1所示的X射线管中与液态金属轴承相关的局部放大示意图；

图1C示出了现有技术的X射线管在使用过程中液态金属发生泄露的路径的示意图；

图2是根据本公开所述的基于X射线的医疗检测系统的示意图；

图3A是根据本公开所述的X射线管的一部分示意图；

图3B是根据本公开所述的X射线管的一部分示意图；

图3C是图3B中示出的X射线管中液态金属轴承的局部放大示意图；

图4A示出了根据实施例1所述的非轴承部的示意图；

图4B示出了根据实施例1所述的超疏液态金属结构的局部放大图；

图4C示出了根据实施例1所述的轴承芯的示意图；

图5A示出了根据实施例2所述的非轴承部的示意图；

图5B示出了根据实施例2所述的超疏液态金属结构的局部放大图；

图5C示出了根据实施例2所述的轴承芯的示意图；

图5D示出了根据实施例2所述的超疏液态金属结构的柱状结构的纹理微观结构的照片；

图5E示出了根据实施例2所述的超疏液态金属结构的氧化铝层的照片；

图6A示出了根据实施例3所述的非轴承部的示意图；

图6B示出了根据实施例3所述的超疏液态金属结构的局部放大图；

图6C示出了根据实施例3所述的轴承芯的示意图；

图7A示出了根据实施例4所述的非轴承部的示意图；

图7B示出了根据实施例4所述的超疏液态金属结构的局部放大图；

图7C示出了根据实施例4所述的轴承芯的示意图；

图8A示出了根据实施例9所述的非轴承部的示意图；

图8B示出了根据实施例9所述的超疏液态金属结构的局部放大图；以及

图9示出了本公开所述的液态金属轴承的加工方法；

图10A示出了现有技术的轴承在初始状态时旋转法兰的照片；以及

图10B示出了现有技术的轴承在启停400次后旋转法兰储液槽内状态的照片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图2示出了根据本公开所述的基于X射线的医疗检测系统的示意图。参考图2所示，系统包括：X射线发射装置1、X射线成像装置2以及影像处理装置3，其中X射线发射装置1包括X射线管10，用于发射X射线；X射线成像装置2，用于基于X射线发射装置1发射的X射线生成相应的影像；以及影像处理装置3与X射线成像装置2通信连接，用于对X射线成像装置2生成的影像进行图像处理。

此外，图3A和图3B示出了X射线管10的部分示意图。具体地，图3A和图3B示出了X射线管10的阳极组件部分。图3C进一步示出了图3B中关于超疏液态金属结构的局部示意图。

参考图3A和图3B所示，X射线管10包括：阳极靶盘300；以及与阳极靶盘300连接的液态金属轴承100。液态金属轴承100包括：轴承芯110以及环绕轴承芯110的至少一部分设置的转动部件120。其中，参考图3C所示，液态金属轴承100沿着轴向方向包括轴承部101和非轴承部102，其中非轴承部102设置于轴承部101后侧。并且其中在轴承部101，转动部件120和轴承芯110之间设置有液态金属130；在非轴承部102，转动部件120和轴承芯110之间不设置液态金属130。从而在轴承部101，轴承芯110与转动部件120一起形成液态金属径向轴承和推力轴承；在非轴承部102，轴承芯110与转动部件120不具有轴承作用。

并且其中，参考图3C所示，转动部件120的内表面包括位于非轴承部102的第一部分表面，轴承芯110包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构140(即图3C中虚线框所示)。

具体地，为了防止填充于液态金属轴承100中的液态金属130泄漏，本公开提供了一种超疏液态金属结构140。参考图3C所示。该超疏液态金属结构140设置于液态金属轴承100的非轴承部102。并且该超疏液态金属结构140设置于轴承芯110和转动部件120相对的部分表面(即第一部分表面和第二部分表面)。研究表明，材料表面的超疏水特性，主要受材料表面微观结构和材料的表面能两个方面的影响。从而本公开通过对位于非轴承部102一侧的轴承芯110的表面以及转动部件120的内表面进行加工，从而在非轴承部102形成了超疏液态金属结构140。该超疏液态金属结构能够有效地阻止填充于轴承部101的液态金属130经由非轴承部102泄漏。其中关于超疏液态金属结构140的具体构造，后文将详细说明。

正如背景技术中所述，为了防止液态金属轴承中的液态金属泄漏，现有技术采取的措施一般是在液态金属轴承的非轴承部，在旋转部件和静止部件相对的表面上设置多个环形槽。但是环形槽仅仅能够储存泄漏的液态金属，而不能避免液态金属的泄漏。因此，随着启停次数的增加，液态金属轴承内的液态金属仍然会向外部泄漏。并且，泄漏的液态金属存储在环形槽内，会破坏旋转阳极的动平衡。有鉴于此，本公开在液态金属轴承的非轴承部设置了一种超疏液态金属结构。并且该超疏液态金属结构设置于轴承芯和转动部件相对的部分表面(即第一部分表面和第二部分表面)。该超疏液态金属结构能够有效地阻止填充于轴承部的液态金属从非轴承部泄漏。并且由于超疏液态金属结构不会储存泄漏的液态金属，因此不会破坏旋转阳极的动平衡。从而解决了现有的基于X射线的医疗检测系统中存在的不能阻止液态金属的泄漏并且还会破坏金属阳极的动平衡的技术问题。

此外，参考图3A和图3B所示，在本公开的技术方案中，转动部件120包括旋转外套121、旋转法兰122以及旋转铜套123。其中，在旋转外套121和轴承芯110之间填充有液态金属130。旋转法兰122设置于旋转外套121后侧，并与旋转外套121连接，用于密封设置于旋转外套121和轴承芯110之间的液态金属130。旋转铜套123设置于旋转法兰122后侧，并与旋转法兰122连接，用于进行散热。

并且在本公开的技术方案中，转动部件120的旋转外套121与轴承部对应，转动部件120的旋转法兰122以及旋转铜套123与非轴承部对应。

可选地，参考图4A和图4B所示，超疏液态金属结构包括柱状结构阵列141以及与柱状结构阵列141相对的第一抗浸润层142，其中柱状结构阵列141形成于第一部分表面和第二部分表面中的一个表面，并且第一抗浸润层142形成于第一部分表面和第二部分表面中的另一个表面。并且优选地，柱状结构阵列141为规则排列的柱状结构141a。并且进一步优选地，柱状结构141a为微米级尺寸的微米柱状结构。

从而，通过在非轴承部102的第一部分表面或第二部分表面加工规则排列的柱状结构141以及第一抗浸润层142，可以获得较好的疏液态金属特性。这是由于材料表面由规则排列的微米柱状结构组成，规则排列的微米突起所构建的粗糙度，诱导了其疏液态金属的性质。

此外，柱状结构阵列141包括形成于该一个表面的多个柱状结构141a以及覆盖多个柱状结构141a和该一个表面的第二抗浸润层141b。其中关于柱状结构141a、第一抗浸润层142以及第二抗浸润层141b的详细内容将在下文中详细说明。

可选地，柱状结构141a为规则排列的圆柱体柱状结构，并且圆柱体柱状结构的直径为10～300um，高度为10～100um，并且多个圆柱体柱状结构的间隔为10～300um。第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b由金属氧化物制备而成(金属氧化物优选为氧化钛或氧化铝等)，并且第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙d1，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙d2，并且第一间隙d1为第二间隙d2的1～3倍。

具体地，图4A～图4C示出了本公开的实施例1的示意图。其中图4A示出了根据实施例1所述的非轴承部102的示意图，图4B示出了根据实施例1所述的超疏液态金属结构140的局部放大图，图4C示出了根据实施例1所述的轴承芯110的示意图。参考图4A～图4C所示，实施例1提供了一种超疏液态金属结构。其中，第一抗浸润层142为氧化铝层，厚度为200nm。该柱状结构141a为规则排列的圆柱体柱状结构，圆柱体柱状结构直径50um，高度为50um，并且圆柱体柱状结构之间的间隔为50um。并且，第二抗浸润层141b为氧化铝层，厚度为200nm。此外，第一间隙d1为第二间隙d2的2倍。

此外，图5A～图5C示出了本公开的实施例2的示意图。其中图5A示出了根据实施例2所述的非轴承部102的示意图，图5B示出了根据实施例2所述的超疏液态金属结构140的局部放大图，图5C示出了根据实施例2所述的轴承芯110的示意图。参考图5A～图5C所示，实施例2提供了一种超疏液态金属结构。其中，第一抗浸润层142为氧化铝层，厚度为200nm。该柱状结构141a为规则排列的圆柱体柱状结构，圆柱体柱状结构直径100um，高度为50um，并且圆柱体柱状结构之间的间隔为100um。并且，第二抗浸润层141b为氧化铝层，厚度为200nm。此外，第一间隙d1为第二间隙d2的2倍。

此外图5D示出了实施例2所述的超疏液态金属结构140的柱状结构141a的纹理微观结构的照片。图5E示出了实施例2所述的超疏液态金属结构140的氧化铝层142的照片。

可选地，柱状结构141a为规则排列的四棱柱体，其中四棱柱体的边长为10～300um，高度为10～100um，并且四棱柱体的间隔为10～300um。第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b由金属氧化物制备而成，并且第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙d1，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙d2，并且第一间隙d1为第二间隙d2的1～3倍。

具体地，图6A～图6C示出了本公开的实施例3的示意图。其中图6A示出了根据实施例3所述的非轴承部102的示意图，图6B示出了根据实施例3所述的超疏液态金属结构140的局部放大图，图6C示出了根据实施例3所述的轴承芯110的示意图。参考图6A～图6C所示，实施例3提供了一种超疏液态金属结构。其中，第一抗浸润层142为氧化铝层，厚度为200nm。该柱状结构141a为规则排列的四棱柱体，四棱柱体的边长为50um，高度为50um，并且四棱柱体之间的间隔为50um。并且，第二抗浸润层141b为氧化铝层，厚度为200nm。此外，第一间隙d1为第二间隙d2的2倍。由于四棱柱体排列更加均匀，这种结构可以获得更好的防泄漏效果。

此外，图7A～图7C示出了本公开的实施例4的示意图。其中图7A示出了根据实施例4所述的非轴承部102的示意图，图7B示出了根据实施例4所述的超疏液态金属结构140的局部放大图，图7C示出了根据实施例4所述的轴承芯110的示意图。参考图7A～图7C所示，实施例4提供了一种超疏液态金属结构。其中，第一抗浸润层142为氧化铝层，厚度为200nm。该柱状结构141a为规则排列的四棱柱体，四棱柱体的边长为50um，高度为50um，并且四棱柱体之间的间隔为50um。并且，第二抗浸润层141b为氧化铝层，厚度为200nm。此外，第一间隙d1为第二间隙d2的2倍。由于四棱柱体排列更加均匀，这种结构可以获得更好的防泄漏效果。

此外，本公开还提供了实施例5～8分别与实施例1～4对应。实施例5～8在实施例1～4的基础上，将实施例1～4中的第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b替换为由氧化钛材料构成，其他参数不变。由于氧化钛相比氧化铝，对液态金属具有更好抗浸润效果。因此，氧化钛膜层可以获得更好的防泄漏效果。

可选地，参考图4A～图4C、图5A～图5C、图6A～图6C以及图7A～图7C所示，柱状结构阵列141形成于轴承芯110的第二部分表面，并且第一抗浸润层142形成于转动部件120的第一部分表面。

可选地，参考图8A和图8B所示，本公开还提供了实施例9，其中对于超疏液态金属结构140，柱状结构阵列141也可以形成于移动部件120的第一部分表面，并且第一抗浸润层142也可以形成于轴承芯110的第二部分表面。而关于柱状结构阵列141和第一抗浸润层142可以参考上面实施例1～8所述，此处不再赘述。

此外，根据本公开的另一个方面，提供了一种X射线管。参考图3A和图3B所示，X射线管包括：阳极靶盘300；以及与阳极靶盘300连接的液态金属轴承100。液态金属轴承100包括：轴承芯110以及环绕轴承芯110的至少一部分设置的转动部件120。其中，参考图3C所示，液态金属轴承100沿着轴向方向包括轴承部101和非轴承部102，其中非轴承部102设置于轴承部101后侧。并且其中在轴承部101，转动部件120和轴承芯110之间设置有液态金属130；在非轴承部102，转动部件120和轴承芯110之间不设置液态金属130。从而在轴承部101，轴承芯110与转动部件120一起形成液态金属径向轴承和推力轴承；在非轴承部102，轴承芯110与转动部件120不具有轴承作用。

并且，根据本公开的另一个方面，提供了一种液态金属轴承100。液态金属轴承100包括：轴承芯110以及环绕轴承芯110的至少一部分设置的转动部件120。其中，参考图3C所示，液态金属轴承100沿着轴向方向包括轴承部101和非轴承部102，其中非轴承部102设置于轴承部101后侧。并且其中在轴承部101，转动部件120和轴承芯110之间设置有液态金属130；在非轴承部102，转动部件120和轴承芯110之间不设置液态金属130。并且其中，参考图3C所示，转动部件120的内表面包括位于非轴承部102的第一部分表面，轴承芯110包括与第一部分表面相对的第二部分表面，并且第一部分表面与第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构140。

可选地，超疏液态金属结构包括柱状结构阵列141以及与柱状结构阵列141相对的第一抗浸润层142，其中柱状结构阵列141形成于第一部分表面和第二部分表面中的一个表面，并且第一抗浸润层142形成于第一部分表面和第二部分表面中的另一个表面。并且优选地，柱状结构阵列141为规则排列的柱状结构。

此外，柱状结构阵列141包括形成于该一个表面的多个柱状结构141a以及覆盖多个柱状结构141a和该一个表面的第二抗浸润层141b。

可选地，柱状结构141a为规则排列的圆柱体柱状结构，其中圆柱体柱状结构的直径为10～300um，高度为10～100um，并且多个圆柱体柱状结构的间隔为10～300um。第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b由金属氧化物制备而成(金属氧化物优选为氧化钛或氧化铝等)，并且第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙d1，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙d2，并且第一间隙d1为第二间隙d2的1～3倍。

可选地，柱状结构141a为规则排列的四棱柱体，其中四棱柱体的边长为10～300um，高度为10～100um，并且四棱柱体的间隔为10～300um。第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b由金属氧化物制备而成，并且第一抗浸润层142和第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙d1，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙d2，并且第一间隙d1为第二间隙d2的1～3倍。

可选地，柱状结构阵列141形成于轴承芯110的第二部分表面，并且第一抗浸润层142形成于转动部件120的第一部分表面。

可选地，对于超疏液态金属结构140，柱状结构阵列141也可以形成于移动部件120的第一部分表面，并且第一抗浸润层142也可以形成于轴承芯110的第二部分表面。

此外，根据本公开的另一个方面，提供了一种液态金属轴承的加工方法，其中图9示出了该加工方法的流程示意图。参考图9所示，该方法包括：

S902：制备轴承芯以及用于环绕轴承芯旋转的转动部件；

S904：在转动部件位于非轴承部的第一部分表面和轴承芯位于非轴承部的第二部分表面形成具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构；以及

S906：将转动部件与轴承芯进行装配，使得第一部分表面和第二部分表面相对设置，并且在非轴承部前侧的轴承部，转动部件和轴承芯之间设置有液态金属，而在非轴承部，转动部件和轴承芯之间不设置液态金属。

具体地，为了制备图3B中示出的液态金属轴承100，本公开首先制备轴承芯110以及转动部件120。例如在本公开中，转动部件120包括：旋转外套121、旋转法兰122以及旋转铜套123(S902)。

然后，在转动部件120的位于非轴承部102(对应于旋转法兰122和旋转铜套123)的第一部分表面和轴承芯110位于非轴承部102(即轴承芯110与旋转法兰122和旋转铜套123对应的部分)的第二部分表面形成超疏液态金属结构140。其中超疏液态金属结构140可参考前面实施例1～实施例9所述(S904)。

然后，将转动部件120与轴承芯110进行装配，使得第一部分表面和第二部分表面相对设置。并且参考图3A至图8B所示，在非轴承部102前侧的轴承部101，转动部件120和轴承芯110之间设置有液态金属130。而在非轴承部102，转动部件120和轴承芯110之间不设置液态金属130(S906)。从而通过以上方法，即可制造本公开所述的液态金属轴承100。

可选地，在转动部件120位于非轴承部102的第一部分表面和轴承芯110位于非轴承部102的第二部分表面形成具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构140的操作，包括：在第一部分表面和第二部分表面中的一个表面形成柱状结构阵列141；以及第一部分表面和第二部分表面中的另一个表面形成第一抗浸润层142。

可选地，在第一部分表面和第二部分表面中的一个表面形成柱状结构阵列141的操作，包括：在该一个表面形成多个柱状结构141a；以及形成覆盖多个柱状结构和该一个表面的第二抗浸润层141b。

可选地，在该一个表面形成多个柱状结构141a的操作，包括：在该一个表面形成多个规则排列的圆柱体柱状结构，其中圆柱体柱状结构的直径为10～300um，高度为10～100um，并且圆柱体柱状结构141a的间隔为10～300um。在另一个表面形成第一抗浸润层142的操作，包括在另一个表面形成金属氧化物材料的第一抗浸润层142，第一抗浸润层142的厚度为100～1000nm。形成覆盖多个柱状结构141a和该一个表面的第二抗浸润层141b的操作，包括形成金属氧化物材料的第二抗浸润层141b，第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。并且将转动部件120与轴承芯110进行装配的操作，还包括将转动部件120与轴承芯110进行装配，使得转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙，并且第一间隙为第二间隙的1～3倍。

可选地，在该一个表面形成多个柱状结构141a的操作，包括：在该一个表面形成多个规则排列的四棱柱体，其中四棱柱体的边长为10～300um，高度为10～100um，并且四棱柱体的间隔为10～300um。在另一个表面形成第一抗浸润层142的操作，包括在另一个表面形成金属氧化物材料的第一抗浸润层142，第一抗浸润层142的厚度为100～1000nm。形成覆盖多个柱状结构141a和该一个表面的第二抗浸润层141b的操作，包括形成金属氧化物材料的第二抗浸润层141b，第二抗浸润层141b的厚度为100～1000nm。将转动部件120与轴承芯110进行装配的操作，还包括将转动部件120与轴承芯110进行装配，使得转动部件120的内表面与轴承芯110在非轴承部102的间隙为第一间隙，转动部件120的内表面与轴承芯110在轴承部101的径向间隙为第二间隙，并且第一间隙为第二间隙的1～3倍。

此外可选地，多个柱状结构141a是通过飞秒激光加工形成的。

可选地，在第一部分表面和第二部分表面中的一个表面形成柱状结构阵列141；以及在第一部分表面和第二部分表面中的另一个表面形成第一抗浸润层142的操作，包括：在第二部分表面形成柱状结构阵列141；以及在第一部分表面形成第一抗浸润层142。

可选地，在第一部分表面和第二部分表面中的一个表面形成柱状结构阵列141；以及在第一部分表面和第二部分表面中的另一个表面形成第一抗浸润层142的操作，包括：在第一部分表面形成柱状结构阵列141；以及在第二部分表面形成第一抗浸润层142。

此外，下面以在轴承芯110表面加工柱状结构阵列为例，对本公开所述的液态金属轴承的加工方法进行详细说明：

第一步零件表面预处理：

1.1对需要处理的轴承芯圆柱表面区域进行精磨加工，使得轴承芯表面粗糙度Ra＜0.2；

1.2将精磨后的轴承芯放入装有丙酮的容器中进行超声波清洗，清洗时间15分钟，去除轴承芯表面的杂质和油污等；

1.3使用去离子水对轴承芯进行二次清洗；

1.4将轴承芯放入烘干机中，在80度条件下，采用循环热风将轴承芯烘干。

第二步飞秒激光圆柱表面微米尺寸结构加工

其中，飞秒激光圆柱表面微米尺寸结构加工设备主要由飞秒激光器系统、高精度振镜扫描切割系统以及高精度XYZ三轴运动平台系统组成，通过与上位机连接控制，实现各部分组件相互配合，完成轴承芯的精密加工。

激光器设置参数为：

平均功率：3-4W

重频范围：60kHz～1000kHz

脉冲宽度：100-290fs

单脉冲能量：100-300μJ

圆柱表面微米尺寸结构加工的主要工作流程如下：

2.1将代加工轴承芯的模型导入轨迹规划软件中，生成路径轨迹G代码；

2.2运动系统初始化，状态检查；

2.3将代加工轴承芯置于预先定位好的工装上；

2.4运用测量传感器系统进行工件定位的二次确认及加工焦距测量；

2.5关闭舱门，于上位机软件中调整激光器参数；

2.6开启激光，执行程序，进入自动加工模式，直至完成。

从而在轴承芯表面加工形成微结构形态：轴承芯表面经过飞秒激光加工，烧蚀形成了规则排列的圆柱体结构。其中，微结构尺寸：圆柱体柱状结构直径约为5-10um，高度约为5-20um，圆柱体柱状结构间隔约为10um。

第三步轴承芯表面二次处理

飞秒激光加工后的轴承芯表面会有残余的氧化层，需要对轴承芯表面加工残留及杂质进行处理。方法如下：

3.1将飞秒激光加工后的轴承芯放入氢炉中，并将炉内真空抽真空至1000帕以下；

3.2以每分钟升温30度的速度，将炉内温度升温至1100度；

3.3炉内温度达到1100度后，通入氢气，并保温20分钟；

3.4用氮气置换炉内氢气，并给炉内持续通氮气，使轴承芯快速冷却至室温后，将轴承芯取出。

第四步PVD镀抗浸润涂层

采用物理气相沉积(PVD)的方法，在轴承芯飞秒激光加工微结构表面处，镀抗浸润涂层。

抗浸润膜层材料为：金属氧化物，例如氧化钛、氧化铝等

膜层厚度为：100-1000nm

物理气相沉积(PVD)的方法采用电子束蒸发镀膜的方法，具体参数如下：

真空度为1.0E-4Pa～5.0E-3Pa；

轰击电流为50～200mA；

基底温度为50～250℃；

电子束电压为6kV～8kV；

第五步轴承芯清洗保存

5.1将镀膜后的轴承芯，放入装有丙酮的容器中，进行超声波清洗，清洗时间15分钟，去除轴承芯表面杂质、油污等；

5.2使用去离子水对轴承芯进行二次清洗；

5.3将轴承芯放入烘干机中，在80度条件下，采用循环热风将轴承芯烘干。

最后，得到具有增强防泄漏功能的轴承芯。

此外，发明人在轴承测试平台上，针对现有技术的液态金属轴承和本公开所述的具有超疏液态金属结构的液态金属轴承，分别进行了测试。在多次启停操作后，对液态金属轴承的振动大小、停转时间、泄漏量等特性进行了检测。

下面的表1示出了针对现有技术的液态金属轴承的启停特性的测试结果：

表1现有技术的液态金属轴承射线管启停特性

首先，准备5支现有技术结构的液态金属轴承。在启停400次后，发现各个轴承的振动速度变大，从初始的1mm/s左右，增加到甚至超过3mm/s，并且振动还有继续增大的趋势。

在多次启停后，有液态金属从轴承内部发生泄漏，破坏了转子原有的动平衡。通过对测试的轴承进行拆解，并拆除轴承的旋转法兰后，在旋转法兰的储液槽里面，发现大量的液态金属，有的轴承中液态金属的重量甚至超过1g。

其中图10A示出了#2号轴承在初始状态时旋转法兰的照片。图10B示出了#2号轴承在启停400次后旋转法兰储液槽内状态的照片。从图10B可以看出，启停多次后，液态金属轴承的旋转法兰的储液槽内存有大量的液态金属。

然后，分别按照本公开的实施例1-5，准备5支具有超疏液态金属结构的液态金属轴承。通过启停测试发现，这些具有超疏液态金属结的轴承，在启停400次后，轴承振动变化不大。又继续启停到500次后，轴承的振动变化仍然不大。对这几个轴承进行拆解，打开轴承后，没有发现明显的液态金属泄漏。测试证明，这些具备超疏结构的轴承，较原始结构的轴承，都具有很好的防泄漏效果。

下面的表1示出了针对本公开实施例1～5的液态金属轴承的启停特性的测试结果：

表2具有超疏液态金属结构的轴承启停特性

通过上面的测试表明，根据本公开的技术方案的液态金属轴承在经过多次启停之后，振动并没有发生明显变化。

综上，本公开在液态金属轴承的非轴承部设置了一种超疏液态金属结构。并且该超疏液态金属结构设置于轴承芯和转动部件相对的部分表面(即第一部分表面和第二部分表面)。研究表明，该超疏液态金属结构能够有效地阻止填充于轴承部的液态金属从非轴承部泄漏。并且由于超疏液态金属结构不会储存泄漏的液态金属，因此不会破坏旋转阳极的动平衡。从而解决了现有的基于X射线的医疗检测系统中存在的防止X射线管液态金属轴承的液态金属泄漏的现有技术不能阻止液态金属的泄漏并且还会破坏金属阳极的动平衡的技术问题。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于X射线的医疗检测系统，包括：X射线发射装置(1)、X射线成像装置(2)以及影像处理装置(3)，其中

所述X射线发射装置(1)包括X射线管(10)，用于发射X射线；

所述X射线成像装置(2)，用于基于所述X射线发射装置(1)发射的所述X射线生成相应的影像；以及

所述影像处理装置(3)与所述X射线成像装置(2)通信连接，用于对所述X射线成像装置(2)生成的影像进行图像处理，其中

所述X射线管(10)包括：阳极靶盘(300)；以及与所述阳极靶盘(300)连接的液态金属轴承(100)，其特征在于，

所述液态金属轴承(100)包括：轴承芯(110)以及环绕所述轴承芯(110)的至少一部分设置的转动部件(120)，其中

所述液态金属轴承(100)沿着轴向方向包括轴承部(101)和非轴承部(102)，其中所述非轴承部(102)设置于所述轴承部(101)后侧，并且其中

在所述轴承部(101)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间设置有液态金属(130)；在所述非轴承部(102)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间不设置所述液态金属(130)，并且其中

所述转动部件(120)的内表面包括位于所述非轴承部(102)的第一部分表面，所述轴承芯(110)包括与所述第一部分表面相对的第二部分表面，并且所述第一部分表面与所述第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构(140)。

2.根据权利要求1所述的医疗检测系统，其特征在于，所述超疏液态金属结构(140)包括柱状结构阵列(141)以及与所述柱状结构阵列(141)相对的第一抗浸润层(142)，其中所述柱状结构阵列(141)形成于所述第一部分表面和所述第二部分表面中的一个表面，并且所述第一抗浸润层(142)形成于所述第一部分表面和所述第二部分表面中的另一个表面。

3.根据权利要求2所述的医疗检测系统，其特征在于，所述柱状结构阵列(141)包括形成于所述一个表面的多个柱状结构(141a)以及覆盖所述多个柱状结构(141a)和所述一个表面的第二抗浸润层(141b)。

4.根据权利要求3所述的医疗检测系统，其特征在于，所述柱状结构(141a)为规则排列的圆柱体柱状结构，其中所述圆柱体柱状结构的直径为10～300um，高度为10～100um，并且所述圆柱体柱状结构的间隔为10～300um，和/或

所述第一抗浸润层(142)和所述第二抗浸润层(141b)由金属氧化物制备而成，并且所述所述第一抗浸润层(142)和所述第二抗浸润层(141b)的厚度为100～1000nm，和/或

所述转动部件(120)的内表面与所述轴承芯(110)在所述非轴承部(102)的间隙为第一间隙(d1)，所述转动部件(120)的内表面与所述轴承芯(110)在所述轴承部(101)的径向间隙为第二间隙(d2)，并且所述第一间隙(d1)为所述第二间隙(d2)的1～3倍。

5.根据权利要求3所述的医疗检测系统，其特征在于，所述柱状结构(141a)为规则排列的四棱柱体，其中所述四棱柱体的边长为10～300um，高度为10～100um，并且所述四棱柱体的间隔为10～300um，和/或

所述第一抗浸润层(142)和所述第二抗浸润层(141b)由金属氧化物制备而成，并且所述所述第一抗浸润层(142)和所述第二抗浸润层(141b)的厚度为100～1000nm，和/或

所述转动部件(120)的内表面与所述轴承芯(110)在所述非轴承部(102)的间隙为第一间隙(d1)，所述转动部件(120)的内表面与所述轴承芯(110)在所述轴承部(101)的径向间隙为第二间隙(d2)，并且所述第一间隙(d1)为所述第二间隙(d2)的1～3倍。

6.根据权利要求3所述的医疗检测系统，其特征在于，所述柱状结构阵列(141)形成于所述第二部分表面，并且所述第一抗浸润层(142)形成于所述第一部分表面。

7.根据权利要求3所述的医疗检测系统，其特征在于，所述柱状结构阵列(141)形成于所述第一部分表面，并且所述第一抗浸润层(142)形成于所述第二部分表面。

8.一种基于液态金属轴承的X射线管，包括：阳极靶盘(300)；以及与所述阳极靶盘(300)连接的液态金属轴承(100)，其特征在于，

所述液态金属轴承(100)包括：轴承芯(110)以及环绕所述轴承芯(110)的至少一部分设置的转动部件(120)，其中

所述液态金属轴承(100)沿着轴向方向包括轴承部(101)和非轴承部(102)，其中所述非轴承部(102)设置于所述轴承部(101)后侧，并且其中

在所述轴承部(101)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间设置有液态金属(130)；在所述非轴承部(102)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间不设置所述液态金属(130)，并且其中

所述转动部件(120)的内表面包括位于所述非轴承部(102)的第一部分表面，所述轴承芯(110)包括与所述第一部分表面相对的第二部分表面，并且所述第一部分表面与所述第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构(140)。

9.一种液态金属轴承(100)，其特征在于，包括：轴承芯(110)以及环绕所述轴承芯(110)的至少一部分设置的转动部件(120)，其中

所述液态金属轴承(100)沿着轴向方向包括轴承部(101)和非轴承部(102)，其中所述非轴承部(102)设置于所述轴承部(101)后侧，并且其中

在所述轴承部(101)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间设置有液态金属(130)；在所述非轴承部(102)，所述转动部件(120)和所述轴承芯(110)之间不设置所述液态金属(130)，并且其中

所述转动部件(120)的内表面包括位于所述非轴承部(102)的第一部分表面，所述轴承芯(110)包括与所述第一部分表面相对的第二部分表面，并且所述第一部分表面与所述第二部分表面之间形成有具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构(140)。

10.一种液态金属轴承的加工方法，其特征在于，包括：

制备轴承芯以及用于环绕所述轴承芯旋转的转动部件；

在所述转动部件位于非轴承部的第一部分表面和所述轴承芯位于所述非轴承部的第二部分表面形成具有超疏液态金属性的超疏液态金属结构；以及

将所述转动部件与所述轴承芯进行装配，使得所述第一部分表面和所述第二部分表面相对设置，并且在所述非轴承部前侧的轴承部，所述转动部件和所述轴承芯之间设置有液态金属，而在所述非轴承部，所述转动部件和所述轴承芯之间不设置所述液态金属。

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