KR102439991B1 - Method of surface treatment of ceramic insulating tube of x-ray tube - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법은 상기 절연튜브는 고진공 상태에서 상기 절연튜브 내에 포함된 수분을 제거하기 위해 열처리하는 1차 진공고온소성 단계, 상기 1차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 유기오염인자를 제거하기 위해 열처리하는 2차 진공고온소성 단계 및 상기 2차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 전도성 불순물이 상기 절연튜브 표면으로 석출되도록 열처리하는 3차 진공고온소성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for surface modification of a ceramic insulating tube of an X-ray tube. A first vacuum high-temperature firing step of heat-treating for the purpose of heat treatment, a second vacuum high-temperature firing step of heat-treating to remove organic contaminants contained in the insulating tube at a temperature higher than the first vacuum high-temperature firing process temperature, and the second vacuum high-temperature firing and a third vacuum high-temperature sintering step of heat-treating at a temperature higher than the process temperature so that the conductive impurities contained in the insulating tube are precipitated on the surface of the insulating tube.
Description
본 발명은 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 불순물을 세라믹 표면으로 석출하는 세라믹 표면 개질 처리 방법으로 표면이 개질된 절연튜브를 이용하여 타겟에서 반사된 후방 산란 전자에 의해 절연 튜브가 대전되거나 절연 튜브에서 2차전자가 발생되는 것을 효과적으로 방지하고 안정된 동작을 확보할 수 있는 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface-modifying a ceramic insulating tube of an X-ray tube, and more particularly, to a ceramic surface-modifying treatment method in which conductive impurities such as chromium contained in the ceramic are precipitated on the surface of the ceramic. The present invention relates to a method for surface modification of a ceramic insulating tube of an X-ray tube, which can effectively prevent the insulating tube from being charged by backscattered electrons reflected from a target or secondary electrons from being generated in the insulating tube by using it and secure stable operation.
일반적으로, 엑스선 튜브(X-ray Tube)는 캐소드 전극, 게이트 전극 및 애노드 전극을 포함하는 구성을 갖고, 캐소드 전극에서 방출되는 전자를 애노드 전극의 타겟에 충돌시켜 엑스선을 발생시킨다. In general, an X-ray tube has a configuration including a cathode electrode, a gate electrode, and an anode electrode, and electrons emitted from the cathode electrode collide with a target of the anode electrode to generate X-rays.
그러나, 종래의 엑스선 튜브에서는 전자가 애노드 전극의 타겟과 충돌할 때 후방 산란 전자가 발생하고, 후방 산란 전자가 엑스선 튜브의 절연 튜브에 도달하여 절연 튜브를 대전시켜 절연 튜브가 절연성을 유지할 수 없게 하는 문제가 발생하였다. However, in the conventional X-ray tube, backscattered electrons are generated when electrons collide with the target of the anode electrode, and the backscattered electrons reach the insulation tube of the X-ray tube and charge the insulation tube so that the insulation tube cannot maintain insulation. A problem has occurred.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국특허공개 제10-2014-0043671호처럼 엑스선 튜브에 차폐 전극을 추가로 형성하여 후방 산란 전자를 차폐하거나, 절연 튜브에 코팅막을 형성하여 후방 산란 전자가 절연 튜브에 대전되는 것을 억제하는 기술이 개발되었다.In order to solve this problem, as in Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0043671, a shielding electrode is additionally formed on the X-ray tube to shield backscattered electrons, or a coating film is formed on the insulating tube to charge the backscattered electrons to the insulating tube. A technique to suppress it has been developed.
그러나, 차폐 전극은 엑스선 튜브 내에 추가로 형성되기 때문에 엑스선 튜브 제조 공정이 복잡해지고, 엑스선 튜브의 크기가 커지며, 후방 산란 전자를 전부 차폐할 수 없어서 후방 산란 전자 억제 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 절연튜브에 코팅막을 형성하는 것은 절연튜브에 코팅막을 형성하는 공정이 추가되므로 엑스선 튜브 제조 공정이 복잡해지고, 절연튜브에 균일하게 코팅막을 형성하기 어려우며, 엑스선 튜브에 고전압 인가 시 코팅막이 절연튜브로부터 쉽게 떨어져 내부 불순물을 야기하거나 결국 절연 튜브가 후방 산란 전자에 의해 대전되는 문제가 발생하였다.However, since the shielding electrode is additionally formed in the X-ray tube, the X-ray tube manufacturing process is complicated, the size of the X-ray tube is increased, and the backscattered electron suppression efficiency is lowered because it cannot shield all backscattered electrons, and the insulating tube Since the process of forming a coating film on the insulating tube is added, the X-ray tube manufacturing process is complicated, and it is difficult to form a coating film on the insulating tube uniformly. There was a problem that impurities were caused or that the insulating tube was eventually charged by backscattered electrons.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 세라믹 표면 개질 처리 공정을 통해 표면이 개질된 절연튜브를 이용하여 후방 산란 전자에 의해 절연튜브가 대전되는 것을 방지하고, 절연튜브에서 2차전자가 발생되는 것을 방지하며, 고전압 인가 시 안정적인 특성을 가지는 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법을 제공한다.Therefore, the present invention takes this problem into account, and prevents the insulating tube from being charged by backscattered electrons by using an insulating tube whose surface has been modified through a ceramic surface modification treatment process, and prevents secondary electrons from being discharged from the insulating tube. To provide a method for surface modification of a ceramic insulating tube of an X-ray tube that prevents the occurrence of occurrence and has stable characteristics when a high voltage is applied.
본 발명의 일 특징에 따른 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법은 전자빔을 방출하는 에미터를 포함하는 캐소드, 상기 전자빔과의 충돌에 의해 엑스선을 방출하는 타겟 물질이 설치되는 애노드 및 세라믹 재질의 원통형 절연튜브를 포함하는 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법에 있어서, 상기 절연튜브는 고진공 상태에서 상기 절연튜브 내에 포함된 수분을 제거하기 위해 열처리하는 1차 진공고온소성 단계, 상기 1차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 유기물을 제거하기 위해 열처리하는 2차 진공고온소성 단계 및 상기 2차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 전도성 불순물이 상기 절연튜브 표면으로 석출되도록 열처리하는 3차 진공고온소성 단계를 포함한다. A method for surface modification of a ceramic insulating tube of an ultra-small X-ray tube according to one aspect of the present invention includes a cathode including an emitter emitting an electron beam, an anode in which a target material emitting X-rays by collision with the electron beam is installed, and a ceramic material In the method for surface modification of a ceramic insulation tube of an ultra-small X-ray tube including a cylindrical insulation tube of A second vacuum high-temperature firing step of heat-treating to remove organic matter contained in the insulating tube at a temperature higher than the secondary vacuum high-temperature firing process temperature, and conductive impurities contained in the insulating tube at a temperature higher than the second vacuum high-temperature firing process temperature and a third vacuum high-temperature sintering step of heat-treating to precipitate on the surface of the insulating tube.
상기 3차 진공고온소성 공정은 1000°C 내지 1300°C 사이에서 열처리할 수 있으며, 세라믹 표면으로 금속성 불순물이 석출될 수 있도록 적어도 60분 이상을 유지할 수 있다. The third vacuum high-temperature sintering process may be heat-treated between 1000°C and 1300°C, and may be maintained for at least 60 minutes or more so that metallic impurities can be precipitated onto the ceramic surface.
상기 1차 진공고온소성 공정 및 2차 진공고온소성 공정 및 상기 3차 진공고온소성 공정의 진공도는 10-5 내지 10-6torr이다. The vacuum degree of the first vacuum high temperature firing process, the second vacuum high temperature firing process, and the third vacuum high temperature firing process is 10 -5 to 10 -6 torr.
이와 같은 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법에 따르면, 간단한 공정으로 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 전도성 불순물을 세라믹 절연튜브 표면으로 석출하여 전도층을 형성할 수 있다. According to the method of treating the surface of the ceramic insulating tube of the X-ray tube as described above, a conductive layer can be formed by precipitating conductive impurities contained in the ceramic insulating tube on the surface of the ceramic insulating tube through a simple process.
또한, 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 전도층에 의해 타겟에서 반사된 후방 산란 전자가 세라믹 절연 튜브를 대전시키거나, 상기 후방 산란 전자에 의해 세라믹 절연튜브에서 2차전자가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 고전압에서 안정적인 특성을 갖는 엑스선 튜브를 제작할 수 있다.In addition, it is possible to prevent backscattered electrons reflected from the target by the conductive layer deposited on the surface of the ceramic insulating tube from charging the ceramic insulating tube, or generation of secondary electrons from the ceramic insulating tube by the backscattered electrons. . Accordingly, it is possible to manufacture an X-ray tube having stable characteristics at high voltage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법의 실제 온도 프로파일 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 개질 처리 방법에 의해 표면이 개질되기 전 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 실제 제작 예를 촬영한 사진이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 개질 처리 방법에 의해 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 실제 제작 예를 촬영한 사진이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 실제 내부 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브의 실제 내전압 시험 사진이다.1 is a flowchart of a method for surface modification of a ceramic insulating tube of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
2 is an actual temperature profile diagram of a method for surface-modifying a ceramic insulating tube of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
3A is a photograph of an example of actually manufacturing the ceramic insulating tube of the X-ray tube before the surface is modified by the surface modification treatment method according to an embodiment of the present invention.
3B is a photograph of an actual fabrication example of a ceramic insulating tube of an X-ray tube whose surface has been modified by a surface modification treatment method according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of an actual inside of a ceramic insulating tube of an X-ray tube whose surface is modified according to an embodiment of the present invention.
6 is an actual withstand voltage test photograph of a ceramic insulating tube of an X-ray tube whose surface is modified according to an embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 또한, 본 출원에서, 상부, 하부, 상단, 하단과 같이 상하를 포함하는 표현은 절대적인 높이에 따른 구분이 아니라, 장치의 내부 공간을 중심으로 한 상대적인 위치를 나타낸다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, but one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. In addition, in the present application, expressions including upper and lower, such as upper, lower, upper, and lower, indicate a relative position with respect to the internal space of the device, rather than a division according to an absolute height.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명에 따른 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법의 실제 온도 프로파일 도면이다.1 is a flowchart of a method for surface-modifying a ceramic insulation tube of an ultra-small X-ray tube according to the present invention, and FIG. 2 is an actual temperature profile view of a method for surface-modifying a ceramic insulation tube of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법은 1차 승온 공정(S10), 1차 진공고온소성 공정(S20), 2차 승온 공정(S30), 2차 진공고온소성 공정(S40), 3차 승온 공정(S50), 3차 진공고온소성 공정(S60) 및 감온 공정(S70)을 포함한다.1 to 2, the method for surface modification of the ceramic insulating tube of the ultra-small X-ray tube of the present invention includes a primary temperature raising process (S10), a primary vacuum high temperature sintering process (S20), a secondary temperature raising process (S30), It includes a second vacuum high temperature firing process (S40), a third temperature raising process (S50), a third vacuum high temperature firing process (S60), and a temperature reduction process (S70).
아래에서는 세라믹 절연튜브의 규격이 20Ø, 60mm인 경우를 예로 들어 절연튜브 표면 개질 처리 공정에 대해 설명한다.Below, the surface modification treatment process of the insulating tube will be described using the case where the size of the ceramic insulating tube is 20Ø and 60mm as an example.
먼저, 세라믹 절연튜브가 내재된 진공고온소성 장치의 진공도를 10- 5torr 이상의 고진공으로 유지하고, 도 2의 step1와 같이 진공고온소성 장치의 내부 온도를 600°C까지 상승시키는 1차 승온 공정을 수행한다(S10). 1차 승온 공정은 1차 진공공온소성 공정이 이루어지는 온도까지 진공고온소성 장치의 내부 온도를 상승시키는 것이다.First, maintaining the vacuum degree of the vacuum high-temperature firing device with a ceramic insulating tube at a high vacuum of 10 - 5 torr or more, and raising the internal temperature of the vacuum high-temperature firing device to 600 °C as in
다음으로, 세라믹 절연튜브를 도2의 step2와 같이 600°C에서 30분간 유지하는 1차 진공고온소성 공정을 수행한다(S20). 제1진공고온소성 공정을 수행함에 따라 세라믹에 포함된 수분이 제거된다. Next, the first vacuum high temperature firing process of maintaining the ceramic insulating tube at 600 °C for 30 minutes as in
다음으로, 진공고온소성 장치의 내부 온도를 도2의 step3과 같이 820°C까지 상승시키는 2차 승온 공정을 수행한다(S30). 2차 승온 공정은 2차 진공고온소성 공정이 이루어지는 온도까지 진공고온소성 장치의 내부 온도를 상승시키는 것이다.Next, a secondary temperature raising process of raising the internal temperature of the vacuum high temperature firing apparatus to 820 °C as in
다음으로, 세라믹 절연튜브를 도 2의 step4와 같이 820°C에서 40분간 유지하는 2차 진공고온소성 공정을 수행한다(S40). 2차 진공고온소성 공정을 수행함에 따라 세라믹에 포함된 유기오염인자들이 제거된다. Next, a secondary vacuum high-temperature firing process of maintaining the ceramic insulating tube at 820 °C for 40 minutes as in
다음으로, 진공고온소성 장치의 내부 온도를 도2의 step5와 같이 1200°C까지 상승시키는 3차 승온 공정을 수행한다(S50). 3차 승온 공정은 3차 진공고온소성 공정이 이루어지는 온도까지 진공고온소성 장치의 내부 온도를 상승시키는 것이다. 이때, 3차 승온 공정은 2차 진공고온소성 공정의 온도인 820°C에서 3차 진공고온소성 공정 온도까지 3°C ~ 5°C/min 승온하는 것이 바람직하다. 이는 3차 진공고온소성 공정 효율을 높이기 위한 것이다.Next, a third temperature raising process of raising the internal temperature of the vacuum high temperature firing apparatus to 1200 °C as in
다음으로, 세라믹 절연튜브를 도 2의 step6과 같이 1200°C에서 60분간 유지하는 3차 진공고온소성 공정을 수행한다(S60). 3차 진공고온소성 공정이 수행되는 동안 세라믹 절연튜브 내부 분자들은 분자구조 안정화를 위해 서로 같은 분자끼리 결합하려는 현상이 발생된다. 이에 따라 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 불순물은 상기 서로 같은 분자끼리 결합하려는 현상에 의해 세라믹 표면으로 밀려 세라믹 절연튜브 표면으로 석출된다. 크롬 등의 전도성 물질이 세라믹 절연튜브 표면에 석출되는 것에 의해 세라믹 표면에는 수GΩ 저항이 균일하게 형성된다.Next, a third vacuum high-temperature firing process of maintaining the ceramic insulating tube at 1200°C for 60 minutes as in
위에서는 3차 진공고온소성 공정이 1200°C에서 60분간 유지되는 것으로 기재되어 있으나, 이는 세라믹 절연튜브 규격이 20Ø, 60mm인 경우인 것을 예로 든것으로 시험 데이터로 3차 진공고온소성 공정의 온도 및 시간 조건은 위 조건으로 한정되지 않고, 1000°C ~ 1300°C에서 60분간 유지하는 것이 바람직하다.Above, it is described that the 3rd vacuum high temperature firing process is maintained at 1200°C for 60 minutes, but this is an example of the case when the ceramic insulation tube size is 20Ø, 60mm. The time condition is not limited to the above conditions, and it is preferable to keep it at 1000 °C ~ 1300 °C for 60 minutes.
세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 물질을 세라믹 절연튜브 표면에 골고루 완벽하게 석출하기 위해서 3차 승온 공정에서 2차 진공고온소성 공정 온도에서 3차 진공고온소성 공정 온도까지 3°C ~ 5°C/min 승온하고, 3차 진공고온소성 공정에서 세라믹 절연튜브를 1000°C ~ 1300°C에서 60분간 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 2차 진공고온소성 공정 온도에서 3차 진공고온소성 공정 온도인 1000°C ~ 1300°C까지 3°C ~ 5°C/min 승온하고, 세라믹 절연튜브를 1000°C ~ 1300°C에서 60분간 유지하는 것이다. 3°C ~ 5°C from the 2nd vacuum high-temperature firing process temperature to the 3rd vacuum high-temperature firing process temperature in the 3rd temperature raising process to evenly and perfectly deposit the conductive materials such as chromium contained in the ceramic insulating tube on the surface of the ceramic insulating tube It is desirable to increase the temperature by °C/min and keep the ceramic insulating tube at 1000°C ~ 1300°C for 60 minutes in the third vacuum high-temperature firing process. That is, the temperature is raised from the 2nd vacuum high-temperature firing process temperature to the 3rd vacuum high-temperature firing process temperature of 1000°C to 1300°C by 3°C to 5°C/min, and the ceramic insulating tube is heated at 1000°C to 1300°C. It will hold for 60 minutes.
이때, 3차 진공고온소성 공정의 온도가 1000°C 이하인 경우 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 불순 물질이 세라믹 절연튜브 표면으로 석출되지 않고, 1300°C 이상인 경우 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 크롬 등의 전도성 물질이 세라믹 절연튜브로부터 떨어지거나 전도성 물질에 크랙이 발생하는 문제가 있어서, 3차 진공고온소성 공정의 온도는 1000°C ~ 1300°C 사이에서 진행하는 것이 바람직하다. At this time, when the temperature of the third vacuum high-temperature firing process is 1000°C or less, conductive impurities such as chromium contained in the ceramic insulation tube do not precipitate on the surface of the ceramic insulation tube. There is a problem in that conductive materials such as chromium, which have been processed, fall from the ceramic insulating tube or cracks occur in the conductive material.
또한, 3차 진공고온소성 공정의 시간이 60분 이하인 경우 세라믹 절연튜브에 포함된 크롬 등의 전도성 물질이 세라믹 절연튜브 표면으로 완전하게 석출되지 않고, 60분을 초과하는 경우 세라믹 절연튜브 표면 전체 영역에 걸쳐 크롬 등의 전도성 물질이 석출되나 공정효율이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 3차 진공고온소성 공정의 시간은 세라믹 절연튜브 내에 포함된 크롬 등의 전도성 물질이 세라믹 절연튜브 표면 전체에 골고루 석출되는 최단 시간인 60분간 수행하는 것이 바람직하다.In addition, if the time of the third vacuum high-temperature firing process is less than 60 minutes, the conductive material such as chromium contained in the ceramic insulation tube does not completely precipitate on the surface of the ceramic insulation tube, and if it exceeds 60 minutes, the entire surface of the ceramic insulation tube Conductive materials such as chromium are precipitated throughout the process, but there is a problem in that the process efficiency is lowered. Therefore, it is preferable to perform the third vacuum high temperature firing process for 60 minutes, which is the shortest time for the conductive material such as chromium contained in the ceramic insulating tube to be evenly deposited on the entire surface of the ceramic insulating tube.
또한, 3차 진공고온소성 공정을 수행할 때 진공도가 10- 5torr이하인 경우 진공고온소성 장치 내 잔류하는 공기분자가 많아 공기분자와 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 크롬 등의 전도성 물질과 결합하는 문제가 발생하고, 진공도가 10- 5torr이상인 경우 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 크롬 등의 전도성 물질이 공기분자와 결합하는 문제가 발생하지 않지만 고진공을 위한 공정 효율이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 진공고온소성 장치의 진공도는 세라믹 절연튜브 내부의 분자와 공기분자가 결합하지 않고 공정 효율이 좋은 10- 5torr ~ 10- 6torr로 유지하는 것이 바람직하다. 위와 같은 이유로 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 공정 전체에서 진공고온소성 장치는 10-5torr ~ 10-6torr로 유지하는 것이 바람직하다.In addition, when the third vacuum high-temperature firing process is performed, when the vacuum degree is 10 - 5 torr or less, there are many air molecules remaining in the vacuum high-temperature firing device, so air molecules and conductive materials such as chromium deposited on the surface of the ceramic insulating tube are combined. occurs, and when the vacuum degree is 10 - 5 torr or more, there is no problem in which conductive materials such as chromium deposited on the surface of the ceramic insulating tube are combined with air molecules, but there is a problem in that the process efficiency for high vacuum is lowered. Therefore, it is desirable to maintain the vacuum degree of the vacuum high temperature firing apparatus at 10 - 5 torr to 10 - 6 torr, which does not combine with air molecules inside the ceramic insulating tube and has good process efficiency. For the above reasons, it is preferable to maintain the vacuum high-temperature firing apparatus at 10 -5 torr to 10 -6 torr throughout the surface modification process of the ceramic insulating tube of the X-ray tube.
다음으로, 진공고온소성 장치의 내부 온도를 도2의 step7와 같이 감온 시키는 감온 공정을 수행한다(S70). Next, a temperature reduction process of reducing the internal temperature of the vacuum high temperature firing apparatus as shown in
위에서는 세라믹 절연튜브의 규격이 20Ø, 60mm 인 경우 세라믹 절연튜브의 표면 개질 처리 공정의 조건을 설명한 것으로, 세라믹 절연튜브의 표면 개질 처리 공정의 조건은 세라믹 절연튜브 규격에 따라 변경될 수 있다. 또한, 세라믹 절연튜브의 표면 개질 처리 공정 중 1차 진공고온소성 공정 및 2차 진공고온소성 공정은 같은 온도에서 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이 세라믹 절연튜브 규격이 20Ø, 60mm 인 경우 1차 진공고온소성 공정은 600°C에서 40분간 수행되고, 2차 진공고온소성 공정은 820°C에서 40분간 수행된다. 그러나, 세라믹 절연튜브의 규격이 10Ø, 40mm 인 경우 1차 진공고온소성 공정과 2차 진공고온소성 공정은 300°C ~ 500°C 사이에서 20분 ~ 40분간 동시에 수행된다. 즉, 세라믹 절연튜브의 규격이 작아질수록 1차 진공고온소성 공정 및 2차 진공고온소성 공정의 온도가 낮아지고, 시간이 짧아진다. 또한, 세라믹 절연튜브의 규격이 작아질수록 1차 진공고온소성 공정 및 2차 진공고온소성 공정이 동시에 수행될 수 있다. The above describes the conditions of the surface modification treatment process of the ceramic insulation tube when the size of the ceramic insulation tube is 20Ø and 60mm, and the conditions of the surface modification treatment process of the ceramic insulation tube may be changed according to the specifications of the ceramic insulation tube. In addition, the first vacuum high temperature firing process and the second vacuum high temperature firing process among the surface modification treatment process of the ceramic insulating tube may be simultaneously performed at the same temperature. For example, as described above, when the ceramic insulating tube size is 20Ø, 60mm, the first vacuum high-temperature firing process is performed at 600°C for 40 minutes, and the second vacuum high-temperature firing process is performed at 820°C for 40 minutes. However, when the size of the ceramic insulating tube is 10Ø, 40mm, the first vacuum high-temperature firing process and the second vacuum high-temperature firing process are simultaneously performed between 300°C and 500°C for 20 to 40 minutes. That is, the smaller the size of the ceramic insulating tube, the lower the temperature of the first vacuum high-temperature firing process and the second vacuum high-temperature firing process, and the shorter the time. In addition, as the size of the ceramic insulating tube decreases, the first vacuum high-temperature firing process and the second vacuum high-temperature firing process may be simultaneously performed.
그러나, 3차 진공고온소성 공정은 세라믹 절연튜브의 규격이 변경되더라도 동일하게 1000°C ~ 1300°C에서 60분간 수행한다. 이는 세라믹 절연튜브를 1000°C 내지 1300°C 사이에서 60분간 열처리하여야만 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 불순물이 세라믹 절연튜브 표면으로 석출되기 때문이다.However, the third vacuum high temperature firing process is performed at 1000 °C ~ 1300 °C for 60 minutes even if the specifications of the ceramic insulating tube are changed. This is because conductive impurities such as chromium contained in the ceramic insulation tube are deposited on the surface of the ceramic insulation tube only when the ceramic insulation tube is heat treated between 1000°C and 1300°C for 60 minutes.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 개질 처리 방법에 의해 표면이 개질되기 전 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브를 실제 촬영한 사진이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 개질 처리 방법에 의해 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브를 실제 촬영한 사진이다.3A is a photograph of a ceramic insulating tube of an X-ray tube before the surface is modified by a surface modification treatment method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a surface modification processing method according to an embodiment of the present invention. This is an actual photograph of the ceramic insulating tube of the X-ray tube whose surface has been modified by
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 표면 개질 처리 공정을 수행하기 전 세라믹 절연튜브는 도 3a와 같이 표면이 흰색이지만, 표면 개질 처리 공정이 수행되면 도 3b와 같이 세라믹 절연튜브의 표면은 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 물질이 표면에 석출되어 색깔이 변하게 된다. 이때, 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 전도성 물질은 전도층 역할을 수행한다.Referring to FIGS. 3A and 3B , the surface of the ceramic insulating tube before the surface modification treatment process is performed is white as shown in FIG. 3A , but when the surface modification treatment process is performed, the surface of the ceramic insulating tube becomes the ceramic insulating tube as shown in FIG. 3B , as shown in FIG. 3B . Conductive materials such as chromium contained inside are precipitated on the surface and the color changes. At this time, the conductive material deposited on the surface of the ceramic insulating tube serves as a conductive layer.
엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법은 세라믹 절연튜브 표면 처리 공정을 더 수행할 수 있다. 세라믹 절연튜브 표면 처리 공정은 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 전도성 물질에 대한 처리 공정으로, 석출된 전도성 물질의 일부분을 제거하거나, 석출된 전도성 물질의 표면이 균일하도록 표면 처리 공정을 수행한다. 예를 들어, 표면 개질 처리 방법에 의해 세라믹 절연튜브 내외부 표면에 전도성 물질이 석출되는 경우 세라믹 절연튜브의 외부 표면에 석축된 전도성 물질을 제거하여 세라믹 절연튜브 내부 표면에서 석출된 전도성 물질을 남도록 세라믹 절연튜브 표면 처리 공정을 수행할 수도 있다. 세라믹 절연튜브 표면 처리 공정은 사용자의 선택에 따라 수행되지 않을 수도 있다.In the method of treating the surface of the ceramic insulating tube of the X-ray tube, a surface treatment process of the ceramic insulating tube may be further performed. The ceramic insulation tube surface treatment process is a treatment process for the conductive material deposited on the surface of the ceramic insulation tube, and a portion of the deposited conductive material is removed or the surface treatment process is performed so that the surface of the deposited conductive material is uniform. For example, if a conductive material is deposited on the inner and outer surfaces of the ceramic insulation tube by the surface modification treatment method, the conductive material deposited on the outer surface of the ceramic insulation tube is removed to leave the conductive material deposited on the inner surface of the ceramic insulation tube. A tube surface treatment process may also be performed. The ceramic insulating tube surface treatment process may not be performed according to the user's choice.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브의 실제 내부 사진이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 표면이 개질된 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브의 실제 내전압 시험 사진이다.4 is a perspective view showing an X-ray tube according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is an actual internal photograph of the ceramic insulating tube of the X-ray tube whose surface is modified according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is the present invention It is an actual withstand voltage test photograph of the ceramic insulating tube of the X-ray tube whose surface is modified according to an embodiment of
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브(1000)는 캐소드전극(100), 에미터(120), 애노드전극(200), 타겟(220), 게이트전극(300) 및 절연튜브(400)를 포함하고, 캐소드전극(100)의 표면에 형성된 에미터(120)로부터 방출된 전자가 게이트전극(300)에 의해 여기 및 가속되어 애노드전극(200)에 형성된 타겟(220)에 충돌하여 엑스선이 발생된다.Referring to FIG. 4 , the
이때, 절연튜브(400)는 위에서 설명한 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법을 통해 표면이 개질된 세라믹 절연튜브(400)이다.In this case, the insulating
표면이 개질된 세라믹 절연튜브(400)는 도 3b 및 도 5와 같이 표면에 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 불순물이 석출되어 전도층이 형성된다. 표면이 개질된 세라믹 절연튜브는 도 3b 및 도 5와 같이 표면의 색상이 변하는 것을 통해 표면에 세라믹 절연튜브 내부에 포함된 크롬 등의 전도성 물질이 석출되어 전도층이 형성되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 3B and 5 , conductive impurities such as chromium contained in the ceramic insulating tube are deposited on the surface of the surface-modified ceramic insulating
세라믹 절연튜브 표면에 형성된 전도층에 전압이 인가된 상태에서 타겟에서 반사된 후방 산란 전자가 세라믹 절연튜브 표면에 형성된 전도층에 충돌하면 후방 산란 전자는 세라믹 절연튜브 표면에 형성된 전도층을 통해 외부로 방출된다. When a voltage is applied to the conductive layer formed on the surface of the ceramic insulation tube and the backscattered electrons reflected from the target collide with the conductive layer formed on the surface of the ceramic insulation tube, the backscattered electrons are sent out through the conductive layer formed on the surface of the ceramic insulation tube. emitted
타겟(220)으로부터 반사된 후방 산란 전자가 세라믹 절연튜브(400) 표면에 형성된 전도층을 통해 외부로 방출되므로, 후방 산란 전자에 의해 세라믹 절연튜브(400)가 대전되는 것이 방지되고, 후방 산란 전자에 의해 절연튜브(400)에서 2차전자가 발생되는 것이 방지된다. Since backscattered electrons reflected from the
또한, 세라믹 절연튜브(400) 표면에 형성된 전도층에 충돌하는 후방 산란 전자들은 전도층을 통해 외부로 방출되지만, 전도층에 전압이 인가되어도 도6과 같이 세라믹 절연튜브는 절연상태를 유지하므로, 엑스선 튜브(1000)는 고전압에서 안정적인 특성을 갖게 된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 세라믹 절연튜브(400) 양단에 결합된 캐소드전극(100)과 애노드전극(200)에 전압을 인가하고, 세라믹 절연튜브 표면에 석출된 전도층에 전압을 인가하여도 세라믹 절연튜브에서는 전류가 흐르지 않는다. In addition, backscattered electrons colliding with the conductive layer formed on the surface of the ceramic insulating
또한, 후방 산란 전자에 의한 대전 및 2차전자 발생을 방지하기 위해 세라믹 절연튜브에 코팅막을 형성하거나, 엑스선 튜브에 별도의 차폐전극을 형성하는 공정이 추가되지 않으므로 엑스선 튜브 제작 공정이 단순화되고, 엑스선 튜브를 소형화할 수 있다. In addition, since the process of forming a coating film on the ceramic insulating tube or forming a separate shielding electrode on the X-ray tube is not added to prevent charging and secondary electrons from being generated by backscattered electrons, the X-ray tube manufacturing process is simplified, and the X-ray tube manufacturing process is simplified. The tube can be miniaturized.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art or those having ordinary knowledge in the art will have the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the technical scope.
1000 : 엑스선 튜브 100 : 캐소드전극
120 : 에미터 200 : 애노드전극
220 : 타겟 300 : 게이트전극
400 : 절연튜브 1000: X-ray tube 100: cathode electrode
120: emitter 200: anode electrode
220: target 300: gate electrode
400: insulation tube
Claims (4)
상기 절연튜브는 고진공 상태에서 상기 절연튜브 내에 포함된 수분을 제거하기 위해 열처리하는 1차 진공고온소성 단계;
상기 1차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 유기오염인자를 제거하기 위해 열처리하는 2차 진공고온소성 단계; 및
상기 2차 진공고온소성 공정 온도보다 높은 온도에서 상기 절연튜브 내에 포함된 전도성 물질이 상기 절연튜브 표면으로 석출되도록 열처리하는 3차 진공고온소성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법A method for surface modification of a ceramic insulating tube of an ultra-small X-ray tube comprising a cathode including an emitter emitting an electron beam, an anode on which a target material emitting X-rays by collision with the electron beam is installed, and a cylindrical insulating tube made of ceramic material in,
a first vacuum high-temperature firing step of heat-treating the insulating tube to remove moisture contained in the insulating tube in a high vacuum state;
a second vacuum high-temperature firing step of heat-treating to remove organic contaminants contained in the insulating tube at a temperature higher than the first vacuum high-temperature firing process temperature; and
The ceramic insulating tube of the ultra-small X-ray tube, characterized in that it comprises a third vacuum high-temperature firing step of heat-treating at a temperature higher than the second vacuum high-temperature firing process temperature so that the conductive material contained in the insulating tube is precipitated on the surface of the insulating tube. Surface modification treatment method
3차 진공고온소성 공정은
1000°C 내지 1300°C 사이에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법According to claim 1,
The 3rd vacuum high temperature firing process
Method for surface modification of ceramic insulation tube of ultra-small X-ray tube, characterized in that heat treatment between 1000 °C and 1300 °C
3차 진공고온소성 공정은
세라믹 표면으로 금속 불순물이 석출될 수 있도록 적어도 60분 이상을 유지하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법3. The method of claim 2,
The 3rd vacuum high temperature firing process
A method for surface modification of a ceramic insulating tube of an ultra-small X-ray tube, characterized in that heat treatment is carried out for at least 60 minutes so that metal impurities can be deposited on the surface of the ceramic
상기 1차 진공고온소성 공정 및 2차 진공고온소성 공정 및 상기 3차 진공고온소성 공정의 진공도 10-5 내지 10-6torr인 것을 특징으로 하는 초소형 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법According to claim 1,
The first vacuum high-temperature firing process, the second vacuum high-temperature firing process, and the third vacuum high-temperature firing process have a vacuum degree of 10 -5 to 10 -6 torr of a ceramic insulating tube surface modification treatment method
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