旋轉陽極的具有微結構的光軌道制造技術

本發明專利技術涉及一種旋轉陽極（1），具有光軌道（3），該光軌道局有存在于其表面（2）上的微結構（4），其中，所述微結構（4）借助反應性離子深度蝕刻制成。在一種用于制造這種旋轉陽極（1）的方法中，借助反應性離子深度蝕刻制造所述的微結構（4）。本發明專利技術尤其有利地用于醫學的X射線設備。

【技術實現步驟摘要】
旋轉陽極的具有微結構的光軌道
本專利技術涉及一種旋轉陽極，它在光軌道（Brennbahn）的表面上有微結構。本專利技術還涉及一種X射線設備，它有至少一個這種旋轉陽極。此外本專利技術涉及一種制造旋轉陽極的方法，該方法包括在旋轉陽極光軌道的表面上加工微結構。本專利技術尤其有利地用于醫學的X射線設備。
技術介紹
在借助旋轉陽極產生醫學用途的X射線時，尤其典型地有鎢的光軌道遭受高的熱負荷。在形成X射線時（其中高能電子通過光軌道制動以及產生X射線作為韌致輻射），在光軌道上溫度可達2500℃以上。這會導致光軌道提前老化。老化的光軌道表現為嚴重的裂紋形成和基于其鎢組織的再結晶出現巨晶粒生長，其中，X射線的劑量率隨裂紋形成的增加而降低。裂紋的形成可解釋為是由于高的周期性熱負荷（在旋轉陽極典型地具有在100與20Hz之間的頻率時），其中再結晶的鎢組織在快速的拉和壓應力序列下破壞。鎢組織的這種毀壞可發展到，甚至整個顆粒或區域從光軌道脫落，這進一步減小劑量率。此時旋轉陽極必須交付維修。為了延長鎢光軌道的使用壽命，可以使用ODS（OxideDispersedStrengthening）法或VPS（VakuumPlasmaSpraying）法，它們有效地改變鎢的微組織。US7356122介紹了一種X射線陽極，它有耐熱的光軌道區用于射入X射線陰極的電子，以產生X射線。耐熱的光軌道區有一種由間斷的隆凸和凹陷組成的表面結構。隆凸具有的尺寸為50微米至500微米。凹陷具有的深度為10微米至20微米，以及具有的寬度為3微米至20微米。DE10360018A1公開了一種X射線陽極，它具有一個能承高熱負荷的表面，其中在所涉及的表面內設置規定的微細槽。微細槽基于使用激光束或高壓射水借助材料切除制成，此時改變朝槽底的射入方向相對于其寬度的角度。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，至少部分地克服現有技術的缺點，并尤其提供一種改進的（X射線）旋轉陽極。上述技術問題通過一種（X射線）旋轉陽極得以解決，旋轉陽極具有一個光軌道，該光軌道具有一種存在于其表面上的微結構，其中，微結構借助反應性離子深度蝕刻（英文“deepreactiveionetching”，DRIE）制成。通過反應性離子深度蝕刻，可以在光軌道內，尤其在具有鎢（或鎢合金）的光軌道內，制成較深（為了降低應力）和較窄（為了保持大的X射線有效表面）的結構。與借助激光束和尤其借助射水的材料切除術相比，反應性離子深度蝕刻，即使在大高寬比和窄結構寬度的情況下，仍有高的結構精度（小的制造公差）和高的脈沖前沿陡度的優點。按一項設計，微結構有深度至少約40微米。業已證明，當微結構淺于約40微米（例如在10與20微米之間）時，經常還會在微結構底部出現裂紋，它們導致顯著降低旋轉陽極的劑量率，甚至導致光軌道失效。與之相反，上述至少約40微米的深度，基于通過微結構化造成自由的側表面，從而實現光軌道直至微結構底部充分地卸荷。由此可提供一種比迄今壽命更長的旋轉陽極。也就是說，這種旋轉陽極的優點在于，它可以有效抑制基于工作時熱交變負荷在其表面內形成裂紋。按一種擴展設計，微結構有深度至少約50微米。由此例如可以達到更可靠地抑制形成裂紋，因為此時可以顧及（例如在制造微結構時的）制造公差。按一項擴展設計，微結構有深度約達150微米，尤其約達100微米。這種深度可以特別有效地抑制裂紋形成。按再一項擴展設計，微結構有至少一個溝或槽。按這種設計可以制備一種特別長和能比較容易制造的微結構。由此還可以在光軌道表面內良好地規定應力分布。此外，這種溝可以在表面損失比較小并因而劑量率較少降低的同時，有效地減小光軌道內的應力。而且留下的絕大部分表面對于由微結構產生X射線保持基本上沒有影響。按另一項擴展設計，微結構，尤其至少一個溝，具有的寬度在2微米與15微米之間，尤其在3微米與10微米之間，尤其在5微米與10微米之間。這在光軌道的材料卸荷與基于面積損失對劑量率微小影響之間得到特別有利的妥協。按另一項擴展設計，微結構具有多個布設成網格模式的溝。因此可以在熱交變負荷的情況下以簡單的方式使一個大的表面有效卸荷。在這種情況下余留的未結構化的表面具有一種棋盤式的模式。還有一項擴展設計是，基本上互相平行延伸的相鄰溝的間距在約100微米與約300微米之間。這同樣可以保持高的劑量率。此外的一項擴展設計是，溝的寬度與基本上平行延伸的相鄰溝的間距之比至少等于0.1。如此設計也可以保持高的劑量率。再有一項擴展設計是，光軌道具有鎢。在這里，光軌道可以包括純鎢或鎢的合金，例如錸鎢合金，尤其含錸的份額為約5％至約10％。光軌道的厚度可例如為1mm。所述技術問題還通過一種尤其醫學用途的X射線設備得以解決，其中，X射線設備具有至少一個如上所述的旋轉陽極。這種X射線設備具有與如上所述旋轉陽極相同的優點，而且也可以類似地設計。此外，所述技術問題通過一種用于制造旋轉陽極的方法得以解決，其中，本方法包括借助反應性離子深度蝕刻在旋轉陽極光軌道的表面內加工微結構。附圖說明結合下面示意性表示的附圖以及借助附圖詳細說明的實施例，可以更清楚和更明確地理解本專利技術的上述特性、特征和優點以及它們如何達到的方式和方法。其中為了能看得清楚，相同或作用相同的部分可采用同樣的附圖標記。圖1表示按本專利技術用于醫學目的的X射線設備的旋轉陽極光軌道具有微結構的表面局部俯視圖；圖2-7用剖切側視圖表示制造微結構的反應性離子深度蝕刻過程。具體實施方式圖1表示用于醫學目的的X射線設備R的旋轉陽極1的局部俯視圖，確切地說是光軌道3（自由）表面2的俯視圖，在光軌道3上造成電子束的焦斑。光軌道3由深度（垂直進入圖紙平面）約1mm的鎢錸合金組成。光軌道3的表面2具有微結構4，形式上為矩形網格狀加工的直線槽或溝5。光軌道3留下沒有結構化的表面2則設計為棋盤狀。每個溝5具有的深度t（垂直進入圖紙平面）在50微米與100微米之間。為了在沒有結構化的表面2的防開裂卸荷與由于微結構4帶來小的面積損失之間達到良好妥協，溝5分別具有的寬度b在5微米與10微米之間。為了同一個目的，平行延伸的相鄰溝5的間距d在約100微米與300微米之間。因此溝5的寬度b與平行延伸的相鄰溝5間距d之比至少等于0.1。溝5通過反應性離子深度蝕刻制成，如下面詳細說明的那樣。為此圖2至圖7用剖切側視圖表示制造溝5的反應性離子深度蝕刻過程。反應性離子深度蝕刻是一種交替干蝕刻過程，其中蝕刻步驟和鈍化步驟輪流進行。要達到的目的是，盡可能有方向性地垂直于光軌道3表面2進行蝕刻。以此方式可以蝕刻出非常窄的溝5。如圖2所示，首先在由鎢（包括鎢合金在內）組成的光軌道3的表面2上鋪蓋一個例如光刻技術制成的掩膜6。掩膜6可例如由光致抗蝕劑或鋁組成。掩膜6覆蓋光軌道3上那些不應結構化的部位。接著開始真正的蝕刻過程。為此例如將在氣體載體（例如氬）內的四氟甲烷（CF4），引入包括處于其中的光軌道3的反應器內。通過產生一種高能的高頻等離子體，由CF4形成一種反應性氣體。與離子在電場內加速同時，在外露的鎢上疊加化學（各向同性）的蝕刻反應（通過由CF4生成的原子團）以及物理（定向性）的材料切除（借助氬離子通過濺射）。這表示在圖3中。如圖4所示，在短時間后蝕刻過程停止以及引入由八氟環丁烷（C4F8）和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種旋轉陽極（1），具有光軌道（3），所述光軌道具有存在于其表面（2）上的微結構（4），其特征為：所述微結構（4）借助反應性離子深度蝕刻制成。

【技術特征摘要】
2011.07.01 DE 102011078520.51.一種旋轉陽極(1)，具有光軌道(3)，所述光軌道具有存在于其表面(2)上的微結構(4)，其特征為：所述微結構(4)借助反應性離子深度蝕刻制成，其中，所述微結構包括齒紋。2.按照權利要求1所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述微結構(4)具有的深度(t)至少為40微米。3.按照權利要求2所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述深度(t)至少為50微米。4.按照權利要求2所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述深度(t)達150微米。5.按照權利要求4所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述深度(t)達100微米。6.按照權利要求1所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述微結構(4)具有的寬度(b)在2微米與15微米之間。7.按照權利要求6所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述寬度(b)在3微米與10微米之間。8.按照權利要求7所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述寬度(b)在5微米與10微米之間。9.按照權利要求1所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述微結構(4)具有至少一個溝(5)。10.按照權利要求9所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，所述至少一個溝(5)具有多個布設成網格模式的溝(5)。11.按照權利要求10所述的旋轉陽極(1)，其特征在于，基本上互相平行延伸的相鄰溝(5)的間距(d)在100微米與300微米之間。12.按照...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J弗羅伊登伯格，S蘭彭舍夫，W沙夫，S沃爾特，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：