用于制造X 射線陽極的方法和X 射線陽極技術

本發明專利技術涉及一種用于制造X射線陽極（12）的方法，所述X射線陽極（12）包括至少在其焦點區域（10）內引入到X射線陽極基體的表面內的若干凹陷（14），其中，各凹陷（14）通過燒蝕方法引入到X射線陽極基體的表面內。在此，通過燒蝕方法在X射線陽極基體的表面內產生盲孔狀凹陷（14），其中，各凹陷（14）至少基本上沿柵格狀線布置。本發明專利技術此外涉及一種X射線陽極（12），所述X射線陽極（12）包括至少在其焦點區域（10）內引入到X射線陽極基體的表面內的凹陷（14），以及涉及一種所述X射線陽極（12）在X射線設備內的應用。

【技術實現步驟摘要】
用于制造X射線陽極的方法和X射線陽極
本專利技術涉及用于一種制造X射線陽極的方法以及X射線陽極，所述X射線陽極至少在它的焦點范圍內具有結構化的表面。
技術介紹
在產生例如用于醫療應用的X射線輻射時，通常由金屬陽極材料制造的X射線陽極被加載以電子。在達到X射線陽極時，電子被強烈制動，以此一方面形成了X射線輻射（所謂的制動輻射）且另一方面產生了熱量。但在被高度加速的電子到達X射線陽極時，此電子的動能的僅大約百分之一被轉化為X射線輻射能。剩余的能量被幾乎僅轉化為熱，且必須從X射線陽極被導出或輻射出。X射線陽極內的均衡的溫度形式通過所產生的熱功率和熱傳導和輻射能力確定。通常的X射線陽極主要包括由熔點高的金屬或金屬合金制成的或由陶瓷材料制成的X射線陽極體。X射線陽極的焦點范圍即電子到達其上的位置通常由高熔點金屬鎢或鎢/錸合金制成。特別地，焦點區域受到高的熱負荷。在形成X射線輻射時，在焦點軌跡或焦點區域上可能達到超過2500℃的溫度，這導致X射線陽極的提前老化。老化的焦點區域特別地顯示出由于金屬組織的再結晶導致的強烈的裂紋組織（rissgefüge）和巨核生長（Riesenkornwachstum），其中隨著裂紋形成的增加，X射線輻射的劑量率下降。裂紋組織的形成例如在X射線旋轉陽極（帶有在100Hz至200Hz之間的典型頻率的旋轉陽極）的情況下解釋為由于高周期溫度負荷導致，其中再結晶金屬組織由于快速的拉壓應力序列而疲勞破壞。金屬組織的疲勞破壞可甚至達到使整個顆粒或區域從焦點軌跡連接（Brennbahnverbund）脫落，以此明顯降低了可獲得的劑量率。X射線陽極在此情況中必須被維修或替換。原來，將焦點區域或焦點軌跡熔合在旋轉陽極體上，以因此產生固定的連接。熔合方法多年來被視作標準方法。為延長X射線陽極的使用壽命，已知通過在鎢體的核邊界上的氧化物分離（所謂的“OxideDispersionStrengthening”）來提高鎢焦點軌跡的強度。也已知的是，為產生耐受性的層結構而使用熱噴射方法（例如，真空等離子體噴涂），其中將附加的物質在噴射燃燒器內或外熔化、熔焊或熔合，其中氣體流以噴射粒子的形式被加速，且被拋射到X射線陽極的表面上。從US7356122B2中獲得了一種方法，其中借助于電化學腐蝕方法在X射線陽極基體的表面上引入凹陷，以至少將表面在X射線陽極的焦點區域內微結構化。電化學處理的焦點區域包括離散的錐形結構，其上產生了X射線輻射的“島面”。獨立的島面可在溫度周期交替時膨脹和收縮，以此防止了金屬組織的損壞和裂紋的形成。DE10360018A1公開了帶有可受高熱負荷的表面的X射線陽極。在所涉及的X射線陽極的表面上布置了限定的微裂縫，以避免在X射線陽極運行期間焦點軌跡表面的彈塑性變形和隨之導致的疲勞破壞。微裂縫可在此通過不同的模式引入到表面內。此外，描述了用于制造此X射線陽極的相應的方法。US5629970A公開了帶有焦點區域的盤形X射線陽極。在焦點區域外，X射線陽極在其背離電子束的側上具有粗糙的表面，其中在表面上的凹陷的寬度和深度大于在X射線陽極運行期間所發射的輻射的波長。在此，US5629970A的教導在于將凹陷分布一致地引入到表面內，以一方面保證良好的導熱且另一方面保證動態重量平衡。已知的方法中的缺點在于帶有不均勻的特別是彎曲的表面的X射線陽極僅能以很高的成本費用加工而成，因為為此要求特殊的模具。此外，在彎曲的表面的邊緣區內可能特別地出現尺寸偏差，這導致了昂貴且成本高的再加工。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種方法，通過該方法可快速、精確且廉價地制造帶有不同的表面幾何形狀的X射線陽極。本專利技術所要解決的另外的技術問題是提供相應的可快速、精確且廉價地制造的X射線陽極。此技術問題根據本專利技術記載的方法以及X射線陽極解決，其中方法的有利構造視作X射線陽極的有利構造，反之亦然。在根據本專利技術的方法中，至少在X射線陽極的焦點區域內提供的凹陷通過燒蝕方法引入到X射線陽極基體的表面內，其中通過燒蝕方法在X射線陽極基體的表面內產生盲孔狀的凹陷。盲孔狀的凹陷此外至少基本上沿柵格狀線布置。在本專利技術的范圍內，所述盲孔狀的凹陷理解為不完全穿過X射線陽極基體且至少主要地形成為圓柱形的凹陷。以此，可產生表面的“穿孔”形式，其中盲孔狀的凹陷在X射線陽極運行期間作為額定斷裂位置起作用。以此方式，可明顯縮短X射線陽極的加工時間，因為表面的所希望的微結構化在X射線陽極運行期間基于所出現的材料應力在焦點范圍內通過彈塑性成形和已限定的微破裂形成。在此，可基本上建議將盲孔狀凹陷以相同或不同的直徑引入到X射線陽極基體的表面內。通過沿柵格狀線布置凹陷，即借助于柵格形的模式，可特別有效地最小化焦點區域內的裂紋組織，且降低材料內的應力分布。通過引入盲孔狀凹陷，在X射線陽極的表面上產生了也被稱為已限定的“裂紋組織”。在用于形成凹陷的燒蝕方法中，特別是電子束或激光束的高能束以合適的燒蝕設備產生且以相應的束引導、成形和偏轉被導向X射線陽極基體的表面上。在待加工的材料內的能量的量在此足夠高而使得材料被蒸發且因此被切除。與例如干腐蝕的結構化方法不同，可借助于燒蝕方法也快速、精確且廉價地結構化彎曲的或不規則地形成的X射線陽極的表面，因為例如在干腐蝕中所要求的彎曲的或另外地匹配的模式等的制造被有利地取消。作為替代，僅需將待結構化的X射線陽極基體以其表面相對于所使用的燒蝕設備定向且定位。在此，可通常使用確定的燒蝕設備而無需為制造不同地形成的X射線陽極進行修改或匹配。借助于燒蝕方法，此外可特別快速且尺寸精確地也在彎曲的或不規則的表面的情況下引入帶有直至50:1的縱橫比的微結構，以此在實現了在制造X射線陽極時的明顯的時間和成本下降。在本專利技術的有利構造中建議，使得凹陷通過激光脈沖燒蝕方法特別是使用飛秒激光器、皮秒激光器和/或納秒激光器的激光脈沖燒蝕方法，和/或通過電子束燒蝕方法引入到X射線陽基體的表面內。使用激光器來產生激光脈沖特別是超短激光脈沖實現了對使用實踐中的各類材料的很精確的加工，從而不同地形成的X射線陽極基體以及由不同的材料和材料配合制成的X射線陽極基體都可無問題地被加工。使用飛秒激光器所提供的優點是所述激光器由于激光脈沖的很短的時間尺度而產生了從固態到等離子態或氣態的直接過渡，即實際上越過了液態。以此，可忽略在被加工的表面的環境中的直接導熱。這實現了很精確的加工，因為由于激光束在X射線陽極基體的各被加工的區域上的影響被保持為有限的影響。此外，在飛秒激光脈沖中的燒蝕深度與被吸收的激光功率指數上相關，使得燒蝕深度很精確地通過脈沖的強度可調節。同樣適用于皮秒激光器的使用，其中由于更長的持續時間，取決于所使用的材料理論上可產生微小的但對于通用的使用對于界定了所產生的深度的部件區域的不明顯的影響。對于不同的應用也可僅需使用相對更廉價的納秒激光器，其中由于激光脈沖的更長的持續時間可產生對于界定了所產生的深度的部件區域的相應的更大的影響。電子能量以及射束功率在電子束燒蝕方法中可在寬的范圍內變化，且因此最佳地與各X射線陽極基體或焦點范圍的材料相匹配。此外，電子束燒蝕方法的使用實現了如下可能性，即通過記錄散射回的電子來類似于電子顯微鏡地確定被加工表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制造X射線陽極（12）的方法，所述X射線陽極（12）包括至少在它的焦點區域（10）內引入到X射線陽極基體的表面內的若干凹陷（14），其中，各凹陷（14）通過燒蝕方法引入到X射線陽極基體的表面內，其特征在于，通過燒蝕方法在X射線陽極基體的表面內產生盲孔狀凹陷（14），其中，各凹陷（14）至少基本上沿柵格狀線布置。

【技術特征摘要】
2011.09.26 DE 102011083413.31.一種用于制造X射線陽極(12)的方法，所述X射線陽極(12)包括至少在它的焦點區域(10)內引入到X射線陽極基體的表面內的若干凹陷(14)，其中，各凹陷(14)通過燒蝕方法引入到X射線陽極基體的表面內，其特征在于，通過燒蝕方法在X射線陽極基體的表面內產生盲孔狀凹陷(14)，其中，各凹陷(14)至少基本上沿柵格狀線布置。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)通過超短激光脈沖和/或通過電子束燒蝕方法引入到X射線陽極基體的表面內。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)通過飛秒激光器、皮秒激光器和/或納秒激光器引入到X射線陽極基體的表面內。4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)至少基本上限定了長方六面體形表面凸起(16)的邊界。5.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)以至少40μm的深度和/或以至多150μm的深度引入到X射線陽極基體的表面內。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過燒蝕方法附加地在X射線陽極基體的表面內產生縫隙形凹陷(14)。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，將縫隙形凹陷(14)以2μm至12μm之間的寬度引入到X射線陽極基體的表面內，和/或將縫隙形凹陷(14)以使相鄰縫隙形凹陷(14)之間的距離在80μm至320μm之間的方式引入到X射線陽極基體的表面內。8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于，將縫隙形凹陷(14)這樣地引入到X射線陽極基體的表面內，使得比例B:A≤0.1，其中，B是所述縫隙形凹陷(14)的平均寬度，以μm為單位，且A是兩個相鄰的縫隙形...

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