适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及制作方法技术

本发明专利技术公开一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，包括栅极底座、阴极底座、陶瓷垫片、冷阴极、栅网和刻有凹槽的栅极法兰，阴极底座固定于栅极底座上，且二者之间设有陶瓷垫片绝缘；冷阴极由导电银浆和场发射材料丝印于阴极底座上而形成；栅极法兰固定于栅极底座上，而栅网点焊在栅极法兰的凹槽内。本发明专利技术还公开一种阴栅极组件的制作方法，将阴极底座装配在栅极底座上，栅极底座和阴极底座通过陶瓷垫片绝缘；在室温下采用丝印法先后将导电银浆和场发射材料转移到阴极底座上制成冷阴极；将栅网点焊在栅极法兰的凹槽内后，将栅极法兰和栅极底座通过螺丝固定。此种技术方案可直接使用丝印工艺制备阴极发射材料，同时保证装配精度。 1

Cathode grid component of cold cathode X ray tube for screen printing process and its making method

The invention discloses a cold cathode X ray tube negative grid assembly for the screen printing process, which includes a grid base, a cathode base, a ceramic pad, a cold cathode, a grid network and a gate flange with a groove. The cathode base is fixed on the grid base, and the two are provided with a ceramic pad insulation, and the cold cathode is made of conductive silver pulp and field hair. The material is printed on the cathode base and the grid flange is fixed on the grid base, while the grid dot is welded in the groove of the grid flange. The invention also discloses a method for making the cathode grid assembly, which is assembled on the grid base, the grid base and the cathode base are insulated by the ceramic washer, and the conductive silver pulp and the field emission material are transferred to the cathode base successively at room temperature, and the grid is welded to the concave gate flange. After the groove, the grid flange and the grid base are fixed by screws. This technology can directly use the screen printing process to prepare cathode emission material and ensure assembly accuracy. One

【技术实现步骤摘要】
适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及制作方法
本专利技术属于冷阴极电子源领域，特别涉及一种可以适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及其制作方法。
技术介绍
X射线是由加速后的电子轰击到金属表面，电子损失的动能以光子的形式激发出来而产生的。由于X射线具有很强的穿透性能，在医疗、工业探伤、安检等领域都有广泛的应用。X射线通常由X射线管产生，根据产生电子的原理不同，X射线管主要分为热阴极X射线管和冷阴极X射线管两种。热阴极X射线管是通过加热阴极钨丝使电子热发射的方式得到电子，而冷阴极X射线管则是通过场致发射原理，在阴极发射材料表面施加强电场以降低材料的势垒高度和宽度，利用隧道效应使电子逸出形成发射。相对于热阴极，冷阴极X射线管具有体积小，分辨率高，能快速启动而且相对功耗较低等优点，已成为研究的热点。冷阴极X射线管主要由阴极、栅极和阳极三个部分组成。阴极作为电子源，通常选用导电性能良好，开启场强低，具有良好的发射性能的材料，如碳纳米管(CNTs)、纳米氧化锌等。栅极通常为网状结构，阳极则通常以钨等高转化效率的金属材料制备而成。在栅极上施加电压后，可以在阴极表面形成较高的电场，阴极电子发射后从栅极的网孔处通过，在高达万伏级的阳极电压加速下轰击到阳极靶上从而激发出X射线。从冷阴极X射线管的工作原理可知，阴栅极间的高电场强度是提高电子发射性能的关键。为了降低栅极电压控制电路的制作难度，栅极电压一般在数百到数千伏之间。因此，要获得足够高的阴栅极电场，需要将阴栅极之间的距离控制在亚毫米量级，一般为0.3～0.5mm，这对装配提出了很高的精度要求。同时，为控制电子束束斑尺寸实现微焦点X射线成像，除了采用聚焦电极外，阴极发射直径一般控制在1mm以下，因此常采用丝网印刷等厚膜工艺制备，这种制备方法也可以提高阴极发射的均匀性。在传统结构中，阴极通常位于栅极下方，阴栅间距取决于栅极底座上表面和阴极的高度差。因此，不能先装配阴极底座再使用厚膜工艺制备阴极，而在毫米级直径的阴极底座上丝印阴极材料，这不仅给固定和对位带来了极大的困难，在装配过程也极容易损坏阴极材料，更关键的是无法通过后续的阴极底座表面处理来保证阴栅极间距。因此，本专利技术提出了一种阴栅极结构，可以通过先预装配阴极基底和栅极底座，通过机械加工方式保证阴极基底和栅极底座上表面平齐，然后可以采用成熟的丝印工艺在阴极基底表面制备阴极。阴栅极间距则可以通过在栅极法兰下表面开的凹槽深度来控制。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件及制作方法，其可直接使用丝印工艺制备阴极发射材料，同时保证装配精度。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，包括栅极底座、阴极底座、陶瓷垫片、冷阴极、栅网和刻有凹槽的栅极法兰，其中，阴极底座固定于栅极底座上，且二者之间设有陶瓷垫片绝缘；冷阴极由导电银浆和场发射材料丝印于阴极底座上而形成；栅极法兰固定于栅极底座上，而栅网点焊在栅极法兰的凹槽内。上述栅极底座、阴极底座和栅极法兰均为适用于真空的同质金属件，所述栅网由不锈钢或钼加工制成。上述冷阴极厚度为10～30微米，直径小于1毫米。上述栅网厚度为50微米。上述栅极法兰的凹槽深度为0.3～0.5毫米。一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件的制作方法，包括如下步骤：步骤1，将阴极底座装配在栅极底座上，栅极底座和阴极底座通过陶瓷垫片绝缘；步骤2，在室温下采用丝印法先后将导电银浆和场发射材料转移到阴极底座上制成冷阴极；步骤3，将栅网点焊在栅极法兰的凹槽内后，将栅极法兰和栅极底座通过螺丝固定。上述步骤1中，阴极底座通过螺丝装配在栅极底座上，螺丝与栅极底座间用陶瓷片绝缘。上述步骤1中，要求阴极底座与栅极底座表面高度一致。上述步骤2的详细内容是：将导电银浆丝印到阴极底座上，在大气环境中经250℃烘烤1小时后形成银过渡层后，再在过渡层上丝印具有一定几何形状的场发射浆料，并在大气环境中250℃烘烤1小时和400℃烧结0.5～1小时，制成场发射冷阴极。上述步骤2中，场发射材料采用碳纳米管、纳米氧化锌和碳纤维中的一种或多种的混合物。采用上述方案后，本专利技术具有以下显著优点：(1)本专利技术在栅极法兰内部刻槽，通过加工精度可以保证该槽深度在0.3～0.5mm之间。由于阴极和栅极间距由凹槽深度决定，在亚毫米量级就可以获得较高的阴栅发射场强；(2)阴极表面和栅极底座表面高度一致，可以先对阴极基底进行装配，经过机械加工的方式调整减小误差后，再直接在阴极基底表面使用丝网印刷等厚膜工艺进行CNTs的制备，从而解决了先制备阴极再装配时带来的误差和对阴极发射材料的损坏；(3)丝网印刷等厚膜工艺制备小尺寸的阴极发射材料，不仅有利于提高发射均匀性，也有利于降低电子束束斑尺寸有望实现微焦点X射线成像。附图说明图1是本专利技术的阴栅极组件结构示意图；其中，1为栅网法兰、2为栅网、3为冷阴极、4为阴极底座、5为陶瓷垫片、6为栅极底座；图2是栅极法兰的俯视图；图3是栅网的俯视图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案及有益效果进行详细说明。如图1至图3所示，本专利技术提供一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，包括栅极底座6、阴极底座4、陶瓷垫片5、冷阴极3、栅网2和刻有凹槽的栅极法兰1装配组成，其中，栅极底座6、阴极底座4和栅极法兰1均为不锈钢等适用于真空的同质金属件，栅网2由不锈钢或钼加工制成。其中，所述的冷阴极3厚度为10～30微米，直径小于1毫米。其中，所述的栅网2厚度为50微米。其中，所述的栅极法兰1的凹槽深度为0.3～0.5毫米。本专利技术还提供一种上述阴栅极组件的制作方法，其制作过程是：首先，使用不锈钢分别加工栅极法兰、栅极底座、栅网和阴极底座配件，使用陶瓷制备陶瓷垫片。将阴极底座通过螺丝装配在栅极底座上，栅极底座和阴极底座通过陶瓷垫片绝缘，螺丝和栅极底座间用陶瓷片绝缘。将装配好的阴极基底和栅极底座进行机械加工保证两者表面高度一致。在室温下，将导电银浆丝印到阴极底座上，在大气环境中经250℃烘烤1小时后形成银过渡层后，再在过渡层上丝印的碳纳米管浆料，其直径小于1mm。在大气环境中250℃烘烤1小时、400℃烧结0.5～1小时后，形成厚度为20微米左右的冷阴极发射层。在栅极法兰的内部开一个深0.35mm的圆形凹槽，并将厚度0.05mm的圆形栅网点焊固定在凹槽内。通过螺丝将栅极法兰和栅极底座固定，得到装配完成的阴栅极发射组件，其中阴栅极之间的距离为凹槽的深度减去栅网厚度，即0.3mm。本专利技术的工作原理是：阴栅极组件中，阴极和栅极底座之间通过陶瓷垫片绝缘，阴极和栅极间距由凹槽深度决定。将装配好的阴栅极组件和阳极靶一起封装并内部抽真空，制成X射线管。工作时，在栅极底座上施加电压，阴极接地，栅极底座、栅极法兰和栅网互相接触形成等电位，冷阴极材料在阴栅极间的强电场作用下，电子发射从表面逸出成为自由电子，在外加阳极高压的作用下透过栅网网孔并加速成为高能电子，轰击到阳极靶材使其激发出X射线。综合上述，本专利技术的阴栅极组件，通过调控栅极法兰的凹槽深度来调节栅阴极间距，在较低电压下可以获得较高场强，有利于提高X射线管的管电流；通过先装配阴极底座和栅极底座再控制其表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：包括栅极底座、阴

【技术特征摘要】
1.一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：包括栅极底座、阴极底座、陶瓷垫片、冷阴极、栅网和刻有凹槽的栅极法兰，其中，阴极底座固定于栅极底座上，且二者之间设有陶瓷垫片绝缘；冷阴极由导电银浆和场发射材料丝印于阴极底座上而形成；栅极法兰固定于栅极底座上，而栅网点焊在栅极法兰的凹槽内。2.如权利要求1所述的适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：所述栅极底座、阴极底座和栅极法兰均为适用于真空的同质金属件，所述栅网由不锈钢或钼加工制成。3.如权利要求1所述的适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：所述冷阴极厚度为10～30微米，直径小于1毫米。4.如权利要求1所述的适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：所述栅网厚度为50微米。5.如权利要求1所述的适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件，其特征在于：所述栅极法兰的凹槽深度为0.3～0.5毫米。6.一种适用于丝印工艺的冷阴极X射线管阴栅极组件的制作方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，将阴极底座装配在栅极底座上，栅极底座和阴极底座通...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卓娅，昌盛成，雷威，张晓兵，刘金虎，李劲生，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32