包括散热元件的阳极盘元件制造技术

本发明专利技术大致涉及X射线管技术。经由电子轰击而向焦斑施加的大部分能量被转变为热；电磁辐射的生成可被认为是很没有效率的。X射线管的主要局限性之一是阳极元件尤其是焦斑轨道的冷却，也即散热。因此，提出了一种阳极盘元件，其可以在维持结构完整性的同时承受增加的热，并且还可以提供改善的从焦斑轨道的散热。根据本发明专利技术，提供了一种用于生成X射线的包括各向异性导热系数的阳极盘元件(1)。该阳极盘元件(1)包括焦斑轨道(4)和至少一个散热元件(5)。该阳极盘元件(1)能够绕着旋转轴(6)旋转，并且焦斑轨道(4)关于该旋转轴(6)旋转对称。该至少一个散热元件(5)适于在该阳极盘元件(1)的导热系数减小的方向上从该焦斑轨道(4)散热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及X射线管技术。更具体地，本专利技术涉及用于X射线生成设备的包括散热元件的阳极盘元件、X射线生成设备、X射线系统、阳极盘元件的制造方法以及阳极盘元件在X射线生成设备、X射线管和X射线系统中的至少一个中的使用。
技术介绍
X射线生成设备，也称为例如X射线管，可用于生成电磁辐射，该电磁辐射例如用于医学成像应用、检查成像应用或者安保成像应用。X射线生成设备可包括阴极元件和阳极元件，电子在这两个元件之间被加速以用于产生X辐射。电子从阴极元件移动行进到阳极元件，并且到达阳极元件上被称为焦斑的区域，从而通过阳极元件的电子轰击产生电磁辐射。阳极元件可是静态的或者可实现为旋转阳极元件。由于经由电子轰击而向焦斑施加的大部分能量被转变为热，因此电磁辐射的生成可被认为是很没有效率的。X射线管的主要局限性之一是阳极元件尤其是焦斑轨道的冷却， 也即是散热。在旋转阳极元件的情况下，通过旋转焦斑之下的阳极元件，焦斑散布于阳极元件的较大的径向区域上，因而产生焦斑轨道。因此，作用于阳极元件的热负荷散布在较大的圆形区域上，因而增大了 X射线生成设备的可能额定功率。
技术实现思路
可能需要提供一种在维持结构完整性的同时可承受增加的热的阳极盘元件。此夕卜，可能需要改善从焦斑轨道尤其是从焦斑区域的散热。X射线管的阳极元件可包括难熔金属靶。难熔金属在电磁辐射生成领域中提供了很多有利的特性，例如耐高温、高强度、导热系数和高热容。然而，当旋转阳极盘元件时，可观的每分钟的旋转数量(RPM)有助于阳极盘元件中显著机械应力的产生。同样，在X射线生成的过程期间，阳极元件的加热便于热机械应力的产生。通过电子轰击而向焦斑施加的大部分能量被转换为热。由于阳极盘元件的温度可被认为是X射线管的限制因素，因此必须通过例如从焦斑区域或者焦斑轨道移除热来控制焦斑的热度。归因于电子撞击的焦斑局部加热可被认为取决于以下参数例如，靶角度、焦斑轨道直径、焦斑尺寸(长度χ宽度)、旋转频率、应用于焦斑的功率以及例如阳极盘元件的导热系数、密度和比热的材料特性。在下文中，提供根据独立权利要求的用于X射线生成设备的阳极盘元件、X射线生成设备、X射线系统、阳极盘元件的制造方法以及阳极盘元件在X射线生成设备、X射线管和X射线系统中的至少一个中的使用。从从属权利要求中可得到进一步的优选示例性实施例。阳极盘元件可具有复合材料和/或包括各向异性导热系数的材料。复合材料可是由至少两个截然不同的结构或者材料，例如纤维和基质，组成的材料组合。具有各向异性导热系数的材料可视为是在材料的第一方向上具有第一导热系数， 而在第二方向上具有至少第二导热系数的材料，并且第一导热系数和第二导热系数是不相等的。例如，材料可在第一方向上包括第一导热系数，所述第一导热系数高于在第二方向上的第二导热系数。换言之，在这一例子中，第二导热系数相比第一导热系数减小或者降低。某些类型的复合材料可呈现出各向异性的导热系数，具体而言取决于该复合物之内的各个截然不同的结构或者材料，例如纤维材料，的布置。该各个材料即使在复合材料中也可保持区分性。也可以想到非复合材料也呈现出各向异性的导热系数。非复合材料也可被称为单一材料或者均质材料。具体而言，非复合材料可被认为是不由两个或者更多的单独的专门材料或者材料结构构成，而是由均质材料组成，尤其是具有均质材料分布和/或材料结构。本专利技术的要点可视为是提供散热元件，其在阳极盘元件的某个方向上提供优选的散热或者增强的散热。散热元件可在阳极盘元件的一方向上提供导热系数，具体而言，在该方向上阳极盘元件的材料与具有另外导热系数的该阳极盘元件的另外方向相比具有减小的导热系数。 具体而言，该散热元件可提供比阳极盘元件的导热系数更高的导热系数或者传热递性能， 尤其是在阳极盘元件的某个部分或者方向上，例如在导热元件的延伸方向上。换言之，导热元件提供了用于热传导的路径，因而在阳极盘元件内部的散热，其与该阳极盘元件本身的散热性能相比可尤其增加。导热元件也可被视为是用于受控地或有方向地传导热的元件。因而，导热元件可适于在阳极盘元件的导热系数减小的方向上从焦斑轨道散热。本专利技术的一方面在于提供由复合材料制造的阳极盘元件，该复合材料具体而言包括基质结构。复合材料可采用与基质材料结合的纤维材料，该基质材料具体而言可包围该纤维材料，以构成基质结构。纤维材料可是无方向性或者全方向性的纤维材料，或者可包括限定的纤维结构， 尤其是编织纤维结构。例如，由碳基质材料增强的碳纤维复合结构的使用可允许提供具有改善机械强度的阳极盘元件。纤维材料可被编织为极性构造，例如提供正放射状和圆周状的纤维，因而通过优化环形和径向机械特性而产生旋转对称，以优选使阳极盘元件的构造适于旋转期间产生的应力。极性构造，尤其是旋转对称的极性构造，可理解为由两个单独的纤维结构组成。一个纤维结构可大致上从旋转轴向外突出，因而与旋转阳极盘元件的旋转轴垂直对齐。第二纤维结构可被认为是从旋转轴相对于各个纤维等距对齐，因而与阳极盘元件的旋转轴圆周对齐。在两个纤维结构的交叉点，可认为纤维是基本上彼此垂直的。虽然相应的编织构造被认为是旋转对称的，但是应该理解的是归因于编织纤维的结构，是不能实现最佳或者真正的旋转对称构造的，尤其是连续的旋转对称。然而，在本专利申请的背景下，即使是部分旋转对称也被认为是旋转对称。相应的纤维结构可沿着各个纤维提供良好的导热系数，然而在正交方向中，也即各个纤维层之间的方向中，归因于没有连接各个纤维层的纤维并且大多数纤维在面内方向中定向，因此可能提供减小的导热系数。纤维结构的面内定向可提供增强的稳定性，提供将来自焦斑轨道的局部热在面内方向中沿着纤维结构的优选移除，同时提供局部热在正交方向中减小的移除。本专利技术也涉及将散热元件应用于或者并入到复合材料结构中。具体而言，其涉及例如通过编织或者以别住的方式将导热纤维并入复合材料中。导热纤维可是并入复合材料的经编织的高温、高导热系数纤维，该复合材料例如是碳纤维增强碳(CFC)材料，其组成了 X射线生成设备的阳极盘元件，尤其是X射线管的旋转X射线管阳极元件。相应的阳极盘元件具体而言可具有作为散热元件并入的例如由难熔金属制造的金属纤维，该难熔金属例如是钨(W)、铼(Re)、铌(Nb)、钼(Mo)、钽(Ta)、铪(Hf)或者它们的各自合金。难熔金属是极其耐热和耐磨损的金属种类。散热元件可布置为基本平行于阳极盘元件的旋转轴，在轴向方向或者正交方向中定向以具体而言通过提供各个分隔的纤维层的纤维之间的纤维连接来提供各个纤维层之间的导热路径，该纤维层彼此邻近相置，但是是分隔开的，因而通过轴向方向中的基质材料防止了各个层的纤维-纤维接触。相应的散热元件或者导热纤维可改善正交导热系数或者层间导热系数，尤其是轴向中的。这可通过将纤维主要布置在阳极盘元件的焦斑轨道区域中或者布置在阳极盘元件的焦斑轨道之下来进一步增强。此外，这种散热元件可改善例如通过化学气相沉积(CVD)而设置在阳极盘元件上的焦斑轨道的粘附性。同样，通过将散热元件布置在焦斑区域中、在焦斑轨道之下和/或在焦斑轨道的表面处，可如此产生焦斑轨道本身。因而，不再需要焦斑的另外的或者单独的化学气相沉积或者真空等离子喷涂(VPS)。通过并入单独的散热元件，可在靶或者阳极盘元件的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·克拉夫特，G·J·卡尔森，P·徐，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：