用于制造X 射线阳极的方法和X 射线阳极技术

本发明专利技术涉及一种用于制造X射线阳极（12）的方法，所述X射线阳极（12）包括至少在其焦点区域（10）内引入到X射线阳极基体的表面内的若干凹陷（14），其中，各凹陷（14）通过烧蚀方法引入到X射线阳极基体的表面内。在此，通过烧蚀方法在X射线阳极基体的表面内产生盲孔状凹陷（14），其中，各凹陷（14）至少基本上沿栅格状线布置。本发明专利技术此外涉及一种X射线阳极（12），所述X射线阳极（12）包括至少在其焦点区域（10）内引入到X射线阳极基体的表面内的凹陷（14），以及涉及一种所述X射线阳极（12）在X射线设备内的应用。

【技术实现步骤摘要】
用于制造X射线阳极的方法和X射线阳极
本专利技术涉及用于一种制造X射线阳极的方法以及X射线阳极，所述X射线阳极至少在它的焦点范围内具有结构化的表面。
技术介绍
在产生例如用于医疗应用的X射线辐射时，通常由金属阳极材料制造的X射线阳极被加载以电子。在达到X射线阳极时，电子被强烈制动，以此一方面形成了X射线辐射（所谓的制动辐射）且另一方面产生了热量。但在被高度加速的电子到达X射线阳极时，此电子的动能的仅大约百分之一被转化为X射线辐射能。剩余的能量被几乎仅转化为热，且必须从X射线阳极被导出或辐射出。X射线阳极内的均衡的温度形式通过所产生的热功率和热传导和辐射能力确定。通常的X射线阳极主要包括由熔点高的金属或金属合金制成的或由陶瓷材料制成的X射线阳极体。X射线阳极的焦点范围即电子到达其上的位置通常由高熔点金属钨或钨/铼合金制成。特别地，焦点区域受到高的热负荷。在形成X射线辐射时，在焦点轨迹或焦点区域上可能达到超过2500℃的温度，这导致X射线阳极的提前老化。老化的焦点区域特别地显示出由于金属组织的再结晶导致的强烈的裂纹组织（rissgefüge）和巨核生长（Riesenkornwachstum），其中随着裂纹形成的增加，X射线辐射的剂量率下降。裂纹组织的形成例如在X射线旋转阳极（带有在100Hz至200Hz之间的典型频率的旋转阳极）的情况下解释为由于高周期温度负荷导致，其中再结晶金属组织由于快速的拉压应力序列而疲劳破坏。金属组织的疲劳破坏可甚至达到使整个颗粒或区域从焦点轨迹连接（Brennbahnverbund）脱落，以此明显降低了可获得的剂量率。X射线阳极在此情况中必须被维修或替换。原来，将焦点区域或焦点轨迹熔合在旋转阳极体上，以因此产生固定的连接。熔合方法多年来被视作标准方法。为延长X射线阳极的使用寿命，已知通过在钨体的核边界上的氧化物分离（所谓的“OxideDispersionStrengthening”）来提高钨焦点轨迹的强度。也已知的是，为产生耐受性的层结构而使用热喷射方法（例如，真空等离子体喷涂），其中将附加的物质在喷射燃烧器内或外熔化、熔焊或熔合，其中气体流以喷射粒子的形式被加速，且被抛射到X射线阳极的表面上。从US7356122B2中获得了一种方法，其中借助于电化学腐蚀方法在X射线阳极基体的表面上引入凹陷，以至少将表面在X射线阳极的焦点区域内微结构化。电化学处理的焦点区域包括离散的锥形结构，其上产生了X射线辐射的“岛面”。独立的岛面可在温度周期交替时膨胀和收缩，以此防止了金属组织的损坏和裂纹的形成。DE10360018A1公开了带有可受高热负荷的表面的X射线阳极。在所涉及的X射线阳极的表面上布置了限定的微裂缝，以避免在X射线阳极运行期间焦点轨迹表面的弹塑性变形和随之导致的疲劳破坏。微裂缝可在此通过不同的模式引入到表面内。此外，描述了用于制造此X射线阳极的相应的方法。US5629970A公开了带有焦点区域的盘形X射线阳极。在焦点区域外，X射线阳极在其背离电子束的侧上具有粗糙的表面，其中在表面上的凹陷的宽度和深度大于在X射线阳极运行期间所发射的辐射的波长。在此，US5629970A的教导在于将凹陷分布一致地引入到表面内，以一方面保证良好的导热且另一方面保证动态重量平衡。已知的方法中的缺点在于带有不均匀的特别是弯曲的表面的X射线阳极仅能以很高的成本费用加工而成，因为为此要求特殊的模具。此外，在弯曲的表面的边缘区内可能特别地出现尺寸偏差，这导致了昂贵且成本高的再加工。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方法，通过该方法可快速、精确且廉价地制造带有不同的表面几何形状的X射线阳极。本专利技术所要解决的另外的技术问题是提供相应的可快速、精确且廉价地制造的X射线阳极。此技术问题根据本专利技术记载的方法以及X射线阳极解决，其中方法的有利构造视作X射线阳极的有利构造，反之亦然。在根据本专利技术的方法中，至少在X射线阳极的焦点区域内提供的凹陷通过烧蚀方法引入到X射线阳极基体的表面内，其中通过烧蚀方法在X射线阳极基体的表面内产生盲孔状的凹陷。盲孔状的凹陷此外至少基本上沿栅格状线布置。在本专利技术的范围内，所述盲孔状的凹陷理解为不完全穿过X射线阳极基体且至少主要地形成为圆柱形的凹陷。以此，可产生表面的“穿孔”形式，其中盲孔状的凹陷在X射线阳极运行期间作为额定断裂位置起作用。以此方式，可明显缩短X射线阳极的加工时间，因为表面的所希望的微结构化在X射线阳极运行期间基于所出现的材料应力在焦点范围内通过弹塑性成形和已限定的微破裂形成。在此，可基本上建议将盲孔状凹陷以相同或不同的直径引入到X射线阳极基体的表面内。通过沿栅格状线布置凹陷，即借助于栅格形的模式，可特别有效地最小化焦点区域内的裂纹组织，且降低材料内的应力分布。通过引入盲孔状凹陷，在X射线阳极的表面上产生了也被称为已限定的“裂纹组织”。在用于形成凹陷的烧蚀方法中，特别是电子束或激光束的高能束以合适的烧蚀设备产生且以相应的束引导、成形和偏转被导向X射线阳极基体的表面上。在待加工的材料内的能量的量在此足够高而使得材料被蒸发且因此被切除。与例如干腐蚀的结构化方法不同，可借助于烧蚀方法也快速、精确且廉价地结构化弯曲的或不规则地形成的X射线阳极的表面，因为例如在干腐蚀中所要求的弯曲的或另外地匹配的模式等的制造被有利地取消。作为替代，仅需将待结构化的X射线阳极基体以其表面相对于所使用的烧蚀设备定向且定位。在此，可通常使用确定的烧蚀设备而无需为制造不同地形成的X射线阳极进行修改或匹配。借助于烧蚀方法，此外可特别快速且尺寸精确地也在弯曲的或不规则的表面的情况下引入带有直至50:1的纵横比的微结构，以此在实现了在制造X射线阳极时的明显的时间和成本下降。在本专利技术的有利构造中建议，使得凹陷通过激光脉冲烧蚀方法特别是使用飞秒激光器、皮秒激光器和/或纳秒激光器的激光脉冲烧蚀方法，和/或通过电子束烧蚀方法引入到X射线阳基体的表面内。使用激光器来产生激光脉冲特别是超短激光脉冲实现了对使用实践中的各类材料的很精确的加工，从而不同地形成的X射线阳极基体以及由不同的材料和材料配合制成的X射线阳极基体都可无问题地被加工。使用飞秒激光器所提供的优点是所述激光器由于激光脉冲的很短的时间尺度而产生了从固态到等离子态或气态的直接过渡，即实际上越过了液态。以此，可忽略在被加工的表面的环境中的直接导热。这实现了很精确的加工，因为由于激光束在X射线阳极基体的各被加工的区域上的影响被保持为有限的影响。此外，在飞秒激光脉冲中的烧蚀深度与被吸收的激光功率指数上相关，使得烧蚀深度很精确地通过脉冲的强度可调节。同样适用于皮秒激光器的使用，其中由于更长的持续时间，取决于所使用的材料理论上可产生微小的但对于通用的使用对于界定了所产生的深度的部件区域的不明显的影响。对于不同的应用也可仅需使用相对更廉价的纳秒激光器，其中由于激光脉冲的更长的持续时间可产生对于界定了所产生的深度的部件区域的相应的更大的影响。电子能量以及射束功率在电子束烧蚀方法中可在宽的范围内变化，且因此最佳地与各X射线阳极基体或焦点范围的材料相匹配。此外，电子束烧蚀方法的使用实现了如下可能性，即通过记录散射回的电子来类似于电子显微镜地确定被加工表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造X射线阳极（12）的方法，所述X射线阳极（12）包括至少在它的焦点区域（10）内引入到X射线阳极基体的表面内的若干凹陷（14），其中，各凹陷（14）通过烧蚀方法引入到X射线阳极基体的表面内，其特征在于，通过烧蚀方法在X射线阳极基体的表面内产生盲孔状凹陷（14），其中，各凹陷（14）至少基本上沿栅格状线布置。

【技术特征摘要】
2011.09.26 DE 102011083413.31.一种用于制造X射线阳极(12)的方法，所述X射线阳极(12)包括至少在它的焦点区域(10)内引入到X射线阳极基体的表面内的若干凹陷(14)，其中，各凹陷(14)通过烧蚀方法引入到X射线阳极基体的表面内，其特征在于，通过烧蚀方法在X射线阳极基体的表面内产生盲孔状凹陷(14)，其中，各凹陷(14)至少基本上沿栅格状线布置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)通过超短激光脉冲和/或通过电子束烧蚀方法引入到X射线阳极基体的表面内。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)通过飞秒激光器、皮秒激光器和/或纳秒激光器引入到X射线阳极基体的表面内。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述凹陷(14)至少基本上限定了长方六面体形表面凸起(16)的边界。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，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射线阳极基体的表面内。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过烧蚀方法附加地在X射线阳极基体的表面内产生缝隙形凹陷(14)。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将缝隙形凹陷(14)以2μm至12μm之间的宽度引入到X射线阳极基体的表面内，和/或将缝隙形凹陷(14)以使相邻缝隙形凹陷(14)之间的距离在80μm至320μm之间的方式引入到X射线阳极基体的表面内。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将缝隙形凹陷(14)这样地引入到X射线阳极基体的表面内，使得比例B:A≤0.1，其中，B是所述缝隙形凹陷(14)的平均宽度，以μm为单位，且A是两个相邻的缝隙形...

【专利技术属性】
技术研发人员：J弗罗伊登伯格，S兰彭舍夫，S沃尔特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：