一种镶嵌式结构的钨‑金刚石透射靶材及其制备方法与流程

本发明涉及一种工业micro-ct的关键部件及其制造方法，具体涉及一种工业micro-ct的x射线源用钨-金刚石透射靶及其制备方法。

背景技术：

显微计算机断层扫描技术(micro-ct)，由于具有超高空间分辨率和无损成像的特点，被国际无损界公认为最佳无损检测手段。钨-金刚石透射靶作为micro-ct的关键部件，其结构及其散热性严重影响着micro-ct的x射线的出射效率。目前工业micro-ct的x射线源用钨-金刚石透射靶结构及其制备方法有一些文献和专利报道，如文献“基于磁控溅射法显微ctw-al透射靶材的制备及其性能研究(2015,51(11)：1416-1424)”；专利“透射型x射线靶和包括该透射型x射线靶的放射线产生管(201410022341.9)”、“用于透射x射线管的厚标靶(201180041159.2)”、和“一种工业ct机x射线管用透射靶材及其制备方法(201410652918.4)”，还有日本专利公开的一种工业ct机x射线管用透射(jp2002343290a)。在这些文献和专利中，报道了透射靶材的结构是叠加式复合结构，其制备方法大多采用磁控溅射镀膜法。但是这种结构的靶材与镶嵌式结构的靶材相比，还存在散热性差、x射线出射率低等问题，其制备方法比较复杂。为此，本发明提出一种新的钨-金刚石透射靶结构及其制备方法，以期增大micro-ct钨-金刚石透射靶材的散热性，从而提高micro-ct的工作性能。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：针对现有技术中存在的问题，提供一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材及其制备方法，该靶材在真空条件下一次性成型，不易受污染，并具有x射线出射率大、散热性好、寿命长等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。

本发明技术解决方案：一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材，包括金刚石片和钨塞；所述钨塞通过氦离子显微镜的氖离子源在金刚石片中心位置打孔后，再以沉积方式镶嵌在金刚石片中。

所述金刚石片为圆片形状，直径为10-25mm，优选直径为15mm；厚度为100-200μm，优选直径厚度为100μm。优选上述金刚石片的形状及尺寸有利于金刚石与基底的焊接，使金刚石片与真空腔体的密封效果更好。

所述氦离子显微镜的氖离子源采用的加速电压为25-30kv，束流为1.2-5.4pa，通过大量反复试验所选氦离子显微镜的氖离子源的加速电压和束流的原因在于在金刚石片上能够实现快速打孔，同时减小氖离子束对金刚石片的损伤。

所述打孔的孔径为1-10μm，深度为3-10μm，经过大量反复这样能够方便快速地制备钨塞。

本发明一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的制备方法，包括以下步骤：

1、清洗金刚石片：将金刚石片用丙酮浸泡1-2h去油，再用工业乙醇超声波清洗0.5-1h。清洗完毕置于干燥皿中备用；

2、金刚石片打孔前预处理：将金刚石片放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3pa以下时，采用等离子体进行清洗1-2h，去除金刚石片表面的氧化物和污染物；

3、打孔：采用氦离子显微镜的氖离子源，加速电压为25-30kv，束流为1.2-5.4pa，在金刚石片中心位置处进行打孔，孔径为1-10μm，深度为3-10μm；

4、钨塞沉积：在金刚石片打孔完毕后，在小孔中进行钨的沉积，沉积高度和孔的深度相同，即得到镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材。

本发明与现有技术相比的优点在于：目前制备插塞式结构常用方法是光刻和化学腐蚀法，但这些方法存在着制备工艺复杂、周期长和效率低等缺点。本发明的钨-金刚石透射靶材利用氦离子显微镜，尤其是利用氦离子显微镜超高精度的多功能的加工能力，首先在几百微米厚度的金刚石片上进行打孔，孔的直径为几个微米，深度为几个微米，然后在这些小孔里面进行钨的沉积，从而制备出散热性、高质量的镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材。该靶材在真空条件下一次性成型，不易受污染，并具有x射线出射率大、散热性好、寿命长等优点，制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。根据相关测试数据表明，与叠加式复合结构的钨-金刚石透射靶材的相比，镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的x射线出射率、散热性、和寿命工作性能基本上提高15-20％。

附图说明

图1为本发明提出的镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

实施例1

本发明提出一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材，如图1所示，包括金刚石片1和钨塞2。所述的金刚石片1为圆片形状，直径为25mm，厚度为200μm；所述的钨塞2为圆柱型，直径为1μm，高度为3μm，镶嵌在金刚石片中心位置处。所述的钨塞1通过沉积方式镶嵌在金刚石片2中。

本发明一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的制备方法包括以下步骤：

1、清洗金刚石片：将金刚石片用丙酮浸泡1h去油，再用工业乙醇超声波清洗0.5h。清洗完毕置于干燥皿中备用；

2、金刚石片打孔前预处理：将金刚石片放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3pa以下时，采用等离子体进行清洗1h，去除金刚石片表面的氧化物和污染物；

3、打孔：采用氦离子显微镜的氖离子源，加速电压为25kv，束流为1.2pa，在金刚石片中心位置处进行打孔，孔径为1μm，深度为3μm；

4、钨塞沉积：在金刚石片打孔完毕后，在小孔中进行钨的沉积，沉积高度和孔的深度相同，即得到镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材。

根据相关测试数据表明，与叠加式复合结构的钨-金刚石透射靶材的相比，镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的x射线出射率、散热性、和寿命工作性能提高20％。

实施例2

本发明提出一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材，如图1所示，包括金刚石片1和钨塞2。所述的金刚石片1为圆片形状，直径为10mm，厚度为100μm；所述的钨塞2为圆柱型，直径为10μm，高度为10μm，镶嵌在金刚石片中心位置处。所述的钨塞1通过沉积方式镶嵌在金刚石片2中。

本发明一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的制备方法，包括以下步骤：

1、清洗金刚石片：将金刚石片用丙酮浸泡2h去油，再用工业乙醇超声波清洗1h。清洗完毕置于干燥皿中备用；

2、金刚石片打孔前预处理：将金刚石片放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3pa以下时，采用等离子体进行清洗2h，去除金刚石片表面的氧化物和污染物；

3、打孔：采用氦离子显微镜的氖离子源，加速电压为30kv，束流为5.4pa，在金刚石片中心位置处进行打孔，孔径为10μm，深度为10μm；

4、钨塞沉积：在金刚石片打孔完毕后，在小孔中进行钨的沉积，沉积高度和孔的深度相同，即得到镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材。

根据相关测试数据表明，与叠加式复合结构的钨-金刚石透射靶材的相比，镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的x射线出射率、散热性、和寿命工作性能提高15％。

实施例3

本发明提出一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材，如图1所示，包括金刚石片1和钨塞2。所述的金刚石片1为圆片形状，直径为15mm，厚度为150μm；所述的钨塞2为圆柱型，直径为5μm，高度为8μm，镶嵌在金刚石片中心位置处。所述的钨塞1通过沉积方式镶嵌在金刚石片2中。

本发明一种镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的制备方法，包括以下步骤：

1、清洗金刚石片：将金刚石片用丙酮浸泡1.5h去油，再用工业乙醇超声波清洗0.75h。清洗完毕置于干燥皿中备用；

2、金刚石片打孔前预处理：将金刚石片放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3pa以下时，采用等离子体进行清洗1.5h，去除金刚石片表面的氧化物和污染物；

3、打孔：采用氦离子显微镜的氖离子源，加速电压为28kv，束流为4pa，在金刚石片中心位置处进行打孔，孔径为5μm，深度为8μm；

4、钨塞沉积：在金刚石片打孔完毕后，在小孔中进行钨的沉积，沉积高度和孔的深度相同，即得到镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材。

根据相关测试数据表明，与叠加式复合结构的钨-金刚石透射靶材的相比，镶嵌式结构的钨-金刚石透射靶材的x射线出射率、散热性、和寿命工作性能提高18％。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。