一种阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管的制作方法

本实用新型属于医用探测及射线计量检测技术领域，具体地，涉及一种阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管。

背景技术：

X射线管主要用于X射线机、CT机等医疗设备上，在施加外部高压作用下，产生X射线，供医生对患者进行诊断或治疗。

X射线管产生X射线的机理大致如下： X射线管的灯丝 （阴极）在加热状态下，自由电子逸出灯丝表面，形成电子云。在X射线管阴极、阳极间施加高电压情况下（一般为40~150千伏），灯丝处的电子高速飞向靶盘（阳极），撞击阳极靶盘后产生X射线，并通过射线窗口输出有效X射线。如前述，在此能量转化过程中，只有1%的电子动能转化为X射线，剩余99%的动能转化为热能，通过热辐射或热传导，传至X射线管外，由X射线管管套和X射线管散热器带走。具体来说，包括：（1）靶盘的热量（占总热量的90%）一部分辐射到X射线管中部的金属壳上，另一部分透过两端玻壳或其他材料辐射到X射线管外，最后一部分通过转子铜套带走。其中辐射到金属壳的热量最大约占60%，透过玻璃辐射的热量约20%，通过转子铜套带走的热量约20%。（2）阴极的热量（占总热量10%）通过阴极玻璃和金属壳带走。

在使用过程中，X射线管只有1%的能量转化为X射线，其余99%转化为热能，必须进行快速散热。因此，X射线管的热量管理是影响其可靠性及寿命的关键因素之一。

如图4所示，在现有技术方案下，由于靶盘的在工作时温度可达到1000度以上，热量传导至滚珠轴承轴杆的温度有500度以上，而轴杆只能通过轴套传热至绝缘油中，导致散热效率很低。

现有技术中，X射线管的在散热过程中具有如下缺点：

1、阳极热容量受限；

2、对轴承材料要求高；

3、轴承寿命受限；

4、靶盘高速旋转过程中，发生固定位置偏移和脱落风险高。

导致以上结论的原因如下：

1、现有X射线管设计中，高压发生器阳极通过滚珠轴承上的螺纹和靶盘连接，该结构限制了滚珠轴承的散热效率；同时，靶盘工作时可达到1100度的高温，热量通过钼杆传导至铁座，再到轴杆，然后再由滚珠传导至轴承外圈，外圈传导至轴套，被绝缘油带走。由此可见，热传导散热的路径非常长。而以上约束条件，导致阳极热容量只能做到3.5MHU及以下，不适合5MHU及以上大热容量的X射线管；

2、现有X射线管设计中，靶盘的热量传导至轴杆，但轴杆允许的最高工作温度不高于550度，所以制造轴杆法兰盘一般采用热传导率极低的材料，故而轴承制造成本很高；

3、由于轴杆长期工作在500度左右，这就要求轴承外圈的工作温度不能低于350度（注：该种向心推力结构轴承内外温差不允许超过150度，否则轴承内外滚道易变形导致卡轴），而往往轴承外圈的温度只能满足最基本温度要求（维持在350°左右），导致轴承寿命下降；

4、现有X射线管设计中，靶盘固定方式为单螺纹固定方式具体结构见图1，由于阳极靶盘在工作中转速可到达10800 RPM，这就导致了在高速工作状态下螺纹有可能松动，目前的解决方案是：（1）靶盘和转子铜套采用单螺纹固定，后续采用高温焊料1600℃焊接，该方案成本高昂，需投入电子束焊设备；（2）靶盘和转子铜套采用钼螺母固定，钼螺母和转子铜套采用机械铆接，该方案可靠性差，容易导致高速旋转时靶盘脱落，有安全风险；（3） 靶盘和转子铜套采用钼螺母固定，钼螺母和转子铜套之间通过钽垫片连接，该方式增加成本而且高速旋转时会有松动，影响图像质量。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，解决了阳极靶盘向轴承传递热量，导致轴承温度过高，影响轴承使用寿命的问题。

技术方案：本实用新型提供了一种阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，包括靶盘石墨、转子铁座、转子铜套、支撑环、转子钼棒、阳极波纹陶瓷和空心轴承，所述靶盘石墨的内部设有空腔一，所述支撑环设置于空腔一内，所述转子钼棒设置在支撑环内，所述空心轴承的左端部设置在转子钼棒内，所述转子铁座套设在空心轴承的外部，所述转子铜套套设在转子铁座的外壁上，所述阳极波纹陶瓷的右端部与空心轴承的右端部连接，所述阳极波纹陶瓷的外壁设有陶瓷波纹。本实用新型的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，石墨和支撑环通过高温焊接方式连接，支撑环通过螺钉和转子连接，这样靶盘热量在不考虑辐射时只能通过支撑环将热量传导至转子，轴承不会直接承受靶盘的高温，可有效地提高轴承可靠性；阳极波纹陶瓷结构，增大阳极陶瓷表面积，提高阳极陶瓷的散热能力，转子铜套辐射至阳极陶瓷的热量能够迅速通过阳极波纹陶瓷传导至冷却油中，这样靶盘的热量一部分通过金属壳传导至冷却油中，一部分通过阳极陶瓷传导至冷却油中，这样轴承在工作中只要解决本身的发热即可。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述阳极波纹陶瓷的左端部设有阳极大可伐，所述阳极大可伐的右端面与阳极波纹陶瓷的左端面的连接处设有端封一。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述阳极波纹陶瓷的右端部设有阳极小可伐，并且阳极小可伐的左端面与阳极波纹陶瓷的右端面的连接处设有端封二，所述阳极小可伐的内壁与空心轴承的外壁连接。阳极波纹陶瓷和可伐的封接结构采用端封、平封、套封以及夹封，其中夹封可以是金属或陶瓷，端封结构提高了连接处的强度。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述靶盘石墨的右端面设有TZM和铼钨层，并且TZM和铼钨层的中间为中空结构。铼钨层的TZM和石墨以及支撑环通过高温焊接工艺成为整体，支撑环材料采用钼或TZM。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述转子钼棒与空心轴承的左端部通过一组螺钉连接。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述支撑环的右端部与转子钼棒通过一组螺钉连接。阳极靶盘通过多颗颗螺钉和转子铜套连接，转子铜套通过多颗颗螺钉和轴承连接，所有固定螺钉采用不锈钢材料，熔融点焊方式。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述转子铁座左端部的外壁上设有第一凸起，所述第一凸起可卡入转子钼棒的内壁中。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述转子铁座左端部的外壁上设有第二凸起，并且第二凸起位于第一凸起的右端，所述第二凸起与转子铜套连接。在转子铁座的左端部设置的第一凸起和第二凸起，并且第二凸起位于第一凸起的右端，便于将转子铁座和转子铜套、转子钼棒的内壁进行稳定连接。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述阳极波纹陶瓷采用95%、97%、99%的三氧化二铝工业陶瓷。采用95%、97%、99%的三氧化二铝工业陶瓷，任何形状的波纹或横向的槽开在陶瓷内外表面，波纹陶瓷和可伐的封接结构采用端封、平封、套封以及夹封，其中夹封可以是金属或陶瓷。

进一步的，上述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，所述靶盘石墨、TZM和铼钨层和支撑环通过高温焊接为整体结构。整体结构，稳定性提高。

上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型所述的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，具有如下优点：

1、提高X射线管在高速旋转状态下工作的可靠性。由于采用支撑环和转子铜套多颗螺钉连接以及轴承和转子铜套多颗螺钉连接，避免了单一固定方式，降低靶盘在高速旋转时的松动风险；提高轴承使用寿命及产品可靠性。本实用新型靶盘热量不会直接传导至轴承，使轴承能够在低温下工作，不会过热变形；

2、增加绝缘强度。采用波纹陶瓷结构，可以增加表面爬电距离，也就是增加绝缘强度；

3、增加整管机械强度。采用波纹陶瓷以及端封结构，可以保证整管的同轴度，降低绝缘材料和金属之间的机械应力，增加机械强度；

4、提高承受二次电子轰击的能力。陶瓷可以耐受1400度高温，承受二次电子轰击的能力远远高于玻璃，因而提高X射线管的寿命。

附图说明

图1为本实用新型所述阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管的结构示意图；

图2为本实用新型所述靶盘的结构示意图；

图3为本实用新型所述阳极波纹陶瓷的结构示意图；

图4为本实用新型现有技术X射线管的结构示意图；

图5为本实用新型所述靶盘和轴承散热的结构示意图；

图6为图5的局部放大图。

图中：靶盘石墨1、转子铁座2、转子铜套3、支撑环4、转子钼棒5、阳极波纹陶瓷6、空心轴承7、空腔一8、陶瓷波纹9、阳极大可伐10、端封一11、阳极小可伐12、端封二13、螺钉14、第一凸起15、第二凸起16、TZM和铼钨层17、间隙18、靶盘一101、阳极玻壳一102、转子铜套一103、轴承套一104、轴杆一105、轴套螺纹一106。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1、2所示的阳极波纹陶瓷结构的空心靶盘式X射线管，包括靶盘石墨1、转子铁座2、转子铜套3、支撑环4、转子钼棒5、阳极波纹陶瓷6和空心轴承7，所述靶盘石墨1的内部设有空腔一8，所述支撑环4设置于空腔一8内，所述转子钼棒5设置在支撑环4内，所述空心轴承7的左端部设置在转子钼棒5内，所述转子铁座2套设在空心轴承7的外部，所述转子铜套3套设在转子铁座2的外壁上，所述阳极波纹陶瓷6的右端部与空心轴承7的右端部连接，所述阳极波纹陶瓷6的外壁设有陶瓷波纹9。其中，靶盘石墨1的右端面设有TZM和铼钨层17，并且TZM和铼钨层17的中间为中空结构。靶盘石墨1、TZM和铼钨层17和支撑环4通过高温焊接为整体结构。本实用新型阳极靶盘的固定方式设计为，转子钼棒5与空心轴承7的左端部通过一组螺钉14连接；支撑环4的右端部与转子钼棒5通过一组螺钉14连接。采用多颗螺钉固定，能够改善现有技术中单一螺纹固定方式，其中转子钼棒5与空心轴承7的连接处采用3-6颗螺钉固定，支撑环4的右端部与转子钼棒5的连接处采用6-12颗螺钉固定，采用氩弧焊熔融点焊，不需要任何其他工艺实现靶盘的高速旋转10800rpm，可靠性极高。此外，为了提高转子铁座2、转子钼棒5和转子铜套3连接的稳定性，转子铁座2左端部的外壁上设有第一凸起15，所述第一凸起15可卡入转子钼棒5的内壁中。转子铁座2左端部的外壁上设有第二凸起16，并且第二凸起16位于第一凸起15的右端，所述第二凸起16与转子铜套3连接。

如图3所示的阳极波纹陶瓷6的左端部设有阳极大可伐10，所述阳极大可伐10的右端面与阳极波纹陶瓷6的左端面的连接处设有端封一11。阳极波纹陶瓷6的右端部设有阳极小可伐12，并且阳极小可伐12的左端面与阳极波纹陶瓷6的右端面的连接处设有端封二13，所述阳极小可伐12的内壁与空心轴承7的外壁连接。阳极波纹陶瓷6采用95%、97%、99%的三氧化二铝工业陶瓷。采用阳极波纹陶瓷结构，增大阳极陶瓷表面积，提高阳极陶瓷的散热能力，转子铜套辐射至阳极陶瓷的热量能够迅速通过阳极波纹陶瓷传导至冷却油中，这样靶盘的热量一部分通过金属壳传导至冷却油中，一部分通过阳极陶瓷传导至冷却油中，这样轴承在工作中只要解决本身的发热即可。

基于上述结构的基础上，如图5、6所示支撑环4的内壁和转子钼棒5的外壁之间设有间隙18，并且转子钼棒5和靶盘石墨1通过支撑环4的转接进行连接，因此靶盘石墨1产生的热量首先传递至支撑环4上，沿着支撑环4向右传递，到达支撑环4与转子钼棒5的连接螺钉14处，将热量传递至转子钼棒5上，转子钼棒5与空心轴承7表面为非接触式，因此热量沿着转子钼棒5向左传递至转子钼棒5与空心轴承7连接的螺钉14处，将热量传递给空心轴承7，此热量传递方式大大延长了路径，因此到达空心轴承7处的温度已经低于空心轴承7承受的温度，能够有效保护轴承，延长轴承的使用寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。