专利名称：用于旋转靶的支撑件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于旋转靶的支撑件，例如用于生成一束X射线的旋转阳极。
背景技术：
X射线的辐射源通常包括由密封壁限定的真空室，其中设有用于生成电子流的阴 极。在真空室内部也有旋转阳极，该阳极围绕转轴旋转并且在其周边接收从阴极发出的电 子流，并且由此发出去往输出端的X射线。这种设备例如在文件EP 1804271中描述，其中旋转阳极被安装在与涡轮分子真 空泵相同的轴上。X射线是在电子束与靶子的交互期间被生成的。电子的一小部分能量转换成X 射线，而大部分能量被靶子的材料吸收并且被传送至其支撑件。对于非常亮的源，电子斑 点处的能量密度和电子束的能量是非常高的。因此，有必要以非常高的转速(通常大于 25，OOOrpm)来转动靶子从而减少曝光时间并限制电子斑点影响区域的温度升高，由此防止 靶子材料的熔解或升华。由转速和热梯度产生的机械应力因而是很大的(大于400MPa)，能 量供应较大(通常大于200W)并且靶子支撑件的平均温度较高(通常大于300°C )。X射线源中使用的阳极包括靶子及其支撑件，该支撑件通常用铜或石墨制成。然 而，这些材料无法承受由于高转速及高温操作所带来的机械应力，这使得支撑件蠕变，也就 是说承受恒定应力的金属部件逐渐不可逆地变形。当金属温度升高时，蠕变速度增加。为 了给予设备足够的使用寿命，旋转靶支撑件的蠕变必须保持低于支撑件材料的破损限制。另外，支撑件必须具有足够大的导电性来传送电荷(大于5mA，50keV)以排出冲击 旋转靶的电子。已经提出了一种用于制造弥散硬化合金的多步骤方法以对抗热蠕变。上述方法使 之能够给予合金很受欢迎的机械属性。这个合金可以特别地被用来构造X射线源的旋转阳 极。这个方法较为复杂并且涉及大量的连续步骤，这代替了在特定温度下的不同的重铸过 程，所述特定温度至少在一部分退火处理期间小于合金再结晶温度。然而，这种材料的使用不足以解决旋转阳极的蠕变问题。为了改进非常亮的X射线源的使用性能，期望将电子束持续施加于靶子上，而不 像以脉冲方式施加电子束的传统设备那样。靶子支撑件必须承受的温度因而比现有技术设 备中更高，并且蠕变相应地增加。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于旋转靶的支撑件，其蠕变特性适配于用于发射非常 亮的X射线的设备的工作条件。本发明的目的是一种用于旋转靶的支撑件，其形状大致为中心穿孔的圆盘。根据 本发明，该支撑件是用基于镍的时效硬化的超级合金的材料制成的，并且还具有周边变薄 的圆盘的形状，该薄周边区域和围绕中心孔的厚区域被斜率在3至10之间的凹进区域隔开，并且周边薄区域与围绕中心孔的厚区域之间的厚度比在1. 5至3之间。例如，凹进区域的斜率可以大约是4. 6°，并且薄周边区域与围绕中心孔的厚区域 之间的厚度比可以大约是1.7。所述支撑件的形状也被优化成限制转动的质量，这限制了驱动能量。结果，旋转阳 极可以被安装在传统涡轮分子泵的轴上而无须更改泵的设计。通过最小化阳极转动期间的 机械应力，这种较薄的形状使之能够改进旋转阳极的稳定性并且允许转子的高度降低，并 且因而提高了整个系统的紧凑性。与圆盘周边附近的平均厚度相比，所述支撑件具有围绕其中心孔的几毫米的厚度 增加。优选地，支撑件在周边薄区域中的平均厚度小于10mm。在一个实施例中，围绕中心孔的厚区域的外径与穿孔圆盘的内径之比在1. 2至2 之间，并且可以例如是大约1. 4。所述支撑件具有位于周边薄区域与围绕中心孔的厚区域之间的中间区域。在后文 称作凹进区域的这个区域中，圆盘的厚度以指定的斜率从厚区域中的厚度值变成周边薄区 域的厚度值。优选地，该凹进区域的外径不大于90mm。所述支撑件的内径受到用于将旋转阳极固定在转轴上的装置的影响。该支撑件的 外径的选择考虑了以下因素电子斑点处的线速度、由其转动速度和工作温度所强制的机 械应力等级、以及辐射所产生的热排放。根据另一个实施例，该支撑件的外径被选择成使得 穿孔圆盘的外径D与其内径d之比D/d为2. 5至5，例如约为3. 3。该支撑件的内径优选地为40至80mm，例如约为50mm。该支撑件的外径优选地小 于200mm，例如约为150mm。优选地，该支撑件的材料是商标为“IIVCONEL ”的一种材料，即主要由镍 (Ni)制成的超级合金，但是也可以由其他几种材料制成，特别是铬(Cr)、镁(Mg)、铁(Fe)和 钛(Ti)。对阳极最初的加工是在固溶材料上进行的，即经受热处理的合金，该热处理的目 的是将其置于特定成分合金的溶液中并且将其保持在那里(相、沉淀)。然后对加工的部件 进行也称作老化的退火处理，在机械处理之后进行退火从而使得材料更加均质并且增加其 硬度。对该部件加热直到它完全被奥氏体化，然后它慢慢地冷却以恢复其以前的属性。这 个处理也能够缓解由材料初始加工引入的应力。然而，由于这种硬化处理使得所述部件收 缩，因而有必要在老化之后再次加工它们。这种所谓的“结构硬化”处理的目的是在模具中产生沉淀。当阳极工作时，这些沉 淀会阻止错位移动并且因而防止阳极由于蠕变而变形。在一个实施例中，所述靶子由基于铜(Cu)、钼(Mo)和/或钨(W)的覆盖层构成，该 覆盖层被置于所述支撑件的至少一个表面的外周边上。优选地，该覆盖层被置于支撑件的 两个表面的边缘上。这两个表面上的覆盖层不必是相同的。由于该靶子及其支撑件是可逆 的，因此几种靶子组合是可行的Cu-Cu、Cu-Mo, Mo-W等等。在一个变型实施例中，所述支撑件的至少一个表面被覆以例如由钛酸铝制成的辐 射覆盖层(黑体)用以通过热辐射排放热量。该覆盖层优选地覆盖整个可用表面区域从而 最大化热交换。本发明的另一个目的是一种旋转阳极，其包括由支撑件承载的靶子，该支撑件大致呈圆盘形并且在其中心穿孔，由基于镍的结构硬化的超级合金的材料制成，具有其周边 上的薄区域，其中周边薄区域和围绕中心孔的厚区域被斜率为3至10°之间的凹进区域隔 开，并且周边薄区域与围绕中心孔的厚区域之间的厚度比为1. 5至3。适当的材料、辐射覆盖层的使用以及优化的形状使得本发明的支撑件具有若干优 点。特别地，本发明具有提供了一种用于生成一束非常亮的X射线的综合解决方案这一优 点。特别地，对于微电子测量机器而言，持续应用电子束的能力不仅能够以因数5来改进测 量机器效率，还能利用具有小尺寸的电子束(通常为30μπιΧ30μπι)来对集成电路制造板进 行直接分析。
参考附图，通过阅读下面作为非限制性实例而给出的一个实施例的描述，本发明 的其他特征和优点将变得显而易见，其中-图1示出了根据本发明的一个实施例的连至转轴的旋转阳极，其包括承载旋转 靶的支撑件；-图加是图1的支撑件的剖面图；-图2b是图1的旋转阳极的透视图。
具体实施例方式在图1所示的本发明的实施例中，X射线辐射源包括其中设有旋转阳极1的真空 室，该阳极在其周边包括靶子2，该靶子接收来自也在该室中的阴极的电子流并且发出X射 线，该X射线被导向输出端。靶子2由具有特定轮廓的支撑件3承载。这个轮廓是为了使 得转轴能通过而在中心被穿孔的薄圆盘。在目前的情形中，旋转阳极1被与它相连的涡轮 分子泵的转子的轴4驱动转动。旋转阳极1通过保持件5连接到轴4，该阳极通过隔热件6 与该保持件隔开。该组件的固定是借助于紧固件7而实现的。现在考虑图加，其是旋转支撑件3的剖面图。支撑件3是在其中心有圆形穿孔20的圆盘。该支撑件的内径d例如可以是45mm， 而其外径D例如可以是148mm，D/d的比率是3. 23。支撑件3具有在中心孔附近的厚区域21，例如其厚度E为5mm。这个区域21的直 径A例如可以是65mm，该情形下A/d的比率是1. 44。在其周边，所述支撑件包括薄区域22，其厚度e例如是2mm。在厚区域21与薄区域22之间是过渡区域23，其具有一个厚度在内径A与外径B之 间的凹处。内径A例如可以是65mm，而外径B例如可以是90mm，所示凹处的斜率是6. 8°。当然，根据实施例变型，在本发明的范围内，上述区域也可以被分成具有稍微不同 的尺寸特性的子区域。支撑件3由基于镍的超级合金构成，优选地是Inconel (铬镍铁合金)，其对于旋转 阳极的工作条件具有合适的蠕变限制。图2b是旋转阳极1的透视图。施加于靶子的能量约为200瓦特，并且到达转轴的 能量必须小于50瓦特，从而不会对泵的涡轮加热(最大130°C )。这个能量上的差异因而 必须在到达轴之前被排除。在支撑件3的每个表面上被施加于其两侧的由钛酸铝制成的覆盖层M使得能够通过辐射来冷却并且实现更好的功率排放。这个黑色的覆盖层M覆盖了 从支撑件3的中心孔20开始直到距支撑件3外边缘大于3mm的一个表面。
生成X射线的靶子2是被置于支撑件3的外边缘上的有一定厚度的覆盖层。该覆 盖层可以具有例如铜(Cu)、钼(Mo)和/或钨(W)来作为主要成分。靶子2及其支撑件3被 设计成是可逆的。靶子2的覆盖层优选地被置于支撑件3的两个表面上。也可以设想在构 成靶子2的覆盖层属性方面的不同组合。另外，为了不增加X射线束的尺寸，靶子2是光滑 的并且其平整度在将旋转阳极1安装到泵的轴4上之前被磨削至微米级别。
权利要求
1.一种用于旋转靶的支撑件，其大致呈圆盘形并且在其中心被穿孔，其特征在于，所述 支撑件是由基于镍的结构硬化的超级合金的材料制成的，并且所述支撑件的形状是具有周 边薄区域的圆盘，其中，该周边薄区域和围绕中心孔的厚区域被斜率在3°至10°之间的 凹进区域隔开，并且所述周边薄区域与所述围绕中心孔的厚区域之间的厚度比是在1. 5至 3之间。
2.根据权利要求1所述的支撑件，其中，所述周边薄区域中的平均厚度小于10mm。
3.根据权利要求1或2所述的支撑件，其中，所述围绕中心孔的厚区域的外径A与被穿 孔的圆盘的内径d之间的比率A/d是在1. 2至2之间。
4.根据前述权利要求之一所述的支撑件，其中，所述凹进区域的外径B不大于90mm。
5.根据前述权利要求之一所述的支撑件，其中，所述被穿孔的圆盘的外径D与其内径d 之间的比率D/d是在2. 5至5之间。
6.根据权利要求3所述的支撑件，其中，所述外径D小于200mm。
7.根据权利要求3所述的支撑件，其中，所述内径d是在40mm至80mm之间。
8.根据前述权利要求之一所述的支撑件，其中，所述超级合金是在加工后经过结构硬 化处理的hconel。
9.根据前述权利要求之一所述的支撑件，其中，该支撑件的各表面中的至少一个被覆 以辐射覆盖层用以通过热辐射来排放热量。
10.一种旋转阳极，包括由根据前述权利要求之一的支撑件所承载的靶子，其特征在 于，所述支撑件大致呈圆盘形并且在其中心被穿孔，并且是由基于镍的结构硬化的超级合 金的材料制成的，并且该支撑件具有周边薄区域，其中，该周边薄区域和围绕中心孔的厚区 域被斜率在3°至10°之间的凹进区域隔开，并且所述周边薄区域与所述围绕中心孔的厚 区域之间的厚度比是在1. 5至3之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于旋转靶的支撑件，其具有大致为中心穿孔的圆盘的形状。所述支撑件是由基于镍的结构硬化的超级合金的材料制成的并且其形状是具有周边薄区域的圆盘。该周边薄区域和围绕中心孔的厚区域被斜率在3°至10°之间的凹进区域隔开，并且所述周边薄区域与所述围绕中心孔的厚区域之间的厚度比是在1.5至3之间。所述超级合金是在加工后经过结构硬化处理的Inconel。该支撑件的各表面中的至少一个被覆以辐射覆盖层用以通过热辐射来排放热量。
文档编号H01J35/10GK102067267SQ200980123216
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年6月27日
发明者古特 C·勒, C·鲁德, N·沙佩尔 申请人:阿尔卡特朗讯公司