X射线管阴极组件和界面反应连接工艺方法

专利名称：X射线管阴极组件和界面反应连接工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将金属件连接在陶瓷件上的方法，尤其涉及一种用于使这些件相连接同时填充材料更少地流溢到非连接表面的混合方法。本发明尤其可应用于在高电压和高温下工作的X射线管中的相连金属件和陶瓷件上，并且将在其特定方面来进行介绍。
X光治疗法的传统诊疗用途包括其中病人的静止影像形成于X射线胶片上的射线照相术、荧光透视法、以及可算式层析X射线摄影法(CT)的形式，在CT法中，通过围绕病人身体旋转的大功率X射线管所产生的X射线来数字式地构造完整的病人影像。
典型地，X射线管包括金属或玻璃的抽空封套(envelope)，其支撑于X射线管管壳内。X射线管管壳提供了用于包含X射线的屏蔽，并且提供了至封套的电连接。管壳填充有流体如油，以帮助冷却容纳在封套内的部件。封套和X射线管管壳各自均包括相互间对准的X射线透射窗，使得在封套内产生的X射线可指向病人或用于检查。为了产生X射线，封套容纳了阴极组件和阳极组件。
阴极组件包括其中可通过加热电流的阴极灯丝。该电流使灯丝充分地加热至可发出电子云，即产生了热离子发射。在阴极组件和阳极组件之间施加了大约100-200kV的高电压。该电压使所发出的电子从阴极组件经过抽空封套内的抽空区域而流到阳极组件。罩住阴极灯丝的阴极聚焦杯将电子聚焦在阳极组件的靶上的小区域或焦点上。
一些阴极杯结构包括电偏压的偏转器部件，其用于使产生于阴极并指向阳极的电子束发生偏转。在射线照相术中倾向于更短X射线曝光时间的趋势将重点放在提供更高的辐射强度和更高的电子流上。另外，电偏压施加在偏转器部件上以便一定程度地控制焦点的大小和/或形状。
控制阳极上的电子焦点大小的一种方法如美国专利No.4689809所示。阴极杯分成两个部分或偏转器部件，其罩住或包围了灯丝。偏转器部件相对于灯丝被偏压至等于负电压。被偏压的杯减少了非所需的“翼”或“漫射区域”，其呈现为部分的X射线焦点。在美国专利No.4685118、No.5224143和No.5065420中描述了用于控制管形阳极上的电子焦点的大小和形状的其它阴极杯和灯丝设置。这些构造尤其可应用于CT扫描器所用的旋转式阳极X射线管。提高X射线强度的方式会提高X射线管内的部件的工作温度。
为了降低聚焦系统的功率要求和保持灯丝相对于偏转器的精确定位，需要将偏转器和灯丝安装在同一阴极支撑件上。因此，阴极杯通常包括基座或臂部分，其支撑了灯丝和一对偏转器。其上施加有偏压的偏转器机械式安装在基座上但与基座电绝缘。这通过使用陶瓷绝缘体来实现，其以夹层的形式钎焊在基座和偏转器上。陶瓷绝缘体包括中心孔，在该孔中容纳了螺栓以便在钎焊期间保持部件的对准。为了避免短路，螺栓与在高电压下工作的X射线管处的基座电绝缘。这种阴极杯设计难于组装、难于对准并且容易短路。当钎焊材料熔化时，用于将陶瓷绝缘体钎焊在基座或偏转器上的材料可能会流入容纳螺栓的绝缘体孔中，或者从两个连接表面之间的接头中流出，从而容易出现上述情况。另外，钎焊材料从连接表面流至非连接表面的区域内的短路所导致的起弧会造成不正确的图象数据组，从而可能导致非所需的图象数据。
在X射线管的操作期间，电子束以足够的能量撞击靶，从而产生了X射线。所产生的X射线的一部分经过封套和X射线管管壳的X射线透射窗而到达连接在X射线管管壳上的射束限制器件或准直器。因此，就允许指向病人或用于检查的X射线束构造图象。
在许多大功率X射线管应用如CT中，X射线的产生经常会导致阳极组件的一些部分被加热至1200°-1800℃的温度范围内。在一些X射线管中，在阳极焦点处温度可高达2500℃。尽管未经受与阳极的聚焦轨迹相同的高温，然而在发生系统中的一些大功率X射线管中，部分阴极组件会达到850℃-900℃的温度。这些温度可能会出现在电子束偏转器和阴极支撑件的陶瓷和金属部件之间的钎焊接头处。用于现有X射线管中的这些接头的传统钎焊材料之一是Cusil钎焊材料(Ag-Cu合金)。Cusil的熔点为780℃。用于发生系统的更大功率X射线管导致阴极组件部件具有更高的温度。因此，在其中阴极组件可达到900℃温度的大功率X射线管中，传统的钎焊材料和填充材料是不适用的。
另外，即使对于现有系统中较低的阴极温度而言，传统的钎焊经常会导致熔融的钎焊材料泄漏至非连接表面上。这导致丧失了高电压的一致性，因为流溢开的钎焊材料提供了高电压X射线管中的漏电通路。
本发明提供了一种将用于高电压和高温工作环境中的陶瓷表面和金属表面连接起来的混合方法，其克服了上述的以及其它的问题。
本发明涉及一种将金属部件和陶瓷部件连接在一起的混合钎焊和扩散结合方法，其满足了提供用于高温和高电压工作条件中的高强度平行连接的部件的需要。根据本发明的一方面的方法包括，加热连接式装配的部件，以便促进两种相接触的金属在形成了合金组分的区域或层中的扩散反应，该区域或层对应于合金系统的最低熔化温度。在加热至合金系统的最低熔化温度时，有限量的液态合金在加热至最低熔点期间形成于该区域中。有限量的液态合金润湿了这两种金属。然后，在冷却至稳态室温的期间发生了另外的扩散，从而形成了连接或结合区域层。
根据采用了本发明一些方面的用于将X射线管的阴极部件结合在一起的另一方法，该方法包括，提供包括第一金属的支撑臂以及提供具有第一金属化表面的陶瓷绝缘体。通过将填充材料的第一部件放在支撑臂和陶瓷绝缘体的第一金属化表面之间，来装配包括支撑臂和陶瓷绝缘体的夹层结构。填充材料的第一部件包括至少第二金属，其中包括第一和第二金属的第一合金系统包括第一和第二金属的合金最低点百分组成，其具有用于合金最低点百分组成的第一合金系统最低熔点，该最低熔点比第一金属和第二金属的熔点都要低。该方法包括，加热已装配的夹层结构，从而使第一金属和第二金属之间的扩散在整个结合区域形成第一合金系统的第一和第二金属的可变百分组成。结合区域具有至少一个扩散层，其具有第一和第二金属的合金最低点百分组成。加热已装配的夹层结构至少持续至第一合金系统最低熔点的结合温度。温度保持在结合温度下达所需的一段时间，以便熔化至少包括第一和第二金属的合金最低点百分组成的结合区域的所需部分。允许已装配的夹层结构冷却至第一合金系统最低熔点温度以下的稳态温度。
根据采用了本发明的一些方面的方法的更有限方面，填充材料的部件包括不同于第一和第二金属的第三金属，第二金属电镀在第三金属的相对侧上。第二和第三金属可扩散以形成不同于第一合金系统的第二合金系统，第二合金系统包括第二和第三金属的合金最低点百分组成，其具有用于该合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，该最低熔点比第三金属和第二金属的熔点都要低。
根据本发明的装置，X射线管阴极组件具有包括第一金属的支撑臂。陶瓷绝缘体具有第一金属化表面，其中该金属化表面包括所需量的第一金属。填充材料的第一部件与支撑臂和陶瓷绝缘体的第一金属化表面接触，填充材料的第一部件至少包括第二金属，其中包括第一和第二金属的第一合金系统包括第一和第二金属的合金最低点百分组成，其具有用于该合金最低点百分组成的第一合金系统最低熔点，该最低熔点比第一金属和第二金属的熔点都要低。加热阴极组件所形成的结合区域使得可进行扩散结合，结合区域具有包括最低点百分组成的合金层，阴极组件的加热持续至至少达到第一合金系统最低熔点的结合温度，并保持在该温度下达所需的一段时间。
根据应用了本发明原理的装置的另一方面，填充材料的部件包括不同于第一和第二金属的第三金属，第二金属电镀在第三金属的相对侧上。第二和第三金属可扩散以形成不同于第一合金系统的第二合金系统，第二合金系统包括第二和第三金属的合金最低点百分组成，其具有用于该合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，该最低熔点比第三金属和第二金属的熔点都要低。
本发明的至少一个实施例的一项优点在于，陶瓷绝缘体可结合在阴极臂上同时结合材料泄漏至非连接表面上得以减少，从而提高了组件的电阻。
本发明至少一个实施例的另一优点在于，它通过减少在非连接表面上的结合材料的泄漏而减少了X射线管中的起弧，从而改善了X射线图象。
本发明的另一优点在于，阴极部件之间的结合可在与用于连接部件的仅采用了传统钎焊的方法相比而更高的工作温度下进行。
在阅读和理解了本发明的实施例的以下描述之后，本领域的普通技术人员可以清楚本发明的其它优点。以下描述和附图阐述了应用本发明原理的一些说明性实施例，其提供了下文中所描述的以及尤其在权利要求中指出的上述和其它下述特征。可以理解，应用本发明原理的不同实施例可采用各种部件和部件设置的形式。这些所述的实施例仅仅显示了其中采用了本发明原理的一部分不同方式。附图仅仅是用于图解应用了本发明原理的装置的优选实施例的目的，不应视为限制了本发明。
通过考虑对本发明的优选实施例的以下详细描述并参考附图，本发明所属领域的技术人员可以清楚本发明的上述和其它特征以及优点，其中

图1是包括根据本发明原理来制造的阴极组件的旋转式阳极X射线管的示意性剖视图；图2是图1所示X射线管的阴极组件的顶视图；图3是图2所示阴极组件的侧视图；图4是分解透视图，显示了用于本发明方法的一些方面中的材料的层；图5是例如适用于根据本发明原理的应用的合金的相图；图6是用于另一实施例的材料层的另一组合的分解透视图，显示了本发明的方法的一些方面；和图7是例如适用于根据本发明原理的应用的另一合金的相图。
参见图1，图中显示了用于提供X射线射束的用于医疗诊断系统的这类旋转式阳极X射线管20。该管包括阳极22，其可旋转地安装在封套26所限定的真空室24内。被加热的阴极组件28的件提供和聚焦电子束A。阴极相对于阳极22被高电压偏压，使得电子束流至阳极并撞击阳极的环形靶部位30上的焦点29。撞击靶部位的一部分电子束转化成X射线B，其从X射线管中经由封套中的窗32而发出。阴极组件28包括阴极杯或头34，其通过阴极支撑组件28的臂36而支撑于封套中。
阳极的靶20连接在轴40上，其被抽空封套26的颈状部分44中的轴承42支撑并由感应电动机46驱动。感应电动机包括位于封套外侧的定子48，其使连接在轴上的转子50相对于静止的轴承套52产生转动。阳极在管的工作期间高速旋转。可以理解，本发明也可应用于在类似条件下工作的其它装置，以及静止的阳极X射线管、旋转的阴极管和其它电极真空管。
现在来看图2和3，将进一步介绍根据本发明的方法来制造的阴极组件28。臂36延伸出，以便支撑杯或头34和通常由钨制成的阴极灯丝60。支撑灯丝的相应端64，64′的灯丝支撑件62，62′通过轴向地延伸穿过基座的相应孔来容纳，使得灯丝的发射电子部分与基座间隔开。可以理解，如果需要，可使用两条或多条灯丝来取代所示的一条灯丝。灯丝支撑件62，62′可由陶瓷或其它合适的电绝缘材料形成。
钨灯丝的端64，64′通过支撑件62，62′中的相应孔来容纳。灯丝通过导电体而连接在封套外侧的合适电源上。尽管显示了线状灯丝，但可以理解，也可考虑其它电子源，包括薄膜灯丝等等。
偏转器66，68被臂36以使偏转器与臂电绝缘的方式来携带。采用如下进一步介绍的本发明的方法将绝缘体70，70′连接在臂和偏转器之间。参见图3，绝缘体70在第一绝缘体表面72处连接在臂36上，并在第二绝缘体表面74处连接在偏转器66上。绝缘体70′(如图2中的虚线所示)以类似方式将偏转器68连接在臂36上。在图2中显示了两个偏转器和两个绝缘体，然而在许多合适的设置中，可以采用单个的偏转器/绝缘体，或两个以上的偏转器/绝缘体。偏转器以已知方式电连接在合适的偏转器偏压源(连接手段和电压电源未示出)上，并设置成紧邻于灯丝60，以便用于灯丝所发出的电子束的偏转、成形和/或聚焦。这允许靶上的焦点29(图1)的大小、形状和位置可控和可调。偏转器偏压源可以是计算机控制的，以便允许自动控制焦点的宽度和定位至多个位置。
如图2所示，在该示例性实施例中的偏转器66，68一般相互间呈镜像设置，并且设在灯丝60的相对侧上。偏转器66，68可由钼或其它合适的耐高温导电材料形成。臂36可由钼形成，或者可以由较便宜的易加工材料如镍形成，这是因为臂不需要与偏转器一样耐高温。所选的偏转器材料具有高的熔点以及在高温下具有低的蒸气压。偏转器刚性地和精确地安装在陶瓷绝缘体块上。陶瓷绝缘体用来使灯丝电位(使电子从阴极流到阳极的阴极电位)与偏转器电位绝缘，该偏转器电位可如上所述地控制电子束和焦点的形状和位置。这些陶瓷绝缘体连接在阴极臂或基座上。接头处的温度可高达850℃至900℃。因此，为了得到稳定的焦点，这些接头应当满足一些标准它们应在甚至高达900℃的高温下具有刚性和延性，它们应适于高电压应用同时没有漏电，阴极杯的两个偏转器相对于臂的平行度需处于大约0.0025″之内。根据本发明一些方面所用的钎焊和扩散结合的混合方法提供了可满足这些标准的阴极结构。
继续参见图2和3，偏转器66，68通过绝缘体70与基座相互间隔开和相互间绝缘。如图2所示，各偏转器具有相关的绝缘体。可以理解，两个(或多个)绝缘体可沿着纵向相互间隔开地用于每一个偏转器。为了便于参考，现在参考两个偏转器来介绍阴极，每个阴极具有一个相应的绝缘体。
现在来看图4，图中显示了合适夹层设置的示例，其包括可代表用于阴极组件中的那些材料，以及合适的连接材料，其用于对根据本发明原理的方法所制成的金属-陶瓷-金属结构进行结合。在适用于根据本发明原理的方法的结构的一个实施例中，夹层结构78包括位于夹层结构一端的第一金属部件80、陶瓷部件82以及紧接着的第二金属部件84。在该示例中，第一金属部件80和第二金属部件84由镍或镍合金制成，陶瓷被金属化并镀上了镍镀层86和88。在X射线管阴极组件中，金属部件80可对应于臂36，陶瓷82对应于绝缘体70，70′，金属部件84对应于偏转器66，68。
陶瓷件的连接表面被Mo-Mn或W-Mn金属化，随后为Ni镀层86，88。金属化层的合适厚度为大约0.0004″至0.0012″，Ni镀层为大约0.0001″至0.0003″。夹在金属层中间的陶瓷被用作金属件和陶瓷件之间的结合用填充材料的镀金铜片90，92隔开。各片90，92具有铜芯94a，94b和两层金镀层。铜片94a具有金层96a，96b，铜片94b具有金层96c，96d。铜片的厚度可为0.002″至0.010″或甚至更厚，这取决于应用。金镀层的厚度可为0.0002″至0.001″。金镀层的合适厚度为0.0005″。
根据应用了本发明一些方面的一个实施例的制造夹层结构的方法包括，根据炉内气氛而采用不锈钢或石墨夹具(未示出)，将适当地设置和定位的镍金属部件80、金属填充镀金铜片90，92、适当制备的陶瓷件82和第二镍金属部件夹紧在一起，以便防止这些件与夹具粘连。以本领域中已知的方式来夹紧这些部件。
将夹层结构和结合材料的被夹紧组件在氢气保护或真空炉中加热至960℃-970℃达很短一段时间，通常为10秒钟至1分钟。接下来，将炉子冷却至30℃。将组件从炉子中取出，并取下夹紧用夹具。
在根据本发明一些方面的方法的加热和冷却部分期间，Au和Ni的相邻层以更快的速率相互扩散。因此，在各Au-Ni界面处形成了Ni-Au合金的扩散层。在该Au-Ni合金扩散层中，Au和Ni的百分比从Ni-Au合金一侧上的纯镍逐渐地变化至相对侧上的纯金。因此，参见图5，在元素的变化的扩散百分比的连续区域内，存在着显示为点″P″的含有82％Au和18％Ni的区域或层。该特定百分组成层为最低熔点″M″的合金组分，如Au-Ni相图所示。该82％Au-18％Ni合金层的熔点为大约955℃。
继续参见图5，Au的熔点显示为大约1064℃，镍的熔点为大约1455℃。当Au和Ni的相邻层发生扩散时，扩散合金的不同百分组成的熔点发生变化。更具体而言，当通过扩散形成合金时，熔点从Au的熔点开始降低至最低点M(82％Au-18％Ni)处的大约955℃，然后开始上升至Ni的熔点。合金元素的不同百分组成具有不同的熔点。根据本发明的原理，可以使用在相图中具有最低点和类似变化的不同组分的其它合金，只要它们适用于X射线管中的工作条件和材料。例如，图7在金-铜相图中显示了另一类似的合适合金，其具有最低点M′，对于大约80％Au-20％Cu的合金组合具有大约911℃的熔化温度。
在被夹紧在一起时，将阴极组件和Au-Cu片加热至960℃至970℃达10秒钟至1分钟，在最低点P组成层或区域中的Au-Ni合金首先熔化，然后更多的Au和Ni原子溶于液态合金中。通过在最低温度M下适当地控制工艺方法(例如温度和时间)，就会在Au-Ni扩散层出现所需有限量的液态合金。液态合金润湿了扩散层中的周围Au-Ni合金。
当夹层结构冷却下来时，液态合金固化。同时，在Ni和Au之间以及Au和Cu之间的互扩散持续至温度足够低，直至没有明显的扩散。在所有金/镍和金/铜接触面处发生相同的反应。在测试中，根据本发明一些方面来实施的以上工艺方法所得到的金属-陶瓷界面之间的结合层的厚度为0.020″。
在上述工艺方法期间，形成了许多结合区域，其包括阴极组件的金属部件、镀金铜片或填充材料部件的表面以及陶瓷绝缘体的金属化表面。在不同金属的界面处，结合区域依据相图，其与扩散所形成的相邻金属的特定合金系统以及该工艺方法的局限性相关。各合金的变化的百分组成以及相应合金最低点百分组成(P，P′)的扩散层是随时间和温度的扩散过程的结果。
尽管在上文中只是针对所示实施例之一来介绍了本发明的特定特征，然而这些特征可同其它实施例的一个或多个其它特征组合起来，这对于任何给定特定应用而言可能是所需的和有利的。从本发明的以上描述中，本领域的技术人员可想到各种改进、变化和修改。属于本技术领域的这些改进、变化和修改将被所附权利要求覆盖。
例如，结合用填充材料的夹层结构和连接层中的备选材料组合可包括应用了本发明原理的以下以及其它的组合。
适于应用本发明原理的具有各种金属、结合用填充材料合金和所制备陶瓷结构的结构的更具体的其它示例性实施例包括钼Mo-陶瓷或钨W-陶瓷，其用于连接Mo或W陶瓷夹层系统。可以如上所述地使用类似工艺方法，不同之处在于，钼或钨部件首先钎焊在镍片上。参见图6，钼部件100具有结合在铜焊片104上的镍片102。在镍片连接在Mo部件上时，将Mo连接在陶瓷上就成了将Ni连接在陶瓷上的工艺方法，如上所述。图6中的余下件数对应于上述图4中的件数。用来完成金属-陶瓷-金属夹层的其它金属件(对应于图4中的80)未示出。镍片的厚度可以为0.004″-0.010″，将镍连接在Mo上的钎焊合金为薄铜片。
根据本发明一些方面适用的材料的另一组合包括(i)科瓦铁镍钴合金与陶瓷或(ii)Fe/Ni合金与陶瓷。科瓦铁镍钴合金和Fe/Ni合金含有适量的Ni，因此，根据本发明一些方面，将陶瓷连接在这些金属上的混合界面反应工艺类似于通过利用镀Au铜片而将Ni连接在陶瓷上的工艺。然而，在该实施例中，保持在960℃至970℃下的时间增加了。
在可根据本发明一些方面来使用的材料的另一示例中，将Fe连接在陶瓷部件上。为了利用镀Au铜焊合金将Fe连接在陶瓷系统上，将铁件镀上Ni。一旦镍表面放在连接表面上，将Fe连接在陶瓷上就成为将Ni连接在陶瓷上的上述工艺。
在根据本发明原理来使用的材料的另一示例中，将Cu连接在陶瓷件上。为了将Cu连接在陶瓷系统上，钎焊合金同样为镀Au的铜填充材料。图7的Au-Cu二元相图在以下方面类似于图5的Au-Ni相图。在相图中存在温度最低点M′，其中特定的合金组分导致少量的液体金属合金可用于界面反应连接工艺方法。合金在该最低点处出现有限的熔化，并在填充材料继续冷却时出现类似于上述工艺方法的持续扩散结合。然而在该示例中，加热温度控制在大约920℃至930℃。
可以理解，在上述用于Au-Ni的示例中，最低点M为大约955℃，镀金铜片填充材料的最低点M′为大约911℃。通过将图4所示的上述夹层系统加热至955℃，则也超过了图7所示Au-Cu金属合金系统的最低点M′。达到图5所示955℃最低点M的这种加热通过在加热期间具有受控量液体的界面反应结合系统，而形成了多个层。一些液态层因Au-Ni界面而形成，一些层因填充材料中的Au-Cu界面而形成。如上所述，以这种方式限制液体的量减少了到达非连接表面上的液体泄漏。
与完全为钎焊的传统工艺相比，本发明的混合界面反应连接工艺方法的优点包括在接头中形成的液体的量减少，从而减少了从连接表面至非连接表面上的溢出。与完全为扩散结合的工艺方法相比，根据本混合方法一些方面所形成的结合完整性在于，X射线组件更好，因为所结合的接头厚度(0.020″)比常规扩散结合的更厚。另外，不需要用与扩散结合相关的传统较高压力来将金属件和陶瓷件结合在一起。
在利用应用了本发明一些方面的方法制造出的组合的金属-陶瓷阴极结构中，连接表面和组成部件之间的平行度小于0.0025″。在采用了上述合金组合之一的示例中，接头可用于高的X射线管阴极臂的工作温度(例如900℃)下。在加热工艺期间两种夹紧的相接触金属之间的反应导致区域或层具有来源于扩散的组分，其对应于最低点(M，M′)熔化温度。通过将夹紧的组件和结合用填充材料加热至最低点温度(M，M′)，就在该区域中形成了液态合金。该液体对用于钎焊结合部分的金属都产生了润湿。然后，在冷却期间发生扩散，从而在夹层结构的金属-陶瓷部件之间形成了较厚的连接层。
用于混合界面反应连接的根据本发明原理来制造的结构在金属-陶瓷-金属夹层类型的结构中在陶瓷上具有高电阻。在工艺方法过程中只有少量的钎焊材料熔化。其余结合依赖于扩散结合。因此，通过钎焊和扩散结合的这种混合组合，通过选择最低点的合金组合并控制工艺方法的时间和温度以便控制在该工艺方法期间形成的液体的量，就可使钎焊液体的量保持为所需量。由于只有少量液体存在较短时间(例如若干秒)，因此就减少了液体流到陶瓷侧壁上，这可防止在非连接表面上出现漏电。
已经介绍了本发明的优选实施例，权利要求见所附权利要求书。
权利要求
1.一种用于将X射线管的阴极部件结合在一起的方法，所述方法包括提供包括第一金属的支撑臂；提供具有第一金属化表面的陶瓷绝缘体；通过将填充材料的第一部件放在所述支撑臂和所述陶瓷绝缘体的第一金属化表面之间，来装配包括所述支撑臂和陶瓷绝缘体的夹层结构，所述填充材料的第一部件包括至少第二金属，其中包括所述第一和第二金属的第一合金系统包括所述第一和第二金属的合金最低点百分组成，其具有用于所述合金最低点百分组成的第一合金系统最低熔点，该最低熔点比所述第一金属和第二金属的熔点都要低；加热所述已装配的夹层结构，从而使所述第一金属和第二金属之间的扩散在整个结合区域形成所述第一合金系统的第一和第二金属的变化的百分组成，所述结合区域具有至少一个扩散层，所述扩散层具有所述第一和第二金属的合金最低点百分组成，所述加热所述已装配的夹层结构至少持续至所述第一合金系统最低熔点的结合温度，将所述夹层结构保持在所述结合温度下达所需的一段时间，以便熔化至少包括所述第一和第二金属的合金最低点百分组成的结合区域的所需部分；以及允许所述已装配的夹层结构冷却至所述第一合金系统最低熔点温度以下的稳态温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合温度在所述第一合金最低熔点以上以及在所述第一金属和第二金属的熔点以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充材料的部件包括不同于所述第一和第二金属的第三金属，所述第二金属电镀在所述第三金属的相对侧上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二和第三金属可扩散以形成不同于所述第一合金系统的第二合金系统，所述第二合金系统包括所述第二和第三金属的合金最低点百分组成，其具有用于所述合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，所述最低熔点比所述第三金属和第二金属的熔点都要低。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结合温度至少是用于所述第一合金系统最低熔点和所述第二合金系统最低熔点中的至少一个的所述熔点。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一金属是镍。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二金属是金，所述第三金属是铜。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷的金属化层包括镍。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷绝缘体具有相对面向的第二金属化表面，所述第一和第二金属化表面包括所需量的所述第一金属。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括，将包括所述至少第二金属的填充材料的第二部件放置在所述陶瓷绝缘体的第二金属化表面与包括所述第一金属的至少一个阴极杯部件之间。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结合温度大致为所述合金系统的最低熔点。
12.一种X射线管阴极组件，其包括包括第一金属的支撑臂；具有第一金属化表面的陶瓷绝缘体，其中所述金属化表面包括所需量的所述第一金属；与所述支撑臂和陶瓷绝缘体的第一金属化表面接触的填充材料的第一部件，所述填充材料的第一部件至少包括第二金属，其中包括所述第一和第二金属的第一合金系统包括第一和第二金属的合金最低点百分组成，其具有用于所述合金最低点百分组成的第一合金系统最低熔点，所述最低熔点比所述第一金属和第二金属的熔点都要低；加热所述阴极组件使得可进行扩散结合而形成的结合区域，所述结合区域具有包括最低点百分组成的合金层，所述阴极组件的加热至少持续至所述第一合金系统最低熔点的结合温度，并保持在该温度下达所需的一段时间。
13.根据权利要求12所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述结合温度处于所述第一合金最低熔点以上，并比所述第一金属和第二金属的熔点都要低。
14.根据权利要求12所述的X射线管阴极组件，其特征在于，填充材料的所述部件包括不同于所述第一和第二金属的第三金属，所述第二金属电镀在所述第三金属的相对侧上。
15.根据权利要求14所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第二和第三金属可扩散以形成不同于所述第一合金系统的第二合金系统，所述第二合金系统包括所述第二和第三金属的合金最低点百分组成，其具有用于所述合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，该最低熔点比所述第三金属和第二金属的熔点都要低。
16.根据权利要求15所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述结合温度至少是用于所述第一合金系统最低熔点和所述第二合金系统最低熔点中的至少一个的所述熔点。
17.根据权利要求14所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第一金属为镍。
18.根据权利要求17所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第二金属是金，所述第三金属是铜。
19.根据权利要求12所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述陶瓷的金属化层包括镍。
20.根据权利要求12所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述陶瓷绝缘体具有相对面向的第二金属化表面，所述第一和第二金属化表面包括所需量的所述第一金属。
21.根据权利要求20所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述X射线管阴极组件包括，将包括所述至少第二金属的填充材料的第二部件放置在所述陶瓷绝缘体的第二金属化表面与包括所述第一金属的至少一个阴极杯部件之间。
22.根据权利要求13所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述结合温度大致为所述合金系统的最低熔点。
23.一种X射线管阴极组件，其包括支撑臂，其包括足量的第一金属以用于与不同的第二金属扩散结合以形成第一合金系统；具有第一金属化表面的陶瓷绝缘体；和用于将所述支撑臂固定在所述陶瓷绝缘体上的装置，所述用于固定的装置包括含有第三金属的金属片，所述金属片的每一侧上都镀上了所述第二金属，所述第三金属是不同于所述第一和第二金属的金属，所述用于固定的装置设在所述支撑臂的第一表面和所述陶瓷绝缘体的第一金属化表面之间的界面处，其中所述第一合金系统的一部分包括具有最低熔点的所述第一和第二金属的百分组成，所述最低熔点比所述第一金属和第二金属的熔点都要低。
24.根据权利要求23所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第二和第三金属可扩散以形成不同于所述第一合金系统的第二合金系统，所述第二合金系统包括所述第二和第三金属的合金最低点百分组成，其具有用于所述合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，该最低熔点比所述第三金属和第二金属的熔点都要低。
25.根据权利要求23所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第一金属是镍。
26.根据权利要求23所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述第二金属是金，所述第三金属是铜。
27.根据权利要求23所述的X射线管阴极组件，其特征在于，所述陶瓷的金属化层包括镍。
28.一种X射线管，其包括抽空封套；设在所述抽空封套内的阳极组件；和以与所述阳极组件成操作关系的方式设在所述封套内的阴极组件，所述阴极组件包括支撑臂，其包括足量的第一金属以用于与不同的第二金属扩散结合；具有第一金属化表面和相对面向的第二金属化表面的陶瓷绝缘体；和用于将所述支撑臂固定在所述陶瓷绝缘体上的装置，所述用于固定的装置包括含有第三金属的金属片，所述金属片的每一侧上都镀上了所述第二金属，所述第三金属是不同于所述第一和第二金属的金属，所述用于固定的装置设在所述支撑臂的第一表面和所述陶瓷绝缘体的第一金属化表面之间的界面处，其中包括所述第一和第二金属的合金的一部分包括具有最低熔点的所述第一和第二金属的百分组成，所述百分组成的最低熔点比所述第一金属和第二金属的熔点都要低。
29.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述第二和第三金属可扩散以形成不同于所述第一合金系统的第二合金系统，所述第二合金系统包括合金最低点百分组成的第二和第三金属，其具有用于所述合金最低点百分组成的第二合金系统最低熔点，该最低熔点比所述第三金属和第二金属的熔点都要低。
30.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述第一金属是镍。
31.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述第二金属是金，所述第三金属是铜。
32.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述陶瓷的金属化层包括镍。
33.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述陶瓷绝缘体的第一和第二金属化表面包括所需量的所述第一金属。
34.根据权利要求28所述的X射线管，其特征在于，所述X射线管包括第二装置用于固定在所述陶瓷绝缘体的第二金属化表面和至少一个阴极杯之间。
全文摘要
一种X射线管阴极组件(28)包括支撑臂(36)，其包括第一金属。陶瓷绝缘体(70，82)具有第一金属化表面(72，86)，其中金属化表面包括所需量的第一金属。填充材料(90)的第一部件与支撑臂(36)和陶瓷绝缘体(70，82)的第一金属化表面(72，86)相接触，填充材料第一部件包括至少第二金属(96a，96b)，其中包括第一和第二金属的第一合金系统(图5)包括合金最低点百分组成(P)的第一和第二金属，其具有用于该合金最低点百分组成的第一合金系统最低熔点(M)，该最低熔点(M)比第一金属和第二金属的熔点都要低。加热阴极组件所形成的结合区域使得可进行扩散结合，该结合区域具有包括最低点百分组成(P)的合金层，阴极组件的加热持续至至少达到第一合金系统最低熔点(M)的结合温度，并保持在该温度下达所需的一段时间。
文档编号B23K20/16GK1757090SQ200480005679
公开日2006年4月5日 申请日期2004年2月20日 优先权日2003年3月3日
发明者P·M·徐, G·阿沃德, S·G·佩尔诺, Q·K·卢 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司