发射器的制作方法

本发明涉及发射器。

背景技术：

X射线管中的热电子发射器(表面发射器、熔丝发射器)的寿命在第一实例中通过所使用的发射器材料(通常为钨)的热引入蒸发来确定。因此，可以通过发射器的较大材料厚度和/或较低的发射器温度来实现较长的寿命。在这种情况下，增加的厚度引起寿命的线性增加，同时温度对材料蒸发的影响具有指数依赖性。

发射器温度的降低要求扩大发射表面，由此扩大发射器表面。因此，通常要求更大的努力来聚焦于被发射形成电子束的电子。

增加发射表面区域中的材料厚度(较厚的表面发射器板、较大的熔丝线直径)要求更大的加热电流并导致较高的热惯性。在具有连接腿的表面发射器(非直接焊接表面发射器)的情况下，仅可能将连接器弯曲到特定的发射器厚度。因此，对材料厚度的增加具有限制。

DE 27 27 907 C2描述了一种表面发射器，其包括具有矩形发射器表面的基础单元。基础单元或发射器表面具有大约0.05mm至大约0.2mm的层厚度，并且例如由钨、钽或铼制成。在钨的情况下，还已知执行钾掺杂。在辊压工艺中制造的表面发射器具有从横穿纵向的两个相对侧交替布置的切口。在X射线管的操作期间，向阴极的表面发射器施加加热电压，其中，加热电流在大约5A至大约20A之间，并且电子被发射且在阳极的方向上加速。当电子撞击阳极时，在阳极的表面中生成X辐射。

根据DE 27 27 907 C2，横向切口的形状、长度和布置能够得到在表面发射器中实现的温度分布的特定结构，因为通过流过其中的电流加热的主体的加热取决于电流路径两端的电阻的分布。因此，与具有较小截面的点(具有较大电阻的点)相比，在表面发射器的电激活平坦截面的更大的点处生成较少的热量。

在DE 199 14 739 C1中公开的表面发射器又包括由辊压钨板制成的基础单元，并且在这种情况下具有圆形发射器表面。发射器表面被划分为以螺旋形延伸的导电轨道，它们通过弯曲的切口彼此隔开。

此外，2014年6月18日提交的德国专利申请10 2014 211 688.0描述了一种包括单块基础单元的表面发射器。在温度临界点处选择性地增加基础单元的厚度引起这些点处温度的局部下降。

DE 10 2009 005 454 B4公开了一种间接加热表面发射器。该表面发射器包括主发射器以及与其隔开的加热发射器，它们都具有圆形的主表面。主发射器包括松散的主发射表面，即不具有槽的均匀发射表面。直接加热的加热发射器包括结构化的热发射表面，即具有槽或弯曲轨道的发射表面。主发射表面和加热发射表面彼此基本平行对准并且彼此绝缘。

例如，从DE 199 55 845 A1中已知具有熔丝发射器(白炽熔丝)的阴极。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有改进的发射特性的紧凑发射器。

根据权利要求1的发射器的发明来实现该目的。根据本发明的发射器的有利实施例是每个从属权利要求的主题。

权利要求1中的发射器包括具有至少一个发射表面的基础单元。根据本发明，基础单元在至少一个发射表面的区域中具有深结构。

作为在至少一个发射表面的区域中根据基础单元的发明提供的深结构(三维结构化)的结果，除了在水平方向上延伸的已知发射表面之外，还形成至少一个又一发射表面，其在垂直方向上延伸或者相对于水平发射表面具有另一可预定的角度。

虽然保持相同的电子发射，但根据本发明的解决方案实现了温度的降低，因此增加了寿命，这不受水平发射器表面的任何扩大的影响。因此，由于发射表面的横向(水平)扩大不对电子束的聚集产生不利的影响。此外，转换到根据本发明的表面发射器不要求聚焦头的任何结构变化。

权利要求中的发射器例如可以由钨、钽、铼或适当合金制成，其中发射器的材料可以被适当掺杂(例如，钾)。

根据本发明的发射器可以构造为直接加热表面发射器，其具有至少一个矩形发射表面(权利要求2)或具有至少一个圆形发射表面(权利要求3)，或者构造为间接加热表面发射器，其具有主发射表面和热发射表面(权利要求4)。根据本发明的深结构还可以有利地利用构造为熔丝发射器的发射器来实现(权利要求5)。

前侧上专用的深结构化(其足以用于特定的应用)导致发射表面区域中的局部不同的发射器厚度，因此相应地导致发射表面区域中的不同温度。根据本发明的发射器的尤其有利和优选的实施例，在发射表面的区域中，基础单元在前侧和后侧上具有深结构(权利要求6)。这里，基础单元前侧上的深结构用于在相同温度下增加电子发射或者在相同电子发射下降低温度。另一方面，在直接提供有电流的发射器的情况下(电阻加热)，基础单元的后侧上的深结构导致降低了发射表面区域中的温度差。因此，两种措施都能够延长发射器的寿命。

在这种情况下，对于基础单元尤其有利的是在深结构的区域中具有恒定厚度(权利要求7)。这里，后侧上的深结构的轮廓被布置为相对于前侧上的深结构的轮廓偏移。因此，由于两种类型的深结构所导致的厚度的变化在整个发射表面上是恒定的，使得深结构区域中的基础单元的厚度不变化，因此发射表面的温度不发生局部差。

对于本发明的目的，深结构不是强制性地具有预定的轮廓；相反，关于布置和形状的统计分布式结构也是可以的。

然而，如果深结构区域中的基础单元具有恒定厚度(权利要求7)，则具有预定的三维轮廓的深结构是绝对需要的(权利要求8)。利用预定三维轮廓的这种深结构优选构造为立方体轮廓，例如立方体形轮廓(权利要求9)。在具有立方体轮廓的深结构情况下，除了在水平方向上延伸的发射表面之外，在每一种情况下得到在垂直方向上延伸的四个发射表面。

作为立方体轮廓的备选，深结构的三维轮廓还具有角锥体形(权利要求10)。在这种情况下，相对于在水平方向上延伸的发射表面，以除90°之外的预定角度布置又一发射表面。

附图说明

以下参照附图解释本发明的示例性实施例的表示但不限于此。附图示出了：

图1是根据本发明的发射器的实施例的基础单元的区域的顶视图，

图2是发射表面的区域中的基础单元的前侧，

图3是发射表面的区域中的基础单元的后侧，

图4是发射表面的区域中的基础单元的厚度的总体变化，

图5是发射表面的边缘区域中的基础单元的侧视图。

具体实施方式

在图1中，1表示构造为表面的发射器。表面发射器1包括矩形基础单元2，其具有发射器表面3(也是矩形的)。在发射器表面3的区域中，基础单元2包括多个(在示例性实施例中为九个)切口4，它们在横断纵向的两个相对侧交替布置。因此，切口4在发射器表面3上形成总共八个条5。

此外，在所示示例性实施例中，基础单元2包括安装表面6，其位于发射器表面3的两个端面中的每一个上。在两个安装表面6上，表面发射器1可以安装在聚焦头(未示出)中。

在发射器表面3上具有至少一个发射表面7。在所示示例性实施例中，表面发射器恰好包括一个发射表面7，其在整个发射器表面3上方垂直延伸。

在所示实施例中，基础单元2在发射器表面7的区域中的前侧21和后侧22上具有深结构71和72。

这里，基础单元2的前侧21上的深结构71用于在相同温度下增加电子发射或者在相同的电子发射下降低温度。在直接提供有电流的发射器的情况下(电阻加热)，基础单元2的后侧22上的深结构72导致发射表面7的区域中的温度差的降低。

以下参照图1所示表示为8的发射表面7的截面在图2至图5中解释深结构71和72的类型。

深结构71和72的类型例如可以通过消减法(例如，激光结构化)和/或添加法(网印、3D打印)来制造。不同消减法或不同添加法的组合或者至少一个消减法与至少一个添加法的组合也可以用于生成深结构的多种类型。

在图2至图5所示的示例性实施例中，基础单元2的前侧21上的深结构71和基础单元2的后侧22上的深结构72均通过激光结构化(通过激光束进行材料的腐蚀)在发射表面7的区域中施加。

激光结构化的类型并行产生，并且与发射器表面3或发射表面7的纵侧和端面等距，使得形成具有矩形截面的轮廓。相对于基础单元2的前侧21或后侧22以直角设置通过激光束创建的深结构71和72的类型(材料腐蚀)，因此形成立方体形式的三维轮廓。

利用用于数学矩阵的一般模型来解释结构化方法，其中在图2至图4中，在线Z1至Z12中布置沿水平方向延伸的轮廓以及在列S1至S4中布置沿垂直方向延伸的轮廓。

如参照图2示出的示例性实施例所解释的，通过线Z2、Z4、Z6、Z8、Z10和Z12以及在列S2和S4中的激光结构化来创建基础单元2的前侧21上的深结构71。这里，腐蚀宽度在每一种情况下为50μm且腐蚀深度在每一种情况下为25μm。

根据图3，在每一种情况下以50μm的腐蚀宽度以及在每一种情况下以50μm的腐蚀深度，在列S1和S3中通过激光结构化来创建基础单元2的后侧22上的深结构72。此外，在每一种情况下以50μm的腐蚀宽度以及在每一种情况下以25μm的腐蚀深度，在列S2和S4中创建激光结构。

因此，材料腐蚀使得深结构71(图2)在基础单元2的前侧21上形成在发射表面7的区域中，并且深结构72(图3)形成在基础单元3的后侧22上。

由于针对线Z1至Z12中的水平材料腐蚀和列S1至S4中的垂直材料腐蚀的相同腐蚀宽度，在图2至图5所示的示例性实施例中，形成具有正方形截面的轮廓，在每一种情况下正方形的侧面长度为50μm。

从深结构71和72(图2和图3)的类型的比较明确得出，它们被布置为使得图4所示基础单元2由于深结构71和72的两种类型而减小的厚度在发射表面7的区域中恒定；在所示实施例中为50μm。由于基础单元2的厚度在发射表面7的区域中恒定而不管深结构71和72的类型，所以确定发射表面7的温度的电阻也是恒定的，使得在发射器温度中不具有局部差异。

从图5所示发射表面7的部分8的侧视图明确得出，在线Z1的区域中，基础单元2在发射表面7的区域中具有恒定厚度。这是由于基础单元2的前侧21上的深结构71和基础单元2的后侧22上的深结构72彼此匹配的事实而实现的。深结构71具有轮廓711和712，而深结构72具有轮廓721和722。

所有轮廓711、712和721、722都具有正方形的主面，其侧面长度在每一种情况下为50μm，其中轮廓的腐蚀深度不同。轮廓711(Z1/S1和Z1/S3)在每一种情况下具有0μm的腐蚀深度(没有腐蚀)，并且相对轮廓721(Z1/S1和Z1/S3)的腐蚀深度在每一种情况下为50μm(更多腐蚀)。相对轮廓712(Z1/S2和Z1/S4)和722(Z1/S2和Z1/S4)的腐蚀深度在每一种情况下为25μm。总之，相对轮廓711和721或者721和722的腐蚀深度在每一种情况下为50μm，使得基础单元2的厚度在发射表面7的区域中恒定。

在图2至图5所示的实施例中，针对基础单元2的前侧21上的每个正方形轮廓(50μm x 50μm)形成4x 0.5x(25μm x 50μm)的平均垂直发射表面，其中因子0.5考虑到一个边缘将被分配给两个相邻轮廓的事实。因此，针对完全结构化的发射表面7得到有效发射表面的加倍。

根据Richardson-Dushman定律，在表面发射器1在深结构化前具有150μm的厚度且在深结构化后具有100μm的厚度的当前情况下，电子发射对发射器的温度的依赖性在2,300℃至2,400℃的典型发射器温度范围内导致近似80℃的温度降低，这等效于相对于100μm厚的发射器将寿命增加三倍以及相对于150μm厚的发射器将寿命增加两倍。

从图1至图5所示的示例性实施例的描述中明确得到，应该创建表面发射器1的基础单元2的前侧21的粗糙度的明确(no undefined)增加。相反，可以选择性地创建垂直发射表面。根据电子束仿真的结果，相对于环境将发射表面减小25μm至50μm，具有深结构71的正方形轮廓的提议的50μm栅格适合用于防止进入空间电荷区域，即，可以得到全电子发射。

垂直发射表面的制造增加了有效发射表面而不扩大与聚集相关的横向发射表面7。

增加的表面或电子发射可用于降低发射器的温度，因此实现更长的寿命。如果不要求增加的寿命，则一方面可以在不减少发射器的寿命的每一种情况下以现有的发射器设计实现更大的发射电流，而在另一方面以变化的发射器设计使用较少的聚集相关发射器尺寸，这通常有利于电子束的聚集质量，并且针对其的可能要求会阻挡发射器。

尽管通过优选的示例性实施例更加详细地示出和描述了本发明，但本发明不限于图1至图5所示的表面发射器的示例性实施例。相反，在不背离以下发明概念的情况下，本领域技术人员可以实现发明解决方案的其他变化。

例如，根据本发明的深结构不仅可以利用具有矩形发射表面的表面发射器来构造，而且还例如利用具有圆形发射器表面的表面发射器来构造。根据本发明的解决方案还可以利用间接加热的表面发射器或熔丝发射器来构造。