[发明专利]一种X射线管用钨铼‑钼合金旋转阳极靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种X射线管用钨铼-钼合金旋转阳极靶材及其制备方法。

背景技术

射线管是所有X射线仪的核心，X射线仪性能的好坏，很大程度上取决于X射线管的质量；阳极靶是X射线管至关重要的部件，它直接影响X射线发射强度及管子的使用寿命。

随着X射线检测技术的发展，在医疗诊断领域中广泛使用热容量大、有强X射线输出的旋转靶式X射线管，以便能承受连续负荷或瞬时高负荷输入。现代强功率输出的X射线管在工作时，对白炽灯丝逸出电子所加高压达200KV。在高压作用下，逸出的电子高速轰击阳极靶面，使之产生强X射线。但是，为了产生X射线而输入的电能仅有1％左右转换成X射线能，而99％左右的电能则在靶上转化成热能积蓄下来，使焦点轨道局部温度达2600℃以上，靶体温度1300℃以上。因此，X射线管用旋转阳极靶的材质，除要求具备产生X射线的特殊功能，尽量大的X射线发射效率及尽量小的X射线损失外，还要求具有耐高温强度大，能承受较大的热冲击，且散热性能良好。所以，研制性能优异的X射线管用旋转靶已成为各国材料科学家们共同致力的课题。

X射线管用旋转阳极靶面直接承受高能电子束的轰击而发射X射线，其局部温度可高达2600℃。钨的熔点高，高温强度大，散热性能好，原子序数高，在电子束轰击下能激发强的X射线，因此通常被用作靶面材料。但是，由于X射线管是间断式工作，时冷时热，靶面材料容易产生龟裂，而钨具有切口敏感效应，容易导致裂纹的扩展、加深，从基体上剥离，损坏X射线管。在钨中添加少量的铼等贵金属或具有高熔点、高原子序数的其他过渡族元素形成钨合金作靶面材料，比纯钨靶面层具有更好的抗熔损性，防止了靶面龟裂，保证成像清晰，提高了X射线管的使用寿命。另一方面，如用纯钨作靶，由于钨的比重大，在为提高靶的热容量而增大直径时，靶的重量增加。高速旋转时，起动力矩增大，起动时间增长，励磁线圈增大，轴承负荷增大，对X射线管的工作很不利。同时，由于钨的切口敏感效应，一旦发生裂纹就迅速发展，引起靶整体破坏。为此，需要用一种既能与钨较好地粘接起成一体,又能减轻靶的重量增大靶的热容量的材料作基体，钼的比重约为钨的1/2,比热为钨的二倍以上，且高温强度大，能与钨粘合成牢固的整体，目前常用它作基体材料，直径相同时钼基钨靶比纯钨靶重量减轻约1/2，而重量相同的钼基钨靶，热容量提高二倍以上，增大了靶的输出功率。

根据《稀有金属与硬质合金》1987年Z1期《国外X射线管用旋转阳极靶概况》的介绍生产靶盘的工艺主要有以下三种：一种为粉末冶金法，即在金属模具中，按照所设计的靶的形状与要求，分层填装各种粉末，然后采用一定的工艺压制，烧结成型；这种方法其工艺简单，但烧结密度较低。第二种生产工艺为采用粉末冶金法制取钨铼-钼合金烧结坯料，经过3-4次锻打后，通过机械加工的方式制备产品，此种工艺锻打道次多，产品局部区域容易产生应力集中导致裂纹，所以效率低，成本偏高。第三种生产工艺为在钼合金基体上采用气相沉积钨铼合金的工艺制造，这种工艺的缺点为钨铼层的密度偏低，且与钼合金基体结合强度偏低，在高温使用时，容易产生龟裂，造成X射线管寿命较短，而且此种工艺也容易对环境造成污染。

公开号CN1093828A的专利《碟形钼基钨靶的制造方法》采用粉末冶金法和锻打的方法制备钼基钨靶，实践证明此种工艺锻打道次多，产品局部区域容易产生应力集中导致裂纹，所以效率低，成本偏高。公开号CN101290852A的专利《一种大功率X射线管用WMo石墨复合靶材的制备方法》也为制备WMo靶材提供了一种思路，即通过在石墨模具中把WMo粉末铺层叠压后热压烧结的方式制备，但试验证明此种方法制备的靶盘气体杂质含量较高，钨钼层交界面有钨钼材料犬牙交错的情况出现。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中存在的缺点，提供一种X射线管用钨铼-钼合金旋转阳极靶材及其制备方法。采用本发明的制备方法得到的钨铼-钼合金靶材具有晶粒组织细小均匀、杂质元素含量较低、产品密度高、钨铼-钼合金层结合强度高、产品合格率高、散热性好、抗热冲击性好、使用寿命长等优点。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种X射线管用钨铼-钼合金旋转阳极靶材，包括钨铼合金层和钼合金层，以钨铼预合金粉末和钼合金粉末为原料，依次经模压成型、高温烧结、热等静压、矫直整形、机械加工工序制备而成。

在上述X射线管用钨铼-钼合金旋转阳极靶材中，作为一种优选实施方式，所述钨铼合金层中铼的质量分数为1～10％，余量为钨。将钨粉引入铼的目的在于利用“铼效应”，增加钨基体的高温强度。