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CT机X射线管阳极旋转靶

CT机X射线管阳极旋转靶

  • 分类:应用技术
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  • 发布时间:2020-12-11 11:42
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【概要描述】CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

CT机X射线管阳极旋转靶

【概要描述】CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

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​CT(Computed Tomography),即电子计算机断层扫描。CT机是一种应用CT成像技术,广泛应用于临床医学的成像仪器。其在显示解剖形态、结构及密度等方面具有显著的优势。CT成像是建立在不破坏物体结构的前提下,根据物体周边所得到的某种物理量(如X射线光强度、波速、电子束强度等)的投影数据,重新构建物体在特定层面上的二维图像,并根据上述二维图像构建三维图像的技术。CT机在在多个领域诸如医学、工业、工程、农业、安全检测等行业得到了广泛的应用。

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CT设备主要有以下三部分:

扫描部分:由X射线管、探测器和扫描架组成;

计算机系统:将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;

图像显示和存储系统:将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。

X射线发生器是CT设备的关键部件,管罩内的真空管即为旋转阳极射线管,其里面部件包含有阳极、阴极、灯丝和转子等。

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阳极靶作为X射线发生器的必要零部件,根据阳极结构及工作环境的不同,可以分为固定式和旋转式。固定式阳极由靶材、阳极体等构成,当由阴极产生的聚焦电子束照射在阳极上的一个点时,产生X射线,同时会产生很高的热量,通常是需要定期更换的易损件。与固定式阳极靶相比,旋转阳极靶主要是由阳极靶、转子、转子轴、阳极轴等组成,当电子束照射阳极靶材时,不断旋转的阳极能有效的防止自身被电子束灼伤,且可以不断提供一个新的被照射靶面,不仅增加了阳极靶材的利用率、增大了靶面的散热面积,还可以大大提高X射线管的功率,不间断长期使用。根据阳极靶材质的不同,X射线阳极靶还可以分为纯金属靶及复合靶,比如纯金属钨靶,具有熔点高、蒸气压低、密度大及原子序数高等优点,能保证在电子束轰击下产生大量X射线,但是纯钨的热容量小、散热性能差,容易产生微裂纹而导致阳极靶损坏失效。常用的医用高性能复合靶有钨铼/TZM、钨钼/石墨、钨铼/石墨等复合靶,复合靶不仅可以减小整体靶材的重量,缩小了体积,还能增大散热效率、充分发挥了各复合层的优异性能。

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CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。

为了增加阳极功率还采取如下技术措施:

  1. 阳极靶盘的黑化:阳极靶盘经黑化后使它的热辐射系数接近1,在同样靶温度下所散发的热量比未黑化的靶盘增加1倍,从而提高了透视功率,缩短冷却时间,加速单片和系列的摄影过程;
  2. 采用石墨靶基:石墨的比热比钨大10倍左右,辐射系数接近1,透热系数与钨钼相近,所以更适合作为靶基使用;
  3. 高转速旋转阳极:旋转阳极X射管的阳极转速达到2800r/min。旋转速度高可使电子束在某一点停留的时间短,靶盘可以承受的功率更大;
  4. 增大阳极靶盘直径:阳极靶盘直径越大容量越大,散热速度也越快。然而由于机械强度和动平衡所带来的困难,直径的增加受到一定的限制。目前大功率CT机的阳极靶直径从75-80mm增加到100-150mm左右;
  5. 消除旋转阳极的热应力影响:阳极材料使用钨和钼具有低温脆性的特点,冷却状态的X射线管突然被加上大负载,被电子束轰击的区域温度升高,与周边区域存在很大的温差,从而产生热应力应力,容易使靶面产生裂纹而损坏。为此在阳极靶上开了几条径向的细缝,使得阳极靶在温度升高发生膨胀时能够伸缩,避免由于应力过大而损坏;
  6. 减小阳极倾斜角度α(短时曝光):由于功率P≈1/sinα,所以减小阳极倾角不仅能提高图像清晰度,而且可以提高瞬间功率。但由于倾斜角减小,相应的照射面也缩小了,所以不能选得过小,目前一般都在6-17.5°之间。

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CT机X射线管阳极旋转靶
CT机X射线管阳极旋转靶
CT球管在工作时,阳极靶在高能电子束轰击下产生X射线,但是能量转换效率非常低,只有1%左右的能量转换成了X射线能,其余99%的能量则转化为热能,使得局部温度可高达2600℃。因此,旋转阳极靶需要具有高温强度高、抗热冲击性能好、散热快等特点,所以靶材的致密度、合金杂质元素含量、石墨和钼合金的钎焊结合强度是影响靶盘使用寿命的重要因素。
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MOCVD中不可替代的“铼”加热器件
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金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,简称 MOCVD)是制备混合半导体器件、金属及金属氧化物、金属氮化物薄膜材料的一种芯片外延技术。MOCVD系统中,晶体生长多在常压或低压状态下(10-100Torr),衬底温度为500~1200℃,为了能够生长出纯净、界面陡峭、一致性好的薄膜材料, MOCVD设备需要为化学反应提供合适的环境。加热系统是 MOCVD 设备的重要组成部分,它能否快速、均匀的加热衬底,直接影响着薄膜沉积的质量、厚度一致性,以及芯片的性能。
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关于MOCVD
关于MOCVD
2020-12-01
MOCVD 设备的制造技术被国外少数几个公司所掌握,如德国的AIXTRON、英国的Thomas Swan 与EMF、美国的Veeco、日本的Nishia、Nippon Sanso 和NissinElectric 等,还有一些公司在生产过程中采用自己独特的MOCVD 设备。
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MOCVD 设备的制造技术被国外少数几个公司所掌握,如德国的AIXTRON、英国的Thomas Swan 与EMF、美国的Veeco、日本的Nishia、Nippon Sanso 和NissinElectric 等,还有一些公司在生产过程中采用自己独特的MOCVD 设备。
钛铼合金打造的“深海怪兽”
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1978年4月22日,位于俄罗斯与欧洲部分北部,阿尔汉格尔斯克州的港口城市北德文斯克造船厂开始建造一艘神秘的新型M级战略攻击型核潜艇。该艇采用双层壳体结构设计,并创造性地在“太空金属”钛合金中添加稀散难熔金属“铼”制成潜艇外壳。K278战略核潜艇的出现再一次向全世界展示了“战斗民族”在军事工业上的制造实力。当时为了生产出全球最强的战略核潜艇,前苏联也不惜血本,要知道当时全球金属铼的年产量也只有一、二十吨。 
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关于铼方面的技术
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铼是一种稀散、难熔金属。稀散是指铼在地壳中的含量稀少、分散,难熔是指铼金属的熔点极高,其熔点高达3180℃,仅次于钨,居所有金属的第二位。因其化合物的催化活性、耐高温、耐腐蚀等优异特性,主要用于石油冶炼催化剂、热电高温合金、电子管结构材料、航空航天特殊合金、环境保护等领域。一、铼的发现和资源  铼是稀有金属中的一个真正稀散元素。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小,铼仅仅大于镤和镭这些元素。再加上
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高纯金属材料的应用和发展
高纯金属材料的应用和发展
高纯钨  纯度达到99.999%(5N)和99.9999%(6N)的纯钨材料,称之为高纯钨。高纯钨的总杂质元素含量应被控制在1ppm~10ppm(10-6~10-5)之间,对于某些特别杂质元素的含量,如放射性元素、碱金属元素、重金属元素和气体元素等还分别有特殊的要求。由于放射性元素U和Th具有a射线,在记忆回路中可引起“软误差”而影响电路的质量和性能,所以在高纯钨的杂质元素中,要求U和Th的含量应特别低,一般来说应低至1ppb(即1×10-9)以下,最低达到0.1ppb(1×10-10)。另外,高纯钨对于碱金属元素(K、Na、Li)的含量也分别有严格要求。高纯钨主要被制备成纯金属靶材或合金靶材,通过磁控溅射的方式得到符合要求的功能薄膜。由于高纯钨(5N或6N)具有对电子迁移的高电阻、高温稳定性以及能形成稳定的硅化物,在电子工业中以薄膜形式用作栅极、连接和障碍金属。高纯钨及钨硅、钨钛溅射靶材常被施以薄膜形式用于超大规模集成电路作为电阻层、扩散阻挡层、过渡层等以及在金属氧化物半导体型晶体管中作为门材料及连接材料等。现代电子、半导体、光伏产业的飞速发展,对材料特别是金属材料的纯度要求近乎苛刻完美。高纯钨由于其极高的性能表现而在其中扮演着十分重要的角色。高纯钼  纯度达到99.99%(4N)和99.999%(5N)的纯钼材料,称之为高纯钼。高纯钼的总杂质元素含量相应被控制在100ppm~10ppm(10-4~10-5)之间。和高纯钨一样,对于高纯钼中某些特别杂质元素的含量,如放射性元素、碱金属元素、重金属元素和气体元素等也分别有特殊的要求。由于高纯钼主要应用于靶材领域,所以一般要求U+Th和碱金属的含量十分低。由于高纯钼材料的实验开发较晚,工业化制造更是无从说起,其用途在几年前还往往被工业级或粉冶级的普通钼材料代替。然而,近年来半导体产业的突飞猛进以及高精密电子产品快速升级换代,大大促进了对基础材料更高更新的要求。和高纯钨一样,高纯钼主要被制备成纯金属靶材或合金靶材,通过磁控溅射的方式得到符合要求的功能薄膜。溅射的工作原理是用高速粒子轰击靶材,使靶材表面的金属原子脱离靶材,以薄膜的形式沉积到玻璃或其他基板上,最终形成复杂的配线结构。相对于普通钼靶而言,高纯钼溅射靶材由于其杂质含量极少、化学纯度很高,从而可形成更高品质的薄膜材料,现已广泛用于制造薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD);半导体工业大规模集成电路的配线材料;太阳能工业新型薄膜系太阳能电池;以及其它高新材料领域。半导体等大型集成电路对金属材料的纯度要求极高,高纯钼由于其极优的性能表现而在现代电子、半导体、光伏产业中成为首选的高端优质材料。溅射靶材Sputter磁控溅镀原理  Sputter在辞典中意思为:(植物)溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时,被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日光灯的插座附近常见的变黑现象,即为身边最赏见之例,此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。溅镀现象,自19世纪被发现以来,就不受欢迎,特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳,将成为可用之物。薄膜制作的应用研究,当初主要为BellLab.及WesternElectric公司,于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术,使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何,皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。而若要制作一薄膜,至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具(内部机构)。这种道具即为制作一空间,并使用真空泵将其内气体抽出的必要。Sputter溅镀定义:在一相对稳定真空状态下,阴阳极间产生辉光放电,极间气体分子被离子化而产生带电电荷,其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材,将其原子等粒子溅出,此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜,此物理现象即称溅镀。
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高纯钨  纯度达到99.999%(5N)和99.9999%(6N)的纯钨材料,称之为高纯钨。高纯钨的总杂质元素含量应被控制在1ppm~10ppm(10-6~10-5)之间,对于某些特别杂质元素的含量,如放射性元素、碱金属元素、重金属元素和气体元素等还分别有特殊的要求。由于放射性元素U和Th具有a射线,在记忆回路中可引起“软误差”而影响电路的质量和性能,所以在高纯钨的杂质元素中,要求U和Th的含量应特别低,一般来说应低至1ppb(即1×10-9)以下,最低达到0.1ppb(1×10-10)。另外,高纯钨对于碱金属元素(K、Na、Li)的含量也分别有严格要求。高纯钨主要被制备成纯金属靶材或合金靶材,通过磁控溅射的方式得到符合要求的功能薄膜。由于高纯钨(5N或6N)具有对电子迁移的高电阻、高温稳定性以及能形成稳定的硅化物,在电子工业中以薄膜形式用作栅极、连接和障碍金属。高纯钨及钨硅、钨钛溅射靶材常被施以薄膜形式用于超大规模集成电路作为电阻层、扩散阻挡层、过渡层等以及在金属氧化物半导体型晶体管中作为门材料及连接材料等。现代电子、半导体、光伏产业的飞速发展,对材料特别是金属材料的纯度要求近乎苛刻完美。高纯钨由于其极高的性能表现而在其中扮演着十分重要的角色。高纯钼  纯度达到99.99%(4N)和99.999%(5N)的纯钼材料,称之为高纯钼。高纯钼的总杂质元素含量相应被控制在100ppm~10ppm(10-4~10-5)之间。和高纯钨一样,对于高纯钼中某些特别杂质元素的含量,如放射性元素、碱金属元素、重金属元素和气体元素等也分别有特殊的要求。由于高纯钼主要应用于靶材领域,所以一般要求U+Th和碱金属的含量十分低。由于高纯钼材料的实验开发较晚,工业化制造更是无从说起,其用途在几年前还往往被工业级或粉冶级的普通钼材料代替。然而,近年来半导体产业的突飞猛进以及高精密电子产品快速升级换代,大大促进了对基础材料更高更新的要求。和高纯钨一样,高纯钼主要被制备成纯金属靶材或合金靶材,通过磁控溅射的方式得到符合要求的功能薄膜。溅射的工作原理是用高速粒子轰击靶材,使靶材表面的金属原子脱离靶材,以薄膜的形式沉积到玻璃或其他基板上,最终形成复杂的配线结构。相对于普通钼靶而言,高纯钼溅射靶材由于其杂质含量极少、化学纯度很高,从而可形成更高品质的薄膜材料,现已广泛用于制造薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD);半导体工业大规模集成电路的配线材料;太阳能工业新型薄膜系太阳能电池;以及其它高新材料领域。半导体等大型集成电路对金属材料的纯度要求极高,高纯钼由于其极优的性能表现而在现代电子、半导体、光伏产业中成为首选的高端优质材料。溅射靶材Sputter磁控溅镀原理  Sputter在辞典中意思为:(植物)溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时,被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日光灯的插座附近常见的变黑现象,即为身边最赏见之例,此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。溅镀现象,自19世纪被发现以来,就不受欢迎,特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳,将成为可用之物。薄膜制作的应用研究,当初主要为BellLab.及WesternElectric公司,于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术,使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何,皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。而若要制作一薄膜,至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具(内部机构)。这种道具即为制作一空间,并使用真空泵将其内气体抽出的必要。Sputter溅镀定义:在一相对稳定真空状态下,阴阳极间产生辉光放电,极间气体分子被离子化而产生带电电荷,其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材,将其原子等粒子溅出,此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜,此物理现象即称溅镀。
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