一種鑲嵌式結構的鎢‑金剛石透射靶材及其製備方法與流程

2023-10-17 05:17:04

本發明涉及一種工業micro-ct的關鍵部件及其製造方法，具體涉及一種工業micro-ct的x射線源用鎢-金剛石透射靶及其製備方法。

背景技術：

顯微計算機斷層掃描技術(micro-ct)，由於具有超高空間解析度和無損成像的特點，被國際無損界公認為最佳無損檢測手段。鎢-金剛石透射靶作為micro-ct的關鍵部件，其結構及其散熱性嚴重影響著micro-ct的x射線的出射效率。目前工業micro-ct的x射線源用鎢-金剛石透射靶結構及其製備方法有一些文獻和專利報導，如文獻「基於磁控濺射法顯微ctw-al透射靶材的製備及其性能研究(2015,51(11)：1416-1424)」；專利「透射型x射線靶和包括該透射型x射線靶的放射線產生管(201410022341.9)」、「用於透射x射線管的厚標靶(201180041159.2)」、和「一種工業ct機x射線管用透射靶材及其製備方法(201410652918.4)」，還有日本專利公開的一種工業ct機x射線管用透射(jp2002343290a)。在這些文獻和專利中，報導了透射靶材的結構是疊加式複合結構，其製備方法大多採用磁控濺射鍍膜法。但是這種結構的靶材與鑲嵌式結構的靶材相比，還存在散熱性差、x射線出射率低等問題，其製備方法比較複雜。為此，本發明提出一種新的鎢-金剛石透射靶結構及其製備方法，以期增大micro-ct鎢-金剛石透射靶材的散熱性，從而提高micro-ct的工作性能。

技術實現要素：

本發明技術解決問題：針對現有技術中存在的問題，提供一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材及其製備方法，該靶材在真空條件下一次性成型，不易受汙染，並具有x射線出射率大、散熱性好、壽命長等優點；製備方法具有精度高、易控制、工藝簡單等優點。

本發明技術解決方案：一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材，包括金剛石片和鎢塞；所述鎢塞通過氦離子顯微鏡的氖離子源在金剛石片中心位置打孔後，再以沉積方式鑲嵌在金剛石片中。

所述金剛石片為圓片形狀，直徑為10-25mm，優選直徑為15mm；厚度為100-200μm，優選直徑厚度為100μm。優選上述金剛石片的形狀及尺寸有利於金剛石與基底的焊接，使金剛石片與真空腔體的密封效果更好。

所述氦離子顯微鏡的氖離子源採用的加速電壓為25-30kv，束流為1.2-5.4pa，通過大量反覆試驗所選氦離子顯微鏡的氖離子源的加速電壓和束流的原因在於在金剛石片上能夠實現快速打孔，同時減小氖離子束對金剛石片的損傷。

所述打孔的孔徑為1-10μm，深度為3-10μm，經過大量反覆這樣能夠方便快速地製備鎢塞。

本發明一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的製備方法，包括以下步驟：

1、清洗金剛石片：將金剛石片用丙酮浸泡1-2h去油，再用工業乙醇超聲波清洗0.5-1h。清洗完畢置於乾燥皿中備用；

2、金剛石片打孔前預處理：將金剛石片放在氦離子顯微鏡裡面，待真空抽至10-3pa以下時，採用等離子體進行清洗1-2h，去除金剛石片表面的氧化物和汙染物；

3、打孔：採用氦離子顯微鏡的氖離子源，加速電壓為25-30kv，束流為1.2-5.4pa，在金剛石片中心位置處進行打孔，孔徑為1-10μm，深度為3-10μm；

4、鎢塞沉積：在金剛石片打孔完畢後，在小孔中進行鎢的沉積，沉積高度和孔的深度相同，即得到鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材。

本發明與現有技術相比的優點在於：目前製備插塞式結構常用方法是光刻和化學腐蝕法，但這些方法存在著製備工藝複雜、周期長和效率低等缺點。本發明的鎢-金剛石透射靶材利用氦離子顯微鏡，尤其是利用氦離子顯微鏡超高精度的多功能的加工能力，首先在幾百微米厚度的金剛石片上進行打孔，孔的直徑為幾個微米，深度為幾個微米，然後在這些小孔裡面進行鎢的沉積，從而製備出散熱性、高質量的鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材。該靶材在真空條件下一次性成型，不易受汙染，並具有x射線出射率大、散熱性好、壽命長等優點，製備方法具有精度高、易控制、工藝簡單等優點。根據相關測試數據表明，與疊加式複合結構的鎢-金剛石透射靶材的相比，鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的x射線出射率、散熱性、和壽命工作性能基本上提高15-20％。

附圖說明

圖1為本發明提出的鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例詳細介紹本發明。但以下的實施例僅限於解釋本發明，本發明的保護範圍應包括權利要求的全部內容，不僅僅限於本實施例。

實施例1

本發明提出一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材，如圖1所示，包括金剛石片1和鎢塞2。所述的金剛石片1為圓片形狀，直徑為25mm，厚度為200μm；所述的鎢塞2為圓柱型，直徑為1μm，高度為3μm，鑲嵌在金剛石片中心位置處。所述的鎢塞1通過沉積方式鑲嵌在金剛石片2中。

本發明一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的製備方法包括以下步驟：

1、清洗金剛石片：將金剛石片用丙酮浸泡1h去油，再用工業乙醇超聲波清洗0.5h。清洗完畢置於乾燥皿中備用；

2、金剛石片打孔前預處理：將金剛石片放在氦離子顯微鏡裡面，待真空抽至10-3pa以下時，採用等離子體進行清洗1h，去除金剛石片表面的氧化物和汙染物；

3、打孔：採用氦離子顯微鏡的氖離子源，加速電壓為25kv，束流為1.2pa，在金剛石片中心位置處進行打孔，孔徑為1μm，深度為3μm；

4、鎢塞沉積：在金剛石片打孔完畢後，在小孔中進行鎢的沉積，沉積高度和孔的深度相同，即得到鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材。

根據相關測試數據表明，與疊加式複合結構的鎢-金剛石透射靶材的相比，鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的x射線出射率、散熱性、和壽命工作性能提高20％。

實施例2

本發明提出一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材，如圖1所示，包括金剛石片1和鎢塞2。所述的金剛石片1為圓片形狀，直徑為10mm，厚度為100μm；所述的鎢塞2為圓柱型，直徑為10μm，高度為10μm，鑲嵌在金剛石片中心位置處。所述的鎢塞1通過沉積方式鑲嵌在金剛石片2中。

本發明一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的製備方法，包括以下步驟：

1、清洗金剛石片：將金剛石片用丙酮浸泡2h去油，再用工業乙醇超聲波清洗1h。清洗完畢置於乾燥皿中備用；

2、金剛石片打孔前預處理：將金剛石片放在氦離子顯微鏡裡面，待真空抽至10-3pa以下時，採用等離子體進行清洗2h，去除金剛石片表面的氧化物和汙染物；

3、打孔：採用氦離子顯微鏡的氖離子源，加速電壓為30kv，束流為5.4pa，在金剛石片中心位置處進行打孔，孔徑為10μm，深度為10μm；

4、鎢塞沉積：在金剛石片打孔完畢後，在小孔中進行鎢的沉積，沉積高度和孔的深度相同，即得到鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材。

根據相關測試數據表明，與疊加式複合結構的鎢-金剛石透射靶材的相比，鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的x射線出射率、散熱性、和壽命工作性能提高15％。

實施例3

本發明提出一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材，如圖1所示，包括金剛石片1和鎢塞2。所述的金剛石片1為圓片形狀，直徑為15mm，厚度為150μm；所述的鎢塞2為圓柱型，直徑為5μm，高度為8μm，鑲嵌在金剛石片中心位置處。所述的鎢塞1通過沉積方式鑲嵌在金剛石片2中。

本發明一種鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的製備方法，包括以下步驟：

1、清洗金剛石片：將金剛石片用丙酮浸泡1.5h去油，再用工業乙醇超聲波清洗0.75h。清洗完畢置於乾燥皿中備用；

2、金剛石片打孔前預處理：將金剛石片放在氦離子顯微鏡裡面，待真空抽至10-3pa以下時，採用等離子體進行清洗1.5h，去除金剛石片表面的氧化物和汙染物；

3、打孔：採用氦離子顯微鏡的氖離子源，加速電壓為28kv，束流為4pa，在金剛石片中心位置處進行打孔，孔徑為5μm，深度為8μm；

4、鎢塞沉積：在金剛石片打孔完畢後，在小孔中進行鎢的沉積，沉積高度和孔的深度相同，即得到鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材。

根據相關測試數據表明，與疊加式複合結構的鎢-金剛石透射靶材的相比，鑲嵌式結構的鎢-金剛石透射靶材的x射線出射率、散熱性、和壽命工作性能提高18％。

需要說明的是，按照本發明上述各實施例，本領域技術人員是完全可以實現本發明獨立權利要求及從屬權利的全部範圍的，實現過程及方法同上述各實施例；且本發明未詳細闡述部分屬於本領域公知技術。

以上所述，僅為本發明部分具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。