[發明專利]包含兩種難熔金屬特別是W和Ta的合金和包含此類合金的X射線陽極及其生產方法

無效

• 申請號: 201080055293.3
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102639730A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: P·徐;K·C·克拉夫特;M·何;G·J·卡爾森
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C27/02;C22C27/04;H01J35/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

技術領域

本發明涉及包含至少兩種難熔金屬的合金以及包含此類合金的X射線陽極。此外，本發明涉及制備此類合金的方法以及制備此類X射線陽極的方法。

背景技術

常規旋轉陽極X射線管通常具有由難熔金屬靶制成的X射線陽極。此類靶應該具有很多有利的屬性，包括高抗溫性、高機械強度和良好的導熱性及高熱容。X射線設備中的旋轉陽極承受大的機械應力以及由X射線生成過程引起的熱-機械應力。X射線是由電子轟擊陽極的焦軌的生成的。施加到焦斑和接著的陽極表面的大部分能量被轉換成熱量，這必須進行管理。由電子轟擊導致的焦斑的局部加熱可能是靶角、焦軌直徑、焦斑尺寸（長度x寬度）、旋轉頻率、所施加的功率以及諸如熱導率、密度和比熱的材料屬性的函數。一般通過適當控制和選擇上述變量來管理焦斑溫度和熱-機械應力。

然而，在很多情況下，X射線管協議可能由于由材料屬性限制導致的對修改這些變量的有限能力而受限。因此，常規旋轉陽極X射線管經常受到陽極的基底材料的機械屬性以及該材料從局部體積去除熱量的能力的限制。

通常，X射線陽極是通過各種手段用鎢-錸合金制造的。當前的方法可能是機械混合鎢粉和錸粉，或者使用含錸的溶劑與鎢粉混合。于是兩種當前實踐都依靠在燒結出火（sinter?fire）工藝中的錸擴散來產生鎢-錸合金。錸被添加到鎢焦軌以產生具有改善的延展性的合金。

然而，當前合金制造工藝可能具有產生影響材料屬性的差元素分布的可能性。

發明內容

存在對包括至少兩種難熔金屬的合金的需求，其中該合金具有改善的材料屬性。此外，可能存在對形成此類合金的方法的需求。另外，可能存在對至少焦軌區域包括此類合金的X射線陽極以及制備此類X射線陽極的方法的需求。

這些需求可以通過獨立權利要求的主題來滿足。本發明的有利實施例在從屬權利要求中給出。

根據本發明的第一方面，提出一種形成包括至少兩種難熔金屬的合金的方法。該方法包括優選以所示順序的以下步驟：（a）在公共坩堝中提供所述兩種難熔金屬；（b）通過施加電子束熔融兩種難熔金屬；（c）混合所熔融的難熔金屬；以及（d）使熔融物固化。

根據本發明的第二方面，提出一種制備X射線陽極的方法，其中該方法包括使用如本發明上述第一方面所述的方法制備合金，以及將所述合金至少施加到X射線陽極基底的一些部分，這些部分形成所述X射線陽極的焦軌區域。

根據本發明的第三方面，提出一種包括至少兩種難熔金屬的合金。在此類合金中，形成所述合金的較小部分的第一難熔金屬被完全溶解在形成所述合金的主要部分的第二難熔金屬中。

根據本發明的第四方面，提出一種X射線陽極，其中，至少所述X射線陽極的形成焦軌區域的部分包含如本發明上述第三方面所述的合金。

本發明的要旨可以被視為基于以下發現和理念：

已經觀察到在當前的難熔金屬合金中材料屬性經常是非最佳的。材料屬性的這種缺陷可能歸因于形成合金的元素——即組成合金的顆粒的較差分布。通常形成合金的難熔金屬是以粉末形式提供的，其中純金屬粉末的混合物被壓緊、利用例如電流加熱并通過例如具有退火步驟的冷卻工藝進一步加工。利用此類常規加工方法，難熔金屬合金可能被加工成絲線、鑄塊、鋼筋、片材或箔材。然而，由于以包含微觀顆粒的粉末的形式提供合金成分，至少兩種難熔金屬的原子在整個最終合金中通常不是均勻分布的。

現在一種理念是在公共坩堝中提供至少兩種難熔金屬并且使兩種難熔金屬熔融，以使得熔融的難熔金屬能夠容易且優選完全混合。在此，已經觀察到熔融通常具有非常高熔點溫度的難熔金屬的有利方式可以是電子束加熱，即，將包含高能電子的電子束引導到坩堝中包含的難熔金屬材料上。通過施加電子束，可以實現在難熔金屬的熔點之上的非常高的溫度。在熔融的難熔金屬已經混合之后，熔融物可以被冷卻下來，由此重新固化熔融物。然后固化的熔融物形成合金，其中兩種難熔金屬彼此完全溶解。合金成分的這種均勻混合可以導致所制備合金的有利材料屬性，例如高抗溫性、高機械強度、良好的熱導率、高熱容等。

難熔金屬是一類極其抗熱和抗磨損的金屬。在較寬泛的解釋上，哪些元素屬于這一組的定義可以包括4族、5族、6族排除鈾后元素但包括7族元素錸的10種元素。在狹義上，該組難熔金屬至少包括五種金屬鎢、鉬、鈮、鉭和錸。

根據本發明的實施例，所制備的合金中包含的兩種難熔金屬是鎢（W）和鉭（Ta）。在此，鉭可以被提供為重量百分比在5%至15%之間，優選在8%至12%之間，例如相對于整個合金重量為大約10%。合金的剩余部分可以是鎢，或可以是鎢并進一步包括其他元素，特別是其他難熔金屬元素。