具有均匀晶粒结构的钼合金X射线靶

发明背景

X射线发生装置是极重要的工具，广泛地用于包括工业和医疗的多 种用途。例如，该设备通常用于诸如诊断和治疗放射学；半导体生产 和制造；以及材料分析和检测之类的领域。

尽管X射线装置应用于众多不同的用途，但其基本结构和操作是 相似的。电子产生后加速至高速随后突然停止，就产生了X射线。一 般来说，这整个过程在一真空X射线发生管中进行。X射线管通常包括 三个主要部件：一个阴极组件，它是电子的来源；一个阳极，沿轴向 与该阴极分离地设置，并定向以接收阴极放射出的电子；以及一些机 械装置，用于提供高电压以驱使电子从阴极向阳极运动。通常，该阴 极组件由带有阴极帽的金属阴极头构成。在阴极帽内安置灯丝，当通 过电流加热时该灯丝会发射出电子。

上述三个X射线管元件一般都安置在真空玻璃管内，并连接在电 路中。接通电路，从而电压发生元件能在阳极和阴极之间提供极高的 电压(约数万伏至超过数十万伏)。该高电压差使阴极灯丝发射出的 电子以细流或束的形式向着设置在阳极上的X射线“靶”加速至非常 高的速度。X射线靶包括一个带有焦点轨道(focal track)的板。当 电子撞击在靶的表面时，撞击电子束的动能转化为频率极高的电磁 波，即X射线。所得的X射线从阳极靶表面发射出，随后通过设置在X 射线装置内的一个窗口将X射线平行校准以便穿透入目标的内部，例 如病人身体的某个区域。

令人遗憾的是，已知的制造板的方法具有限制，阻止了技术人员 开发简单有效的方法和快速有效地制造X射线靶用板。例如，已知的 单锻造方法具有一个特别限制性缺陷，即这类方法比较浪费和低效， 使得其成本高并难以实施。已知的方法使产品的粒径的均匀性差。粒 径的均匀性差影响X射线阳极的性能。同时，已知的方法制成的阳极 的温度性能差。

基于上述原因，需要开发一种制造具有均匀特性的X射线靶的方 法。

基于上述原因，需要开发一种制造具有均匀特性的X射线靶的方 法。

发明概述

本发明涉及一种制造横向加工(cross-directionally wofked) 钼板的方法。该板优选用于X射线靶，该板作为阳极。该方法包括(a) 还原钼酸铵并形成钼金属粉末；(b)将钼金属粉末和一种合金元素制 成的钼部件压实，制成第一工件，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、 氧化镧及其组合；(c)对第一工件进行热处理，在第一方向对其施加 热机械力，从而形成第二工件；(d)对第二工件进行热处理，在不同 于第一方向的第二方向对其施加热机械力；(e)对经过热机械处理的 第二工件进行再结晶热处理步骤，从而形成热处理横向加工工件；(f) 对所述热处理横向加工工件进行切割或机加工步骤，从而形成横向加 工钼板。

在一个实施方案中，本发明涉及一种由上述方法制成的构件，其 中该部件包括板以及附着在该板上的柄。

在一个实施方案中，本发明涉及一种包括横向加工钼部件的板， 所述钼部件选自(i)一种钼部件，含有钼以及一种合金元素，该合金 元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合，或(ii)钼、铌和一种 合金元素的钼部件，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组 合，或(iii)钼、约1-约30wt。％的钨以及一种合金元素的钼部件， 该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合；其中当该板暴露 于约1600℃的温度时，其放射强度至少为约60ksi。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种X射线靶：(a)一种板， 包括选自下列的横向加工钼部件：(i)一种钼部件，含有钼以及一种 合金元素，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合，或(ii) 一种钼部件，包括钼、铌以及一种合金元素，该合金元素选自钛、锆、 铪、碳、氧化镧及其组合，或(iii)一种钼部件，包括钼、约1-约 30wt.％的钨以及一种合金元素，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧 化镧及其组合；其中当该板暴露于约1600℃的温度时，其放射强度至 少为约60ksi；(b)在该板表面上设置的焦点轨道；(c)从板上延 伸出的柄。

附图说明

通过参考下面的说明和所附的权利要求，本发明的上述以及其它 特性、方面和优点将得到更好的理解，其中：

图1所示简图示出了如何按照本发明来挤压坯/锭；

图2(a)和2(b)所示简图示出了如何根据本发明对第一工件进 行镦锻；

图3(a)是镦锻操作制成的第二工件的视图，其中已去除了A位 置影响中心圆片的材料；

图3(b)是镦锻制成的第二工件，以及可从坯上切下的板的视图；

图4是工件进行锤锻的侧视图；

图5示出了对工件进行锤锻制造第二工件；

图6是可附着在根据本发明制成的板上的柄的侧视图。

发明详述

横向加工钼板一般通过以下方法制成(a)还原钼酸铵并形成钼金 属粉末；(b)将钼金属粉末和一种合金元素制成的钼部件压实，制成 第一工件，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合；(c) 对第一工件进行热处理，在第一方向对其施加热机械力，从而形成第 二工件；(d)对第二工件进行热处理，在不同于第一方向的第二方向 对其施加热机械力；(e)对经过热机械处理的第二工件进行再结晶热 处理步骤，从而形成热处理横向加工工件；(f)对所述热处理横向加 工工件进行切割或机加工步骤，从而形成横向加工钼板。

钼金属粉末是采用适当工艺还原钼酸铵而制成的。通常是通过常 规氢还原工艺完成的。在该工艺中，将包括钼金属粉末和一种合金元 素的钼部件压实，制成第一工件。在一个实施方案中，通过粉末冶金 技术将该钼部件压实成第一工件。这样的工艺一般包括如下步骤：对 钼金属粉末和任何合金组分进行冷等静压，压制成第一工件的“生” 预制体。在另一实施方案中，通过熔融铸造工艺将该钼部件压实成第 一工件。这类工艺可包括锭的真空电弧浇铸、ebeam熔融或等离子弧 浇铸。所述合金元素通常选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合。在 一个实施方案中，该第一工件进一步包括含量低于约3wt.％，优选约 1wt.％-约3wt.％的铌。在另一实施方案中，该合金元素的含量约为 1.2wt.％或更低。在另一实施方案中，该合金元素的含量范围为约 1wt.％-约1.5wt.％。在另一实施方案中，该第一工件进一步包括含量 约1-约30wt.％的钨。

对该第一工件进行热处理，在第一方向对其施加热机械力，从而 形成第二工件。对第一工件进行的热处理通常在至少约2100°F(约 1148℃)，优选约2500°F(约1371℃)-约3000°F(1648℃)的温 度进行。

根据本发明所述对经过热处理的第一工件进行任何热机械处理， 制成可用于X射线靶的板。在一个实施方案中，该第一工件是坯或锭， 通过对该坯或锭进行截面面积缩减率(Do∶Df)为约3∶1-约4∶1的挤 压，从而对该第一工件进行热机械处理。更具体地说，参考图1，沿长 度“L”挤压该坯或锭至一合适的缩减率(Do∶Df)。该坯长度可以有所 改变，优选约14″(约36cm)-约32″(约82cm)。

随后对第二工件进行热处理，在不同于第一方向的第二方向对其 施加热机械力。在一个实施方案中，对所述第二工件进行镦锻。对第 一工件进行的热处理通常在至少约2100°F(约1148℃)，优选约2500 °F(约1371℃)-约3000°F(1648℃)的温度进行。

根据本发明所述对经过热处理的第二工件进行任何热机械处理， 制成可用于X射线靶的板。在一个实施方案中，使用具有设定尺寸的 封闭模的闭模锻造工艺对第二工件进行镦锻以形成板。在另一实施方 案中，使用具有设定尺寸的开放模的开放模(扁平)锻造工艺对第二 工件进行镦锻以形成板。在另一实施方案中，设定封闭模的尺寸使其 还包括一个形成柄的模(如图6所示)，从而使得通过该工艺形成的 板还包括一个柄。因此，本发明包括用本发明所述的该工艺制成的构 件，其中该构件具有板以及附着在该板上的柄。

参考图2(a)和2(b)，图2(a)示出了处于镦锻工艺开始的第 一工件(10)，其中该工件放置在压制套筒(12)中，位于中心圆片 (14，16)之间、挤压套筒(19)内，由此该运动中心圆片(14)相 对于固定中心圆片(16)施加主要冲击(ram tonnage)(18)。

图2(b)描绘出成型工艺的末尾，其中已对工件(10)施加热机 械力，从而形成锻造工件(或锻造坯(20))。

在另一个实施方案中，如图4和5所示，对第二工件进行锤锻以 代替镦锻。图4示出了一个正在进行锤锻的工件，图5示出了由第一 工件形成的第二工件。在该实施方案中，Do截面面积与Df截面面积的 比优选为1∶2.0-1∶2.8。

对经过热机械处理的第二工件进行再结晶热处理步骤，以形成完 全退火的横向加工工件。这通常利用常规热处理方法来进行。

所述热处理通常在至少约2100°F(约1148℃)，优选约2500°F (约1371)-约3000°F(1648)的温度进行。

随后对所述经过热处理的横向加工工件进行切割或机加工步骤， 从而形成横向加工钼板。通过中心圆片(CD)去除在镦锻过程中未形 成坯的材料(“影响材料(affected material)”)，如图3(a) 和4所示。板可以沿图3(b)所示的方向从锻坯上切下来。有利的是， 整个锻坯都可用于制造板。

通过本发明所述方法制成的板具有合适的尺寸，其使得该板可以 用于溅射靶。在一个优选实施方案中，该板的直径为约6″(约15cm) -约14″(约36cm)，厚度/高度为约0.5″(约1cm)-约2″(约 5cm)。在另一个实施方案中，该板的直径为约1″(约2.54cm)-约 14″(约36cm)，厚度/高度为约1/4″(约0.6cm)-约7″(约 18cm)。

有利的是，根据本发明制成的板具有高温性能。在一个实施方案 中，该板暴露于约1600℃时的放射强度至少约60ksi。当合金元素包 括氧化镧时，通过本发明所述方法制成的板与不含氧化镧的板相比具 有改善的抗蠕变性。在一个实施方案中该板还包括一个柄。

由此，在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供一种具有横 向加工钼部件的板，该钼部件选自(i)一种钼部件，含有钼以及一种 合金元素，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合，或(ii) 一种钼部件，包括钼、铌和一种合金元素，该合金元素选自钛、锆、 铪、碳、氧化镧及其组合，或(iii)一种钼部件，由钼、约1-约30wt.％ 的钨以及一种合金元素制成，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化 镧及其组合；其中当该板暴露于约1600℃的温度时，其放射强度至少 为约60ksi。

在一个实施方案中，该柄还包括横向加工钼部件，该钼部件选自 (i)一种钼部件，含有钼以及一种合金元素，该合金元素选自钛、锆、 铪、碳、氧化镧及其组合，或(ii)一种钼部件，包括钼、铌和一种 合金元素，该合金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合，或(iii) 一种钼部件，包括钼、约1-约30wt.％的钨以及一种合金元素，该合 金元素选自钛、锆、铪、碳、氧化镧及其组合；其中当该柄暴露于约 1600℃的温度时，其放射强度也至少约60ksi。

尽管为了解释和说明，在上文中已经详细描述了本发明，但是应 当理解这些细节仅仅是为了解释和说明，在不脱离本发明的宗旨和范 围的情况下本领域技术人员能够对其作出改变，本发明的宗旨和范围 由其权利要求所限定。