CN102194632A - 用于液态金属轴承的界面及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于液态金属轴承的界面及其制造方法，具体而言，x射线管(4)包括阴极(36)和被定位成接收从该阴极发射的电子的靶组件。该靶组件包括靶(32)，以及构造成支撑该靶(32)的螺旋形沟槽轴承(SGB)(34)。SGB(34)包括具有第一表面和附于第一表面上的第一材料(72，74，76)；具有第二表面和附于第二表面上的第二材料(70，78，80)的静止构件(41)，该静止构件(41)被定位成使得间隙形成在第一材料(72，74，76)与第二材料(70，78，80)之间；以及被定位在该间隙中的液态金属(50)，其中第一和第二材料(70，72，74，76，78，80)中的至少一者包括钽。

Description

用于液态金属轴承的界面及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请是2009年3月25日提交的美国专利申请序列号为12/410,518的部分延续申请并要求其优先权。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及x射线管，并且更特别地涉及其中结合了螺旋形沟槽轴承(SGB)的X射线管。

背景技术

X射线***典型地包括x射线管、探测器和用于该x射线管和探测器的支撑结构。在操作中，物体被定位在其上的成像台位于x射线管与探测器之间。x射线管典型地朝物体发射诸如x射线的辐射。该辐射典型地穿过成像台上的物体并撞击在探测器上。当辐射穿过物体时，物体的内部结构导致在探测器处接收的辐射的空间变化。探测器然后发出所接收的数据，并且***将辐射变化转换成图像，该图像可被用于评估物体的内部结构。本领域的技术人员会意识到，该物体可包括但不限于医疗成像期间的患者和诸如例如x射线扫描机或计算机断层照相(CT)包裹扫描机中的无生命物体。

x射线管包括位于高真空环境内的阴极和阳极。阳极结构典型地由滚珠轴承支撑并被旋转以便分配在焦点处产生的热量。典型地，采用感应马达来旋转阳极，该感应马达具有被置入支撑盘形阳极靶的悬臂轴内的圆柱形转子，以及带有包围x射线管的长形颈部的铜绕组的铁定子结构。旋转阳极组件的转子由定子驱动。x射线管阴极提供跨越阳极到阴极真空间隙加速并在与阳极撞击之后产生x射线的聚焦电子束。由于当电子束冲击靶时所产生的高温，需要以高转速旋转阳极组件。这对滚珠轴承提出了严格要求。

可采用液态金属轴承来代替滚珠轴承。液态金属轴承的优点包括由于与滚珠轴承相比增加的接触面积的量而获得的高负载能力和高热传递能力。优点还包括本领域中众所周知的低噪声运行。典型地使用镓及其合金作为液态金属，因为它们倾向于在室温下呈液态并且在运行温度下具有足够低的蒸气压力以满足x射线管的严格高真空要求。

镓倾向于呈高反应性和腐蚀性。因此，耐受此类腐蚀的基体金属是所期望的。因此，典型地使用诸如钼的难熔金属作为用于SGB的基材，并且如本领域中公知的典型地在表面中加工螺旋形沟槽以便提供泵吸作用而将液态金属维持在其理想位置。此类材料不但耐腐蚀，而且它倾向于真空相容且因此使其本身适合于x射线管应用。然而，在液态金属的使用期间可能遇到的一个问题是确保轴承表面与液态金属的足够浸润性。当未产生足够浸润性时，液态金属不完全填充SGB并且SGB在使用期间可能不会贯通间隙均匀地分配液态金属，从而缩短了x射线管的寿命。

浸润性可能由于基体金属在组装之前和/或组装期间暴露于空气或湿气而受到负面影响，从而导致其上形成氧化层。氧化层又使零件表面与液态金属的浸润性恶化。已采用公知技术来改善或维持基材在这些情形下的浸润性。一种公知的技术包括在氢中在大约800℃下燃烧轴承表面，然后将零件存储在隔氧气氛比如氮气或氩气中直到使用为止。另一种公知的技术包括利用例如物理蒸镀(PVD)技术用碳化物、硼化物或氮化物涂覆轴承零件。

另一种公知的技术包括利用PVD涂敷钼作为扩散障碍。然而，虽然当利用PVD涂敷此类扩散障碍时可采用钼，但扩散障碍的基材典型地与基材完全相同。备选地，利用不同于基材的材料通过PVD涂敷的材料对于适当的应用倾向于被限制在2000nm的厚度以便避免由于所涂敷的障碍和基体金属的热失配而开裂。可通过采用具有与基体金属类似的膨胀系数的涂层而在一定程度上减轻热失配。然而，此类解决方案倾向于限制基体金属/涂层选项的数量。此外，由于厚度限制，从后期机加工排除了此类材料，从而使得必须涂敷具有落入最终零件的理想最终公差内的厚度的扩散障碍。同样，由于厚度限制，此类用以改善浸润性的解决方案依然使得基材必须耐受液态金属如钼的腐蚀作用。然而，钼在作为基材和在加工及处理方面都很昂贵。

一种用于使基材费用最少并改善功能性的技术是仅在将接触液态金属的区域内包括优选的基体金属(即钼)。由较廉价的材料制成的延伸体然后可被铜焊或以其它方式附接到其上，该延伸体用作作为用于阳极的支撑件的机械连接件。换句话说，例如，静止的中心轴可支撑具有被附接在其上的阳极的可旋转支撑结构。该中心轴可完全由优选的基体金属制成，或者其成本可通过经由铜焊或其它附接方法将较廉价的钢附接到其上、从而减小优选基体金属的总量来降低。此类设计可由于使用较廉价的钢部分代替优选的基体金属而节省成本。然而，利用这种技术实现的成本节省典型地由于额外的附接处理、例如由于将具有密封件的延伸体附接在其上而发生一定程度的偏离。

使用钼的一个缺点是钼会形成在SGB的典型操作温度下不稳定的带有镓的金属间化合物层。因此，金属间化合物层倾向于由于固态钼表面与液态镓之间的接触而形成，从而如果该金属间化合物层倾向于断裂则起到研磨剂的作用，或在静止零件与旋转零件之间接触时(这会引起SGB的过早寿命失效)起到微粒的作用。金属间化合物层的形成是温度的函数并且服从如本领域中公知的阿列纽斯(Arrhenius)老化原理。

因此，SGB可由钼制成并采用镓作为其中的液态金属，并且对于正确的操作和处理，如此制成的SGB对于x射线管的寿命可提供足够的性能。然而，钼基体金属倾向于是高成本的，并且仅在与镓接触的区域内具有钼涂层的备选SGB通常包括高成本的铜焊步骤。钼或钼涂层的加工也包括额外的成本，并且额外的浸润步骤(即，在氢环境中燃烧)是与基于钼的SGB相关的高成本处理步骤。此外，钼形成在典型操作温度下不稳定的金属间化合物，并且随着成像应用倾向于功率增大，操作温度同样升高，从而加速钼-镓金属间化合物层的生长和形成。

因此，希望具有减少与制造和使用SGB相关的总成本的设备和方法。

发明内容

本发明的实施例提供通过在SGB构件的表面上提供材料而克服前述缺点的设备和方法。

根据本发明的一方面，x射线管包括阴极和被定位成接收从阴极发射的电子的靶组件。该靶组件包括靶和构造成支撑该靶的螺旋形沟槽轴承(SGB)。该SGB包括具有第一表面和附于第一表面上的第一材料的可旋转构件；具有第二表面和附于第二表面上的第二材料的静止构件，该静止构件被定位成使得间隙形成在第一材料与第二材料之间；以及被定位在该间隙中的液态金属，其中第一材料和第二材料中的至少一者包括钽。

按照本发明的另一方面，靶组件包括具有附于其外表面上的第一材料的轴、构造成支撑靶并具有附于其内表面上的第二材料的套管、以及被定位在第一材料与第二材料之间的液态金属，其中第一和第二材料中的至少一者包括钽。

根据本发明的再另一方面，一种制造用于x射线管的靶组件的方法包括如下步骤：提供具有外表面材料且具有外径的轴；提供套管，该套管具有暴露套管的内表面材料的孔口，其中内表面材料的直径大于外表面材料的外径；将第一层涂敷到内表面材料上，以及将第二层涂敷到外表面材料上。该方法还包括酸蚀第一层和第二层中的至少一者以从其去除氧化物，将靶附接在轴和套管中的一者上，将轴***套管以形成轴套管组件，以及将液态金属涂敷到轴套管组件的第一层和第二层中的一者上。

各种其它特征和优点将从以下详细描述和附图变得明显。

附图说明

附图图示了为了实施本发明而当前设想的一个优选实施例。

在附图中：

图1是结合了本发明的实施例的成像***的框图。

图2是根据本发明的一个实施例且可与图1中所示的***一起使用的x射线管的一部分的截面图。

图3是根据本发明的一个实施例的螺旋形沟槽轴承(SGB)的截面图。

图4是根据本发明的一个实施例的用于SGB的材料构件的透视图。

图5是根据本发明的一个实施例的用于制造SGB的技术。

图6是与非侵入性包裹检测***一起使用的x射线***的示图。

零部件清单

2x射线成像***

4x射线管或源

6x射线束

8物体

10探测器

12处理器

14计算机

16操作员控制台

18显示单元

20存储装置

22源控制器

24框架

28辐射发射通道

30x射线管容积

32靶或阳极

34轴承组件

34轴承构件

36阴极

38转子

40中心线

41中心轴

42套管

44第一端

46第二端

50液态金属

54径向突起

55轴向表面

56径向空腔

58可去除的罩盖

60例如，它们之间的势差

62供给管线

64冷却剂

66入口

68出口

69可去除的端盖

70包括相应的材料或涂层

72包括相应的材料或涂层

73内径

74在此实施例中，预成型件

76在此实施例中，预成型件

78在此实施例中，预成型件

80在此实施例中，预成型件

81外径

82可选的附接或结合材料

83构造成被附接在外径上

85内径

87被包括用于附接部件

89包括材料覆盖端

90例如，在

92始于方框

94且SGB在方框装配

96在方框涂敷钽涂层

98在方框对零件进行后期处理

100在方框

102在方框组装

104在方框

106在方框结束

410否

500x射线***

502托台

504开口

506x射线管

508探测器组件

510传送***

512传送带

514由结构支撑

516使包裹或行李件自动和连续经过

518否

具体实施方式

图1是根据本发明被设计成既获取原始图像数据又处理该图像数据以便进行显示和/或分析的x射线成像***2的一个实施例的框图。本领域中的技术人员应该理解的是，本发明可应用于众多使用x射线管的医疗成像***，比方说x射线或***x线照相***。其它成像***如获取一定量的图像三维数据的计算机断层照相(CT)***和数字射线照相(RAD)***，也从本发明受益。以下对成像***2的讨论只是这样一个实施方案的实例且并非旨在对形态进行限制。

如图1中所示，成像***2包括构造成穿过物体8投射x射线束6的x射线管或源4。物体8可包括人体、行李件或其它希望进行扫描的物体。x射线源4可为产生具有范围典型地为从30keV至200keV的能量的频谱的x射线的常规x射线管。x射线6穿过物体8并在被物体8衰减后撞击在探测器10上。探测器10中的每个探测器均产生代表撞击的x射线束的强度的模拟电信号，并因此在x射线束穿过物体8时产生衰减束。在一个实施例中，探测器10为基于闪光的探测器，然而，也设想也可采用直接转换型探测器(例如，CZT探测器等)。

处理器12从探测器10接收信号并生产与被扫描的物体8对应的图像。计算机14与处理器12通信以使操作员能够利用操作员控制台16控制扫描参数并观看所生成的图像。亦即，操作员控制台16包括一些形式的操作员接口，比方说键盘、鼠标、声控控制器或允许操作员控制成像***2并在显示单元18上观看来自计算机14的重建图像或其它数据的任何其它合适的输入器件。另外，操作员控制台16允许操作员将所生成的图像存储在存储装置20中，该存储装置可包括硬盘驱动器、闪存、光盘等。操作员也可使用操作员控制台16来向计算机14提供命令和指令以便控制向x射线源4提供电力和时序信号的源控制器22。

图2示出结合了本发明的实施例的x射线源4的截面图。x射线源4包括框架24，框架24中具有允许x射线6穿过其中的辐射发射通道28。框架24封闭x射线管容积30，该容积容纳靶或阳极32、轴承组件34和阴极36。轴承组件34将在图3中更详细地描述。

当高速电子借助于阴极36与阳极32之间例如在CT应用的情况下为60千伏或以上的势差在从阴极36被引向阳极32时突然减速时产生x射线6。x射线6通过辐射发射通道28朝探测器阵列(例如图1的探测器10)发射。为了避免阳极32由于这些电子而过热，转子38使阳极32例如在90-250Hz下围绕中心线40以高速旋转。阳极32在第一端44处被附接在套管42上，且转子38在第二端46处被附接在套管42上。除阳极32在x射线管4内的旋转以外，在CT应用中，使得x射线管4作为整体以典型地为1Hz或更快的速度围绕物体(如图1中的成像***2的物体8)旋转。轴承组件34包括具有用于在成像***2内操作的足够的负载支承能力和可接受的噪声水平的螺旋形沟槽轴承(SGB)。

现在参照图3，示出了根据本发明的一个实施例的SGB的截面图。轴承组件34包括被定位在套管42内的中心轴41。套管42构造成支撑阳极(未示出)，例如图2的阳极32。轴承组件34包括定位在中心轴41与套管42之间的液态金属50。在本发明的实施例中，液态金属50可包括例如镓和镓合金。本领域的技术人员会意识到文中所述的发明可应用于任何液态金属轴承。如本领域中公知的那样，中心轴41和套管42典型地包括迫使液态金属50在套管42旋转期间保持在中心轴41与套管42之间的螺旋状沟槽(未示出)。结果，液态金属50在套管42旋转期间保持均匀分布在中心轴41周围，从而改善其润滑效果并增加轴承组件34的负载能力。

如图3中所示，轴承组件34包括中心轴41，中心轴41在本实施例中是静止的，并且轴承组件34包括构造成将靶附接在其上的旋转套管42。液态金属50被定位在构件41和42之间。本领域的技术人员会意识到，根据本发明的实施例，可以包括其它轴承构造。例如，本领域的技术人员会意识到，轴承组件34可换作包括静止外构件和具有被附接在其上的靶的旋转中心轴。作为另一个示例，本领域的技术人员会意识到，轴承组件34可为构造成将靶支撑在第一和第二液态金属轴承之间的“跨骑”轴承。换句话说，本发明的实施例可被结合在利用液态金属轴承来支撑阳极或靶的任何轴承构造。此类构造可包括静止中心轴和可旋转的外轴，且反之亦然。此外，本领域的技术人员会意识到，这些应用不必局限于x射线管，而且可应用于具有真空中的旋转构件的任何构造，该旋转构件由液态金属轴承支撑。因此，不论构造或应用如何，本发明都可应用于具有可旋转的构件和静止构件以及在它们之间的液态金属的任何轴承构造。

在一个实施例中，中心轴41包括定位在套管42的径向空腔56中的径向突起54，并且套管42可包括构造成允许组装构件的可去除罩盖58。径向突起54限制套管42相对于中心轴41的轴向运动，并且如图所示，径向突起54与套管42之间以及罩盖58与中心轴41之间也包括液态金属50。径向突起54不必在轴向长度上受到限制，而是可在轴向长度上延伸以提供构件的附加机械支撑。在一个实施例中，径向突起54包括沿着轴向表面55的人字形(herringbone)或螺旋状沟槽。在另一实施例中，径向突起54在轴承组件34的套管42的整个轴向长度上延伸。在此实施例中，径向突起54呈圆柱形并被定位在套管42内的圆柱形孔口内。在一个实施例中，中心轴41包括穿过其中并构造成使冷却剂经过其中的空腔60。空腔60可包括定位在其中的供给管线62以使冷却剂64在入口66处进入空腔60并且然后在出口68处从其离开。因此，冷却剂64使从x射线管4的阳极32产生的热量能够从该处被提取并被传递到x射线管4的外部。在一个实施例中，轴承组件34包括可去除的端盖69。

根据本发明的实施例，中心轴41、套管42、可去除的罩盖58和端盖69包括定位在其上的相应材料或涂层70、72，以防止它们的基材的腐蚀，从而使得能够在其中使用较廉价的基材。如将讨论的那样，材料或涂层70、72可作为涂层涂敷(比方说图3中)或可作为材料或作为分离的部件分开引用(比方说图4中)。用于中心轴41、套管42、可去除的罩盖58和端盖69的示例性基体金属包括难熔金属及其合金，

(包括基于镍-钴含铁合金的材料)，(

是宾夕法尼亚州匹兹堡市西屋电气与制造公司(Westinghouse Electric and ManufacturingCompany)的注册商标)，工具钢(提供良好的机械加工性并具有较低的导热率)，马氏体时效钢(以具有出色的强度和韧性而不损失延展性而著称的低碳、超高强度铁合金)，铁-镍(FeNi)合金，超合金和

(是特拉华州SCM金属产品公司(SCM MetalProducts Inc.)的注册商标)。在一个实施例中，使用具有低于10％的铬含量的铁基基体金属。在另一实施例中，基体金属包括304或316不锈钢。

钽在与镓接触时形成金属间化合物层，但应认识到，当与钼相比时，钽在升高的温度下形成高温稳定性高得多的金属间化合物层。根据本发明的一个实施例，涂层70、72因此含有钽。在另一实施例中，钽可与另一种材料结合，比方说可包括钼或钨的难熔金属。根据本发明的实施例，可通过熔化的盐沉积、电镀、化学蒸镀(CVD)、物理蒸镀(PVD)、等离子强化PVD(PE-PVD)、激光强化处理(比方说称为

的激光强化净成形，是新墨西哥州阿尔伯克基市的Sandia公司(Sandia Corporation)的注册商标)、冷喷射、阴极溅镀和它们的组合来涂敷涂层70、72。可以以根据处理条件和期望结果而选择的厚度来涂敷涂层70、72，然而每一种均具有与其相关的特定好处。在一个实施例中，如本领域中理解的那样，可对待涂覆的零件进行掩模，以便可借助于例如CVD将涂层70或涂层72涂敷到特定位置。在另一实施例中，可借助于例如CVD涂敷涂层70、72然后在不希望有涂层70、72的区域中借助于机加工或其它公知的去除技术来将其去除。

仍参照图3，在本发明的实施例中，涂敷使得能够在轴承组件34的最终组装之前在其上执行后期机加工或后期处理步骤的涂层70、72。后期处理步骤可与本领域中众所周知的任何数量的材料去除技术一起使用，比方说机加工、酸蚀、激光蚀刻、电化学加工等。在此类实施例中，涂层70、72首先在例如从0.05mm到0.15mm的范围内涂敷以促进并使得能够进行后期涂覆处理使得沟槽形成(例如由于机加工处理)发生在涂层层中而不是在基体金属中。本发明的实施例还包括涂敷涂层70、72至大于0.15mm的深度，其也可包括后期机加工步骤。换句话说，涂层或材料典型地足够厚以使得能够在层或涂层70、72中而不是在基体金属中切削沟槽。另外，在包括涂敷涂层70、72然后执行后期机加工步骤的实施例中，本领域的技术人员会意识到，可放松基材的初始公差，并且后期机加工步骤可包括更高公差的精细加工以去除例如10-30微米的表面小孔，从而通过允许在涂敷涂层70、72之前制造更低公差的零件而降低处理成本。根据本发明的实施例，后期机加工步骤如本领域中理解的那样包括在涂层70、72的选定部分中机加工螺旋形沟槽，以便提供抽吸作用以在SGB操作期间将液态金属维持在期望位置上。根据一个实施例，借助于电化学加工(ECM)将螺旋形沟槽加工到涂层70、72中。

在实施例中，将涂层70、72涂敷到高达1mm或更厚的厚度。此类处理可包括等离子喷射、熔盐沉积、和冷喷射。由于能够从这些处理实现的厚度，这些处理通过使得能够在后期机加工期间从所涂敷的材料切削沟槽而同样支持根据本发明的后期机加工处理。例如，冷喷射可用于通过利用压缩气体高速推进细粉末颗粒而涂敷涂层70、72。这些颗粒比较冷，因此对撞击的本体反应(bulk reaction)处于固态下，并且氧化很少或没有氧化。由于这些颗粒在处理期间典型地不会熔化，所以在基材冷却后的收缩比较小。也可利用熔盐沉积将涂层70、72涂敷到足够的厚度。该处理包括在熔盐混合物中钽的电解淀积。在本发明的实施例中且如本领域中理解的那样，盐混合物可包括NaCl、KCl等。在沉积期间，如本领域中理解的那样，零件被阴极极化并且熔盐典型地包括难熔金属离子的源。应意识到，所述的处理只是用于涂敷根据本发明的涂层的实例，并且可采用任何数量的涂敷处理来涂敷根据本发明的涂层。

处理典型地包括激光熔凝处理(laser consolidation process)以撞击并加热基材的一个区域而使基材熔化。典型地，借助于一束或多束激光对基材加热至足以使基材熔化，并且同时经供料器将粉末状材料(比方说难熔金属)供应到被加热的区域。因而，被添加的材料熔化并与下面的材料结合。由于使用在处理期间供给的粉末，所以该粉末可包括不同程度的粉末成分以通过其厚度调整涂层密度。换句话说，例如，对于不锈钢基材如304或316不锈钢上的钽涂层，可在具有低浓度钽和高浓度基材的处理开始时涂敷涂层。随着处理在涂敷涂层期间继续，钽的百分比或浓度可增大而工具钢的浓度减小，并且这种变化可持续到涂敷了100％的钽为止。

如上所述的其它处理同样可用于涂敷根据本发明的实施例的分级结构。在一个实例中，通过涂敷其中具有不同百分比的材料的多层，可利用CVD涂敷分级涂层。根据本发明的实施例，如本领域中理解的那样，上述能够涂敷具有受控的混合物量的涂层或层的处理中的任何一者同样可用于通过改变其中的成分的浓度来通过多层涂敷分级涂层。另外，根据本发明，本领域的技术人员会意识到，所涂敷的分级涂层不仅可包括两种成分，而且可包括多种成分以涂敷任何数量的涂层。

因此，可在具有不同钽浓度的分级层中涂敷材料，其引起贯穿涂层厚度的热膨胀系数上的逐渐改变。在本实例中，由于靠近基材表面的涂层具有高浓度的基材，所以其具有类似于基材的热膨胀系数的热膨胀系数。等级改变以增加钽的水平直到在涂层的最外部分上实现100％的钽涂层为止。因此，热失配在涂层的毗邻部分上被最小化，同时期望的外表面具有钽涂层。

电镀和CVD可用于涂敷具有大于例如0.1mm的厚度、比方说厚度为0.1mm至2mm或更大的涂层。此类处理典型地通过使得能够通过完全从所涂敷的涂层切削沟槽同时避开基材执行机加工而支持后期机加工处理。

根据本发明的实施例，可涂敷包括钽的涂层70、72，其具有在涂敷处理期间维持在升高的温度下的基材以减小涂层中在操作温度下的压缩残余应力。此类方法将使得材料的膨胀系数的更宽泛的失配能够应用于下面的基材，从而使得能够选择彼此不同的基材和涂层材料。换句话说，这种方法增加了基于其它期望的产品属性(比方说但不限于导热率、热膨胀系数、强度、韧性、成本(原材料和处理两者)和焊接性能/连接性能)对基材/涂层组合的选择。

在本发明的实施例中，涂层处理可被组合。例如，虽然PVD或PE-PVD本身并不会产生足以支持后期机加工处理的涂层厚度，但PVD/PE-PVD可与其它处理相结合以增强涂层70、72的粘附同时使得能够进行如上所述的低成本处理和基材选择。例如，基材首先可具有借助于PVD或PE-PVD涂敷的涂层，然后可借助于例如熔盐沉积将第二涂层涂敷于其上，或例如借助于

可具有改善的粘附，因此涂层70、72可各包括第一粘附层和被涂敷于其上的第二涂层材料两者。

根据本发明的另一实施例，材料70、72可从优选的辅助材料或多种辅助材料预成型并通过覆层(cladding)、铜焊、液压成型、等静压、辊压接合、辊压成形、混合挤压、过盈配合等附于基材上。参照图4，轴承组件34包括中心轴41、套管42、端盖69和罩盖58。此实施例中，预成型件74、76、78和80构造成如图4中所示被附接在它们相应的构件上。例如，预成型件74构造成被附接在套管42的内径73上，预成型件80构造成被附接在中心轴41的外径81上，预成型件78构造成被附接在中心轴41的外径83上，并且预成型件76构造成被附接在可去除的罩盖58的内径85上。在一个实施例中，预成型件80包括材料覆盖端89，而在另一个实施例中，端盖69包括可被附接在中心轴41上的预成型材料69。

尽管预成型件74-80被显示为被铜焊在它们相应的轴承构件上，但本领域的技术人员会意识到，部件74-80可经由任何数量的附接手段(比方说通过焊接、锡焊等)被结合或附接。在本发明的实施例中，部件74-80的厚度被选择成使后期机加工步骤能在组装之前进行，并且厚度被选择成使机加工、操纵和铜焊简单且约为0.5mm或更大。

在将部件74-80作为涂敷的材料附接之后，对部件74-80进行后期机加工以获得期望的厚度、公差、表面质量等，从而获得在图3中作为涂层70、72被示出的最终涂层。如其中所示，可选的附接或结合材料82被包括在内，其用于将部件74-80和87附接在相应的基材中心套管42、罩盖58、中心轴41和端盖69上。并且，虽然说明了部件74-80的用途以便使得能够组装构件，但本领域的技术人员会意识到，根据本发明可采用更多或更少的部件，取决于设计和在铜焊或以其它方式附接这些部件之前的一套期望的组装步骤。

因此，根据本发明的实施例，可借助于多个处理和处理的组合来涂敷材料或涂层70、72(或如图4中所示的部件74-80和87)。在本发明的实施例中，包括钽的材料或涂层70、72可具有足够的厚度以使得能够进行材料或涂层70、72的后期机加工。材料或涂层70、72可使用特别选择的适当的基材和涂层材料来涂敷以使构件之间的热失配最小，或可通过对处理本身进行调节来涂敷以使在操作期间的残余应力最小。可基于涂层的期望寿命、基于例如液态镓存在时钽中发生的腐蚀的运动速度，同时考虑操作温度和影响腐蚀速度的其它因素来选择涂层厚度。在本发明的一个实施例中，材料或涂层70、72的最终厚度大于0.1mm以提供轴承组件34在源4的寿命期间的足够寿命。

典型地，钽可在处理期间以及在暴露于环境氧气期间形成氧化层，这可降低其表面的浸润性。与钼一样，涂有钽的零件可被氢燃烧以改善浸润性。然而，已发现氢燃烧使钽变脆。因此，根据本发明的一个实施例，又一处理步骤包括通过选择性地等离子蚀刻(即，利用电离等离子气体)期望位置而在一个或两个涂层70、72上减少或去除氧化层。

现参照图5并根据以上所述，技术90说明了根据本发明的实施例的SGB轴承组件(如图3中所示的轴承组件34)的装配。技术90始于方框92，并且在方框94处装配SGB零件。例如，参照关于图3所述的构件，在方框94处制造的SGB零件包括但不限于具有例如中心轴41、套管42和可去除的罩盖58的轴承组件34。此外，如关于图3所述，轴承组件34可改为包括其它构造，包括但不限于例如静止外构件和旋转中心轴或跨骑轴承。如关于涂层70、72所述在方框96处涂布钽涂层。亦即，零件可具有如以上关于图3和图4所述涂敷的包括钽的涂层70、72，以包括具有带作为涂层涂敷的材料70、72的构件的实施例(图3)，以及包括具有带作为分离的部件涂敷的材料70、72的构件的实施例(图4)。零件在方框98处进行后期处理。亦即，在如关于方框96所述涂敷涂层之后，可对零件进行机加工、清洁、测量、测试等，以准备组装并作为组件进行测试。在方框98的后期处理可包括如以上关于图3和图4所述的后期处理和后期机加工。可选地，在方框100处对涂有钽的零件进行除氧以提高涂层70、72的浸润性，而在一个实施例中，利用等离子蚀刻对零件进行除氧。在方框102处组装轴承构件34，该组装可包括将靶附接在SGB零件之一上，并且如以上关于例如图3和图4所述将构件34置入组件中。在方框104处且如本领域中公知的那样将液态金属涂敷到轴承组件34上。参照图3，例如，可将液态金属50涂敷在涂层70、72之间。在一个实施例中，在组装构件34之前将液态金属50涂敷到轴承组件34的构件上，而另一实施例中，在组装构件34之后涂敷液态金属。在一个实施例中，液态金属50为镓或其合金。技术90在方框106处结束。如本领域中理解的那样，一旦装配好SGB轴承组件，就可对其进行进一步测试、处理并制造在诸如图1和图2中所示的x射线管或源4的装置中。

因此，由于材料或涂层70、72防止了它们被涂敷到其上的基材的腐蚀，所选择的基材可以较廉价。并且由于材料选择的灵活性，可选择具有改善的工程特性(例如但不限于导热率、热膨胀系数、强度、韧性、成本(原材料和处理两者)和焊接性能/结合性能)的基材。

图6是用于与非侵入性包裹检测***一起使用的x射线***500的示图。x射线***500包括托台(gantry)502，其中具有开口504，包裹或行李件可经过该开口。托台502容纳诸如x射线管506的高频电磁能量源以及探测器组件508。还提供了传送***510且其包括由结构514支撑的传送带512以使包裹或行李件516自动和连续经过开口504而被扫描。物体516由传送带512喂送通过开口504，然后获取成像数据，并且传送带512以受控和连续的方式从开口504移开包裹516。因此，邮政检查员、行李操纵员和其他安全人员可非侵入性地检查包裹516的容纳物是否为***、刀具、***、违禁物品等。本领域中的技术人员会意识到托台502可以是静止或可旋转的。在可旋转的托台502的情况下，***500可构造成作为用于行李扫描或其它工业或医疗应用的CT***而操作。

根据本发明的一个实施例，x射线管包括阴极和被定位成接收从阴极发射的电子的靶组件。该靶组件包括靶和构造成支撑该靶的螺旋形沟槽轴承(SGB)。该SGB包括具有第一表面和附于第一表面上的第一材料的可旋转构件；具有第二表面和附于第二表面上的第二材料的静止构件，该静止构件被定位成使得间隙形成在第一材料与第二材料之间；以及被定位在该间隙中的液态金属，其中第一和第二材料中的至少一者含有钽。

按照本发明的另一实施例，靶组件包括具有附于其外表面上的第一材料的轴；构造成支撑靶并具有附于其内表面上的第二材料的套管；以及被定位在第一材料与第二材料之间的液态金属，其中第一和第二材料中的至少一者含有钽。

根据本发明的再另一实施例，一种制造用于x射线管的靶组件的方法包括如下步骤：提供具有外表面材料且具有外径的轴；提供套管，该套管具有暴露套管的内表面材料的孔口，其中内表面材料的直径大于外表面材料的外径；将第一层涂敷到内表面材料上；以及将第二层涂敷到外表面材料上。该方法还包括酸蚀第一层和第二层中的至少一者以从其去除氧化物，将靶附接在轴和套管中的一者上，将轴***套管以形成轴套管组件，以及将液态金属涂敷到轴套管组件的第一层和第二层中的一者上。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或***并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包括在权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种x射线管(4)，包括：

阴极(36)；以及

靶组件，其定位成接收从所述阴极发射的电子，所述靶组件包括：

靶(32)；以及

构造成支撑所述靶(32)的螺旋形沟槽轴承(SGB)(34)，所述SGB(34)包括：

可旋转的构件(42，58)，其具有第一表面和附于所述第一表面的第一材料(72，74，76)；

静止构件(41)，其具有第二表面和附于所述第二表面的第二材料(70，78，80)，所述静止构件(41)定位成使得间隙形成在所述第一材料(72，74，76)与所述第二材料(70，78，80)之间；以及

定位在所述间隙中的液态金属(50)；

其中所述第一材料和第二材料(70，72，74，76，78，80)中的至少一者包括钽。

2.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述可旋转的构件(42，58)和所述静止构件(41)中的一者包括304不锈钢和316不锈钢中的一者。

3.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述静止构件(41)包括中心轴并且所述可旋转的构件(42，58)包括套管，所述套管具有被附接在其上的靶(32)。

4.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述SGB(34)还包括：

第三材料(82)，其定位在所述可旋转的构件(42，58)与所述第一材料(72，74，76)之间；以及

第四材料(82)，其定位在所述静止构件(41)与所述第二材料(70，78，80)之间。

5.根据权利要求4所述的x射线管(4)，其特征在于，所述第三材料(82)和所述第四材料(82)中的一者包括铜焊材料。

6.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述液态金属(50)包括镓和镓的合金中的一者。

7.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述可旋转的构件(42，58)和所述静止构件(41)中的一者包括难熔金属或难熔金属合金、超合金、

工具钢、FeNi合金、马氏体时效钢、

和不锈钢中的一者。

8.根据权利要求1所述的x射线管(4)，其特征在于，所述可旋转的构件(42，58)和所述静止构件(41)中的一者包括具有低于10％的铬含量的铁基材料。

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