CN203165848U - X光管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，所述场发射阴极装置包括至少一场发射结构，每一场发射结构包括一第一金属板、一层状电子发射体及一第二金属板，所述层状电子发射体固定于所述第一金属板与所述第二金属板之间，该层状电子发射体的一端延伸出第一金属板和第二金属板，作为电子发射端。

Description

X光管

技术领域

本实用新型涉及一种X光管。 

背景技术

传统的X光管包括阴极和阳极组件，该阴极和阳极组件均位于真空管内。所述阴极可以是热电子发射，还可以是冷电子发射，该冷电子发射也称场致电子发射。随着碳纳米管的不断发展，基于碳纳米管的场致电子发射，近年来越来越受到重视。 

传统的基于碳纳米管的场发射阴极装置的制备方法通常包括以下步骤：提供一基底；在基底上形成多个阴极电极；将碳纳米管通过化学气相沉积法设置在阴极电极上形成电子发射体。 

然而，以上述方法制备的场发射阴极装置中，电子发射体中的碳纳米管与阴极电极的结合力不够强。而应用于X光管的场发射阴极装置的应用电压高，使得碳纳米管在发射电子时容易被强电场拔出，导致所述场发射阴极装置的结构不稳定，从而限制了该X光管中场发射阴极装置的电子发射能力和寿命，进一步影响了X光管的使用寿命和稳定性。 

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种X光管，该X光管具有较高的使用寿命和稳定性。 

一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，所述场发射阴极装置包括至少一场发射结构，每一场发射结构包括一第一金属板、一层状电子发射体及一第二金属板，所述层状电子发射体固定于所述第一金属板与所述第二金属板之间，该层状电子发射体的一端延伸出第一金属板和第二金属板，作 为电子发射端。 

优选的，所述层状电子发射体延伸出第一金属板和第二金属板的长度为5微米至1毫米。 

优选的，所述层状电子发射体向着所述阳极延伸。 

优选的，所述第一金属板与所述第二金属板相互平行且间隔设置，所述层状电子发射体通过一粘结层分别与第一金属板和第二金属板固定设置。 

优选的，多个所述场发射结构间隔设置。 

优选的，所述层状电子发射体的厚度为10微米至1毫米。 

优选的，所述层状电子发射体为一连续的层状碳纳米管结构。 

优选的，所述层状电子发射体包括多个平行设置的碳纳米管线，该碳纳米管线由多个碳纳米管组成，每个碳纳米管线的一端延伸出第一金属板和第二金属板，作为层状电子发射体的电子发射端。 

优选的，所述第一金属板与所述第二金属板远离所述电子发射端的一端通过焊接固定。 

一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，所述场发射阴极装置包括多个金属板和多个层状电子发射体交替层叠设置，每个层状电子发射体固定设置于相邻的两个金属板之间，每个层状电子发射体的一端延伸出所述金属板，作为电子发射端。 

一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，所述场发射阴极装置包括一碳纳米管电子发射体以及两个固定元件，该碳纳米管电子发射体的一端延伸出所述两个固定元件，作为电子发射端，该碳纳米管电子发射体的其余部分与所述两个固定元件贴合，并被所述两个固定元件夹持固定于所述腔体。 

与现有技术相比，由于本实用新型提供的X光管中的场发射阴极装置中的电子发射体利用两个金属板夹持，可以承受较大的电场力而不会被电场力拔出，提高了电子发射体的电子发射能力，进一步提高了X光管结构的稳定 性和使用寿命。另外，由于金属板具有良好的导热能力，可将场发射中产生的热量快速的传导散发出去，因此可以有效防止电子发射体的破坏，进一步提高X光管的使用寿命。 

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的X光管的结构示意图。 

图2A为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置的结构示意图。 

图2B为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置的另一结构示意图。 

图3为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置中电子发射体的结构示意图。 

图4为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置中电子发射体的另一结构示意图。 

图5为图3或图4中电子发射体所使用的碳纳米管线结构的结构示意图。 

图6为图3或图4中电子发射体所使用的碳纳米管线结构的另一结构示意图。 

图7为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置的电流-电压曲线。 

图8为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置的FN曲线。 

图9为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置第一天的电流-时间曲线。 

图10为本实用新型第一实施例提供的X光管中场发射阴极装置第二天的电流-时间曲线。 

图11为本实用新型第二实施例提供的X光管中场发射阴极装置的结构示意图。 

图12为本实用新型第三实施例提供的X光管中场发射阴极装置的结构示意图。 

主要元件符号说明 

X光管          10 

腔体           12 

场发射阴极装置 14，24，34 

场发射结构     15 

阳极           16 

平面           162 

电子束         18 

X射线          20 

X射线窗口      22 

第一金属板     142 

第一端         1422 

第二端         1424 

第二金属板     144 

第三端         1442 

第四端         1444 

电子发射体     146 

发射端         1462 

末端           1464 

粘结层         147 

碳纳米管线结构 1460 

碳纳米管线     14602 

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。 

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型提供的X光管作进一步的详细说明。 

请参见图1，本实用新型第一实施例提供一种X光管10，该X光管10包括一腔体12、一X射线窗口22、一场发射阴极装置14和一阳极16。所述腔体12内部形成真空，所述X射线窗口22位于腔体12的壁上；所述场 发射阴极装置14和阳极16间隔设置于所述腔体12内部，优选地，场发射阴极装置14和阳极16分别设置在所述腔体12内部的两端。所述阳极16的材料为金属，比如，铑、银、钨、钼、铬、钯或金等。 

所述场发射阴极装置14射出的电子束18射到阳极16上，所述电子束18中高速运动的电子与阳极16中的金属之间相互作用产生一种电磁波，该电磁波即为X射线20。由于所述阳极16靠近所述场发射阴极装置14的一面为一相对于水平面倾斜的平面162，且该平面162向着所述X射线窗口22倾斜，因此，所述X射线20由所述倾斜的平面162发射到X射线窗口22并穿过X射线窗口22发射出去。 

请参见图2a及图2b，所述场发射阴极装置14包括一第一金属板142、一电子发射体146及一第二金属板144，所述第一金属板142和第二金属板144间隔设置并分别与电子发射体146电连接。所述第一金属板142包括一第一端1422和与该第一端1422相对的第二端1424，所述第二金属板144包括一第三端1442和与该第三端1442相对的第四端1444，且所述第一金属板142的第一端1422靠近第二金属板144的第三端1442，所述第一金属板142的第二端1424靠近第二金属板144的第四端1444。所述电子发射体146包括一末端1464和一与该末端1464相对的发射端1462，该发射端1462是一电子发射端，可以发射出电子。所述发射端1462延伸直至超出所述第一金属板142的第一端1422及第二金属板144的第三端1442。所述电子发射体146向着所述阳极16延伸，即电子发射体146的延伸方向朝向阳极16。 

所述场发射阴极装置14和阳极16分别设置在所述腔体12内部的两端。比如，所述场发射阴极装置14设置在所述腔体12的左端，阳极16设置在腔体12的右端，且所述场发射阴极装置14和所述阳极16相对间隔设置。所述场发射阴极装置14设置在腔体12左端的方式不限，比如通过胶粘剂粘结等。具体地，当所述场发射阴极装置14通过胶粘剂粘结在腔体12的左端时，第一金属板142的第二端1424和第二金属板144的第四端1444通过胶粘剂与所述腔体12连接，第一金属板142的第一端1422和第二金属板144的第三端1442远离腔体12的左端且靠近所述阳极的倾斜的平面162。所述电子发射体146的末端1464可以通过胶粘剂与腔体12连接，也可以嵌在第一金属板142和第二金属板144之间而没有延伸至第一金属板142的第二端 1424以及第二金属板144的第四端1444。 

所述腔体12的材料为玻璃、陶瓷等，本实施例中，所述腔体12为一玻璃管。对所述腔体12抽真空，使腔体12内部为真空。 

所述第一金属板142和第二金属板144的材料可以为金、银、铜、铝、镍、钽、锡、铌、蒙乃尔、钼、不锈钢等或其任意组合的合金中的任意一种。所述第一金属板142和第二金属板144的材料可以相同也可以不相同。所述第一金属板142和第二金属板144的形状、厚度与大小不限，可以根据实际需要制备。优选地，所述第一金属板142和第二金属板144的形状为正方形或矩形，厚度大于等于15微米。本实施例中，所述第一金属板142和第二金属板144均为一边长为50毫米，厚度为1毫米的正方形铜板。 

所述第一金属板142和第二金属板144间隔设置并分别与电子发射体146电连接，可以通过点焊或粘结的方式。 

通过点焊的方式使第一金属板142、第二金属板144与电子发射体146接触且电连接时，所述电子发射体146被第一金属板142和第二金属板144夹持，电子发射体146的末端1464嵌在第一金属板142和第二金属板144之间而没有延伸至第一金属板142的第二端1424以及第二金属板144的第四端1444。第一金属板142靠近第二金属板144的一表面定义为表面I，第二金属板144靠近第一金属板142的一表面定义为表面II，可以理解，所述表面I和表面II分别与电子发射体146接触。为了不破坏电子发射体146的结构，在所述表面I未与电子发射体146接触的部位与表面II未与电子发射体146接触的部位通过点焊的方式焊接起来，请参见图2a，图2a中A为点焊的位置。 

通过粘结的方式使第一金属板142、第二金属板144与电子发射体146电连接时，在第一金属板142与电子发射体146之间以及第二金属板144与电子发射体146之间分别设置一粘结层147，请参见图2b。所述第一金属板142的表面I与该粘结层147接触，所述第二金属板144的表面II与该粘结层147接触。即，所述第一金属板142与所述第二金属板144相互平行且间隔设置，所述电子发射体146通过一粘结层147分别与第一金属板142和第二金属板144固定设置。利用该粘结层147的粘结力，使第一金属板142和第二金属板144将电子发射体146牢牢固定。所述粘结层147的厚度不限， 其材料可采用导电耐热粘结剂，如环氧粘合剂等。 

所述电子发射体146的发射端1462延伸直至超出所述第一金属板142的第一端1422及第二金属板144的第三端1442的长度为5微米至1毫米，优选地，所述电子发射体146的发射端1462延伸直至超出所述第一金属板142的第一端1422及第二金属板144的第三端1442的长度为20微米至500微米。所述电子发射体146的厚度为10微米至1毫米，优选为30微米至200微米。本实施例中，所述电子发射体146延伸直至超出所述第一金属板142的第一端1422及第二金属板144的第三端1442的长度为500微米，电子发射体146的厚度为100微米。 

所述电子发射体146包括多个均匀分布的碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。电子发射体146还可以为由碳纳米管组成的纯结构。所述碳纳米管为无序或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管的排列方向无规律，这里的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，当电子发射体146包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当电子发射体146包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。 

所述电子发射体146可以为一连续的层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构包括多层碳纳米管拉膜、多层碳纳米管絮化膜、多层碳纳米管碾压膜或多个碳纳米管线结构1460。所述电子发射体146也可以为一个碳纳米管线结构，或者多个碳纳米管线结构间隔设置。当所述电子发射体146为一个碳纳米管线结构时，该碳纳米管线结构的直径大于等于100微米，优选地，该碳纳米管线结构的直径大于等于1毫米。 

该碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿拉伸方向择优取向排列的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管拉膜表面。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合，故，该碳纳米管拉膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而 不破裂，且具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管拉膜可通过直接拉伸一碳纳米管阵列获得。 

当所述层状电子发射体146包括至少两层重叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，相邻两层碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向之间形成一夹角α，0≤α≤90度，具体可依据实际需求而进行调整。所述至少两层碳纳米管拉膜交叉重叠设置时，可以提高所述电子发射体146的机械强度，进而提高X光管10的稳定性和使用寿命。本实施例中，所述电子发射体146为一层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构包括1000层碳纳米管拉膜，且相邻两层碳纳米管薄膜之间交叉的角度为90度，该电子发射体146的厚度为100微米，长度为5毫米。 

所述碳纳米管絮化膜为各向同性，其包括多个无序排列且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、相互缠绕。因此，碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。 

所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与碳纳米管碾压膜的表面成一夹角α，其中，α大于等于零度且小于等于15度(0≤α≤15°)。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。碳纳米管在碳纳米管碾压膜中可沿一固定方向择优取向排列；碳纳米管碾压膜中的碳纳米管可沿不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管部分交叠。所述碳纳米管碾压膜中碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管碾压膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管碾压膜可通过沿一定方向或不同方向碾压一碳纳米管阵列获得。 

所述自支撑为碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜均不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将所述碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜置于（或固定于）间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之 间的碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜能够保持自身层状状态。 

所述电子发射体146还可以包括多个平行设置的碳纳米管线结构1460，该碳纳米管线结构1460由多个碳纳米管组成，每个碳纳米管线结构1460的一端延伸出第一金属板142和第二金属板144，作为电子发射体146的电子发射端。请参见图3，电子发射体146包括多个碳纳米管线结构1460，该多个碳纳米管线结构1460平行排列成一层状碳纳米管结构。请参见图4，电子发射体146包括多个碳纳米管线结构1460，该多个碳纳米管线结构1460间隔设置于第一金属板142与第二金属板144之间。所述电子发射体146也可以包括一个碳纳米管线结构1460，该碳纳米管线结构1460的直径需大于或等于1毫米。 

每一碳纳米管线结构1460由多个碳纳米管线14602平行排列组成束状结构，请参见图5。或每一碳纳米管线结构1460由多个碳纳米管线14602相互扭转组成绞线结构，请参见图6。 

所述碳纳米管线14602可以为扭转的碳纳米管线14602或非扭转的碳纳米管线14602。该扭转的碳纳米管线14602包括多个绕碳纳米管线14602轴向螺旋排列的碳纳米管，即碳纳米管的轴向沿碳纳米管线14602的轴向螺旋延伸。该非扭转的碳纳米管线14602包括多个沿碳纳米管线14602轴向延伸的碳纳米管，即碳纳米管的轴向与碳纳米管线14602的轴向基本平行。所述碳纳米管线14602中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管线14602的长度不限，优选地，长度范围为10微米～100微米。所述碳纳米管线14602的直径为0.5纳米～100微米。该碳纳米管线14602中的碳纳米管为单壁、双壁或多壁碳纳米管。 

请参见图7，该场发射阴极装置14在5.0千伏下的电流为4.5毫安，说明该场发射阴极装置14具有较大的发射电流密度。请参见图8，图8中的曲线符合FN方程且近似为一条直线，说明该场发射阴极装置14具有良好的场发射性能。请参见图9和图10，相同的发射时间内，该场发射阴极装置14在第一天和第二天所发射的电流基本相等，说明该场发射阴极装置14具有良好的稳定性。所述阳极16发光亮度高且均匀，说明该场发射阴极装置14中电子发射体146具有均一的发射性能。因此，所述场发射阴极装置14具 有较大的发射电流密度、良好的场发射性能以及稳定性，提高了X光管10的稳定性和使用寿命。 

请参见图11，本实用新型第二实施例提供一种所述X光管10所使用的另一种场发射阴极装置24，本实施例中场发射阴极装置24与第一实施例所提供的场发射阴极装置14的区别为：第一实施例中，场发射阴极装置14仅包括一个第一金属板142、一个电子发射体146和一个第二金属板144。第二实施例中，将一个第一金属板142、一个电子发射体146和一个第二金属板144所形成的结构定义为场发射结构15，该场发射结构15中，所述第一金属板142和第二金属板144间隔设置并分别与电子发射体146电连接，所述电子发射体146的发射端1462延伸直至超出所述第一金属板142的第一端1422及第二金属板144的第三端1442；第二实施例中场发射阴极装置24包括多个场发射结构15，该多个场发射结构15间隔设置，相邻两个场发射结构15之间的间距不限，可以根据实际需要进行调整。由于场发射阴极装置24包括多个场发射结构15，提高了发射电流密度，进一步提高了X光管10的工作效率。 

请参见图12，本实用新型第三实施例提供一种所述X光管10所使用的另一种场发射阴极装置34，所述场发射阴极装置34包括多个第一金属板142、多个电子发射体146，所述多个第一金属板142与多个电子发射体146交替层叠设置。即，相邻两个第一金属板142之间设置一个电子发射体146，相邻两个电子发射体146之间设置一个第一金属板142。且所述电子发射体146的发射端1462延伸出第一金属板142的第一端1422，且延伸出的长度为5微米至1毫米。由于场发射阴极装置34包括多个电子发射体146，提高了发射电流密度，进一步提高了X光管10的工作效率。 

可以理解，所述第一金属板142和第二金属板144作为两个固定元件，将所述电子发射体146夹持。即，电子发射体146的一端延伸出所述两个固定元件，作为电子发射端，该电子发射体146的其余部分与所述两个固定元件贴合，并被所述两个固定元件夹持固定于所述腔体12。 

本实用新型提供的X光管相对现有技术至少具有以下优点：一、由于本实用新型提供的X光管中的场发射阴极装置中的电子发射体利用两个金属板夹持，可以承受较大的电场力而不会被电场力拔出，提高了电子发射体的 电子发射能力，进一步提高了X光管结构的稳定性和使用寿命；二、由于金属板具有良好的导热能力，可将场发射中产生的热量快速的传导散发出去，因此可以有效防止电子发射体的破坏，进一步提高X光管的使用寿命；三、多层碳纳米管拉膜、多层碳纳米管絮化膜、多层碳纳米管碾压膜或多个扭转的碳纳米管线组成电子发射体，提高了电子发射体的机械强度，进一步延长X光管的使用寿命。 

另外，本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其他变化，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。 

Claims (11)

1.一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，其特征在于，所述场发射阴极装置包括至少一场发射结构，每一场发射结构包括一第一金属板、一层状电子发射体及一第二金属板，所述层状电子发射体固定于所述第一金属板与所述第二金属板之间，该层状电子发射体的一端延伸出第一金属板和第二金属板，作为电子发射端。 

2.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述层状电子发射体延伸出第一金属板和第二金属板的长度为5微米至1毫米。 

3.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述层状电子发射体向着所述阳极延伸。 

4.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述第一金属板与所述第二金属板相互平行且间隔设置，所述层状电子发射体通过一粘结层分别与第一金属板和第二金属板固定设置。 

5.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，多个所述场发射结构间隔设置。 

6.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述层状电子发射体的厚度为10微米至1毫米。 

7.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述层状电子发射体为一连续的层状碳纳米管结构。 

8.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述层状电子发射体包括多个平行设置的碳纳米管线，该碳纳米管线由多个碳纳米管组成，每个碳纳米管线的一端延伸出第一金属板和第二金属板，作为层状电子发射体的电子发射端。 

9.如权利要求1所述的X光管，其特征在于，所述第一金属板与所述第二金属板远离所述电子发射端的一端通过焊接固定。 

10.一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发 射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，其特征在于，所述场发射阴极装置包括多个金属板和多个层状电子发射体交替层叠设置，每个层状电子发射体固定设置于相邻的两个金属板之间，每个层状电子发射体的一端延伸出所述金属板，作为电子发射端。 

11.一种X光管，包括一腔体、一场发射阴极装置和一阳极，所述腔体内部形成真空，所述场发射阴极装置射出的电子束射到阳极上形成X射线，所述场发射阴极装置和阳极间隔设置在所述腔体的内部，其特征在于，所述场发射阴极装置包括一碳纳米管电子发射体以及两个固定元件，该碳纳米管电子发射体的一端延伸出所述两个固定元件，作为电子发射端，该碳纳米管电子发射体的其余部分与所述两个固定元件贴合，并被所述两个固定元件夹持固定于所述腔体。 

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