一种阴极固体封装X射线管的制作方法

本发明涉及x射线管，特别是涉及一种阴极固体封装的x射线管，适用于高稳定性要求的半导体工业检测和高端x射线科学仪器等领域。

背景技术：

1、封装式微焦点x射线管常用于xrf、xrd、saxs、xrr和x射线膜厚测量仪等领域。现有封装式微焦点x射线管常采用阳极正高压、阴极接地连接方式；且为了满足绝缘和散热要求，整个x射线管浸泡在绝缘物质如绝缘油或者有机硅凝胶中，但这种方式受限于绝缘物质散热能力的不足，以及阳极高压所带来的绝缘问题，不能满足高靶面功率密度下的阳极高效散热要求，也就是不能满足半导体、高端x射线科学仪器等领域对高光通量密度微焦点x射线管的要求。

2、申请号为202420253151.7的中国实用新型专利所公开的x射线发生器，以及申请号为202511236413.4的中国发明专利申请所公开的x射线发生器，将x射线管整体（包括阴极和阳极）都灌封在加了导热颗粒如氧化铝和氮化铝的导热胶中，既实现高压绝缘，又实现导热。但众所周知，即使添加了氮化铝等高导热颗粒，受限于有机硅胶本身的低热导率以及高导热颗粒填充率提高所带来的沉积与浇注困难，灌封绝缘物质的热导率工程情况下很难突破2w/(m·k)，实验室极限情况下很难超过6w/(m・k)。因为x射线管工作时，超过99%的能量都沉积在x射线阳极靶面，灌封绝缘物质的热导率很难满足阳极散热要求，特别是在要求高靶面功率密度的微焦点x射线管场合；此外公开的专利上散热器与阳极相连，也存在高压绝缘问题。

3、为了解决上述问题，在公开号为cn122136241a的中国发明专利申请中，本技术人提出将x射线管设置为阴极负高压、阳极接地、以及将冷却水直通x射线管阳极组件靶底进行独立循环冷却的结构，这样可解决高靶面功率密度下所带来的阳极散热问题，实际产品已交付使用，能显著提高x射线管的功率、光通量密度和光通量的稳定性。但这种方式需要同时密封筒体组件内部的绝缘物质（即绝缘油）与冷却系统内的冷却水，导致密封结构复杂；另外如果冷却水与绝缘物质之间的密封失效，会导致冷却水进入到绝缘物质中，导致高压打火的风险；最后，虽然独立循环冷却已显著缩短了阳极靶面的热平衡时间，但因为x射线管的整个阳极仍旧浸泡在绝缘物质中，仍然存在比较大的热容量，导致温度平衡时间仍旧较长，需要较长时间焦点空间位置才能达到高稳定状态，使用时用户需要较长等待时间。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种阴极固体封装x射线管，可避免x射线管整体被绝缘物质包裹，既可实现对x射线管的高压绝缘，又可实现对x射线管阳极的独立循环冷却，具有高靶面功率密度承受能力、高光通量密度、高可靠性和极低热平衡时间的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种阴极固体封装x射线管，包括设有屏蔽内腔的管壳组件、以及封装在所述屏蔽内腔中的x射线管管芯，所述x射线管管芯包括管壳、分别密封固定在所述管壳两端且轴向正对的阴极组件和阳极组件、以及窗口组件，所述管壳在所述窗口组件处与所述管壳组件刚性固定连接；

3、所述阴极固体封装x射线管还包括高压线缆、接地组件、固体封装体、以及阳极冷却组件；

4、所述高压线缆与所述阴极组件电连接，所述接地组件与所述阳极组件电连接，所述阳极组件与管壳组件电连接，所述阴极组件通过所述高压线缆设置为负高压，所述阳极组件通过所述接地组件和所述管壳组件设置为接地，所述高压线缆具有伸入所述屏蔽内腔中的线缆插入段；

5、所述固体封装体固设在所述x射线管管芯的所述阴极组件处、并全覆盖式包裹住所述阴极组件和所述线缆插入段；当固设有所述固体封装体的所述x射线管管芯封装在所述管壳组件内后，所述固体封装体绝缘阻隔在所述阴极组件、所述线缆插入段和所述管壳组件之间，实现带负高压的所述阴极组件、所述线缆插入段与接地的所述管壳组件之间的高压绝缘；

6、所述屏蔽内腔为常压腔，所述常压腔远离所述阳极组件的这一侧容纳有所述固体封装体、以及被所述固体封装体包裹的所述阴极组件和所述线缆插入段；所述常压腔远离所述阴极组件的这一侧为空腔，所述x射线管管芯中未被所述固体封装体包裹住的这部分裸露在所述屏蔽内腔的空腔中，所述阳极组件包括内设有阳极冷却内腔的阳极柄、以及固定在所述阳极柄面向所述阴极组件一端的阳极靶，所述阳极冷却组件与所述阳极冷却内腔相连，所述阳极组件和所述阳极冷却组件被气体包裹。

7、进一步地，在所述x射线管管芯与所述高压线缆连接后，所述固体封装体由浇注胶在所述x射线管管芯的所述阴极组件处固化形成。

8、进一步地，所述固体封装体的材质为环氧浇注胶、有机硅浇注胶、聚氨酯浇注胶、特种绝缘浇注胶中的任意一种或多种。

9、进一步地，所述固体封装体所采用的浇注胶的绝缘击穿场强不低于10kv/mm，优选为不低于15kv/mm。

10、进一步地，所述固体封装体靠近所述阳极组件的端面为平面、台阶面或波纹面。

11、进一步地，所述的阴极固体封装x射线管还包括高压屏蔽板，所述高压屏蔽板套设在所述线缆插入段上，所述固体封装体全覆盖式包裹住所述高压屏蔽板，所述固体封装体绝缘阻隔在所述高压屏蔽板和所述管壳组件之间。

12、进一步地，所述接地组件包括接地引线和导电端子，所述接地引线从所述阳极柄上延伸出，所述接地引线通过所述导电端子接地。

13、进一步地，所述阳极冷却组件为液冷冷却组件，所述液冷冷却组件包括相连的进液管和进液连接管、相连的出液管和出液连接管、固定在所述阳极柄外端的第一密封端盖、以及固定在所述第一密封端盖外端的第二密封端盖，所述进液管固定插设在所述第一密封端盖和所述第二密封端盖中、并插入至所述阳极冷却内腔靠近所述阳极靶的一端处，所述第一密封端盖中设有轴向贯通的多个液冷通孔，所述第一密封端盖和所述第二密封端盖之间形成有液冷过渡腔体，所述进液连接管、所述进液管、所述阳极冷却内腔、所述液冷通孔、所述液冷过渡腔体、所述出液管和所述出液连接管依次连通，所述进液连接管和所述出液连接管都安装在所述管壳组件中、且都用于和冷却液系统相连。

14、进一步地，所述管壳组件在靠近所述阳极组件的一端处设有轴向贯通的第一连接孔和第二连接孔，所述进液连接管穿设在所述第一连接孔中、且两者之间有间隙，所述出液连接管穿设在所述第二连接孔中、且两者之间有间隙。

15、进一步地，所述阳极冷却组件为风冷冷却组件，所述风冷冷却组件包括固定在所述阳极柄外端的导热端盖、固定在所述管壳组件在靠近所述阳极组件的一端内部的内散热翅片、以及都固定在所述管壳组件在靠近所述阳极组件的一端外部的外散热翅片和散热风扇，所述导热端盖封堵所述阳极冷却内腔，所述导热端盖、所述内散热翅片、所述管壳组件的端盖、所述外散热翅片和所述散热风扇沿轴向依次抵接。

16、进一步地，所述阳极冷却内腔延伸至紧挨所述阳极靶的位置处。

17、进一步地，所述管壳组件包括壳主体部、铅筒、阴极端盖和阳极端盖，所述铅筒固定在所述壳主体部内、并罩盖在所述x射线管管芯的外周，所述阴极端盖和所述阳极端盖分别固定在所述壳主体部的两端，所述固体封装体与所述铅筒和所述阴极端盖的内表面相抵接。

18、如上所述，本发明涉及的阴极固体封装x射线管，具有以下有益效果：

19、1、本技术基于阴极组件接负高压、阳极组件接地、以及固体封装体绝缘阻隔在阴极组件、线缆插入段、高压屏蔽板和管壳组件之间的结构，通过固体封装体实现负高压的阴极组件、线缆插入段、高压屏蔽板和接地的腔体之间的高压绝缘，无需将屏蔽内腔填充绝缘物质如绝缘油和绝缘凝胶，采用常压结构就能实现高压绝缘，彻底消除绝缘物质泄漏风险，也避免了阳极冷却水泄漏进入绝缘物质，导致高压绝缘性能恶化的风险，提升了封装可靠性和工作时稳定性。

20、2、本技术仅将x射线管管芯在阴极组件处包裹固体封装体，而x射线管管芯除阴极组件外的其余部分处于地电位，不包裹固体灌封体、绝缘油或者绝缘凝胶，则x射线管管芯的阳极组件可直接裸露在常压结构的屏蔽内腔中，结合阳极冷却组件，有效提升阳极组件的散热效果，兼顾高压绝缘、高效散热和低热容量，可有效提高阳极组件靶面的功率密度，也能获得极低的热平衡时间，使得阴极固体封装的x射线管可承受很高的功率密度，特别在微焦点情况下具有很高的光通量和长期稳定性，用户使用时也有极短的等待时间即能获得空间位置高度稳定的焦点。