微焦点工业CT在大功率微波器件阴极检测中的应用

　　阴极作为真空电子器件的电子发射源,对大功率微波器件的性能起着至关重要的作用,是真空电子器件的核心器件。因此,在真空电子器件的研发领域,阴极技术研究的进展将在很大程度上决定真空电子器件尤其是大功率微波器件的发展进程^[1] 。

　　目前,我国阴极的发展研究方向应是提高阴极的电流密度和延长其寿命,减少阴极预热时间,降低阴极的工作温度等。具体来说,可通过以下研究工作来实现,即膜、发射物质与基底新材料的应用(纳米材料和新合金、纤维基底材料等);覆膜、浸盐、制备阴极基底(无浸铜工艺)、工艺稳定性、工艺质量检测新手段等工艺问题及发射机理等各方面的研究^[2] 。其中,阴极基底的内部孔洞精细结构及其与支撑筒的焊接情况对于阴极的发射具有极其重大的影响。传统都是采用机械解剖方法来研究阴极基底的内部孔洞精细结构与焊接方式。但机械解剖会破坏研究对象的原始形貌,因而在阴极生产中,迫切要求采用无损检测方法来解决上述问题。笔者采用微焦点计算机断层扫描(CT)无损检测新方法研究了阴极基底的内部孔洞精细结构及其与支撑筒的焊接情况。

　　1　计算机断层扫描(CT)的成像基本原理^[3]

　　计算机断层扫描(CT)的成像基本原理是用X射线束对样品某部位一定厚度的层面进行扫描,由探测器接收透过该层面的X射线,经转换变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字信号,输入计算机处理。扫描所得数据经计算而获得每个体积元素的X射线衰减系数或吸收系数,再排列成数字矩阵。X射线吸收系数可通过不同的数学方法算出。数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白灰度不等的像素,并按矩阵排列,即构成CT图像。所以,CT图像是重建的图像。所显示的是断面解剖图像,其密度和空间分辨率远远优于X射线图像。

　　2　CT设备基本组成

　　CT设备主要由三部分组成,即扫描部分,由X射线管、探测器和扫描架组成。计算机系统,将扫描采集到的信息数据进行存储运算。(四）图像显示和存储系统,将经计算机处理、重建的图像显示在显示器上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。CT成像装置示于图1。

　　3　阴极烧结前后的内部结构^[4]

　　采用美国BIR公司ACTIS工业CT高精度微焦点系统来分析阴极基底的内部微细结构。阴极烧结后的四剖面CT图和三维示意图如图2a,b所示,阴极烧结前后的某一剖面CT图如图2c,d所示。

　　ACTIS工业CT高精度微焦点系统采用了当前最先进的微焦点X射线管(空间分辨率高达数微米),最高电压320kV,管电流是微安级,灰度值量级是4 096级,即12位,大大提高了对被测试件中微米级孔隙等的识别能力,这也为其分析阴极基底的内部微细结构提供了可能。同时,该系统配备了功能强大的分析软件,对各种目标都能有效分析,如三维重建、特征提取及目标特征的统计分析等。