一种碳纳米管冷阴极的制备方法、X射线管电子枪组件

技术领域

本发明涉及场发射技术领域，尤其涉及一种碳纳米管冷阴极的制备方法、X射线管电子枪组件。

背景技术

在计算机断层成像技术(CT)中，传统的X射线发射源通常采用热阴极，一般采用钨金属丝，通过加热使阴极达到极高的温度，使阴极中的电子获得足够的能量从阴极表面溢出产生电子束，对热发射产生的电子束施加高压电场进行加速，高速电子束轰击阳极金属靶以韧致辐射的方式产生X射线。传统的金属丝热阴极工作温度高，加热到需要的温度所需时间较长，功耗大，金属丝在加热和冷却的过程中容易损坏，寿命短，不易集成，采用传统光源搭建的CT成像系统中，由于光源的旋转成像，导致运动伪影。而基于碳纳米管冷阴极X射线源是通过场致发射的方式产生电子束，最基本的为三极管结构，阴极、栅极和阳极，即通过栅极在外加电场作用下阴极表面势垒高度变低、宽度变窄，阴极处电子凭借隧道效应逸出至真空，实现电子高速、高密度发射，具有常温下工作、体积小、时间分辨率高、可编程优势，且可制成多焦斑X射线列源，实现静态X射线CT成像。但相比较热阴极X射线管，为降低开启施加电压，实现快速启动，通常在阴极距离(0.1-0.5mm)增加栅极，对栅极施加0-3000V电压，以此来控制碳纳米管冷阴极场发射电子的开启，同时已有的冷阴极场发射X射线源都面临一个问题，场发射需要通过栅极对阴极施加电场，阴极电子需要通过栅极才能到达阳极，这就造成了栅极对电子的截获，栅极对电子的截获很高，通常在20-50％左右。被栅极拦截的电子撞击栅极不仅会产生发热，导致栅极变形，造成栅极工作的可靠性，缩短X射线管使用寿命，还会损耗大量的电流，导致阳极电流降低，成像性能变差，从而缩短X射线管使用寿命。此外，由于栅极下方的高电场，这种下垂会促进阴极和栅极之间的局部电弧放电，从而进一步降低设备的可靠性。为解决以上问题，需要尽可能降低栅极对电子的截获率。为此，将碳纳米管阴极阵列基底与栅网孔对齐，提升栅极电子通过率，从而提升X射线管性能参数。

实现冷阴极阵列与栅极孔对齐面临很多，一方面通过PECVD等方式加工精准的阵列需要繁琐复杂的工艺，导致成本上升，而丝网印刷制备场发射冷阴极基底的工艺流程简单，容易操作，成本低，适用于大批量碳纳米管冷阴极基底的制备。印刷过后网板脱离基底，浆料在基底上形成图形。浆料会漫延覆盖在整个图形区域内，但大多数整个阴极薄膜表面是连续的，碳纳米管与金属混合分布在整个区域内。栅网对连续阴极平面的发射电子具有相当高的截获。同样也有采用丝网印刷方式制备阵列图案，但难以保证碳纳米管冷阴极阴阵列位置相对于衬底的精准性，进一步增加了后续栅极通孔与阴极阵列图案对准的难度，使其难以实现栅极对阴极场发射电子的低截获率，为了提高电子在栅极的通过率，需要在印刷更精细的图形，与栅极孔进行对准，需要碳纳米管薄膜阵列与栅极孔匹配对齐，减少电子截获，提高冷阴极X射线管整体性能。

碳纳米管冷阴极的制备工艺复杂，目前主要有PECVD、电泳、丝网印刷等制备方法，涉及的工艺范围较广，制备工艺复杂，丝网印刷是一种古老的工艺，它是利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷的。而随着科技的发展，为了提高精度、准确度，需要在印刷前进行位置的对准。目前行业中的印刷定位方式共有两种方式，一是使用限位块，在确定印刷范围后适应限位块在固定范围内进行对位印刷，但限位块定位方式较为繁琐且准备时间较长，浪费大量时间精力，且定位精度低；二是使用CCD对位进行印刷，CCD对位有着高精准性，速度快，对位速度小于1s，对位精密，对位精度小于5μm，且具有补偿功能，能够有效补偿机械误差，方便调试；但CCD对位系统价格昂贵，且对位所需的标记点需要精准且无污染，在制备冷阴极时候难免会造成污染；现在采用的丝网印刷制备的碳纳米管冷阴极基底，由于需要X射线管设备的小型化，通常冷阴极基底直径在毫米级，冷阴极衬底小，实现碳纳米管冷阴极阵列在基底位置的精确性比较困难，难以实现精准的阵列印刷，同时，由于衬底小，在印刷阵列图案时，不能均匀施加压力，导致印刷力度不平衡，印刷的碳纳米管阵列薄膜质量相差大等问题。

基于目前的丝网印刷制备碳纳米管冷阴极存在的缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种碳纳米管冷阴极的制备方法、X射线管电子枪组件，以解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种碳纳米管冷阴极的制备方法，包括以下步骤：

提供定位板，所述定位板上设有至少一个定位孔；

提供冷阴极基底，所述冷阴极基底与所述定位孔相适配；

将所述冷阴极基底嵌设于所述定位孔内；

将丝网印刷网板贴合在所述定位板上，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，所述定位板的面积为所述冷阴极基底面积的n倍，n≥8。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，所述冷阴极基底两侧设有凸起，所述定位孔对应所述凸起处设有凹槽，所述凸起与所述凹槽相适配，所述凸起嵌设于所述凹槽内。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，所述定位板上设有第一定位部，所述丝网印刷网板上对应所述第一定位部处设有第一定位槽，所述第一定位槽与所述第一定位部相适配，所述第一定位部卡设于所述第一定位槽内。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，所述定位板上位于所述定位孔外周设有第二定位部，所述丝网印刷网板上对应所述第二定位部处设有第二定位槽，所述第二定位槽与所述第二定位部相适配，所述第二定位部卡设于所述第二定位槽内。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，所述碳纳米管浆料包括碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛粉末、钛粉末；

其中，所述碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛粉末、钛粉末的质量比为(0.5～2):(15～25):(0.5～1.5):(1～5):(0.5～2)。

优选的是，所述的碳纳米管冷阴极的制备方法，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极，具体包括：

通过丝网印刷方法将碳纳米管浆料印刷在冷阴极基底表面；

再将冷阴极基底以4～6℃/min升温至200～300℃，保温2～4h，然后以4～6℃/min升温至750～850℃，保温1～3h，随后冷却，得到碳纳米管冷阴极；

和/或，所述冷阴极基底的材料包括可伐合金、TC4钛合金、不锈钢、铜中的任一种；

和/或，所述丝网印刷网板的网孔目数为350～450目。

第二方面，本发明还提供了一种X射线管电子枪组件，包括栅极和碳纳米管冷阴极，其中，所述碳纳米管冷阴极为所述方法制备得到的碳纳米管冷阴极。

优选的是，所述的X射线管电子枪组件，还包括：

阴极固定座，其上设有阴极安装槽，所述碳纳米管冷阴极卡设于所述阴极安装槽内；

栅极固定座，其上设有栅极安装槽，所述栅极卡设于所述栅极安装槽内；

绝缘垫片，其一侧面贴合所述碳纳米管冷阴极、另一侧面贴合所述栅极；

所述栅极上的栅极孔与所述碳纳米管冷阴极上的碳纳米管对应；

所述绝缘垫片上对应所述栅极孔区域开设有通孔，以使电子通过。

优选的是，所述的X射线管电子枪组件，所述碳纳米管冷阴极两侧设有第一凸耳，所述阴极安装槽对应所述第一凸耳处设有第一卡槽，所述第一凸耳卡设于所述第一卡槽内；

所述栅极两侧设有第二凸耳，所述栅极安装槽对应所述第二凸耳处开设有第二卡槽，所述第二凸耳卡设于所述第二卡槽内；

所述阴极固定座上位于所述阴极安装槽外周套设有圆环状的阴极绝缘环，所述阴极固定座上位于所述阴极绝缘环和所述阴极安装槽之间设有绝缘套筒；

一螺接件依次穿过所述阴极固定座、绝缘套筒并与所述栅极固定座螺接。

本发明的一种碳纳米管冷阴极的制备方法、X射线管电子枪组件，相对于现有技术具有以下有益效果：

1、本发明的碳纳米管冷阴极的制备方法，定位板的面积大于冷阴极基底的面积，在丝网印刷时，只需将丝网印刷网板与定位板定位后，使得丝网印刷网板与定位板贴合，利用面积更大的定位板进行定位方法，定位准确可靠，操作简单，对于冷阴极基底外形要求低，适用性强，依靠定位板进行定位，不仅提高了碳纳米管冷阴极阵列图案的精确性，同时还提高了阵列图案质量，增加了丝网印刷网板的重复利用率，可满足不同冷阴极基底的单个或者多个制备；采用本发明的方法制备碳纳米管冷阴极，印刷质量明显高于相比使用冷阴极基底直接印刷，其对位精度高，误差在5μm以内，通过实物装配，实现了碳纳米管冷阴极阵列图案与栅极网孔的对齐，实际栅极通过率可以达到90％以上，长期稳定工作可以得到80％以上；

2、本发明的X射线管电子枪组件，包括碳纳米管冷阴极和栅极，碳纳米管冷阴极两侧设有第一凸耳，阴极安装槽上对应设有第一卡槽，第一凸耳卡设在第一卡槽内；栅极两侧设有第二凸耳，栅极安装槽上对应设有第二卡槽，第二凸耳卡设在第二卡槽内；由于第一凸耳、第二凸耳的设置，使得栅极安装在阴极安装槽、栅极安装在栅极安装槽内后，碳纳米管冷阴极上阵列设置的碳纳米管与栅极上阵列设置的栅极孔刚好一一对应，以保证在碳纳米管冷阴极和栅极在电子枪部件中的位置准确性，从而提高冷阴极X射线管场发射电子栅极的通过率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明其中一个实施例中定位板的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例中定位板的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例中定位板的结构示意图；

图4为本发明另一个实施例中定位板的结构示意图；

图5为本发明其中一个实施例中丝网印刷网板的结构示意图；

图6为本发明其中一个实施例中冷阴极基底的结构示意图；

图7为本发明另一个实施例中定位板的结构示意图；

图8为本发明另一个实施例中定位板的结构示意图；

图9为本发明其中一个实施例中使用网印刷网板印刷时的示意图；

图10为本发明另一个实施例中使用网印刷网板印刷时的示意图；

图11为本发明其中一个实施例中X射线管电子枪组件结构示意图；

图12为本发明其中一个实施例中阴极固定座、碳纳米管冷阴极的连接结构示意图；

图13为本发明其中一个实施例中阴极固定座的结构示意图；

图14为本发明其中一个实施例中碳纳米管冷阴极的结构示意图；

图15为本发明其中一个实施例中碳纳米管冷阴极、栅极固定座的连接结构示意图；

图16为本发明其中一个实施例中碳纳米管冷阴极、绝缘垫片、栅极的连接结构示意图；

图17为本发明其中一个实施例中绝缘垫片、栅极固定座的连接结构示意图；

图18为本发明其中一个实施例中栅极、栅极固定座的连接结构示意图；

图19为本发明其中一个实施例中栅极固定座的连接结构示意图；

图20为本发明其中一个实施例中栅极的连接结构示意图；

图21为本发明其中一个实施例中阴极固定座、阴极绝缘环的连接结构示意图。

图22为按照上述实施例1和对比例1中的方法最终印刷得到的碳纳米管阵列的图案；

图23为按照实施例1中的方法制备得到的碳纳米管冷阴极的实物图；

图24～25为实施例2中碳纳米管冷阴极上阵列设置的碳纳米管与栅极上阵列设置的栅极孔的对齐情况；

图26为实施例2中X射线管电子枪组件基底场发射测试、稳定性测试示意图；

图27为实施例2中X射线管电子枪组件基底场发射I-V曲线；

图28为实施例2中X射线管电子枪组件在2h连续工作下稳定性测试曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，如“上”等指示方位或位置的关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供了一种碳纳米管冷阴极的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供定位板，定位板上设有至少一个定位孔；

S2、提供冷阴极基底，冷阴极基底与定位孔相适配；

S3、将冷阴极基底嵌设于定位孔内；

S4、将丝网印刷网板贴合在定位板上，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极。

需要说明的是，本发明的碳纳米管冷阴极的制备方法，参考图1～10所示，定位板1上设有至少一个定位孔11，具体的，定位孔11的数量可为1个、2个、3个、4个(如图3～4所示)……n个，定位孔11的数量根据所需制备的碳纳米管冷阴极进行确定，设置多个定位孔11，一次可以制备得到多个碳纳米管冷阴极；定位孔11与冷阴极基底2相适配，定位孔11的尺寸大小基本与冷阴极基底2尺寸大小相同，将冷阴极基底2嵌设在定位孔11内，再将丝网印刷网板3贴合在定位板上，丝网印刷网板3对应冷阴极基底2阵列设置有网孔31，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极；本发明的定位板的面积大于冷阴极基底的面积，在丝网印刷时，只需将丝网印刷网板与定位板定位后，使得丝网印刷网板与定位板贴合，利用面积更大的定位板进行定位方法，定位准确可靠，操作简单，对于冷阴极基底外形要求低，适用性强，依靠定位板进行定位，不仅提高了碳纳米管冷阴极阵列图案的精确性，同时还提高了阵列图案质量，增加了丝网印刷网板的重复利用率，可满足不同冷阴极基底的单个或者多个制备；采用本发明的方法制备碳纳米管冷阴极，印刷质量明显高于相比使用冷阴极基底直接印刷，其对位精度高，误差在5μm以内，通过实物装配，实现了碳纳米管冷阴极阵列图案与栅极网孔的对齐，实际栅极通过率可以达到90％以上，长期稳定工作可以得到80％以上。

在一些实施例中，定位板1的面积为冷阴极基底2面积的n倍，n≥8，显然，定位板1的面积越大，丝网印刷网板3与定位板1之间的定位越简单、准确。

在一些实施例中，本发明中对定位板1的形状不作限定，例如定位板1的截面形状可为长方形(图1所示)、正方形、圆形、椭圆形(图2所示)等或其它不规则形状；定位孔11的截面形状可为长方形、正方形、圆形、椭圆形等或其它不规则形状。

在一些实施例中，定位板1的截面形状为正方形，具体的正方形的尺寸为25mm×25mm，即正方形的边长为25mm，正方形的尺寸还可以为20mm×20mm。

在一些实施例中，冷阴极基底2的截面为圆形，圆形的直径为10mm。

在一些实施例中，定位板1的厚度与冷阴极基底2的厚度相同，在制作定位板1时其厚度等于冷阴极基底2厚度，误差为±0.01mm以内，采用激光切割或者其他高精度加工方式在将其中心切割出与冷阴极基底2相一致的定位孔11，加工精度在±0.01mm以内，其形状和冷阴极基底2一致。

在一些实施例中，定位板1的厚度不作限定，例如定位板1的厚度为0.5～2mm，优选的，厚度为1mm。

在一些实施例中，如图6所示，冷阴极基底2两侧设有凸起21，定位孔11对应凸起21处设有凹槽12，凸起21与凹槽21相适配，凸起21嵌设于凹槽12内。

上述实施例中，通过在冷阴极基底2两侧设置的凸起21，凸起21嵌设于凹槽12内，同时凸起21起到定位的作用。

在一些实施例中，为了便于使得丝网印刷网板3贴合在定位板1上，可在定位板1上设置定位基准线，定位基准线与定位板1的轮廓相适配，即定位板1的轮廓即为定位板1的定位基准线；同时，丝网印刷网板3上也设有定位基准线，通过目视或者放大镜等方式将丝网印刷网板定位基准线与定位板的定位基准线对齐(即与定位板的轮廓对齐)，进而实现网印刷网板与定位板的定位与贴合，再进行后续的碳纳米管浆料的印刷。

在一些实施例中，丝网印刷网板3上开设有与定位板1相适配的定位槽，定位板1可卡设在定位槽内，通过将定位板1卡设在定位槽内即可实现定位板1与丝网印刷网板3的定位并贴合。

在一些实施例中，如图7所示，定位板1上设有第一定位部13，丝网印刷网板3上对应第一定位部13处设有第一定位槽，第一定位槽与第一定位部13相适配，第一定位部13卡设于第一定位槽内。

上述实施例中，丝网印刷网板3上设置的第一定位槽即为丝网印刷网板的定位基准线，定位板1上设有第一定位部13，具体的，第一定位部13沿定位板1边缘周向设置，第一定位部13即为定位板的定位基准线，在使用时，将第一定位部13卡设在第一定位槽内，即使得丝网印刷网板定位基准线与定位板的定位基准线对齐，进而使得丝网印刷网板3与定位板1进行定位。

在一些实施例中，如图8所示，定位板1上位于定位孔11外周设有第二定位部14，丝网印刷网板3上对应第二定位部14处设有第二定位槽，第二定位槽与第二定位部14相适配，第二定位部14卡设于第二定位槽内。

在上述实施例中，丝网印刷网板3上设置的第二定位槽即为丝网印刷网板的定位基准线，，第二定位部14沿定位孔11周向设置，第二定位部13即为定位板的定位基准线，在使用时，将第二定位部14卡设在第二定位槽内，即使得丝网印刷网板定位基准线与定位板的定位基准线对齐，进而使得丝网印刷网板3与定位板1进行定位。

本发明利用定位板进行定位，一是可以克服冷阴极衬底小，难以在小衬底定位标记，同时衬底小，导致在丝网印刷过程中刮板受力面积小，导致受力不均匀，使用定位板进行定位对准，提高了冷阴极阵列相对整个冷阴极基底定位位置的准确性，同时增加了丝网印刷刮板的受力面积，提高了印刷的质量和阵列图案的精确性。

在一些实施例中，定位板1的材料为不锈钢、铜、钛合金等。

在一些实施例中，碳纳米管浆料包括碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛粉末、钛粉末；

其中，碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛粉末、钛粉末的质量比为(0.5～2):(15～25):(0.5～1.5):(1～5):(0.5～2)。

具体的，碳纳米管为单壁碳纳米管(SWCNT)。

优选的，碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛粉末、钛粉末的质量比为1:19:1:3:1。

在一些实施例中，碳纳米管浆料的制备方法为：将碳纳米管、松油醇、乙基纤维素、碳化钛、钛混合后，置于行星球磨机中球磨，得到碳纳米管浆料；其中，球磨转速为300～400r/min。

在一些实施例中，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极，具体包括：

通过丝网印刷方法将碳纳米管浆料印刷在冷阴极基底表面；

再将冷阴极基底以4～6℃/min升温至200～300℃，保温2～4h，然后以4～6℃/min升温至750～850℃，保温1～3h，随后冷却，得到碳纳米管冷阴极。

上述实施例中，将碳纳米管浆料印刷在冷阴极基底表面，然后进行退火，即可在冷阴极基底表面形成阵列排布的碳纳米管，最终制备得到碳纳米管冷阴极。

在一些实施例中，通过丝网印刷方法将碳纳米管浆料印刷在冷阴极基底表面，再通过退火处理，得到碳纳米管冷阴极，然后使用3M胶带对冷阴极基底表面进行处理，将胶带黏贴在基底上，用胶带去除与基底接触不牢固的碳纳米管。

在一些实施例中，冷阴极基底2的材料包括可伐合金、TC4钛合金、不锈钢、铜中的任一种。

在一些实施例中，如图5所示，丝网印刷网板3上阵列设置有多个网孔31，网孔目数为350～450目。

本发明创新的采用定位板实现准确定位，相比较传统的限位块、CCD相机对位，成本低、操作简单、适用性强；相比较利用冷阴极基底外形轮廓图案进行直接定位，采用定位板增大了标记基准线，使得对准标记更加明显，由于定位板尺寸的增大，在碳纳米管冷阴极丝网印刷过程中，相比冷阴极基底做定位标记，方便对准。同时直接使用冷阴极基底外形轮廓作为定位标记，在使用几次后定位标记很容易被浆料污染，难以清洗干净，造成定位标记基准线模糊，增加定位难度；而本发明使用定位板定位的方式，增加了定位基准线尺寸，同时吸收了冷阴极小衬底加工、定位轮廓标记误差，增加了定位可靠性，一方面解决了冷阴极基底直接定位不可靠、不精确问题，同时定位板增加了印刷过程中刮板受力面积，提高印刷质量，同时提高了碳纳米管冷阴极阵列位置相对于基底的准确性，使其达到微米级别的精度。对于不同尺寸形状的冷阴极X射线管，当需要不同结构冷阴极基底，通过二级定位，只需要更换定位板，根据冷阴极基底尺寸外形重新加工定位板以及定位孔，二级定位无需加工新的丝网网板，提高了丝网印刷网板定位的通用性，降低成本和产品开发周期。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种X射线管电子枪组件，包括栅极4和碳纳米管冷阴极5，其中，碳纳米管冷阴极5为上述的方法制备得到的碳纳米管冷阴极。

在一些实施例中，X射线管电子枪组件，还包括：

阴极固定座6，其上设有阴极安装槽61，碳纳米管冷阴极5卡设于阴极安装槽61内；

栅极固定座7，其上设有栅极安装槽71，栅极4卡设于栅极安装槽71内；

绝缘垫片8，其一侧面贴合碳纳米管冷阴极5、另一侧面贴合栅极4；

栅极4上的栅极孔41与碳纳米管冷阴极5上的碳纳米管51对应；

绝缘垫片8上对应栅极孔区域开设有通孔81，以使电子通过。

本发明的X射线管电子枪组件，碳纳米管冷阴极5上阵列设置有碳纳米管51，栅极4上阵列设置有栅极孔41，栅极孔41与碳纳米管51一一对应，具体的，碳纳米管51的直径略小于栅极孔41的直径，以确保场发射电子通过率；碳纳米管冷阴极5安装在阴极固定座6上，具体而言，碳纳米管冷阴极5卡设于阴极安装槽61内；栅极4安装在栅极固定座7，具体的，栅极4卡设于栅极安装槽71内；同时在碳纳米管冷阴极5和栅极4之间还设有绝缘垫片8，绝缘垫片8的两侧面分别与碳纳米管冷阴极5、栅极4向贴合，绝缘垫片8上对应栅极孔区域开设有通孔81，以使场发射电子通过。

在一些实施例中，碳纳米管冷阴极5两侧设有第一凸耳52，阴极安装槽61对应第一凸耳52处设有第一卡槽62，第一凸耳52卡设于第一卡槽62内；

栅极4两侧设有第二凸耳42，栅极安装槽71对应第二凸耳42处开设有第二卡槽72，第二凸耳42卡设于第二卡槽72内。

在上述实施例中，碳纳米管冷阴极5两侧设有第一凸耳52，阴极安装槽61上对应设有第一卡槽62，第一凸耳52卡设在第一卡槽62内，第一凸耳52起到定位作用，便于使得碳纳米管冷阴极5安装在阴极安装槽61内；栅极4两侧设有第二凸耳42，栅极安装槽71上对应设有第二卡槽72，第二凸耳42卡设在第二卡槽72内，第二凸耳42起到定位作用，便于使得栅极4安装在栅极安装槽71内；同时，由于第一凸耳52、第二凸耳42的设置，使得栅极4安装在阴极安装槽61、栅极4安装在栅极安装槽71内后，碳纳米管冷阴极5上阵列设置的碳纳米管与栅极4上阵列设置的栅极孔41刚好一一对应，以保证在碳纳米管冷阴极5和栅极4在电子枪部件中的位置准确性，从而提高冷阴极X射线管场发射电子栅极的通过率。

可以理解的是，上述两侧设有第一凸耳52的碳纳米管冷阴极5采用上述方法制备得到，具体而言，通过在冷阴极基底两侧设置第一凸耳(即对应上文中凸起)，在冷阴极基底上通过丝网印刷法制备得到阵列设置的碳纳米管，即最终得到两侧设有第一凸耳52的碳纳米管冷阴极5。

在一些实施例中，阴极固定座6上位于阴极安装槽61外周套设有圆环状的阴极绝缘环9，阴极固定座6上位于阴极绝缘环9和阴极安装槽61之间设有绝缘套筒91；

一螺接件92依次穿过阴极固定座6、绝缘套筒91并与栅极固定座7螺接。

在上述实施例中，绝缘套筒91位于阴极绝缘环9和阴极安装槽61之间，即绝缘套筒91位于阴极绝缘环9的内侧，螺接件92依次穿过阴极固定座6、绝缘套筒91并与栅极固定座7螺接；

具体的，在一些实施例中，阴极绝缘环9的上下端面、绝缘套筒91的上下端面分别与栅极固定座7、阴极固定座6的表面相贴合；螺接件92可为螺栓、螺杆等。

在一些实施例中，阴极安装槽61上对应碳纳米管冷阴极5上阵列设置的碳纳米管51区域设有阴极通孔63。

在一些实施例中，栅极安装槽71上对应栅极4的栅极孔41区域开设有栅极通孔73。

以下进一步以具体实施例说明本发明的碳纳米管冷阴极的制备方法、X射线管电子枪组件。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的方法和设备为本领域常规方法和设备。

实施例1

本申请实施例提供了一种碳纳米管冷阴极的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供定位板，定位板上设有一个定位孔；定位板为厚度(即高度)为1mm、长度为25mm、宽度为25mm的长方体形；

S2、提供冷阴极基底，冷阴极基底与定位孔相适配；冷阴极基底的横截面为圆形，该圆形的直径为10mm，冷阴极基底的两侧设有凸起，冷阴极基底的材料为不锈钢；

S3、将冷阴极基底嵌设于定位孔内；

S4、定位板的轮廓为定位板的定位基准线，丝网印刷网板上对应定位板的轮廓也设有定位基准线，将丝网印刷网板上定位基准线与定位板的轮廓对准，并使得定位板贴合在丝网印刷网板上，利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极；

利用丝网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极，具体包括：

通过丝网印刷方法将碳纳米管浆料印刷在冷阴极基底表面；

再将冷阴极基底置于真空退火炉中，以5℃/min升温至250℃，保温3h，然后以5℃/min升温至800℃，保温2h，随后冷却，然后使用3M胶带对冷阴极基底表面进行处理，将胶带黏贴在基底上，用胶带去除与基底接触不牢固的碳纳米管，得到碳纳米管冷阴极；

其中，碳纳米管浆料的制备方法包括：将0.2g单壁碳纳米管、3.8g松油醇、0.2g乙基纤维素、0.36g碳化钛粉末、0.2g钛粉末混合后，置于行星球磨机中以350r/min转速球磨，得到碳纳米管浆料；

丝网印刷网板的网孔目数为400目。

对比例1

本对比例提供的碳纳米管冷阴极的制备方法，同实施例1，不同在于，不使用定位板进行定位，直接利用网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极；利用丝网印刷方法在冷阴极基底表面印刷碳纳米管浆料，以制备得到碳纳米管冷阴极的具体方法同实施例1。

如图22所示，分别按照上述实施例1和对比例1中的方法最终印刷得到的碳纳米管阵列的图案；图22中(a)为按照实施例1中的方法得到的碳纳米管阵列的图案，图22中(b)为按照对比例1中的方法得到的碳纳米管阵列的图案。

从图22中可以看出，按照实施例1中使用定位板进行定位，得到的碳纳米管阵列的图案质量更高，精确性更高。

图23为按照实施例1中的方法制备得到的碳纳米管冷阴极的实物图。

实施例2

本申请实施例提供了一种X射线管电子枪组件，包括实施例1中制备得到的碳纳米管冷阴极和栅极，其结构如图11～21所示，将栅极两侧的第二凸耳卡设在第二卡槽内，使得栅极安装在栅极固定座的栅极安装槽；将碳纳米管冷阴极两侧的第一凸耳(由于实施例1中所用的冷阴极基底的两侧设有凸起，因此最终制备得到的碳纳米管冷阴极两侧设有第一凸耳)卡设在第一卡槽内，使得栅极安装在阴极固定座的的阴极安装槽，使得碳纳米管冷阴极上阵列设置的碳纳米管与栅极上阵列设置的栅极孔刚好一一对应。

如图24～25所示，其为实施例2中碳纳米管冷阴极上阵列设置的碳纳米管与栅极上阵列设置的栅极孔的对齐情况。

图27为实施例2中X射线管电子枪组件基底场发射I-V曲线。

图28为实施例2中X射线管电子枪组件在2h连续工作下稳定性测试。

具体的，将实施例2中的X射线管电子枪组件进行场发射测试，测试条件为：在室温下的真空室中进行；将X射线管电子枪组件的碳纳米管冷阴极接地，将栅极连接到高压电源，利用使用不锈钢作为阳极，将阳极连接到高压供电电源；场发射测试都是在高真空条件下进行的(在5.0×10

具体测试示意图如图26所示，图26中Cathode(CNT)即为碳纳米管冷阴极，Gate为栅极，Anode为不锈钢阳极；V

从图27～28中，可以看出制备的电子枪部件可产生在1300V可产生5mA阳极电流，图28表示在2h内具有良好的场发射电流稳定性并长时间栅极电子通过率在80％。(图28中，当增加阳极电流到V

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。