CN101913765A - 用于制造微通道板玻璃基体的玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造微通道板玻璃基体的玻璃。本发明包括皮玻璃和芯玻璃，皮玻璃和芯玻璃配合使用。所述的皮玻璃按重量份数包括47-50.0份的SiO2、0.5-2.0份的Al2O3、28-30.0份的PbO、7.0-10.0份的Bi2O3、5-6.5份的∑(K2O+Rb2O+CS2O)、6-9.0份的∑(BaO+CaO)、0.5-1.0份的∑(As2O3+Sb2O3)。所述的芯玻璃按重量份数包括20-27.0份的SiO2、12-18.0份的B2O3、1-2.0份的Al2O3、30-40份的∑(BaO+CaO)、10-20份的La2O3、2-3份的∑(ZnO+MgO)。本发明具有使MCP不会变形、结构均匀性和孔径精度好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造微通道板玻璃基体的玻璃。
背景技术
参见图1和图2，微通道板包括玻璃基体1和包实体边玻璃2，在玻璃基体1的厚度方向设置有多个通道3。微通道板（简称MCP）是由成千上万彼此平行紧密排列的空心玻璃毛细管组成的二维电子倍增器件，板中的每一个微孔，也即是一个通道，就是一个微型的电子倍增器件，单个的通道只能用来探测电子、中子等、X-射线、r-射线、带能粒子等，而二维排列的电子倍增陈列，MCP却可以用来探测和放大光电图像，板中的通道3越多（每一个通道就是一个像素），像素越多，图像越清晰。
目前微通道板通常用所谓“实芯法”工艺制造。该工艺要求用三种玻璃：皮玻璃、芯玻璃和包实体边玻璃，皮玻璃和芯玻璃用于制造微通道板的玻璃基体，包实体边玻璃作为微通道板的实体边材料。皮玻璃和芯玻璃在工艺上必须互相匹配，物化性能上彼此相容，因此，这两种玻璃通常成一组，配套研制，不可分割。
“实芯法”工艺就是将皮玻璃制成玻璃管，将芯玻璃制成玻璃棒，再将棒管套在一起，利用拉丝机将棒管组合体拉制成带芯的单纤维，再将单纤维截成一定长度，把数千乃至上万根单纤维彼此平行紧密和规则的排列在截面为正六角形的模具中，然后用线扎紧成正六角形的单纤维束，再次用拉丝机将其拉成截面为正六角形的“复式”纤维，再将一定长度的复式纤维彼此平行紧密排列在特殊的模具中，在带有芯玻璃的复式纤维外圈，再排列一定厚度、尺寸相同、由包实体边玻璃制成的截面为正六角形的实体玻璃复式纤维，然后将模具移入专门的热压炉中，在高温、高压和真空状态下，将两种复式纤维熔凝成一个正六角柱状坯体。坯体再经切片、磨圆、滚边、双面研磨、抛光，制成微通道板坯板，然后用强酸等化学试剂对坯板进行物化处理，使复式纤维中的芯玻璃被彻底溶解出来，从而在薄薄的坯板上形成上百万乃至上千万个微孔，再经高温烧氢处理，使微空的内壁形成有二次电子发射能力的半导体层，在板的两端面蒸镀Ni—Cr电极，从而制成微通道板。
由于芯玻璃在制板过程中，被酸处理后已被腐蚀掉，在成品微通道板中只有组成通道壁的皮料玻璃和外圈起加固作用的包实体边玻璃。
由于MCP是微光像增强器和X-射线像增强器的核心器件，随着这些仪器性能的不断提高，对MCP的性能要求也越来越高，其中最主要的一个指标，即MCP的孔径要求越来越小，从上世纪七十年代装有MCP的二代微光夜视仪问世至今，MCP的标准孔径从12um已下降到目前的5-6um以下，最低的正式产品已到4um。MCP中通道孔径越小，单位面积中的通道数目越多，且成2次方增加；另外，由于通道的长度和直径比率基本上是固定不变的，通道板的厚度随孔径的减小而成比例减薄，因此，小孔径MCP和大孔径MCP相比，其制作难度急剧增大。现有技术皮玻璃和芯玻璃，具有如下缺点：
1、MCP变形问题。
在工艺过程中，皮玻璃和芯玻璃经过拉单丝、复丝、热熔压、切割、研磨、抛光和高温烧氢等一系列热加工和冷加工操作，要求MCP不破碎，不变形是非常困难的，特别是孔径变小以后，板子越来越薄，只要任何一道冷加工或热加工过程中，板内玻璃中残余应应力没有彻底清除，一旦应力超过板的机械强度时，板就会发生破碎或变形，而使MCP报废，尤其是通过高温烧氢以后，皮玻璃经还原析出金属Pb和Bi，玻璃性能发生急剧变化，孔径越小，变化越大，MCP变形更加严重。
2、MCP结构均匀性和孔径的精度问题。
理论计算和实际测试表明，在一片MCP中，通道直径之间的误差必须在±1%以内，而且要求复丝边界和顶角处的通道不能严重变形，也不允许有在40倍显微镜下能看到孔洞、堵塞孔、边界破损、气泡、交杂物等缺陷，否则通道板的图像质量无法满足要求，即会形成网格、暗点、发射点、条纹和亮暗不匀的成像缺陷，通道越小，通道数就越多。而现有技术皮玻璃和芯玻璃产生上述缺陷的几率非常大，解决很困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种使MCP不会变形、结构均匀性和孔径精度好的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，包括皮玻璃和芯玻璃，皮玻璃和芯玻璃配合使用，其特征在于：
所述的皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 47-50.0 份
Al2O3 0.5-2.0 份
PbO 28-30.0 份
Bi2O3 7.0-10.0 份
∑(K2O+Rb2O+CS2O) 5-6.5 份
∑(BaO+CaO) 6-9.0 份
∑(As2O3+Sb2O3) 0.5-1.0 份；
所述的芯玻璃按重量份数组成如下：
SiO2 20-27.0 份
B2O3 12-18.0 份
Al2O3 1-2.0 份
∑(BaO+CaO) 30-40 份
La2O3 10-20 份
∑(ZnO+MgO) 2-3 份。
优化的，本发明所述的皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 48.3 份
Al2O3 1.5 份
PbO 28.0 份
Bi2O3 7.2 份
K2O 1.5 份
CS2O 3.5 份
BaO 8.0 份
Ca0 1.0 份
∑(As2O3+Sb2O3 ) 1.0 份。
优化的，本发明所述的皮玻璃还包括重量份数为0.3 份的B2O3。
优化的，本发明所述的芯玻璃按重量份数包括：
SiO2 25.0 份
B2O3 17.5 份
Al2O3 2.0 份
BaO 28.5份
Ca0 5.0 份
Mg0： 2.0 份
La2O3 20.0 份
优化的，本发明所述的皮玻璃的软化点为580-590℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数为（68-75）×10-7/℃。
优化的，本发明所述的芯玻璃的软化点为680-750℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数为（80-95）×10-7/℃。
本发明与现有技术相比，具有使MCP不会变形、结构均匀性和孔径精度好的优点。
附图说明
图1为微通道板的正面结构示意图。
图2为图1的B-B剖视示意图。
具体实施方式
本发明的皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 47-50.0 份
Al2O3 0.5-2.0 份
PbO 28-30.0 份
Bi2O3 7.0-10.0 份
∑(K2O+Rb2O+CS2O) 5-6.5 份
∑(BaO+CaO) 6-9.0 份
∑(As2O3+Sb2O3) 0.5-1.0 份；
皮玻璃的软化点Tf为580-590℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数α为（68-75）×10-7/℃；
相匹配的，芯玻璃按重量份数包括：
SiO2 20-27.0 份
B2O3 12-18.0 份
Al2O3 1-2.0 份
∑(BaO+CaO) 30-40 份
La2O3 10-20 份
∑(ZnO+MgO) 2-3 份。
芯玻璃的软化点Tf为680-750℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数α为（80-95）×10-7/℃。
优化的，皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 48.3 份
Al2O3 1.5 份
PbO 28.0 份
Bi2O3 7.2 份
K2O 1.5 份
CS2O 3.5 份
BaO 8.0 份
Ca0 1.0 份
∑(As2O3+Sb2O3 ) 1.0 份。
B2O3： 0.3 份
热膨胀系数α20-300℃为71.5×10-7/℃；
相匹配的，芯玻璃按重量份数包括：
SiO2 25.0 份
B2O3 17.5 份
Al2O3 2.0 份
BaO 28.5份
Ca0 5.0 份
Mg0： 2.0 份
La2O3 20.0 份。
热膨胀系数α20-300℃为83.64×10-7/℃。
在本发明中，∑()表示括号内用化学式表示的各化合物的合计含有份数，各化合物并不是全部都要有。
皮玻璃中的SiO2 和Al2O3用来提高玻璃的软化点和高温粘度，增加Al2O3和SiO2 的含量，玻璃的软化点，高温粘度和化学稳定性增加。PbO和Bi2O3用来调节微通道板的体电阻，PbO和Bi2O3增加，体电阻减小，反则体电阻增加，对小于孔径5um的MCP来说，PbO和Bi2O3的含量应较大的减小，Bi2O3的含量为7 份以下为宜。BaO和CaO是网络调节物，增加BaO和CaO含量，玻璃的料性急剧减短，软化点，膨胀系数减小。玻璃中增加Rb2O和CS2O含量来替代或完全取代Na2O 和K2O含量可以提高MCP的耐烘烤和冲刷温度，增加玻璃的软化温度和化学稳定性。用上述成分的皮料玻璃，MCP的还原温度从480℃-520℃范围变化。
本发明的皮玻璃，首先满足了MCP所要求的电性能，坯板经还原后，具有合适的体电阻，一般在50-250mΩ之间。MCP具有较高的电子增益，较低的噪声。本发明的皮玻璃具有良好的工艺性能：易于熔制、成型或者尺寸精准的皮玻璃管。本发明的皮玻璃无结石、气泡，条纹均匀、透明，并且和芯玻璃匹配后，能很好拉成均匀的单纤维和复式纤维。在其后的压板、还原等高温条件下不失透、不析晶。此外皮玻璃有较好的化学稳定性、机械强度和较高的硬度，特别是具有较高的粘度和抗变形能力，使MCP不变形。
芯玻璃增加SiO2、Al2O3和La2O3含量，提高玻璃软化温度。芯玻璃具有和皮玻璃相近的温度、粘度、膨胀系数，比皮玻璃更高的软化温度，这样在与皮玻璃拉丝时，能拉出尺寸精确的单纤维和复式纤维，复丝边界的纤维基本不变形，在熔压后不发生析晶和失透，从而保证通道形状规则。芯玻璃制成的芯玻璃棒一般应为圆形，具有极好的酸溶性，在酸处理时能迅速被酸溶去，在通道内部不残留有损MCP电性能的残渣。芯玻璃和皮玻璃有良好的化学相容性，在拉丝、压板时减小了相互的渗透性。此外，芯玻璃有相当好的机械强度和硬度，以使坯板在机械加工过程中不损坏、不变形。
最后，要求芯玻璃和皮玻璃的原料容易获得，成本不太高，易于熔制，成形。
实用本发明制作孔径为4um的MCP，可以满足其电性能要求，在板厚度0.23±0.02m/m下不变形。
Claims (6)
1.用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，包括皮玻璃和芯玻璃，皮玻璃和芯玻璃配合使用，其特征在于：
所述的皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 47-50.0 份
Al2O3 0.5-2.0 份
PbO 28-30.0 份
Bi2O3 7.0-10.0 份
∑(K2O+Rb2O+CS2O) 5-6.5 份
∑(BaO+CaO) 6-9.0 份
∑(As2O3+Sb2O3) 0.5-1.0 份；
所述的芯玻璃按重量份数包括：
SiO2 20-27.0 份
B2O3 12-18.0 份
Al2O3 1-2.0 份
∑(BaO+CaO) 30-40 份
La2O3 10-20 份
∑(ZnO+MgO) 2-3 份。
2.根据权利要求1所述的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，其特征在于：所述的皮玻璃按重量份数包括：
SiO2 48.3 份
Al2O3 1.5 份
PbO 28.0 份
Bi2O3 7.2 份
K2O 1.5 份
CS2O 3.5 份
BaO 8.0 份
Ca0 1.0 份
∑(As2O3+Sb2O3 ) 1.0 份。
3.根据权利要求2所述的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，其特征在于：所述的皮玻璃还包括重量份数为0.3 份的B2O3。
4.根据权利要求1所述的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，其特征在于：所述的芯玻璃按重量份数包括：
SiO2 25.0 份
B2O3 17.5 份
Al2O3 2.0 份
BaO 28.5份
Ca0 5.0 份
Mg0： 2.0 份
La2O3 20.0 份。
5.根据权利要求1或2所述的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，其特征在于：所述的皮玻璃的软化点为580-590℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数为（68-75）×10-7/℃。
6.根据权利要求1或4所述的用于制造微通道板玻璃基体的玻璃，其特征在于：所述的芯玻璃的软化点为680-750℃，其在20℃-300℃时的热膨胀系数为（80-95）×10-7/℃。
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