CN102515515A

CN102515515A - 一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分

Info

Publication number: CN102515515A
Application number: CN2011103728962A
Authority: CN
Inventors: 黄永刚; 薄铁柱
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种光微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，包括：B₂O₃，含量为30～40wt％；BaO，含量为20～30wt％；La₂O₃，含量为20～30wt％；SiO₂，含量为5～10wt％；Al₂O₃，含量为1～5wt％；MgO和CaO的含量共为5～10wt％；Na₂O和K₂O的含量共为5～10wt％。本发明提供新的微通道板芯玻璃系统，该玻璃系统具有高的酸溶速率，且与微通道板皮玻璃系统具有良好的化学与热学性能的相容性，可用于制造小孔径微通道板、体导电玻璃微通道板和较厚的弯曲型微通道板。

Description

一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特别是一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分。

背景技术

微通道板(Micro-channel Plate，简称MCP)是对二维空间分布的电子进行倍增的元件，由于其具有高增益、低噪声、高分辨率、宽频带、低功耗、长寿命及自饱和效应等特点，而被广泛用于微光像管、光电倍增管、摄像管以及粒子探测器。目前，制备MCP的方法为实心法，其制备MCP的关键在于所用玻璃纤维是由可溶于酸的芯料玻璃棒外套皮料玻璃管一并拉制形成，加上外围的包边玻璃纤维，二种玻璃纤维规则排列成束经高温熔合后切成片，再经酸蚀去除芯玻璃而形成多孔结构。采用实心法制作的MCP结构几何尺寸均匀，通道孔径易于控制且可实现小孔径的制备，输入与输出端面研磨抛光工艺简单且抛光质量好，而且其通道可易于制作成弯曲形状，但是实心法存在芯料玻璃和皮料玻璃的匹配问题，制备中必须使芯料玻璃能容易被酸蚀掉，而皮料玻璃须具备很好的抗酸蚀能力，而且芯料、皮料玻璃间不能相互渗透，应具有良好的化学相容性。

随着微通道板应用器件成像清晰度及分辨力要求的提升，微通道板的微通道直径一直在缩小，目前，主流微通道板的微孔直径为6μm，而且已有4μm、2μm微通道板的报道，通道的细化导致酸蚀芯玻璃时残渣排出的速度下降，进而增加了芯玻璃酸溶时间。同时，伴随微通道直径的减少，微通道板厚度也在不断减薄，从6μm孔径的 0.30mm～0.34mm到4μm孔径的0.20mm～0.24mm，微通道板变薄后一个突出的问题就是板容易发生变形，甚至于破损，从而限制了微通道板微孔细化。导致薄微通道板变形的一个重要影响就是酸蚀去除芯玻璃的同时降低了包边玻璃的力学强度。此外，体导电玻璃微通道板制备过程中为避免酸蚀时间过长对体导电玻璃(磷酸盐玻璃系统)的侵蚀，也需要高酸溶速率的芯玻璃与之匹配。

基于上述因素，提高微通道板用芯玻璃的酸溶速率非常必要。国内，关于高酸溶速率的微通道板芯玻璃的报道不多。专利CN101913765中涉及到了微通道板芯玻璃组分，该发明采用酸溶玻璃组分主要是硅硼钡镧玻璃系统，其组成包括SiO₂：20～27wt％，B₂O₃：12～18wt％，BaO+CaO：30～40wt％，La₂O₃：10～20wt％；专利CN1807307A中也涉及了制备柔性光纤传像束用酸溶玻璃组分，其主要组成为硅硼钡玻璃系统。

因此，目前酸溶玻璃的体系主要是硅硼钡玻璃。可见，酸溶玻璃的体系比较单一，很大程度上限制了微通道板变形缺陷的有效解决，目前急切需要开发一种合理有效的高酸溶速率微通道板芯料玻璃，为微通道板性能的提高提供多种有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：一种光微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，包括：

B₂O₃，含量为30～40wt％；

BaO，含量为20～30wt％；

La₂O₃，含量为20～30wt％；

SiO₂，含量为5～10wt％；

Al₂O₃，含量为1～5wt％；

MgO和CaO的含量共为5～10wt％；

Na₂O和K₂O的含量共为5～10wt％。

本发明的积极效果是：本发明提供新的微通道板芯玻璃系统，该玻璃系统具有高的酸溶速率，且与微通道板皮玻璃系统具有良好的化学与热学性能的相容性，可用于制造小孔径微通道板、体导电玻璃微通道板和较厚的弯曲型微通道板。

附图说明

图1为微通道板毛坯正面结构示意图

图中，1-皮玻璃；2-芯玻璃；3-包边玻璃

图2为芯玻璃被酸溶后的微通道板正面结构示意图

图中，4-皮玻璃；5-包边玻璃

图3为本发明的具体实施例

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明涉及高酸溶速率的微通道板芯料玻璃组分包括B₂O₃、BaO、La₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O，澄清剂Sb₂O₃。

其中：B₂O₃是玻璃形成体氧化物，是玻璃结构的基本骨架，也是酸溶玻璃的主要成分，其含量超过40wt％，玻璃中含有大量的[BO₃]三面体，降低玻璃化学稳定性的同时，也降低了玻璃粘度和热学膨胀系数，恶化了与微通道板皮玻璃的不相容性；BaO是玻璃的网络外体氧化物，是提高玻璃酸溶速率的主要氧化物成分，同时也是玻璃的助熔剂，在玻璃中用BaO取代CaO可提高玻璃成型的料性，改善玻璃的热学加工性能；SiO₂、Al₂O₃作为玻璃结构调节性氧化物，其含量的高低影响玻璃的热膨胀系数和化学、热学稳定性能；La₂O₃是玻璃的网络外体氧化物，是提高玻璃酸溶速率的主要氧化物成分，当含量低于20wt％时可明显降低玻璃的膨胀系数，恶化了与微通道板皮玻璃的热学性能不相容性，当含量高于30wt％时又降低了粘度和软化温度，缩短了玻璃料性，增加了玻璃加工成型难度；MgO、CaO是玻璃的网络外体氧化物，CaO可降低玻璃高温粘度，有利于玻璃的熔制澄清，但含量过多，一般会使玻璃的料性变短，脆性增大，用MgO取代玻璃中的CaO有利于降低玻璃的析晶能力，并调整玻璃的料性；Na₂O、K₂O是玻璃的网络外体氧化物，可以降低玻璃高温熔制的粘度，使玻璃易于熔融，是良好的助熔剂，同时可增加玻璃的热学膨胀系数，降低玻璃的化学稳定性和力学强度，因此引入量不能过多。

具体地说，本发明所述酸溶玻璃具体组成包括：

B₂O₃：(30～40)wt％

BaO：(20～30)wt％

La₂O₃：(20～30)wt％

SiO₂：(5～10)wt％；

Al₂O₃：(1～5)wt％

∑(MgO+CaO)：(5～10)wt％

∑(Na₂O+K₂O)：(5～10)wt％

本发明涉及高酸溶速率的微通道板芯玻璃，组分中添加了澄清剂Sb₂O₃，含量为玻璃配合料的(0.15～0.30)wt％。

本发明涉及高酸溶速率的微通道板芯玻璃，其酸溶速率大于或等于25mg/mm²·h。

本发明涉及高酸溶速率的微通道板芯玻璃，其玻璃转变温度T_g≥550℃，软化点T_f≥610℃。

本发明涉及高酸溶速率的微通道板芯玻璃，其在20℃～300℃的热膨胀系数为(95～115)×10^-7/℃。

下面结合附图及实施例对本发明做一步的说明，以下实施例仅用于本发明的技术方案，并不用于限制本发明的实施范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明将上述玻璃组分进行合理的配比，熔制成型制得微通道板用高酸溶速率的芯玻璃，通过酸溶速率、析晶测试，以及热学膨胀系数、玻璃转变点温度、软化点温度等热学性能指标的测试，表征玻璃的酸溶性能、抗析晶性能和热学性能。

酸溶速率测试方法：将直径为25mm，厚度2mm的圆形玻璃样品悬挂于配置好的盐酸或硝酸酸液中，测定在一定温度和酸液浓度下玻璃酸溶前后的重量差，其酸溶速度公式：V＝ΔW/(T·S)，其中：V-玻璃酸溶速率(mg/mm2·h)；ΔW-重量差(mg)；T-酸溶时间(h)；S-样品表面积(mm2)。

析晶性能测试方法：玻璃样品置于卧式管式炉的恒温区段中，在预定试验温度下保温180min，取出冷却，放在显微镜下观察析晶状态。

热学性能参数测试方法：热膨胀系数用线膨胀系数表征。采用石英膨胀仪法，玻璃样品规格为Φ8mm×60mm圆形玻璃柱，上下两平面平行，其线膨胀系数公式：α＝(L_t-L₀)/L₀(t-t₀)，其中：L0-样品在温度t0时的长度(mm)；Lt-样品在温度t时的长度(mm)；α20-300℃-从20℃加热到300℃的平均线膨胀系数。此外，通过测试不同温度的膨胀系数，做出热膨胀系数与温度的曲线，而玻璃转变点Tg和软化点温度Tf为曲线切线交点处温度。

本发明涉及高酸溶速度的微通道板芯料玻璃组分，其具体实施例如表1所示。

在该实施例中的各酸溶玻璃组分，B₂O₃用硼酸引入，BaO用硝酸钡引入，La₂O₃用氧化镧引入，SiO₂用石英砂引入，Al₂O₃用氢氧化铝引入，MgO用碳酸镁引入，CaO用碳酸钙引入，Na₂O用碳酸钠引入，K₂O用硝酸钾引入，制得酸溶玻璃配合料，并引入占配合料总重量0.15％的澄清剂Sb₂O₃，配合料经1400～1430℃高温熔制澄清、1220～1240℃浇注成型芯玻璃棒，玻璃棒嵌套微通道板皮玻璃管(高铅硅酸盐玻璃)，经单丝、复丝拉制，复丝规则排列后熔压成毛坯板段，然后经切片、滚圆、研磨抛光制得毛坯板，其结构如图1所示。毛坯板经酸液酸蚀、氢还原、镀电极后可以制得孔径为4～6μm、厚度为0.24～0.32mm、外径为25mm(有效直径为18.8mm)的实体包边微通道板，其结构如图2所示。用显微镜通过目视或刻度对微通道板变形状况进行观察，上述实施例中的酸溶玻璃组分制得的微通道板未发现变形现象。此外，微通道板体电阻和电子增益等电性能满足使用要求。说明本发明涉及的微通道板酸溶芯玻璃与皮玻璃具有良好的热学性能匹配与化学相容性。

本发明具有以下优点：

1)本发明涉及的酸溶玻璃系统为硼镧钡玻璃，不同于传统的酸溶玻璃系统，为高酸溶速率的微通道板芯料的制备提供了更多选择，可作为小孔径、半导体玻璃与弯曲型微通道板的芯料材料。

2)本发明涉及的微通道板酸溶玻璃具有高酸溶速率，可缩短酸蚀过程的时间，减少对微道板皮玻璃和包边玻璃的侵蚀，从而有利于解决小孔径微通道板的变形和破损问题。

Claims

1.一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，其特征在于，包括：

B₂O₃，含量为30～40wt％；

BaO，含量为20～30wt％；

La₂O₃，含量为20～30wt％；

SiO₂，含量为5～10wt％；

Al₂O₃，含量为1～5wt％；

MgO和CaO的含量共为5～10wt％；

Na₂O和K₂O的含量共为5～10wt％。

2.根据权利要求1所述的一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，其特征在于，还包括Sb₂O₃，含量为0.15～0.30wt％。

3.根据权利要求1所述一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，其特征在于，所述玻璃的转变温度为T_g≥550℃，软化点为T_f≥610℃。

4.根据权利要求1所述的一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，其特征在于，所述玻璃在20℃～300℃的热膨胀系数为(95～115)×10^-7/℃。

5.根据权利要求1所述的一种微通道板用高酸溶速率芯料玻璃组分，其特征在于，所述玻璃在500℃～1000℃之间无析晶，具有良好的抗析晶性能。