CN111847873A - 一种具有高机械强度的玻璃及制造方法 - Google Patents

一种具有高机械强度的玻璃及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有高机械强度的玻璃，更具体来说是制造体电导微通道板实体边部所用玻璃材料的化学组成，以及该玻璃的制造方法。此法用来改善体电导微通道板的机械强度，特别是孔径小、厚度薄的产品的强度。所发明的玻璃能够和半导体性质的钒磷酸盐玻璃在热压下很好熔合。

Description

一种具有高机械强度的玻璃及制造方法
技术领域
本发明涉及玻璃材料领域，更具体地说涉及一种具有高机械强度的玻璃及制造方法，与体电导微通道板主体材料的钒磷酸盐玻璃相比，本发明玻璃具有较高的机械强度。
背景技术
普通微通道板是采用非导电玻璃材料制造，产品经过加热通氢气使表面起化学还原反应形成表面电导层，从而使微通道板具有放大电子信号的功能。由于该导电层化学活性高，工作中导电层趋于老化并在微通道中释放出氢气等阳离子形成干扰噪音。体电导微通道板由半导体玻璃制成，本身具有导电性能不需进行加热氢还原处理，可避免普通微通道板的上述缺陷。然而，用于制造体电导微通道板的半导体材料，是一种钒磷酸盐玻璃，它在机械强度方面比普通硅酸盐玻璃低很多。
而且，普通微通道板所采用的玻璃，都含有碱金属氧化物组分，造成微通道板工作时有碱金属离子进入微通道引起干扰。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，本发明目的之一是提供一种具有高机械强度的玻璃，另一发明目的是提供一种具有高机械强度的玻璃的制造方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3。
优选地，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
优选地，该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3，还包括Sb2O3。
优选地，所述Sb2O3摩尔百分比为0-2mol％。
优选地，该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
一种具有高机械强度的玻璃的制造方法，包括如下步骤：
步骤一，配置玻璃配合料；
步骤二，对所述步骤一的玻璃配合料加热熔融得到性能均匀的玻璃液；
步骤三，将所述步骤二的玻璃液浇注成截面为六边形的玻璃棒；
步骤四，将所述步骤三中的玻璃棒拉成丝，然后排列在微通道板热压预制棒的周围，热压成型，制成具有实体边部的微通道板。
优选地，所述步骤一中的玻璃配合料为PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
优选地，所述步骤一中的玻璃配合料为PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％，所述Sb2O3摩尔百分比为0-2mol％。
由上述任一方案优选地是，该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
本发明的有益效果为：
本发明采用一种含有PbO的硅酸盐玻璃，来制造这种微通道板产品的边部实体玻璃加固圈。与构成体电导微通道板的磷酸盐玻璃相比较，硅酸盐玻璃的强度显著高些；这是由于硅酸盐玻璃内部—Si—O—骨架的连续性和对称性优于磷酸盐玻璃的—P—O—骨架，能均匀承受负荷，极限弹性应变率也高些。由于硅酸盐玻璃内部的—Si—O—骨架难以和半导体玻璃的—P—O—骨架直接牢固结合，本发明利用PbO组分能同时很好连接—Si—O—骨架和—P—O—骨架的特点，采用含有显著PbO组分的硅酸盐玻璃作为产品的边部玻璃。
在所述玻璃组成中，用适量B2O3替代SiO2，可以改善—Si—O—骨架的连续性和对称性，提高玻璃的机械强度。此外，用适量Bi2O3替代PbO，可扩展玻璃形成范围和减少玻璃析晶倾向。
在上述玻璃化学组成中添加少量Sb2O3，作为玻璃熔化时的澄清剂，可以改善熔制所得玻璃的均匀性和质量。
本发明中作为体电导微通道板边部实体材料的铅硅酸盐玻璃，不含有碱金属氧化物。
本外围实体玻璃的热膨胀系数控制在80-90×10-7(℃)，它与构成微通道板主体的体电导半导体玻璃很好熔合。
附图说明
图1是体电导微通道板的实体玻璃外圈。
图中：1、玻璃加固圈。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一、玻璃的化学组成
1、一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO和SiO2，所述PbO的摩尔百分比为38-55mol％，所述SiO2的摩尔百分比为45-62mol％。
2、一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2和B2O3，所述PbO的摩尔百分比为35-55mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为45-65mol％，其中，B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
3、一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，所述Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
4、一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，所述Sb2O3摩尔百分比为0-2mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
实施例1
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3。该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
所述PbO的摩尔百分比为35mol％、所述SiO2的摩尔百分比为46mol％、所述B2O3的摩尔百分比为12mol％、所述Bi2O3的摩尔百分比为6mol％、所述Sb2O3的摩尔百分比为1mol％。
实施例2
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3。该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
所述PbO的摩尔百分比为41mol％、所述SiO2的摩尔百分比为46mol％、所述B2O3的摩尔百分比为8mol％、所述Bi2O3的摩尔百分比为3mol％、所述Sb2O3的摩尔百分比为2mol％。
实施例3
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Sb2O3。该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
所述PbO的摩尔百分比为47mol％、所述SiO2的摩尔百分比为50mol％、所述B2O3的摩尔百分比为2mol％、所述Sb2O3的摩尔百分比为1mol％。
实施例1-3的玻璃性能结果如下表1：
表1实施例1-3玻璃性能结果
Figure BDA0002592928000000041
如表1所示微通道板具有上述实施例1-3玻璃的实体边部(如图1所示)时，机械强度提高，可以制造厚度较薄的产品，并改善产品表面质量。这表现于：普通的全部由钒磷酸盐玻璃制成的体电导微通道板，受限于强度较差，只能制造厚度大于0.5毫米的产品；而带有铅硅酸盐玻璃(上述实施例1-3)实体边部的体电导微通道板，可以制成厚度0.3-0.4毫米的产品。
实验组1：
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Sb2O3，所述PbO的摩尔百分比为60mol％，所述SiO2的摩尔百分比为30mol％，所述B2O3的摩尔百分比为8mol％，所述Sb2O3的摩尔百分比为2mol％。
实验组2：
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3，所述PbO的摩尔百分比为25mol％，所述SiO2的摩尔百分比为52mol％，Bi2O3的摩尔百分为5mol％，所述B2O3的摩尔百分比为16mol％，所述Sb2O3的摩尔百分比为2mol％。
实验组3：
一种具有高机械强度的玻璃，包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3，所述PbO的摩尔百分比为28mol％，所述SiO2的摩尔百分比为50mol％，所述Sb2O3的摩尔百分比为1mol％，Bi2O3的摩尔百分为1mol％，所述B2O3的摩尔百分比为20mol％
实验组1-3结果如下表2所示：
表2实验组玻璃性能结果
Figure BDA0002592928000000051
试验组玻璃1-3的化学组成，处于本专利要求的玻璃化学组成范围之外。
试验1玻璃和试验2玻璃用做体电导微通道板的实体边部材料时，在融合过程中炸裂。试验3玻璃析晶倾向较大，在熔化和拉丝过程中出现析晶颗粒。它们不适合用做体电导微通道板的实体边部材料。
二、利用具有高机械强度的玻璃制造体电导微通道板的方法
利用具有高机械强度的玻璃制造体电导微通道板的方法，包括如下步骤：
步骤一，按照实施例1-3例任一摩尔百分比配置玻璃配合料；
步骤二，对所述步骤一的玻璃配合料加热熔融得到玻璃液；所述步骤二中的加热温度为1350-1380℃，加热时间5-7h，所述步骤二中加热的容器装置为高铝坩埚；
步骤三，将所述步骤二的玻璃液浇注成截面为六边形的玻璃棒；所述步骤三浇筑的模具采用铝青铜模具；
步骤四，将所述步骤三中的玻璃棒拉成丝，然后排列在微通道板热压预制棒的周围，热压成型，制成具有实体边部的微通道板。
如图1所示，该实体边部形成玻璃加固圈1。
本发明所述的机械性能改善措施，是在产品边部熔合一圈机械强度高的玻璃即本产品，形成产品的实体玻璃加固圈。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种具有高机械强度的玻璃，其特征在于：包括以下组份：PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3。
2.根据权利要求1所述的具有高机械强度的玻璃，其特征在于：所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
3.如权利要求2所述的具有高机械强度的玻璃，其特征在于：还包括Sb2O3。
4.如权利要求3所述的具有高机械强度的玻璃，其特征在于：所述Sb2O3摩尔百分比为0-2mol％。
5.如权利要求1-4任一所述的具有高机械强度的玻璃，其特征在于：该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
6.一种高机械强度玻璃的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，配置玻璃配合料；
步骤二，对所述步骤一的玻璃配合料加热熔融得到性能均匀的玻璃液；
步骤三，将所述步骤二的玻璃液浇注成截面为六边形的玻璃棒；
步骤四，将所述步骤三中的玻璃棒拉成丝，然后排列在微通道板热压预制棒的周围，热压成型，制成具有实体边部的微通道板。
7.如权利要求6所述的具有高机械强度的玻璃的制造方法，其特征在于：所述步骤一中的玻璃配合料为PbO、SiO2、B2O3和Bi2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％。
8.如权利要求所述的具有高机械强度的玻璃的制造方法，其特征在于：所述步骤一中的玻璃配合料为PbO、SiO2、B2O3、Bi2O3和Sb2O3，所述(PbO+Bi2O3)的摩尔百分比为35-60mol％，所述(SiO2+B2O3)的摩尔百分比为40-65mol％，其中，Bi2O3的摩尔百分比不大于10mol％，所述B2O3的摩尔百分比不大于15mol％，所述Sb2O3摩尔百分比为0-2mol％。
9.如权利要求6-8任一所述的具有高机械强度的玻璃，其特征在于：该玻璃的热膨胀系数范围为80-90×10-7(℃)。
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