RU2361314C1

RU2361314C1 - Method to recover microchannel plate

Info

Publication number: RU2361314C1
Application number: RU2008101188/28A
Authority: RU
Inventors: Сослан Кубадиевич Кулов (RU); Сослан Кубадиевич Кулов; Евгений Николаевич Макаров (RU); Евгений Николаевич Макаров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Владикавказский Технологический центр "Баспик" (ООО ВТЦ "Баспик")
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-10

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to opto-electronic instrument making, particularly, to microchannel plate (MCP) production and can be used in electrooptical transducers. The proposed method of MCP recovery comprises processing of etched MCP blanks in several steps. Note here that the fist step comprises heat treatment in dry nitrogen medium at 440 to 445°C, for 1.0 to 1.5 h. the second stage comprises heat treatment in hydrogen medium at 400 to 420°C, for 6 to 8 h. The third step comprises chemical treatment in hydrogen nitrate solution at ambient temperature for 10 to 20 min with subsequent flushing in deionised water at aforesaid temperature for 20 to 30 min and dry-air drying at 80 to 120°C for 1.5 to 2.0 h. The fourth step comprises heat treatment in air at 450 to 460°C, for 1.5 to 2.0 h. The fifth step comprises chemical treatment in hydrogen atmosphere at 460 to 470°C for 0.5 to 1.0 h. The sixth, final step, comprises, chemical treatment in dry nitrogen atmosphere at 470 to 500°C for 1.5 to 2.0 h with subsequent cooling to 380°C, at the rate of less than 0.5°C, and further inertial cooling to ambient temperature.

EFFECT: purity of channel surface, improved appearance of MCP, reduced gas content and emission, MCP higher quality and reliability.

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии изготовления микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях. Известен способ водородного восстановления микроканальных пластин (МКП) на основе свинцово-силикатного свинца, включающий разогрев и термообработку пластин в среде водорода в два этапа с температурой обработки на первом этапе, не превышающей температуру стеклования материала МКП, и повышением температуры на втором этапе, и проводят дополнительную термообработку пластин в вакууме при 200-500°С в течение 10-120 мин с последующим охлаждением (см. патент SU №1829748, МПК⁸ H01J 43/08, опубл., 10.03.1996 г.).The invention relates to optical-electronic instrumentation, in particular to the technology of manufacturing microchannel plates (MCP), and can be used in electron-optical converters. A known method of hydrogen recovery of microchannel plates (MCP) based on lead-silicate lead, comprising heating and heat treating the plates in a hydrogen medium in two stages with a processing temperature in the first stage not exceeding the glass transition temperature of the MCP material and increasing the temperature in the second stage, and additional heat treatment of the plates in vacuum at 200-500 ° C for 10-120 minutes, followed by cooling (see patent SU No. 1829748, IPC ⁸ H01J 43/08, publ., 03/10/1996).

Недостатком данного способа является недостаточное обезгаживание пластин, что снижает качество и надежность МКП.The disadvantage of this method is the insufficient degassing of the plates, which reduces the quality and reliability of the MCP.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ восстановления микроканальных пластин, включающий обработку вытравленных заготовок МКП в несколько этапов, при этом на первом этапе ведут термообработку в среде сухого азота при 440-445°С в течение 1,0-1,5 ч, а на втором в среде водорода с последующим охлаждением со скоростью менее 0,6°С в минуту до 380°С и дальнейшим инерционном охлаждении до температуры окружающей среды (см. патент РФ №2189662, МПК⁸ H01J 43/08, опубл. 20.09.2002 г.).Closest to the proposed technical solution is a method of restoring microchannel plates, including processing the etched blanks of the MCP in several stages, with the first stage being heat treated in dry nitrogen at 440-445 ° C for 1.0-1.5 hours, and on the second in a hydrogen medium, followed by cooling at a rate of less than 0.6 ° C per minute to 380 ° C and further inertial cooling to ambient temperature (see RF patent No. 2189662, IPC ⁸ H01J 43/08, publ. 09/20/2002 g.).

Недостатками прототипа являются образование на поверхности МКП в результате обработки тонких слоев щелочных и щелочноземельных силикатов переменного состава и также силикатных частиц размером 0,5-2,0 мкм, которые ухудшают внешний вид, снижают электрическую прочность и порог сотовой структуры электронного изображения, увеличивают уровень шумов. Кроме того, термообработка в диапазоне температур прототипа не позволяет снизить остаточное газосодержание МКП до уровня требований ЭОП нового поколения с долговечностью 15000 ч.The disadvantages of the prototype are the formation on the surface of the MCP as a result of processing thin layers of alkaline and alkaline earth silicates of variable composition and also silicate particles with a size of 0.5-2.0 μm, which degrade the appearance, reduce the electric strength and threshold of the cellular structure of the electronic image, increase the noise level . In addition, heat treatment in the temperature range of the prototype does not allow to reduce the residual gas content of the MCP to the level of requirements of a new generation tube with a durability of 15,000 hours.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение чистоты поверхности каналов, внешнего вида МКП, снижение газосодержания и газовыделения, повышение качества и надежности МКП.The objective of the proposed technical solution is to improve the cleanliness of the surface of the channels, the appearance of the MCP, reducing gas content and gas evolution, improving the quality and reliability of the MCP.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе восстановления микроканальных пластин, включающем обработку вытравленных заготовок МКП в несколько этапов, при этом на первом этапе проводят термообработку в среде сухого азота при 400-445°С в течение 1,0-1,5 ч, а на втором этапе в среде водорода, и охлаждение со скоростью менее 0,5°С в мин до 380°С с дальнейшим инерционным охлаждением до температуры окружающей среды, согласно изобретению термообработку в среде водорода на втором этапе осуществляют при 400 -420°С в течение 6-8 ч, и дополнительно вводят четыре этапа, при этом на третьем этапе проводят химическую обработку в растворе азотной кислоты при комнатной температуре в течение 10-20 мин с последующей промывкой в деионизованной воде при той же температуре в течение 20-30 мин и суховоздушной сушкой при температуре 80-120°С в течение 1,5-2,0 ч, термообработку на четвертом этапе осуществляют в воздушной среде при 450-460°С, в течение 1,5-2,0 ч, на пятом в среде водорода при 460-470°С в течение 0,5-1 ч, и на шестом в среде сухого азота при 470-500°С в течение 1,5-2,0 ч.The solution to the technical problem is achieved by the fact that in the known method for the restoration of microchannel plates, which includes processing the etched blanks of the MCP in several stages, the first stage is heat treatment in dry nitrogen at 400-445 ° C for 1.0-1.5 hours and in the second stage in a hydrogen medium, and cooling at a rate of less than 0.5 ° C per minute to 380 ° C with further inertial cooling to ambient temperature, according to the invention, heat treatment in a hydrogen medium in the second stage is carried out at 400 -420 ° C for 6-8 hours, and additional Four stages are carefully introduced; in the third stage, chemical treatment is carried out in a solution of nitric acid at room temperature for 10-20 minutes, followed by washing in deionized water at the same temperature for 20-30 minutes and dry-air drying at a temperature of 80-120 ° C for 1.5-2.0 hours, heat treatment in the fourth stage is carried out in air at 450-460 ° C, for 1.5-2.0 hours, in the fifth in hydrogen medium at 460-470 ° C for 0.5-1 hours, and at the sixth in dry nitrogen at 470-500 ° C for 1.5-2.0 hours

Данный способ позволит улучшить чистоту поверхности каналов, внешний вид МКП, снизить остаточное газосодержание и газовыделение, повысить качество и надежность МКП.This method will improve the cleanliness of the surface of the channels, the appearance of the MCP, reduce the residual gas content and gas evolution, improve the quality and reliability of the MCP.

Ведение на первом этапе процесса термообработки в среде сухого азота при температуре 440-445°С связано с характеристиками стекла.Conducting at the first stage of the heat treatment process in dry nitrogen at a temperature of 440-445 ° C is associated with the characteristics of the glass.

На втором этапе при ведение термообработки в среде водорода ниже 400°С процесс недопустимо затягивается во времени и происходит не достаточное восстановление оксида свинца стенок каналов, а при температуре выше 420°С, образующаяся на поверхности щелочь, начинает испаряться в объем реактора, загрязняя поверхность пластин, активизируется реакция щелочи с поверхностным кремнезем, в результате чего на поверхности пластин образуется слой щелочного силиката, который далее взаимодействует с диффундирующими к поверхности многозарядными катионами-модификаторами стекла, например, катионами кальция, бария, магния, свинца, образуя более стойкие к термическим и химическим воздействиям многокомпонентные силикаты.At the second stage, heat treatment in a hydrogen medium below 400 ° C is unacceptably delayed in time and lead oxide of the channel walls is not sufficiently reduced, and at temperatures above 420 ° C, alkali formed on the surface begins to evaporate into the reactor volume, contaminating the surface of the plates , the reaction of alkali with surface silica is activated, as a result of which a layer of alkaline silicate forms on the surface of the plates, which then interacts with multiply charged cations diffusing to the surface s-glass modifiers such as calcium cations, barium, magnesium, lead, forming more resistant to thermal and chemical attack multicomponent silicates.

На третьем этапе химическая обработка в азотной кислоте позволяет удалить щелочной слой с поверхности пластин.In the third stage, chemical treatment in nitric acid allows you to remove the alkaline layer from the surface of the plates.

На четвертом этапе термообработка в воздушной среде при температуре менее 450°С не позволяет проработать стенки каналов с созданием проводящего слоя по всей толщине стенки между каналами, а выше 460°С - возможна деформация пластины.At the fourth stage, heat treatment in air at a temperature of less than 450 ° C does not allow working through the walls of the channels with the creation of a conductive layer throughout the wall thickness between the channels, and above 460 ° C, plate deformation is possible.

На пятом этапе термообработка в среде водорода при температуре ниже 460°С малоэффективна, а при температуре более 470°С приводит к деформации микроканальных пластин.At the fifth stage, heat treatment in a hydrogen medium at a temperature below 460 ° C is ineffective, and at a temperature of more than 470 ° C it leads to deformation of microchannel plates.

На шестом этапе при термообработке в сухом азоте при температуре менее 470°С не достигается эффективная глубина обезгаживания, а при температуре более 500°С - происходит деформация МКП.At the sixth stage, during heat treatment in dry nitrogen at a temperature of less than 470 ° C, an effective degassing depth is not achieved, and at a temperature of more than 500 ° C, the MCP deforms.

Временной интервал на всех этапах при уменьшении параметров малоэффективен, а при увеличении снижает производительность.The time interval at all stages with a decrease in parameters is ineffective, and with an increase it reduces productivity.

Охлаждение со скоростью менее 5°С в минуту до 380°С связано с термостабилизацией пластин.Cooling at a rate of less than 5 ° C per minute to 380 ° C is associated with thermal stabilization of the plates.

Сущность способа восстановления МКП иллюстрируется примером.The essence of the recovery method of the MCP is illustrated by an example.

Процесс восстановления МКП осуществляли в шесть этапов. На первом этапе термообработку в азоте осуществляли при 420°С в течение 1,2 ч, что способствовало удалению адсорбированной воды на стенках каналов МКП и стенках реактора. На втором этапе термообработку осуществляли в среде водорода при температуре 410°С в течение 7 часов. За это время происходило достаточно полное восстановление оксида свинца стенок каналов. На третьем этапе щелочной слой на поверхности удаляли химической обработкой в растворе азотной кислоты при комнатной температуре в течение 15 мин с последующей промывкой в деионизованной воде при этой же температуре в течение 25 мин и суховоздушной сушкой при температуре 100°С в течение 1,7 ч.The MCP recovery process was carried out in six stages. At the first stage, heat treatment in nitrogen was carried out at 420 ° C for 1.2 h, which contributed to the removal of adsorbed water on the walls of the MCP channels and the walls of the reactor. At the second stage, heat treatment was carried out in a hydrogen medium at a temperature of 410 ° C for 7 hours. During this time, there was a fairly complete reduction of lead oxide of the channel walls. At the third stage, the alkaline layer on the surface was removed by chemical treatment in a solution of nitric acid at room temperature for 15 min, followed by washing in deionized water at the same temperature for 25 min and dry-air drying at 100 ° C for 1.7 h.

На четвертом этапе термообработки МКП в воздушной среде при 455°С происходило восполнение убыли кислорода в результате термоводородного восстановления на втором этапе процесса. При этом реставрировался кремнекислородный каркас Si-O-S, а щелочные катионы в толще стенок каналов, освобожденные в ходе второго этапа термоводородной обработки, фиксировались связями O-Ме и, тем самым, подавляли их диффузию при дальнейших термообработках.At the fourth stage of heat treatment of the MCP in air at 455 ° C, oxygen loss was replenished as a result of thermal hydrogen reduction in the second stage of the process. In this case, the Si-O-S silicon-oxygen framework was restored, and the alkaline cations in the thickness of the channel walls, released during the second stage of the thermal hydrogen treatment, were fixed by O-Me bonds and, thereby, suppressed their diffusion during further heat treatments.

На пятом этапе восстановление МКП в водороде проводили при температуре 465°С, что позволило проработать стенки каналов полностью с созданием проводящего слоя по всей толщине стенки между каналами. Это также способствовало лучшему удалению продуктов реакции восстановления свинца (воды), спеканию верхнего кремнеземного слоя поверхности каналов, что улучшило химическую стойкость пластин и вторично-эмиссионную эффективность.At the fifth stage, the reduction of the MCP in hydrogen was carried out at a temperature of 465 ° C, which allowed us to completely study the channel walls with the creation of a conductive layer over the entire wall thickness between the channels. It also contributed to a better removal of the products of the lead (water) reduction reaction, sintering of the upper silica layer of the channel surface, which improved the chemical resistance of the plates and secondary emission efficiency.

На заключительном шестом этапе термообработку МКП осуществляли в сухом азоте при температуре 485°С в течение 1,7 ч, с последующим охлаждением со скоростью 0,4°С в минуту до 380°С с дальнейшим инерционным охлаждением до температуры окружающей среды, что еще больше снизило газосодержание, способствовало разложению и удалению гидридов металлов-модификаторов стекла, образование которых возможно на поверхности пластин, стабилизировало структуру стекла, улучшило гладкость и чистоту поверхности каналов, улучшило химическую стойкость поверхности, ввиду большей полноты прохождения реакции кремнезема с азотом. При этом никаких силикатных слоев или силикатных частиц не образовывалось.At the final sixth stage, the MCP heat treatment was carried out in dry nitrogen at a temperature of 485 ° C for 1.7 h, followed by cooling at a speed of 0.4 ° C per minute to 380 ° C with further inertial cooling to ambient temperature, which is even more reduced gas content, contributed to the decomposition and removal of hydrides of glass modifier metals, the formation of which is possible on the surface of the plates, stabilized the glass structure, improved the smoothness and cleanliness of the surface of the channels, improved the chemical resistance of the surface , Due to more complete passage silica reaction with nitrogen. In this case, no silicate layers or silicate particles were formed.

Использование предлагаемого способа восстановления МКП по сравнению с прототипом позволит улучшить чистоту поверхности каналов, внешний вид МКП, снизить остаточное газосодержание и газовыделение, повысить качество и надежность МКП.Using the proposed method for the restoration of MCP in comparison with the prototype will improve the cleanliness of the surface of the channels, the appearance of the MCP, reduce the residual gas content and gas emission, improve the quality and reliability of the MCP.

Claims

A method for recovering microchannel plates, including processing etched MCP blanks in several stages, the heat treatment being carried out in the first stage in dry nitrogen at 400 - 445 ° C for 1.0-1.5 hours, and in the second in hydrogen, and cooling at a rate of less than 0.5 ° C / min to 380 ° C with further inertial cooling to ambient temperature, characterized in that the heat treatment in a hydrogen medium in the second stage is carried out at 400 - 420 ° C for 6-8 hours and additionally four stages are introduced, while in the third stage, chemical treatment in a solution of nitric acid at room temperature for 10 to 20 minutes, followed by washing in deionized water at the same temperature for 20-30 minutes and dry-air drying at a temperature of 80 - 120 ° C for 1.5 - 2, 0 h, at the fourth stage, heat treatment is carried out in air at 450 - 460 ° C for 1.5 - 2.0 h, at the fifth in hydrogen at 460 - 470 ° C for 0.5 - 1.0 h and on the sixth in dry nitrogen at 470 - 500 ° C for 1.5 - 2.0 hours