專利名稱：用于制造微通道板玻璃基體的玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造微通道板玻璃基體的玻璃。
背景技術(shù)：
參見圖1和圖2，微通道板包括玻璃基體1和包實(shí)體邊玻璃2，在玻璃基體1 的厚度方向設(shè)置有多個(gè)通道3。微通道板(簡(jiǎn)稱MCP)是由成千上萬(wàn)彼此平行緊密排列的空 心玻璃毛細(xì)管組成的二維電子倍增器件，板中的每一個(gè)微孔，也即是一個(gè)通道，就是一個(gè)微 型的電子倍增器件，單個(gè)的通道只能用來(lái)探測(cè)電子、中子等、X-射線、r-射線、帶能粒子等， 而二維排列的電子倍增陳列，MCP卻可以用來(lái)探測(cè)和放大光電圖像，板中的通道3越多(每 一個(gè)通道就是一個(gè)像素)，像素越多，圖像越清晰。目前微通道板通常用所謂“實(shí)芯法”工藝制造。該工藝要求用三種玻璃皮玻璃、 芯玻璃和包實(shí)體邊玻璃，皮玻璃和芯玻璃用于制造微通道板的玻璃基體，包實(shí)體邊玻璃作 為微通道板的實(shí)體邊材料。皮玻璃和芯玻璃在工藝上必須互相匹配，物化性能上彼此相容， 因此，這兩種玻璃通常成一組，配套研制，不可分割。“實(shí)芯法”工藝就是將皮玻璃制成玻璃管，將芯玻璃制成玻璃棒，再將棒管套在 一起，利用拉絲機(jī)將棒管組合體拉制成帶芯的單纖維，再將單纖維截成一定長(zhǎng)度，把數(shù)千乃 至上萬(wàn)根單纖維彼此平行緊密和規(guī)則的排列在截面為正六角形的模具中，然后用線扎緊成 正六角形的單纖維束，再次用拉絲機(jī)將其拉成截面為正六角形的“復(fù)式”纖維，再將一定長(zhǎng) 度的復(fù)式纖維彼此平行緊密排列在特殊的模具中，在帶有芯玻璃的復(fù)式纖維外圈，再排列 一定厚度、尺寸相同、由包實(shí)體邊玻璃制成的截面為正六角形的實(shí)體玻璃復(fù)式纖維，然后將 模具移入專門的熱壓爐中，在高溫、高壓和真空狀態(tài)下，將兩種復(fù)式纖維熔凝成一個(gè)正六角 柱狀坯體。坯體再經(jīng)切片、磨圓、滾邊、雙面研磨、拋光，制成微通道板坯板，然后用強(qiáng)酸等化 學(xué)試劑對(duì)坯板進(jìn)行物化處理，使復(fù)式纖維中的芯玻璃被徹底溶解出來(lái)，從而在薄薄的坯板 上形成上百萬(wàn)乃至上千萬(wàn)個(gè)微孔，再經(jīng)高溫?zé)龤涮幚恚刮⒖盏膬?nèi)壁形成有二次電子發(fā)射 能力的半導(dǎo)體層，在板的兩端面蒸鍍Ni—Cr電極，從而制成微通道板。由于芯玻璃在制板過(guò)程中，被酸處理后已被腐蝕掉，在成品微通道板中只有 組成通道壁的皮料玻璃和外圈起加固作用的包實(shí)體邊玻璃。由于MCP是微光像增強(qiáng)器和X-射線像增強(qiáng)器的核心器件，隨著這些儀器性能的不 斷提高，對(duì)MCP的性能要求也越來(lái)越高，其中最主要的一個(gè)指標(biāo)，即MCP的孔徑要求越來(lái)越 小，從上世紀(jì)七十年代裝有MCP的二代微光夜視儀問世至今，MCP的標(biāo)準(zhǔn)孔徑從12um已下 降到目前的5-6um以下，最低的正式產(chǎn)品已到4um。MCP中通道孔徑越小，單位面積中的通 道數(shù)目越多，且成2次方增加；另外，由于通道的長(zhǎng)度和直徑比率基本上是固定不變的，通 道板的厚度隨孔徑的減小而成比例減薄，因此，小孔徑MCP和大孔徑MCP相比，其制作難度 急劇增大。現(xiàn)有技術(shù)皮玻璃和芯玻璃，具有如下缺點(diǎn)
UMCP變形問題。在工藝過(guò)程中，皮玻璃和芯玻璃經(jīng)過(guò)拉單絲、復(fù)絲、熱熔壓、切割、研磨、拋光和高溫?zé)龤涞纫幌盗袩峒庸ず屠浼庸げ僮?，要求MCP不破碎，不變形是非常困難的，特別是孔徑 變小以后，板子越來(lái)越薄，只要任何一道冷加工或熱加工過(guò)程中，板內(nèi)玻璃中殘余應(yīng)應(yīng)力沒 有徹底清除，一旦應(yīng)力超過(guò)板的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，板就會(huì)發(fā)生破碎或變形，而使MCP報(bào)廢，尤其 是通過(guò)高溫?zé)龤湟院?，皮玻璃?jīng)還原析出金屬Pb和Bi，玻璃性能發(fā)生急劇變化，孔徑越小， 變化越大，MCP變形更加嚴(yán)重。2、MCP結(jié)構(gòu)均勻性和孔徑的精度問題。理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試表明，在一片MCP中，通道直徑之間的誤差必須在士 1%以內(nèi)， 而且要求復(fù)絲邊界和頂角處的通道不能嚴(yán)重變形，也不允許有在40倍顯微鏡下能看到孔 洞、堵塞孔、邊界破損、氣泡、交雜物等缺陷，否則通道板的圖像質(zhì)量無(wú)法滿足要求，即會(huì)形 成網(wǎng)格、暗點(diǎn)、發(fā)射點(diǎn)、條紋和亮暗不勻的成像缺陷，通道越小，通道數(shù)就越多。而現(xiàn)有技術(shù) 皮玻璃和芯玻璃產(chǎn)生上述缺陷的幾率非常大，解決很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，而提供一種使 MCP不會(huì)變形、結(jié)構(gòu)均勻性和孔徑精度好的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是用于制造微通道板玻璃基體的玻 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數(shù)包括 SiO247-50. 0 份
Al2O30. 5-2. 0 份
PbO28-30.0 份
Bi2O37.0-10.0 份
Σ (K20+Rb20+CS20)5-6. 5 份
Σ (BaO+CaO)6-9.0 份
Σ (As203+Sb203)0. 5-1. 0 份；
所述的芯玻璃按重量份數(shù)組成如下 SiO220-27.0 份
B2O312-18.0 份
Al2O31-2.0 份
Σ (BaO+CaO)30-40 份
La2O310-20 份
Σ (ZnO+MgO)2-3 份。優(yōu)化的，本發(fā)明所述的皮玻璃按重量份數(shù)包括 SiO2 48. 3 份
Al2O31. 5 份
PbO28. 0 份
Bi2O37. 2 份
K2O1. 5 份
Cs2O3. 5 份BaO8.0 份
CaO1.0 份
Σ (As203+Sb203 )1· 0 份。優(yōu)化的，本發(fā)明所述的皮玻璃還包括重量份數(shù)為0. 3份的Β203。優(yōu)化的，本發(fā)明所述的芯玻璃按重量份數(shù)包括 SiO2 25. 0 份
B2O317. 5 份
Al2O32. 0 份
BaO28. 5 份
CaO5.0 份
MgO 2. 0 份
La2O320.0 份
優(yōu)化的，本發(fā)明所述的皮玻璃的軟化點(diǎn)為580-590°C，其在20°C -300°C時(shí)的熱膨脹系 數(shù)為(68-75) X10_7,C。優(yōu)化的，本發(fā)明所述的芯玻璃的軟化點(diǎn)為680-750°C，其在20°C -300°C時(shí)的熱膨 脹系數(shù)為(80-95) X10_7,C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有使MCP不會(huì)變形、結(jié)構(gòu)均勻性和孔徑精度好的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為微通道板的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的B-B剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的皮玻璃按重量份數(shù)包括
SiO247-50. 0 份
Al2O30. 5-2. 0 份
PbO28-30.0 份
Bi2O37.0-10.0 份
Σ (K20+Rb20+CS20)5-6. 5 份
Σ (BaO+CaO)6-9.0 份
Σ (As203+Sb203)0. 5-1. 0 份；
皮玻璃的軟化點(diǎn)Tf為580-590 °C，其在20 °C -300 °C時(shí)的熱膨脹系數(shù)α為 (68-75) X IO-V0C ；
相匹配的，芯玻璃按量份數(shù)包括SiO220-27.0份B2O312-18.0份Al2O31-2. 0份Σ (BaO+CaO)30-40份La2O310-20份Σ (ZnO+MgO)2-3 份。芯玻璃的軟化點(diǎn)Tf為680_750 °C，其在20°C -300°C時(shí)的熱膨脹系數(shù)α為 (80-95) X1(T7,C。優(yōu)化的，皮玻璃按重量份數(shù)包括
SiO248. 3 份Al2O31.5份PbO28. 0 份Bi2O37.2份K2O1.5份Cs2O3.5份BaO8.0份CaO1.0份Σ (As203+Sb203 )1. 0 份。B2O3 0. 3 份 熱膨脹系數(shù) α 2(1-3Q(rc為 71. 5 X 10-7/oC ； 相匹配的，芯玻璃按重量份數(shù)包括
SiO225. 0 份
B2O317. 5 份
Al2O32. 0 份
BaO28. 5 份
CaO5.0 份
MgO 2. 0 份
La2O320. 0 份。熱膨脹系數(shù)α 2(1_3。優(yōu)為 83. 64Χ 10_7°C。在本發(fā)明中，Σ O表示括號(hào)內(nèi)用化學(xué)式表示的各化合物的合計(jì)含有份數(shù)，各化合 物并不是全部都要有。皮玻璃中的SiO2和Al2O3用來(lái)提高玻璃的軟化點(diǎn)和高溫粘度，增加Al2O3和SiO2 的含量，玻璃的軟化點(diǎn)，高溫粘度和化學(xué)穩(wěn)定性增加。Pbo和Bi2O3用來(lái)調(diào)節(jié)微通道板的體 電阻，PbO和Bi2O3增加，體電阻減小，反則體電阻增加，對(duì)小于孔徑5um的MCP來(lái)說(shuō)，PbO和 Bi2O3的含量應(yīng)較大的減小，Bi2O3的含量為7份以下為宜。BaO和CaO是網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)物，增加 BaO和CaO含量，玻璃的料性急劇減短，軟化點(diǎn)，膨脹系數(shù)減小。玻璃中增加Rb2O和Cs2O含 量來(lái)替代或完全取代Na2O和1(20含量可以提高M(jìn)CP的耐烘烤和沖刷溫度，增加玻璃的軟化 溫度和化學(xué)穩(wěn)定性。用上述成分的皮料玻璃，MCP的還原溫度從480°C _520°C范圍變化。本發(fā)明的皮玻璃，首先滿足了 MCP所要求的電性能，坯板經(jīng)還原后，具有合適的體 電阻，一般在50-250πιΩ之間。MCP具有較高的電子增益，較低的噪聲。本發(fā)明的皮玻璃具 有良好的工藝性能易于熔制、成型或者尺寸精準(zhǔn)的皮玻璃管。本發(fā)明的皮玻璃無(wú)結(jié)石、氣 泡，條紋均勻、透明，并且和芯玻璃匹配后，能很好拉成均勻的單纖維和復(fù)式纖維。在其后的 壓板、還原等高溫條件下不失透、不析晶。此外皮玻璃有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和較 高的硬度，特別是具有較高的粘度和抗變形能力，使MCP不變形。
芯玻璃增加Si02、Al203和La2O3含量，提高玻璃軟化溫度。芯玻璃具有和皮玻璃相 近的溫度、粘度、膨脹系數(shù)，比皮玻璃更高的軟化溫度，這樣在與皮玻璃拉絲時(shí)，能拉出尺寸 精確的單纖維和復(fù)式纖維，復(fù)絲邊界的纖維基本不變形，在熔壓后不發(fā)生析晶和失透，從而 保證通道形狀規(guī)則。芯玻璃制成的芯玻璃棒一般應(yīng)為圓形，具有極好的酸溶性，在酸處理時(shí) 能迅速被酸溶去，在通道內(nèi)部不殘留有損MCP電性能的殘?jiān)?。芯玻璃和皮玻璃有良好的?學(xué)相容性，在拉絲、壓板時(shí)減小了相互的滲透性。此外，芯玻璃有相當(dāng)好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度， 以使坯板在機(jī)械加工過(guò)程中不損壞、不變形。最后，要求芯玻璃和皮玻璃的原料容易獲得，成本不太高，易于熔制，成形。實(shí)用本發(fā)明制作孔徑為4um的MCP，可以滿足其電性能要求，在板厚度 0. 23 士 0. 02m/m 下不變形。
權(quán)利要求
用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，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數(shù)包括SiO247 50.0 份 Al2O30.5 2.0 份PbO28 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數(shù)包括SiO220 27.0 份B2O312 18.0 份Al2O3 1 2.0 份∑(BaO+CaO)30 40 份La2O3 10 20 份∑(ZnO+MgO) 2 3 份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，其特征在于所述的皮 玻璃按重量份數(shù)包括SiO248. 3 份Al2O31.5份PbO28. 0 份Bi2O37.2份K2O1.5份Cs2O3.5份BaO8.0份CaO1.0份Σ (As203+Sb203 )1. 0 份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，其特征在于所述的皮 玻璃還包括重量份數(shù)為0. 3份的B203。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，其特征在于所述的芯 玻璃按重量份數(shù)包括[25. 0 份 17. 5 份 2.0份 28. 5 份 5.0份 2.0份 20. 0 份。 2SiO2B2O3Al2O3BaOCaOMgO La2O3
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，其特征在于所述 的皮玻璃的軟化點(diǎn)為580-590°C，其在20°C -300°C時(shí)的熱膨脹系數(shù)為(68-75) X10_7°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于制造微通道板玻璃基體的玻璃，其特征在于所述 的芯玻璃的軟化點(diǎn)為680-750°C，其在20°C -300°C時(shí)的熱膨脹系數(shù)為(80-95) X10_7°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造微通道板玻璃基體的玻璃。本發(fā)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數(shù)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數(shù)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)。本發(fā)明具有使MCP不會(huì)變形、結(jié)構(gòu)均勻性和孔徑精度好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C3/068GK101913765SQ20101027710
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者繆坤治, 陳楠 申請(qǐng)人:杭州千盟光電科技有限公司