[发明专利]微通道板用硼硅酸盐基体玻璃材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微通道板用硼硅酸盐基体玻璃材料及其制备方法，所述微通道板用硼硅酸盐基体玻璃材料包括芯玻璃和皮玻璃，所述皮玻璃的组分包括SiO₂、B₂O₃6、Al₂O₃、Na₂O、K₂O和CaO；所述芯玻璃的组分包括SiO₂、B₂O₃、BaCO₃、La₂O₃、Al₂O₃和ZnO。本发明配方合理，替换掉铅等危化品，减少对环境的污染，芯料玻璃可以高速酸溶不留残渣，皮料玻璃耐腐蚀性能、机械性能好，具有使MCP不会变形、结构均匀性和孔径精度好的优点，并且本发明原料容易获得，成本不高，易于熔制，成形，生产制备效率高。

技术领域

本发明涉及玻璃材料技术领域，特别涉及一种微通道板用硼硅酸盐基体玻璃材料及其制备方法。

背景技术

在光电倍增技术领域，单个通道的电子倍增器件只能用来探测电子、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微通道板(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对二维空间分布的电子进行倍增的元件，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，可以用来探测和放大光电图像，板中的通道越多(每一个通道就是一个像素)，像素越多，图像越清晰。由于微通道板(MCP)其具有较高的增益、低噪声、高分辨率、宽频带、低功耗、长寿命及自饱和效应特点，而被广泛应用于微光像管、光电倍增管、摄像馆以及离子探测器。

传统MCP的制备过程，是采用含有铅、铋元素的硅酸盐皮料玻璃管和可酸溶芯料玻璃棒制作，经两次拉丝、排屏、热熔压、切片、粗磨、抛光、腐蚀、氢还原、镀膜等工艺处理后制备而成，经检验测试后形成合格品。传统MCP的制作过程中，要求皮料玻璃具有良好的热稳定性和化学稳定性，并且其经过烧氢处理后，可在通道内壁表层形成具有导电能力和二次电子发射能力的功能层，同时，在软化温度、粘度等方面还需要考虑与芯料玻璃的匹配，因此受限制因素比较多。通过调节玻璃组分配比和优化制备工艺，提高传统MCP的增益、寿命等性能有诸多限制，难度非常大，效果也不是特别理想。

为了获得高增益、低暗计数、长寿命等高性能参数的MCP，研究人员开始把眼光转向新型制备技术——原子层沉积制备技术。采用原子能层积技术，在硼硅酸盐玻璃基板孔内制备导电层和二次电子发射层等功能层，从而获得具有导电和电子倍增能力的微通道板。这种新型原子层沉积微通道板(ALD--MCP)有效避免了基板玻璃材料对其性能优化的制约，实现了基板材料和功能材料的独立设计，能够显著提高微通道板的综合性能，省略了微通道板需要高温还原烧氢处理的步骤，不但简化制备，而且提升了性能。

目前文献报道的微通道板酸溶玻璃体系也是硅硼酸盐玻璃，这种酸溶玻璃的体系比较单一，但是玻璃中的硅成分经酸洗后易附着在通道板表面，不易清除。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，由一代的12μm发展到目前的6～8μm，而且已有2、4μm微通道板的报道。由于通道的细化导致酸蚀芯玻璃时残渣排出的速度下降，增加了芯玻璃的酸溶时间。同时，随微通道直径的减小，微通道板厚度也在不断减薄，从8μm孔径的0.30mm～0.40mm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皮玻璃和包边骨架玻璃的力学强度，可见芯玻璃的性能对微通道板的实际应用起着至关重要的作用。