CN114988692A - 改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，在微通道板有效区皮料和芯料确定的情况下，选择两种合适的玻璃材料分别作为微通道板实体区A和实体区B材料，排制在有效区***，采用熔压技术将有效区、实体区A和实体区B热熔压成一个毛坯屏段，再将实体区B从坯体屏段切除并形成仅由有效区和实体区A组成的薄片，经过腐蚀、烧氢、镀膜等操作，最终制成带实体边的微通道板。本发明提出的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其制作出的微通道板不仅能够保证小孔径微通道板优异的顶角结构性能，同时满足420℃～500℃高温真空处理不变形的制管需求。
Description
技术领域
本发明涉及微通道板技术领域，具体而言涉及一种改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，适用于高性能三代微光像增强器配套使用的小孔径结构的微通道板制备。
背景技术
微通道板(MCP)是一种数百万根微孔电子倍增器件集合在一起的平行列阵，为薄片结构的二维真空电子倍增器，对电子、离子和加速的中性粒子、紫外光子和X射线是敏感的，被广泛应用在像增强器、显示器、空间科学和分析仪器领域。常规的微通道板的制备工艺中，依赖于玻璃多纤维拉制技术(GMD)，在制备得到铅硅酸盐皮料玻璃管以及与之配套的芯料棒一起高温拉制成单纤维丝，在经过排棒、拉复丝、排屏、熔压、切片、滚圆、精磨、倒边、抛光、化学腐蚀等一系列工艺，制造出多通道的列阵式薄片。
通常，孔间距、开口面积比、长径比、耐高温真空烘烤和抗机械强度等MCP性能参数极大程度上影响了微光像增强器主要性能。对于高性能三代微光像增强器配套使用的MCP不仅要求孔径尽可能小、大的开口面积比，合适的长径比，耐高温真空烘烤。同时由于三代微光像增强器使用的MCP在装管前需在MCP的输入面蒸镀一层防离子反馈薄膜，它的存在一方面阻挡了来自于MCP末端的离子反馈而造成的离子反馈噪声，另一方面，也使得来自光阴极的部分低能光电子被阻挡掉，进而导致信噪比的降低。由于该特殊需求，三代微光像增强器对其配套使用的MCP结构性能提出了更高的要求。
为确保三代微光像增强器制管过程的除气效果和成品率，要求在MCP成像区域以外增加无孔的实体边，其主要作用是提高MCP机械强度和便于排气，进而改善微光像增强器的工作寿命和提高成品率。就结构性能优异的小孔径(4μm～6μm)、大开口面积比(≥65％)和较薄的MCP(板厚0.26mm～0.30mm)而言，为确保其在熔压、冷加工过程中屏段不炸裂，在高温氢还原和装管前高温真空处理工艺中不变形，对其MCP的实体边材料和整个制板工艺是个严格的考验。
发明内容
本发明目的在于提供一种改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，在微通道板有效区皮料和芯料确定的情况下，选择两种合适的玻璃材料分别作为微通道板实体区A和实体区B材料，排制在有效区***，采用熔压技术将有效区、实体区A和实体区B热熔压成一个毛坯屏段，再将实体区B从坯体屏段切除并形成仅由有效区和实体区A组成的薄片，经过腐蚀、烧氢、镀膜等操作，最终制成带实体边的微通道板。本发明提出的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其制作出的微通道板不仅能够保证小孔径微通道板优异的顶角结构性能，同时满足420℃～500℃高温真空处理不变形的制管需求。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，在选定所制备的微通道板的有效区所用皮料玻璃P1和芯料玻璃X1的基础上，将位于微通道板的有效区***的实体区分为第一实体区和第二实体区，其中第一实体区位于有效区的***，第二实体区位于第一实体区的***，并基于有效区、划分的第一实体区和第二实体区的基础上，完成制板工艺，具体包括：
步骤1、将选定的有效区所用的皮料玻璃P1和芯料玻璃X1经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的有效区复丝；
步骤2、根据选定的第一实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区复丝；其中，第一实体区的芯料玻璃X2与有效区的芯料玻璃X1不同，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤3、根据选定的第二实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区；其中，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤4、将有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在排屏模具中，截面外形呈正六边形；
步骤5、将排制好的复丝送入热压模具内进行热熔压，再经切片后，获得薄片状的微通道板坯体屏段；
步骤6、通过滚圆冷加工处理将第二实体区从坯体屏段切除，仅保留有效区以及包围在其圈的环形的第一实体区；
步骤7、对切除第二实体区后的坯体屏段进行腐蚀，去除芯料玻璃X1形成微米级的多孔通道结构，从而制备出微通道板本底，为多孔薄片结构；
步骤8、对多孔薄片结构进行氢还原处理，使多孔通道的内壁形成具有二次电子发射能力的功能层；
步骤9、在氢还原处理后的多孔薄片结构表面镀制金属电极，制备获得微通道板。
在优选的实施例中，所述第一实体区的芯料玻璃X2，其线性膨胀系数较芯料玻璃X1低(5～10)10-7/℃；并且，第一实体区的芯料玻璃X2，其软化温度较芯料玻璃X1低50℃～70℃。
在优选的实施例中，所述有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，均由对应的单丝经过排棒处理制备，单丝的孔径为4μm～6μm。
在优选的实施例中，所述有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝的截面均为正六边形。
在优选的实施例中，所述步骤4中，有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在卧式排屏模具内。所述卧式排屏模具与水平的倾斜角度为10°～20°，获得截面外形呈正六边形的屏段。
在优选的实施例中，排制在排屏模具内的有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，经熔压成型，熔为一体成为微通道板坯体屏段，所述熔压的最高温度比有效区的芯料玻璃X1的软化温度低40℃～50℃。
由此，在本发明的实施例中提出的微通道板制作方法，减少了实体区A在毛坯屏段的排布，有效避免熔压过程中因实体区与有效区材料不同带来的热学性能差异，提高屏段熔压时受力均匀性，所制备的微通道板复丝顶角结构不存在“大三角”结构问题，其中“大三角”结构问题是指复丝顶角存在多处超过3根单丝错位的结构问题，满足三代微光像增强器使用MCP的小孔径(4μm～6μm)、大开口面积比(≥65％)和超薄结构(MCP板厚0.26mm～0.30mm)的性能要求，机械强度高且便于排气，改善微光像增强器的工作寿命和提高成品率。
与现有技术相比，本发明改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法的显著优点在于：
1)采用实体区A(即第一实体区)排制在有效区与实体区B(即二实体区)的中间，实体区B(即第二实体区)排制在实体区A(即第一实体区)***的排制方法来微通道板毛坯屏段，由于实体区B其线性膨胀系数和软化温度较有效区芯料X1玻璃材料分别低(5～10)×10-7/℃，50℃～70℃，在熔压加压过程中，实体区B粘度较小能够有效起到缓压的作用，从而提高微通道板毛坯屏段受力均匀性，改善微通道板结构性能，降低微通道板结构相关工艺调整难度；
2)有效区、实体区A和实体区B按照一定顺序排制在与水平倾斜角度为10°～20°卧式排屏模具内，较传统的竖式排屏方式相比，在排制过程能够较好的利用复丝自身的重量，使复丝堆积更加紧密有序，提高屏段对边尺寸一致性，改善微通道板顶角结构；同时在排制过程中也有利于清理复丝间的碎屑，提高微通道板复丝与复丝间的洁净度；
3)由有效区和实体区A组成的孔径为厚度为4μm～6μm、板厚为0.26mm～0.30mm微通道板，由于实体区A芯料X2线性膨胀系数、软化温度与有效区芯料X1玻璃材料基本相当，在450℃高温氢还原处理能够保证不变形，同时带实体边的微通道板有效提高了机械强度。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明微通道板的坯体屏段的排制结构示意图。
图2是本发明切除最***的第二实体区后的结构示意图。
图3a、3b是传统微通道板与本发明制备的微通道板的顶角结构的显微对比图，其中图3a为传统制板MCP顶角结构示意，存在“大三角”缺陷，图3b为根据本发明方法制板MCP顶角结构示意，不存在大三角缺陷，结构优异。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
根据本发明的实施例提出的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，旨在根据高性能MCP的指标要求，提供一种小孔径结构性能优异的Φ25微通道板的制作方法，孔径为5±0.05μm、开口面积比≥65％、板厚为0.28mm±0.02mm，MCP顶角复丝结构整板不允许有5处超过3根单丝错位。
结合图1、2所示，本发明的实施例的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，在选定所制备的微通道板的有效区10所用皮料玻璃P1和芯料玻璃X1的基础上，将位于微通道板的有效区***的实体区分为第一实体区21和第二实体区22，其中第一实体区21位于有效区10的***，第二实体区22位于第一实体区21的***，并基于有效区10、划分的第一实体区21和第二实体区22的基础上，完成制板工艺。
作为可选的方法实施过程，其具体包括：
步骤1、将选定的有效区所用的皮料玻璃P1和芯料玻璃X1经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的有效区复丝；
步骤2、根据选定的第一实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区复丝；其中，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤3、根据选定的第二实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区；其中，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤4、将有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在排屏模具中，截面外形呈正六边形；
步骤5、将排制好的复丝送入热压模具内进行热熔压，再经切片后，获得薄片状的微通道板坯体屏段；
步骤6、通过滚圆冷加工处理将第二实体区从坯体屏段切除，仅保留有效区以及包围在其圈的环形的第一实体区；
步骤7、对切除第二实体区后的坯体屏段进行腐蚀，去除芯料玻璃X1形成微米级的多孔通道结构，从而制备出微通道板本底，为多孔薄片结构；
步骤8、对多孔薄片结构进行氢还原处理，使多孔通道的内壁形成具有二次电子发射能力的功能层；
步骤9、在氢还原处理后的多孔薄片结构表面镀制金属电极，制备获得微通道板。
在优选的实施例中，第一实体区的芯料玻璃X2，其线性膨胀系数较芯料玻璃X1低(5～10)10-7/℃，并且其软化温度较芯料玻璃X1低50℃～70℃。
其中，所述有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，均由对应的单丝经过排棒处理制备，单丝的孔径为4μm～6μm。
有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝的截面均为正六边形。
在步骤4中，有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在卧式排屏模具内。所述卧式排屏模具与水平的倾斜角度为10°～20°，获得截面外形呈正六边形的屏段。
优选的实施例中，排制在排屏模具内的有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，经熔压成型，熔为一体成为微通道板坯体屏段，所述熔压的最高温度比有效区的芯料玻璃X1的软化温度低40℃～50℃。
优选的实施例中，本发明的方法适用于制备微通道板的厚度范围在0.26mm～0.30mm。
作为可选的实施例，所选用的皮料玻璃P1、芯料玻璃X1以及芯料玻璃X2的成分与配比如下表所示。
作为可选的实施例，芯料玻璃X1的线性膨胀系数为(100±5)×10-7℃，软化温度为(659±10)℃。
下面结合具体的示例，描述本发明的实施过程。
(1)在选定微通道板有效区所用的皮料玻璃P1和芯料玻璃X1玻璃理化性能和整个制板工艺的条件下，为减缓熔压过程中因有效区与实体区材料物理性能差异造成微通道板复丝顶角错位的现象，将实体区分为实体区A和实体区B。实体区A包在有效区的***，呈环状；实体区B包在实体区A的***，整个实体区包在有效区的***，截面为正六边形；
按照制板工艺匹配性原则，熔压过程无炸裂，高温氢还原处理不变形等要求，进行实体区A和实体区B玻璃材料选择。
实体区A皮料选择P1，芯料X2选择耐酸、碱腐蚀玻璃材料，其线性膨胀系数较X1玻璃材料低(5～10)×10-7/℃，软化温度较X1玻璃材料低50℃～70℃。其中实体区B皮料、芯料与有效区材料一致。在本实施例中，芯料X2线性膨胀系数为(90±5)×10-7/℃，软化温度为600±5℃。
(2)将皮料P1和芯料X1经管棒匹配拉制单丝、排复丝棒、拉制有效区和实体区B复丝；将所述皮料P1和芯料X2经管棒匹配拉制单丝、排复丝棒、拉制实体区A复丝。
(3)将有效区复丝、实体区A复丝、实体区B复丝按照一定顺序排制在排屏模具中，使用转屏工装将排制好的屏段送入热压模具内进行熔压制备微通道板坯体屏段，经切片、滚圆冷加工处理将实体区B从坯体屏段切除，使用双面抛光机制备薄片。对薄片进行化学腐蚀，将X1芯料去除，形成多孔薄片。
多孔薄片进行氢还原处理，使多孔通道内壁形成具有二次电子发射的功能层，氢还原处理后的多孔薄片表面镀制镍铬合金电极，最终可制备成小孔径结构性能优异的微通道板。
优选地，微通道板坯体屏段有效区尺寸设计值为19.50mm±0.05mm，坯体屏段对边尺寸设计值为31.20±0.03mm。
实体区A为6排复丝排制在有效区与实体区B的中间，实体区B为5排复丝排制在实体区A***。
其中，有效区、实体区A和实体区B的复丝均为为正六边形复丝，对边尺寸为0.59mm±0.15μm。复丝由对应的多个单丝组成。单丝尺寸为0.35mm±0.15μm。
在制备过程中，有效区、实体区A和实体区B按照一定顺序排制在卧式排屏模具内，所述卧式转屏模具与水平的倾斜角度为15°，放置在热压模具内的屏段实际对边尺寸为31.5mm±0.1mm。
优选地，排制在卧式排屏模具内的有效区、实体区A和实体区B复丝，经熔压成型，熔为一体成为微通道板坯体屏段，熔压的最高温度比有效区芯料X1的软化温度低45℃，熔压后的屏段对边尺寸为31.35mm±0.02mm，收缩比为5.0％左右。
优选地，微通道板坯体屏段通过切片、滚圆冷加工处理将实体区B从坯体屏段切除，并形成仅由有效区和实体区A组成的外径为25mm±0.02mm微通道板薄片，其厚度为0.28mm±0.02mm。
优选地，所述仅由有效区和实体区A组成的Φ25微通道板氢还原温度为450℃，结合图3a、3b所示的显微结构对比，本发明制备的微通道板的复丝顶角结构不存在“大三角”结构问题，改善微通道板顶角结构，使得制板过程中的熔压、冷加工过程中屏段不炸裂，在高温氢还原和装管前高温真空处理工艺中不变形，保证制板过程的高质量进行和保证成品率，满足三代微光像增强器使用MCP的小孔径(4μm～6μm)、大开口面积比(≥65％)和超薄结构(MCP板厚0.26mm～0.30mm)的性能要求，同时其机械强度高且便于排气，改善微光像增强器的工作寿命和提高成品率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，在选定所制备的微通道板的有效区所用皮料玻璃P1和芯料玻璃X1的基础上，将位于微通道板的有效区***的实体区分为第一实体区和第二实体区，其中第一实体区位于有效区的***，第二实体区位于第一实体区的***，并基于有效区、划分的第一实体区和第二实体区的基础上，完成制板工艺，具体包括：
步骤1、将选定的有效区所用的皮料玻璃P1和芯料玻璃X1经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的有效区复丝；
步骤2、根据选定的第一实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区复丝；其中，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤3、根据选定的第二实体区的皮料玻璃P1、芯料玻璃X2，经管棒匹配后，经单丝拉制、排复丝棒、复丝拉制工艺，制备出微通道板的第一实体区；其中，所述芯料玻璃X2的线性膨胀系数和软化温度均低于芯料玻璃X1；
步骤4、将有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在排屏模具中，截面外形呈正六边形；
步骤5、将排制好的复丝送入热压模具内进行热熔压，再经切片后，获得薄片状的微通道板坯体屏段；
步骤6、通过滚圆冷加工处理将第二实体区从坯体屏段切除，仅保留有效区以及包围在其圈的环形的第一实体区；
步骤7、对切除第二实体区后的坯体屏段进行腐蚀，去除芯料玻璃X1形成微米级的多孔通道结构，从而制备出微通道板本底，为多孔薄片结构；
步骤8、对多孔薄片结构进行氢还原处理，使多孔通道的内壁形成具有二次电子发射能力的功能层；
步骤9、在氢还原处理后的多孔薄片结构表面镀制金属电极，制备获得微通道板。
2.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述第一实体区的芯料玻璃X2，其线性膨胀系数较芯料玻璃X1低(5～10)10-7/℃。
3.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述第一实体区的芯料玻璃X2，其软化温度较芯料玻璃X1低50℃～70℃。
4.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，均由对应的单丝经过排棒处理制备，单丝的孔径为4μm～6μm。
5.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝的截面均为正六边形。
6.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述步骤4中，有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝按照一定顺序排制在卧式排屏模具内。所述卧式排屏模具与水平的倾斜角度为10°～20°，获得截面外形呈正六边形的屏段。
7.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，排制在排屏模具内的有效区复丝、第一实体区复丝以及第二实体区复丝，经熔压成型，熔为一体成为微通道板坯体屏段，所述熔压的最高温度比有效区的芯料玻璃X1的软化温度低40℃～50℃。
8.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所制备的微通道板的厚度为0.26mm～0.30mm。
9.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述芯料玻璃X1的线性膨胀系数为(100±5)×10-7℃。
10.根据权利要求1所述的改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法，其特征在于，所述芯料玻璃X1的软化温度为(659±10)℃。
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