一种硅钡硼酸盐玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型光学玻璃，尤其涉及一种硅钡硼酸盐玻璃及其制备方法，克服现有芯料玻璃热膨胀系数较大以及芯皮料间的骨架强度、高温粘度系数不匹配的问题。从芯皮玻璃热膨胀系数、高温粘度系数匹配着手调整确定玻璃组成，包括10.0～30.0wt％SiO2、25.0～55.0wt％B2O3、3.0～10.0wt％BaO、4.0～12.0wt％La2O3、5.0～12.0wt％Li2O+Na2O+K2O、3.0～10.0wt％ZnO、6.0～10.0wt％Al2O3和/或Al(OH)3、0～4.0wt％CaO+MgO及0～5.0wt％ZrO2；本发明专利技术芯料玻璃具有较强的网络骨架、较高的软化温度以及与无铅皮料玻璃匹配的膨胀系数和高温粘度系数，与皮料玻璃配合可以增强皮料支架强度。与皮料玻璃配合可以增强皮料支架强度。

【技术实现步骤摘要】
一种硅钡硼酸盐玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种新型光学玻璃，特别是涉及一种用于微通道板的硅钡硼酸盐光学玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]微通道板(Microchannel plate，MCP)是对二维空间分布的电子进行倍增的电子器件。因其独特的增益、噪声、空间分辨、时间分辨特性，成为光子、电子、离子探测和图像增强/微弱光信号放大中的核心器件，在时间分辨条纹/分幅相机、空间紫外天文探测、图像增强器、质谱检测、生物医疗等领域具有重要应用。
[0003]目前，“实芯法”是用来实现MCP玻璃基板周期性微通阵列的主要方法。在该方法中，可溶于酸的芯料玻璃充当通道阵列中的芯棒，不溶于酸的皮料玻璃作为芯棒外围玻璃管，两者合体高温拉制成单丝，若干单丝并束成复丝，若干复丝再组束外套包边玻璃，经高温熔合后切成片，再经酸蚀去除芯玻璃而形成MCP微孔阵列结构。上述工艺过程决定了芯料玻璃和皮料玻璃的热学性能、力学性能、化学相容性等必须匹配，同时芯皮玻璃对同一酸溶液表现出完全不同的酸蚀能力：其中芯料耐酸液腐蚀能力差，而皮料的抗酸液腐蚀能力强。
[0004]为了提高MCP器件的成像清晰度与分辨率，MCP基板微孔直径尺寸主要由6～8μm减小至4～2μm。伴随着基板微孔直径的减小，MCP基板厚度也需相应减薄。带来的直接影响就是酸液腐蚀去除芯料的同时，皮料和包边玻璃不可避免地受到酸液侵蚀，从而降低其力学强度，致使微孔基板易发生变形。专利CN102515515A和专利CN105293903A着眼于提高芯料酸溶性能，专利技术了高酸溶速率芯料玻璃，通过缩短芯料玻璃的酸蚀时间来减少酸液对皮料和包边玻璃的侵蚀，以削弱对皮料支架强度的影响。专利CN102515515A专利技术的芯料玻璃的软化温度T
f
≥610℃，20～300℃的热膨胀系数为95～115
×
10
‑7/℃。专利CN105293903A专利技术的芯料玻璃的软化温度T
f
≥580℃，20～300℃的热膨胀系数为80～110
×
10
‑7/℃。专利CN101913765A立足于提升皮料自身性能，专利技术了低膨胀系数芯皮玻璃，以期解决MCP微孔基板发生变形的问题。该专利中的芯料玻璃软化温度T
f
≥680℃，20～300℃的热膨胀系数为80～95
×
10
‑7/℃。上述三个专利之所以具有较高的膨胀系数，是由于与各自芯料性能相匹配的皮料玻璃中高含铅所致(高含铅玻璃的膨胀系数大)。
[0005]对MCP微孔阵列而言，芯玻璃被酸溶液去除后留下了通道阵列中的空气孔，而皮料玻璃则构成了微通道阵列的支架。支架玻璃力学强度大化学稳定性好，酸液腐蚀去除芯料的同时，皮料和包边玻璃受酸溶液的侵蚀越小。不难想象：若芯料玻璃自身的网络结构较为松散，其骨架强度势必较弱，相应的热膨胀系数较大，那么在高温熔压过程中不可避免出现微应力。另一方面，芯皮料间的骨架强度、高温粘度系数不匹配的话，也易在复丝拉制、高温熔压过程中产生热畸变或微应力。而这些微应力在后续酸液腐蚀芯料玻璃过程中会被瞬间放大，加速MCP基板支架的变形。因此，调整芯料玻璃组分，使之具有较强的网络骨架、好的力学性能以及与皮料玻璃相匹配的粘度系数是增强皮料玻璃支架强度，防止微孔基板发生形变的另一有效途径。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种用于微通道板的硅钡硼酸盐光学玻璃及其制备方法。克服现有芯料玻璃热膨胀系数较大以及芯皮料间的骨架强度、高温粘度系数不匹配的问题。该种玻璃材料的软化温度T
f
≥610℃，20～300℃的热膨胀系数为69～85
×
10
‑7/℃。与之性能匹配的无铅皮料玻璃软化温度T
f
≥600℃，20～300℃的热膨胀系数为70～85
×
10
‑7/℃，700～850℃的粘度系数为4.0～3.1(log函数值)。
[0007]本专利技术的构思是：从芯皮玻璃热膨胀系数、高温粘度系数匹配着手调整玻璃组成，弱化或者抑制多次热历史诱发的微应力对皮料支架强度的影响，从而在酸液腐蚀之前减弱皮料支架强度的形变。
[0008]本专利技术的技术方案是提供一种硅钡硼酸盐玻璃，其特殊之处在于，按重量百分比计，包括：
[0009][0010][0011]进一步地，上述的无铅硅钡硼酸盐玻璃，按重量百分比计，包括：
[0012][0013]进一步地，上述的无铅硅钡硼酸盐玻璃，按重量百分比计，包括：
[0014][0015][0016]进一步地，上述的无铅硅钡硼酸盐玻璃，按重量百分比计，包括：
[0017][0018]进一步地，上述的无铅硅钡硼酸盐玻璃，按重量百分比计，包括：
[0019][0020]进一步地，Li2O、Na2O、K2O以碳酸盐形式引入，摩尔含量Li2O：K2O<1：1，K2O：Na2O>1：1；BaO以碳酸钡(BaCO3)和硝酸钡(Ba(NO3)2)形式引入，摩尔含量BaCO3：Ba(NO3)2<1：3；MgO以碱式碳酸镁((MgCO3)4·
Mg(OH)2·
5H2O)形式引入；CaO以碳酸钙(CaCO3)形式引入，摩尔含量MgO：CaO<2：3。
[0021]进一步地，Al2O3与Al(OH)3的摩尔比为1：2。
[0022]本专利技术还提供一种上述的硅钡硼酸盐玻璃的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0023]步骤1、按照上述配比称取各个成分，混合均匀，待到熔炉温度升至1200～1260℃，将混合料分多次逐步加入位于熔炉内的Pt坩埚中；
[0024]步骤2、升温至1300～1380℃不断搅拌、澄清、均化玻璃液设定时间；
[0025]步骤3、降温至1200～1260℃后，浇注于模具内，浇注完成后进行精密退火处理，其中升温速率为1.0～2.5℃/min，升温至450℃保温5h，然后以1.0～2.0℃/h降至室温；
[0026]步骤4、经光学冷加工后得到待测玻璃试样。
[0027]进一步地，步骤1中组分原料的总量为2000g，加料时长为1.5h；步骤2中的设定时间为3h。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]1、本专利技术提供的微通道板芯料玻璃为硅钡硼酸盐玻璃，通过选定特定材料组分，调整各个材料组分之间的配比，使芯料玻璃具有较强的网络骨架、较高的软化温度以及与无铅皮料玻璃匹配的膨胀系数和高温粘度系数，与皮料玻璃配合增强皮料支架强度。
[0030]2、按照GB/T 7962.16
‑
2010无色光学玻璃测试方法测试本专利技术芯料玻璃的软化温度T
f
≥610℃，相对于现有钡硅硼酸盐玻璃软化温度较高，证明本专利技术芯料玻璃具有较强的网络骨架、好的力学性能。
[0031]3、按照GB/T 7962.16...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括：2.根据权利要求1所述的硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括：3.根据权利要求2所述的硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括：
4.根据权利要求2所述的硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括：5.根据权利要求2所述的硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于，按重量百分比计，包括：
6.根据权利要求1
‑
5任一所述的硅钡硼酸盐玻璃，其特征在于：Li2O、Na2O、K2O以碳酸盐形式引入，摩尔含量Li2O：K2O<1：1，K2O：Na2O>1：1；BaO以BaCO3和Ba(NO3)2形式引入，摩尔含量BaCO3：Ba(NO3)2<1：3；MgO以(MgCO3)4·
Mg(OH)2·
5H2O形式引入；CaO以CaCO3形式引入，摩尔含量MgO：CaO<2：3。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮楠，陆敏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：