СТЕКЛО ДЛЯ МИКРОКАНАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

СТЕКЛО ДЛЯ МИКРОКАНАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ


RU (11) 2087436 (13) C1

(51) 6 C03C3/091 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.08.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 94010999/03 
(22) Дата подачи заявки: 1994.03.31 
(45) Опубликовано: 1997.08.20 
(56) Аналоги изобретения: 1. Авторское свидетельство СССР N 489724, кл. C 03 C 3/14, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР N 580187, кл. C 03 C 3/07, 1977. 3. Патент США N 2964414, кл. 106-53, 1960. 
(71) Имя заявителя: Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" 
(72) Имя изобретателя: Щавелев О.С.; Глебов Л.Б.; Полухин В.Н.; Щавелев К.О.; Якобсон Н.А.; Артамонова Т.О.; Мурашов С.В. 
(73) Имя патентообладателя: Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" 

(54) СТЕКЛО ДЛЯ МИКРОКАНАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 
Использование: для изготовления микроканальных усилителей. Стекло имеет состав (мас.%) по основному пункту: стекло для микроканальных усилителей содержит, мас. %: оксид кремния - 20 - 72 БФ SiO2, оксид алюминия - 2 - 25 БФ Al2O3, оксид бора - 1 - 40 БФ B2O3 и по крайней мере один оксид из группы оксиды меди - 2 - 20, БФ CuO, Cu2O, причем суммарное содержание оксидов меди не превышает 20. Стекло обладает высоким коэффициентом вторичной электронной эмиссии и достаточно низким электрическим сопротивлением, достигаемым без использования процесса восстановления в водороде. Стекло может дополнительно содержать по крайней мере один компонент из группы MgO, CaO, BaO, PbO 1 - 10. 6 з.п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к стекольной и электронной отраслям промышленности, а именно к составам стекол на основе оксидов кремния, бора, алюминия, меди, предназначенным для изготовления микроканальных усилителей.
В настоящее время для усиления слабых потоков излучения, например ИК-излучения в приборах ночного видения, широко используются микроканальные пластины (МКП), представляющие собой диски, состоящие из параллельно уложенных микроканалов, являющихся канальными усилителями. Каналы должны изготавливаться из специальных материалов прежде всего стекол, обладающих вторичной эмиссией электронов.
К материалу МКП, кроме достаточно высокого коэффициента вторичной эмиссии электронов, предъявляется также требование определенного достаточно малого электросопротивления. Кроме того, материал должен обладать широким набором технологических свойств, позволяющих переработать его в точные микроканалы.
В настоящее время микроканальные пластины изготавливаются, как правило, из многосвинцовых силикатных стекол. В исходном состоянии они диэлектрики [1, 2] При восстановлении этих стекол в водороде на поверхности образуются полупроводниковые слои, обладающие вторичной эмиссией электронов.
Из известных в литературе стекол, используемых для изготовления канальных усилителей, по составу ингредиентов наиболее близкими к заявляемому стеклу являются стекла по патенту США N 2964414, кл. 106-53, 1960 [3] Оно и выбрано в качестве прототипа.
Это стекло содержит следующие компоненты, мас.
SiO2 15 70

PbO 5 60

R'2O 5 20 (R'-Li, K, Na, Rb, Cs).
Al2O3 0 5

R"O 0 15 (R"-Mg, Ca, Ba)

As2O3 0,5

Недостатком этих стекол является необходимость проведения операции восстановления в водороде при высоких температурах для получения необходимых значений m и . Процесс восстановления в водороде является дорогостоящим и очень взрыво- и пожароопасным. Кроме того, эти стекла имеют плохие технологические и эксплуатационные свойства.
В данном изобретении решена задача создания стекла, которое обладает следующим комплексом свойств: высоким коэффициентом вторичной электронной эмиссии КВЭЭ (m= 2,6-2,9) и достаточно низким удельным электрическим сопротивлением (= 109-1012 Омсм). Кроме того, не требуется проведения традиционного для выпускаемых сейчас МКП процесса восстановления в водороде.
Это достигается тем, что стекло, включающее SiO2 и Al2O3, дополнительно содержит B2O3 и по крайней мере один оксид из группы CuO и Cu2O, при следующем соотношении компонентов, мас.
SiO2 20 72

Al2O3 2 25

B2O3 1 40

по крайней мере один оксид меди из группы CuO, Cu2O 2 20, причем суммарное содержание оксидов меди не превышает 20%

Для снижения кристаллизационной способности стекло дополнительно может содержать также по крайней мере один оксид из группы: MgO, CaO, BaO, PbO при следующем соотношении компонентов, мас.
MgO 1 10

CaO 1 10

BaO 1 10

PbO 1 10,

причем суммарное содержание этих компонентов находится в пределах 2 10.
Для увеличения химической стойкости к кислой среде стекло дополнительно может содержать по крайней мере один оксид из группы ZrO2, Nb2O5, Y2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.
ZrO2 1 8

Nb2O5 1 5

Y2O3 1 5,

причем суммарное содержание Nb2O5 и Y2O3 не должно превышать 5.
Для повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии стекло дополнительно может содержать по крайней мере один оксид из группы: CeO2, Sb2O3, Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.
CeO2 0,3 10

Sb2O3 0,3 10

Bi2O3 1 2,

причем суммарное содержание CeO2, Sb2O3 не превышает 10.
Для снижения способности поверхности к перезарядке и стабилизации значений коэффициента вторичной электронной эмиссии стекло дополнительно может содержать по крайней мере один оксид из группы: NiO, Fe2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.
NiO 0,5 8

Fe2O3 2 10,

причем суммарное содержание NiO и Fe2O3 не превышает 10.
Для уменьшения электрического сопротивления и обеспечения возможности его регулирования стекло может дополнительно содержать по крайней мере один оксид из группы: Na2, K2O, Cs2O при следующем соотношении компонентов, мас.
Na2O 1 15

K2O 1 5

Cs2O 1 15,

причем суммарное содержание Na2O, K2O, Cs2O не должно превышать 15.
Для улучшения провара шихты и осветления стекло дополнительно может содержать по крайней мере один компонент из группы: As2O3, NaCl, KCl, Na3AlF6, AlF3 при следующем соотношении, мас.
As2O3 0,3 1

NaCl 1 3

KCl 1 3

Na3AlF6 1 3

AlF3 1 3,

причем суммарное содержание указанных компонентов не должно превышать 3.
По основному пункту указанное соотношение концентраций компонентов: SiO2, Al2O3, CuO и/или Cu2O, B2O3 обеспечивает широкую область стеклообразования, высокий КВЭЭ и определенный уровень электросопротивления (109 1012 Омсм) стекол.
Причем высокий КВЭЭ и достаточно низкое электросопротивление получаются на представляемых стеклах без традиционного процесса восстановления при высоких температурах в водороде, являющегося обязательным для прототипа.
Например, стекла N 1,2,3 таблицы имеют значения КВЭЭ (m 2,6 2,8) и удельного электросопротивления ( = 109-1012 Омсм) такого же порядка, что и стекло, выбранное в качестве прототипа, но после восстановления в водороде.
Если значение m и опускается до 2,5 (стекло N 12 таблицы), но при сохранении значения = 1010 Омсм, т.е. все же можно говорить о возможности применения этого стекла в качестве эмиттера. В отличие от стекла N 12 таблицы невосстановленное стекло -прототип имеет большое значение = 1014 Омсм, т. е. на уровне диэлектрика, и тем самым исключается возможность его использования, хотя значения КВЭЭ ( m= 2,5 ) у этих двух стекол одинаковы.
Оксиды MgO, CaO, BaO, PbO снижают кристаллизационную способность стекол. Как видно из таблицы, стекла, не содержащие этих компонентов (N1, 2, 3), имеют группу кристаллизационной способности за 1 ч 2 3, а содержащие 5, 6 таблицы имеют нулевую группу (0).
Если суммарное количество этих оксидов меньше 20% то они не оказывают заметного влияния на кристаллизационную способность, а если более 10% то или расширяется температурный диапазон кристаллизации, или увеличивается ее степень.
Оксиды ZrO2, Nb2O5, Y2O3 повышают химическую стойкость в основном к кислой среде. Почти у всех примеров стекол, за исключением N 12 и 13 таблицы, группы устойчивости к влажной атмосфере высшие: A для силикатных стекол или Aн для несиликатных стекол.
У стекол N 1 и 6 таблицы, не содержащих этих компонентов, группа устойчивости к кислой среде 5, а у стекол, аналогичных им по соотношению концентраций стеклообразователей, но содержащих эти оксиды, она стабильно 4.
Если содержание этих оксидов будет меньше указанных нижних пределов, то они не окажут заметного влияния на химическую стойкость стекол. При этом, если же суммарное содержание оксидов Nb2O5 и Y2O3 будет больше 5% то они ухудшают кристаллизационную способность стекол. А при введении ZrO2 более 8% происходит неполное его растворение в стекломассе.
Необходимо отметить, что высокая химическая стойкость у малоборных стекол проявляется при достаточно большом содержании SiO2, например, стекло N 3 таблицы.
Оксиды CeO2, Sb2O3, Bi2O3 способствуют некоторому повышению значений КВЭЭ стекол. Стекла, не содержащие этих компонентов (N 1 8 таблицы), имеют значения КВЭЭ не более 2,8, в то время как стекла N 9 и 10 таблицы, в состав которых входят эти компоненты, имеют КВЭЭ 2,9.
Необходимо подчеркнуть, что влияние CeO2 и Sb2O3 на m происходит только, если содержание этих оксидов измеряется несколькими процентами. Если же оно ниже 1% то эти компоненты играют роль только осветлителей: примеры стекол N 5, 6, 7, 8 таблицы.
В случае, когда содержание этих оксидов меньше 0,3% они вообще не оказывают заметного влияния на изменение каких-либо рассматриваемых свойств. Если их содержание превысит 10% то происходит перезарядка поверхности, что и выражается в большом разбросе значений КВЭЭ при одинаковой энергии первичных электронов.
Оксиды NiO и Fe2O3 снижают способность поверхности к перезарядке, что проявляется в уменьшении разброса значений КВЭЭ, т.е. при одной и той же энергии падающего электрона значения КВЭЭ становятся максимально близкими к среднему значению. Например, стекло N 6 таблицы не имеет в своем составе NiO и Fe2O3. Его m= 2,7 0,4 Стекло N 11, в составе которого есть Fe2O3 и NiO, имеет примерно то же значение КВЭЭ, но со значительно меньшим разбросом m= 2,8 0,1

Если суммарное количество этих оксидов окажется менее 0,5% то они не окажут заметного влияния на снижение способности поверхности к перезарядке, а в случае превышения 10% происходит резкое снижение величины КВЭЭ.
Оксиды Na2O, K2O, Cs2O могут вводиться в стекло для уменьшения и тем самым обеспечения возможности регулирования электрического сопротивления.
Силикатное стекло N 3 имеет = 1012 Омсм а у аналогичных ему стекол по соотношению концентраций стеклообразователей (N 12 и 13), но имеющих в своем составе эти щелочные оксиды = (109-1012) Омсм

Если содержание щелочных оксидов будет меньше указанных нижних пределов, то их присутствие не проявится в снижении электросопротивления. Если же суммарное содержание этих оксидов будет более 15% то стекла становятся крайне химически неустойчивы.
Компоненты As2O3, NaCl, KCl, Na3AlF6, AlF3 могут вводиться в состав стекла для улучшения провара шихты и осветления стекломассы. Варка стекол без этих соединений в лабораторной печи занимает несколько часов (стекла N 1, 2, 3 таблицы) и получаются они не полностью осветленными. В случае, когда они входят в состав стекла, при тех же условиях варки, время провара сокращается до 1 ч примеры стекол N 7, 8, 9 и др. еще через один час происходит полное осветление стекломассы.
Однако, если суммарное содержание этих компонентов превышает 3% то может ухудшиться кристаллизационная способность и понижается химическая устойчивость к разным средам.
По варочным свойствам предлагаемое стекло оптимальных составов относится к весьма технологичным.
Все стекла варились в лабораторной силитовой печи в кварцевых сосудах при температуре от 1350oC многоборные варки до 1520oC - высококремнеземистые.
У всех стекол измерялись коэффициент вторичной электронной эмиссии m и удельное электрическое сопротивление 

Размер образцов 15х10х0,5 мм. Рабочая плотность полировалась на сукне.
Измерения КВЭЭ стекол проводились на вакуумной установке ИС-76 (вакуум около 110-7 мм рт.ст.) методом одиночных импульсов. Ток пучка импульса 0,5 2,0 мк А, длительность импульса 3 6 мкс.
Удельное сопротивление стекол измерялось термометром Е6-3 на тех же образцах, что и КВЭЭ. Перед измерениями на торцы наносились проводящие серебряные покрытия. Измерения велись в вакууме порядка 110-3 мм рт.ст.
Для стекол определялась кристаллизационная способность и химическая устойчивость.
Оптимальные стекла малокристаллизуются и химически устойчивы, обладают еще и малым разбросом значений КВЭЭ при одних и тех же величинах энергий падающего электрона. Их использование существенно упрощает и удешевляет процесс изготовления МКП не нужно проводить операцию восстановления в водороде. Снижается вредность производства стекла, т.к. в составе стекол содержание PbO снижено или вообще отсутствует.
В данном предлагаемом изобретении впервые реализован новый принцип получения высокого коэффициента вторичной эмиссии электронов и достаточно малого удельного электрического сопротивления, заключающийся в том, что на поверхности стекол в заявляемых областях составов самопроизвольно образуется слой, обогащенный комплексами меди в низших степенях валентности.
Таким образом, стекло по предлагаемому изобретению превосходит известные стекла для микроканальных усилителей по комплексу свойств. Поэтому, учитывая все выше сказанное, можно утверждать, что оно должно найти практическое применение как заменитель промышленных свинцовосиликатных стекол, т.к. позволяет решать актуальные технические и экономические проблемы, стоящие перед отечественной электронной промышленностью. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Стекло для микроканальных усилителей, включающее SiO2 и Al2O3, отличающееся тем, что дополнительно содержит B2O3 и по крайней мере один оксид из группы CuO, Cu2O при следующем соотношении компонентов, мас.
SiO2 20 72

Al2O3 2 25

B2O3 1 40

и по крайней мере один оксид из группы

CuO, Cu2O 2 20

причем суммарное содержание оксида меди не превышает 20.
2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы MgO, CaO, BaO, PbO при следующем соотношении, мас.
MgO 1 10

CaO 1 10

BaO 1 10

PbO 1 10

причем суммарное содержание компонентов этой группы находится в пределах 2 10.
3. Стекло по пп.1 и 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы Nb2O5, ZrO2, Y2O3 при следующем соотношении, мас.
ZrO2 1 8

Nb2O5 1 5

Y2O3 1 5

причем суммарное содержание Nb2O5 и Y2O3 не превышает 5.
4. Стекло по пп. 1 3, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы CeO2, Sb2O3, Bi2O3 при следующем соотношении, мас.
CeO2 0,3 10

Sb2O3 0,3 10

Bi2O3 1 2

причем суммарное содержание CeO2 и Sb2O3 не превышает 10.
5. Стекло по пп. 1 4, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы NiO, Fe2O3 при следующем соотношении, мас.
NiO 0,5 8,0

Fe2O3 2 10

причем суммарное содержание NiO и Fe2O3 не превышает 10.
6. Стекло по пп. 1 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы Na2O, K2O, Cs2O при следующем соотношении, мас.
Na2O 1 15

K2O 1 5

Cs2O 1 15,

причем суммарное содержание компонентов этой группы не превышает 15.
7. Стекло по пп. 1 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один компонент из группы As2O3, NaCl, KCl, Na3AlF6, AlF3 при следующем соотношении, мас.
Al2O3 0,3 1,0

NaCl 1 3

KCl 1 3

Na3AlF6 1 3

AlF3 1 3

причем суммарное содержание компонентов этой группы не превышает 3.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru