Способ восстановления микроканальной пластины

 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии изготовления микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях. Техническим результатом изобретения является уменьшение степени остаточного газосодержания МКП, повышение термовакуумной устойчивости и качества МКП, а также стабилизация параметров и надежности химической связи азота со стеклом. Это достигается за счет того, что в известном способе восстановления микроканальных пластин, включающем разогрев пластин, термообработку в среде водорода с последующим овладением, согласно изобретению, термообработку микроканальных пластин с монолитным обрамлением осуществляют в три этапа, причем на первом этапе термообработку ведут в среде сухого азота при 440-445^oС в течение 1,0-1,5 ч, на втором этапе в среде водорода при той же температуре в течение 2,5-3,0 ч и на третьем этапе в среде водорода при той же температуре в течение 2,0-3,0 ч, с последующим охлаждением со скоростью не менее 0,5^oС в минуту до 380^oС с дальнейшим инерционным охлаждением до температуры окружающей среды.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии изготовления микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП).

Известен способ изготовления МКП, включающий термоводородное восстановление (ТВВ) при 400-480^oС, формирование на стенках каналов тонкого резистивно-эмиссионного слоя и охлаждение в заданном режиме до комнатной температуры (см. Bulkwill J. N. Manufacturing techniques for microchannel plates and their application in night vision image intensifiers. Pros. 24^th Semp. Art glassflowing. Southfield, Mich, 1979, Toledo, Onio, 1979, P. 68-78).

Недостатками данного способа является повышение концентрации воды в стенках каналов, что впоследствии является причиной длительного и интенсивного газоотделения МКП в техпроцессе изготовления и при работе ЭОП, что приводит к снижению чувствительности фотокатода и сокращению срока службы ЭОП, другим недостатком является структурная неравномерность стенок каналов после ТВВ, что является причиной ухода параметров МКП при нагреве в вакууме в процессе термовакуумного обезгаживания в техпроцессе ЭОП или даже разрушения МКП.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ восстановления микроканальных пластин, включающий разогрев пластин, термическую обработку в среде водорода и последующее их охлаждение (см. авт. св. СССР 1829748, кл. МКП⁷ H 01 J 43/08, опубл. БИ 7/96).

Недостатком прототипа является недостаточно полное обезгаживание пластин за счет низкой величины вакуума и недостаточного времени их обработки, что снижает качество МКП.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа восстановления МКП с высокими термовакуумной устойчивостью и качеством и сниженным газосодержанием.

Технический результат заключается в уменьшении степени остаточного газосодержания МКП, стабилизации параметров и надежной химической связи азота со стеклом.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе восстановления микроканальных пластин, включающем разогрев пластин, термообработку в среде водорода с последующим охлаждением, согласно изобретению, термообработку микроканальных пластин с монолитным обрамлением осуществляют в три этапа, причем на первом этапе термообработку ведут в среде сухого азота при 440-445^oС в течение 1,0-1,5 ч, на втором этапе в среде водорода при той же температуре в течение 2,5-3,0 ч и на третьем этапе в среде сухого азота при 440-460^oС в течение 2,0-3,0 ч, с последующим охлаждением со скоростью не менее 0,5^oС в минуту до 380^oС с дальнейшим инерционным охлаждением до температуры окружающей среды.

Данный способ позволит снизить газосодержание, повысить термостойкость, улучшить качество и стабилизировать параметры МКП.

Ведение процесса термообработки при температуре 440-445^oС связано с характеристиками стекла, а продолжительность на всех его этапах при уменьшении параметров малоэффективно, а при увеличении снижает производительность. Охлаждение со скоростью менее 5^oС в минуту до 380^oС связано с термостабилизацией монолитного обрамления.

Сущность способа иллюстрируется примером.

Восстановление микроканальных пластин осуществляли в цилиндрическом проточном кварцевом реакторе в безградиентной зоне (температурный градиент не более 2^oС). МКП с монолитным обрамлением вначале нагревали, затем подвергали термообработке в три этапа: I этап - в среде сухого азота (точка росы не хуже - 40^oС) при температуре 440^oС в течение 1 ч для удаления адсорбированной атмосферной влаги из каналов. Второй этап осуществляли в среде водорода (точка росы на входе не хуже 40^oС), пластины обрабатывали при той же температуре в течение 2,5 ч и третий этап осуществляли заменой водорода на сухой азот, поднимали температуру до 450-460^oС, выдерживали при этой температуре 2,5 ч и затем в реакторе снижали температуру со скоростью 0,5^oС в минуту до 380^oС для термостабилизации монолитного обрамления с дальнейшим инерционным охлаждением до температуры окружающей среды.

Повторная обработка в среде азота необходима для глубокого термообезгаживания стенок каналов. Толщина стенки не превышает 1,2-1,8 мкм, обработка в указанном режиме до 99% снижает газосодержание стенок канала по воде, дополнительно происходит очистка поверхности каналов от вторичных продуктов термоводородного восстановления, прежде всего, гидридов щелочных металлов, для термоанализа которых требуется температура не ниже 440^oС, происходит термостабилизация структуры, которая сопровождается ее уплотнением и некоторой усадкой, а диффундирующий азот встраивается в сетку стекла, замещая немостиковый кислород О^-2, с образованием связей Si-N, что приводит к упрочнению материала и улучшению механических свойств за счет химической связи азота со стеклом (что отсутствует, например, в среде аргона, см. Я.И. Вахула. Влияние газовой среды на кристаллизацию поверхности стекла // Стекло и керамика, 1999, 5, 12-16).

Термообработка в указанном режиме позволит оптимально снять напряжение в спае с монолитным обрамлением, что приведет к снижению степени деформации конструкции (стрела прогиба не более 15-20 мкм).

Использование данного способа по сравнению с прототипом позволит снизить газосодержание, повысить термоустойчивость и стабильность параметров, улучшить качество МКП (повысить механические свойства, упрочить материал) и увеличить долговечность до 7500 ч.

Формула изобретения

Способ восстановления микроканальной пластины, включающий разогрев пластины, термообработку в среде водорода, с последующим охлаждением, отличающийся тем, что термообработку микроканальных пластин с монолитным обрамлением осуществляют в три этапа, причем на первом этапе термообработку ведут в среде сухого азота при 440-445^oС в течение 1,0-1,5 ч, на втором этапе в среде водорода при той же температуре в течение 2,5-3,0 ч, и на третьем этапе в среде сухого азота при 440-460^oС в течение 2,0-3,0 ч с последующим охлаждением со скоростью менее 0,5^oС в минуту до 380^oС и дальнейшим инерционном охлаждением до температуры окружающей среды.