Стекло растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин Российский патент 2021 года по МПК C03C13/04 C03C3/64 

Изобретение относится к оптической и электронной промышленностям, в частности к производству специальных растворимых оптических стекол в качестве жилы для изготовления мелкоструктурных микроканальных пластин (МКП).

Известно стекло для изготовления МКП из стеклянных волокон, содержащих активную оболочку, и растворимую сердцевину (жилу) из стекла, содержащего, мол. %: SiO₂ - 6-51, В₂О₃ - 15-74, по крайней мере, один оксид из группы AI₂O₃ - 0,5-7, La₂O₃ - 0,5-7, по крайней мере, один оксид из группы AS₂O₃, Sb₂O₃ - 0,1-0,6, а также, по крайней мере, один оксид из группы BaO, SrO, CaO, MgO, ZnO при следующем содержании: ВаО - 0,5-32, SrO - 1-22, CaO - 1-16, MgO - 1-12, ZnO - 0,5-16. (см. Патент РФ №2291124, МПК^2006.01 С03С 3/102, 3/089, С03В 37/025, опубл. 10.01.2007 г.)

Недостатками стекла растворимой сердцевины является то, что содержание компонентов не позволяет оптимизировать соотношение характеристик стекла сердцевины и оболочки по температурному коэффициенту линейного расширения и вязкости для мелкоструктурных пластин с диаметром канала 2-6 мкм. В данном аналоге необходимо осуществлять подбор стекла сердцевины (жилы). Достигнутый результат предусматривает использовать как минимум 13 вариантов подбора стекол по вязкости и температурному коэффициенту линейного расширения. Все это приводит к существенному росту себестоимости при варке стекла в промышленных объемах, подбору компонентов и температурных режимов при изготовлении световодов при конкретном стекле жилы, что резко снижает производительность.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению являются стекла марки (С78-5), используемые при изготовлении сердцевины (жилы) микроканальных пластин со следующими химическими компонентами: SiO₂, B₂O₃, K₂O, ВаО, CaO; Al₂O₃, MgO (см. Отраслевой стандарт ОСТ 11027.010.-75, Извещение об изменении ОД 1988 от 07.07.1985 года «Стекло электровакуумное. Марки» Изменение №4 включает дополнение марок стекла С78-5 и С95-5).

Недостатком прототипа является то, что данное стекло по количественному составу не позволяет добиться оптимальных вязкостных характеристик и температурного коэффициента линейного расширения для изготовления мелкоструктурных микроканальных пластин, [см. таблицу 2 на странице 4 "Изменения №4 ОСТа", где дана ссылка на стекло сердцевины (жилы) С78-5, следующего состава, в мас. %: В₂О₃ - 56,8-58,8; ВаО - 18,3-19,7; Al₂O₃ - 7,8-9,8; K₂O - 7,2-9,2; СаО - 3,0-4,0; SiO₂ - 1,7-2,7; MgO - 0,2-0,8]. Такой состав приводит к ухудшению электрических и электронно-оптических параметров пластины, а также влияет на геометрию каналов 2-7 мкм. Также недостатком прототипа (С78-5) является недостаточная вязкость в рабочем диапазоне температур (600-620°), что приводит к несовершенству формы канала, структурному шуму и снижению порога появления сотовой структуры на электронном изображении МКП, а большой разброс температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) может быть причиной треска световодов.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является максимальное сохранение округлой формы канала МКП, увеличение вязкости и температурного коэффициента линейного расширения стекла растворимой жилы МКП, снижение структурного шума, за счет более округлой формы канала и значительное повышение порога сотовой структуры.

Технический результат достигается тем, что стекло растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин, включающее: В₂О₃, ВаО, Al₂O₃, K₂O, CaO, SiO₂, MgO, согласно изобретению, оно содержит указанные компоненты в следующем соотношении в мас. %:

В₂О₃ - 50,9-52,9;

ВаО - 16,4-18,2;

Al₂O₃ - 12,4-12,6;

K₂O - 7,5-9,0;

CaO - 5,1-6,1;

SiO₂ - 2,8-3,6;

MgO - 1,2-1,8.

Данное стекло позволит сохранить округлую форму каналов МКП, увеличить вязкость стекла растворимой жилы МКП, температурный коэффициент линейного расширения, снизить структурный шум, за счет более округлой формы канала и значительно повысить порог сотовой структуры.

При содержании окислов запредельных значений в составе стекла растворимой жилы, изложенный выше технический результат по вязкости и температурному коэффициенту линейного расширения не будет достигнут, т.к. не удастся получить требуемые характеристики световодов при изготовлении стекла растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин.

Сущность изобретения поясняется таблицами и фигурами, где в таблице 1 приведены показатели параметров стекла растворимой жилы в сравнении с прототипом, в таблице 2 - примеры стекол растворимой жилы для мелкоструктурных МКП и достигаемые при этом результаты по вязкости и ТКЛР, на фиг. 1 - вязкость стекол в зависимости от температуры растворимой жилы для микроструктурной МКП в сравнении с прототипом, на фиг. 2 - форма каналов многожильного световода с использованием стекла прототипа, марки С78-5(а) и предлагаемого стекла марки С78-5М (где М - означает модифицированное) (б).

Примеры изготовления стекла растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин.

Для получения стекла с предложенными параметрами были проведены экспериментальные и научные исследования, изучены свойства различных стекол растворимых жил, проведен сопоставительный анализ и на основании этого был предложен новый количественный состав стекла, позволяющий достичь предложенный технический результат.

Пример 1.

При изготовлении стекла с оптимальным содержанием: B₂O₃ - 52,2%; ВаО - 17,38%; Al₂O₃ - 12,47%; K₂O - 8,05%; СаО - 5,5%; SiO₂ - 2,97%; MgO - 1,43%; были получены значения по вязкости: η=10⁷ пуаз при температуре 620,3°С; η=10⁹ пуаз при температуре 570,2°С; η=10¹¹ пуаз при температуре 534,8°С и значение ТКЛР, равное 82,4 К^-1. (см табл. 1, 2 и фиг. 1).

Примеры 2, 3 представлены в таблице 2, в которой указаны составы стекла растворимой жилы с различными процентными соотношениями компонентов и полученными результатами по вязкости и ТКЛР. На фигуре 2 четко видно, что полученные результаты по округлости каналов в предлагаемом техническом решении с диаметром 2-7 мкм, равное 1336 нм, значительно выше, чем в прототипе (562 нм).

Данные стекла растворимой жилы для достижения предложенного технического результата используются в сочетание с активной оболочкой, например, марки С 87-2 (см. ОСТ 11027.010.-75, с. 2. Извещение об изменении ОД 1988 от 07.07.1985 года «Стекло электровакуумное. Марки»), согласованы по вязкости и ТКЛР. Предложенное стекло растворимой жилы позволит также снизить структурный шум за счет улучшения округлости каналов (см. фиг. 2) и значительно повысить порог сотовой структуры. Проведенные патентные исследования показали, что предлагаемое техническое решение является "новым", отвечает условию патентоспособности "изобретательский уровень", т.к. для специалиста, явным образом, не вытекает из уровня техники и "промышленно применимо".

Использование предлагаемого технического решения позволит по сравнению с прототипом максимально сохранить округлую форму каналов МКП, увеличить вязкость и температурный коэффициент линейного расширения стекла растворимой жилы МКП, а также снизить структурный шум, за счет более округлой формы канала и значительно повысить порог сотовой структуры.

Показатели параметров стекла растворимой жилы в сравнении с прототипом

Примеры стекол растворимой жилы для мелкоструктурных МКП и достигаемые при этом результаты по вязкости и ТКЛР

Изобретение относится к оптической и электронной промышленности, в частности к производству растворимых оптических стекол жилы для изготовления мелкоструктурных микроканальных пластин (МКП). Стекло растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении в мас. %: В₂О₃ 50,9-52,9; ВаО 16,4-18,2; Al₂O₃ 12,4-12,6; K₂O 7,5-9,0; СаО 5,1-6,1; SiO₂ 2,8-3,6; MgO 1,2-1,8. Технический результат заключается в максимальном сохранении округлой формы канала МКП, увеличении вязкости стекла растворимой жилы МКП, снижении структурного шума за счет более округлой формы канала и значительном повышении порога сотовой структуры. 3 пр., 2 табл., 2 ил.

Стекло растворимой жилы для мелкоструктурных микроканальных пластин, включающее: В₂О₃, ВаО, Al₂O₃, K₂O, СаО, SiO₂, MgO, отличающееся тем, что оно содержит компоненты в следующем соотношении в мас. %:

В₂О₃ - 50,9-52,9;

ВаО - 16,4-18,2;

Al₂O₃ - 12,4-12,6;

K₂O - 7,5-9,0;

СаО - 5,1-6,1;

SiO₂ - 2,8-3,6;

MgO - 1,2-1,8.