本發明涉及一種曲面方孔微通道板，特別是涉及一種硅酸鹽皮玻璃、曲面方孔微通道板及其制備方法。
背景技術：
：曲面方孔微通道板(Micro-poreOptics，簡稱MPO)是基于全反射理論利用類龍蝦眼結構對極紫外及X射線進行聚焦的元件，由于其具有優良的結構緊湊性、大視場、高分辨和輕重量等優點，在極紫外及X射線光學探測領域中具有極強的發展潛力及應用空間。目前，制備曲面方孔微通道板的方法為“高溫熔壓熱彎”法，其制備MPO的關鍵在于所用的玻璃纖維由可溶于酸的芯料玻璃棒外套方形皮料玻璃管，拉制形成纖維，外加外圍的包邊玻璃纖維，三種玻璃纖維規則排列成束，形成平面狀方孔微通道板，經高溫熔壓后切成薄片玻璃，再經熱彎成型，形成具有特定曲率半徑的曲面，后經酸蝕去除芯玻璃而形成多孔結構。熱彎成型是方孔微通道板實現聚焦成像的關鍵環節，其原理是將平片微通道板放置在特定曲率半徑的球面模具上，加熱到一定的溫度使其軟化并在模具頂端重力作用下發生彎曲形變，從而達到特定的曲率，并保證所有的通道軸向都指向球心。熱彎過程中若皮料玻璃抗拉強度不夠，與芯料匹配的熱膨脹系數不當，會造成曲面方孔微通道板內應力過大，導致曲面方孔微通道板的通道變形及破損問題，從而不能實現良好聚焦。目前文獻報道的曲面方孔微通道板皮料玻璃采用微光夜視用的傳統微通道板，然而由于前者是極紫外線光學成像元件，后者是電子倍增器件；前者要求微通道板為一曲面，后者為平面；前者要求微通道板耐溫度沖擊、耐輻照、耐機械振動性能要好，后者沒有特殊要求。因此，微光夜視用微通道板皮料玻璃往往抗拉強度較低。作為高強玻璃的石英玻璃抗拉強度雖高，但與可溶芯料玻璃的熱膨脹系數相差過大，在“高溫熔壓熱彎”過程中內應力過大，無法擔當曲面方孔微通道板的皮料玻璃。技術實現要素：本發明的主要目的在于，提供一種新型硅酸鹽皮玻璃、曲面方孔微通道板及其制備方法，所要解決的技術問題是使其抗拉強度提高，從而更加適于實用。本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種硅酸鹽皮玻璃，由以下摩爾百分比的各組分構成:SiO2，60-80％；Bi2O3，5-20％；Al2O3，0.1-3.5％；Na2O，K2O和Cs2O的總含量為0.1-10％；MgO、BaO和CaO的總含量共為3-15％。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。優選的，前述的硅酸鹽皮玻璃，其中所述的硅酸鹽皮玻璃的轉變溫度(Tg)大于等于500℃，軟化溫度(Tf)大于等于564℃。優選的，前述的硅酸鹽皮玻璃，其中所述的硅酸鹽皮玻璃在20℃到300℃的熱膨脹系數為60×107-90×107/℃。優選的，前述的硅酸鹽皮玻璃，其中所述的硅酸鹽皮玻璃在500℃-1000℃之間無析晶。本發明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種曲面方孔微通道板，為實體包邊的曲面方孔微通道板，其包括本發明所述的皮玻璃和包邊玻璃，所述的包邊玻璃為曲面方孔微通道板的實體包邊。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。優選的，前述的曲面方孔微通道板，其中所述的曲面方孔微通道板的方孔的邊長為12-20μm，方孔的厚度為0.64-1.06mm。優選的，前述的曲面方孔微通道板，其中所述的曲面方孔微通道板的外型的長為40-50mm，寬為40-50mm。本發明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種曲面方孔微通道板的制備方法，包括以下步驟：(1)將硅酸、硝酸鋇或碳酸鋇碳酸鈉、碳酸鉀或硝酸鉀、堿式碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鋁，得到混合原料，在混合原料中加入澄清劑，在1300-1500℃高溫熔制澄清，然后在1200-1350℃拉制成型皮玻璃管；其中澄清劑和混合原料的重量比為0.1-0.8：0.92-0.99；所述的皮玻璃管的組成為(以摩爾百分比)：SiO2，60-80％；Bi2O3，5-20％；Al2O3，0.1-3.5％；Na2O，K2O和Cs2O的總含量為0.1-10％；MgO、BaO和CaO的總含量共為3-15％；(2)將所述的皮玻璃管嵌套在曲面微通道板芯玻璃棒上，經單絲、復絲拉制，復絲規則排列，熔壓，得到毛坯段，將所述的毛坯段經過切片、倒角、研磨拋光，得到毛坯板；其中，所述的毛坯板包括皮玻璃、芯玻璃和包邊玻璃；(3)將所述的毛坯板熱壓成型，得到熱彎板，將所述的熱彎板經過酸液腐蝕，通道內壁鍍金屬膜，得到實體包邊的曲面方孔微通道板；其中，所述的曲面方孔微通道板包括皮玻璃和包邊玻璃，包邊玻璃為曲面方孔微通道板的實體包邊。優選的，前述的曲面方孔微通道板的制備方法，其中所述的曲面方孔微通道板的方孔的邊長為12-20μm，方孔的厚度為0.64-1.06mm；所述的曲面方孔微通道板的外型的長為40-50mm，寬為40-50mm。優選的，前述的曲面方孔微通道板的制備方法，其中所述的澄清劑為Sb2O3和/或As2O3。借由上述技術方案，本發明硅酸鹽皮玻璃、曲面方孔微通道板及其制備方法至少具有下列優點：(1)本發明提高了曲面方孔微通道板的抗拉強度，其抗拉強度大于65MPa；本發明的硅酸鹽皮玻璃的熱膨脹系數小，從而解決了小孔徑曲面方孔微通道板的變形及破損問題，其在20℃到300℃的熱膨脹系數為60×107-90×107/℃。(2)本發明的硅酸鹽皮玻璃可以制備成小孔徑、高溫成型微通道板。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。附圖說明圖1本發明曲面方孔微通道板側面結構示意圖。圖2是本發明曲面方孔微通道板制備過程中毛坯半正面結構示意圖。圖3是本發明曲面方孔微通道板制備過程中熱彎板酸蝕后的正面多孔結構示意圖。具體實施方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效,以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的硅酸鹽皮玻璃、曲面方孔微通道板及其制備方法其具體實施方式、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征或特點可由任何合適形式組合。本發明的一個實施例提出的一種硅酸鹽皮玻璃，由以下摩爾百分比的各組分構成:SiO2，60-80％；Bi2O3，5-20％；Al2O3，0.1-3.5％；Na2O，K2O和Cs2O的總含量為0.1-10％；MgO、BaO和CaO的總含量共為3-15％。具體的實施例和對比例的硅酸鹽皮玻璃的組成如表1所示。SiO2是玻璃形成體氧化物，是玻璃結構的基本骨架，是皮玻璃的主要成分，其摩爾百分含量超過80％時，玻璃中含有大量的SiO2平面結構，不利于玻璃化學穩定性，也降低了玻璃粘度，提高了熱學膨脹系數，惡化了與曲面方孔微通道板芯玻璃的相容性；Bi2O3是玻璃的網絡外體氧化物，是玻璃的助熔劑，在玻璃中加入適量的Bi2O3可提高玻璃成型的料性，改善玻璃的熱學加工性能，降低玻璃高溫熔制粘度，但其摩爾百分含量超過20％，玻璃性能不穩定，出現分相現象；Na2O,K2O和Cs2O是玻璃的網絡外體氧化物，堿金屬離子在玻璃體中易于移動擴散，可以降低玻璃高溫熔制的粘度，使玻璃易于熔融，是良好的助熔劑，同時會增加的熱學膨脹系數，降低玻璃的化學穩定性和力學強度，引入量不宜過多；MgO、BaO和CaO是玻璃的網絡外體氧化物，同為堿土金屬氧化物，有利于提高玻璃的抗析晶能力，并調整玻璃的料性，改善玻璃的熱學加工性能，但加入量過大會導致玻璃性能不穩定，出現分相現象；Al2O3為玻璃結構調節性氧化物，其含量的高低影響玻璃的熱膨脹系數和化學、熱學穩定性，但其含量過大時會增加玻璃折射率及色散。本發明實施例的硅酸鹽皮玻璃的轉變溫度(Tg)大于等于500℃，軟化溫度(Tf)大于等于564℃。本發明實施例的硅酸鹽皮玻璃在20℃到300℃的熱膨脹系數為60×107-90×107/℃。本發明實施例的硅酸鹽皮玻璃在500℃-1000℃之間無析晶。如圖1所示，本發明的另一個實施例提出一種曲面方孔微通道板，其為實體包邊的曲面方孔微通道板，其包括本發明實施例所述的硅酸鹽皮玻璃1和包邊玻璃2，所述的包邊玻璃為曲面方孔微通道板的實體包邊。本發明實施例的曲面方孔微通道板的方孔的邊長為12-20μm，方孔的厚度為0.64-1.06mm。本發明實施例的曲面方孔微通道板的外型的長為40-50mm，寬為40-50mm。本發明的另一個實施例提出一種曲面方孔微通道板的制備方法，包括以下步驟：(1)將硅酸、硝酸鋇或碳酸鋇碳酸鈉、碳酸鉀或硝酸鉀、堿式碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鋁，得到混合原料，在混合原料中加入澄清劑，在1300-1500℃高溫熔制澄清，然后在1200-1350℃拉制成型皮玻璃管，具體實施例的高溫熔制澄清和拉制成型的溫度見表3；其中澄清劑和混合原料的重量比為0.1-0.8：0.92-0.99；所述的皮玻璃管的組成為(以摩爾百分比)：SiO2，60-80％；Bi2O3，5-20％；Al2O3，0.1-3.5％；Na2O，K2O和Cs2O的總含量為0.1-10％；MgO、BaO和CaO的總含量共為3-15％；Na2O,K2O和Cs2O是玻璃的網絡外體氧化物，堿金屬離子在玻璃體中易于移動擴散，可以降低玻璃高溫熔制的粘度，使玻璃易于熔融，是良好的助熔劑，同時會增加的熱學膨脹系數，降低玻璃的化學穩定性和力學強度，引入量不宜過多，根據與之相匹配的曲面方孔微通道板芯料玻璃中的Na2O,K2O和Cs2O含量進行調節，引入其中的一種或多種，以降低纖維拉制和高溫熱壓過程中的芯皮擴散程度；(2)將所述的皮玻璃管嵌套在曲面微通道板芯玻璃棒上，經單絲、復絲拉制，復絲規則排列，熔壓，得到毛坯段，將所述的毛坯段經過切片、倒角、研磨拋光，得到毛坯板；如圖2所示，其中，所述的毛坯板包括皮玻璃3、芯玻璃4和包邊玻璃5；(3)將所述的毛坯板熱壓成型，得到熱彎板，將所述的熱彎板經過酸液腐蝕，如圖3所示，熱彎板經過酸液腐蝕后具有特定曲率半徑，通道內壁鍍金屬膜，得到實體包邊的曲面方孔微通道板；如圖1所示，其中，所述的曲面方孔微通道板包括皮玻璃1和包邊玻璃2，包邊玻璃為曲面方孔微通道板的實體包邊。本發明實施例曲面方孔微通道板的制備方法中的曲面方孔微通道板的方孔的邊長為12-20μm，方孔的厚度為0.64-1.06mm；所述的曲面方孔微通道板的外型的長為40-50mm，寬為40-50mm。具體的方孔的長、寬及曲面方孔微通道板的外型尺寸如表3所示。本發明實施例曲面方孔微通道板的制備方法中的澄清劑為Sb2O3和/或As2O3。表1硅酸鹽皮玻璃組分(摩爾百分比)實施例1實施例2實施例3實施例4對比例1對比例2SiO2/％78.560.070.067.065.085.0Bi2O3/％10.018.012.05.025.012.0Al2O3/％1.03.50.13.04.00Na2O/％2.51.52.03.04.50K2O/％02.53.04.01.52.5Cs2O/％02.22.03.000MgO/％7.06.83.0000BaO/％02.50.915.000.5CaO/％1.03.07.0000測試實施例1-4和對比例1-2的硅酸鹽皮玻璃的轉變溫度(Tg)，軟化溫度(Tf)，在20℃到300℃的熱膨脹系數(α20-300℃(×10-7/℃))和在500-1000℃之間抗吸晶性能，其測試結果如表2所示。表2硅酸鹽皮玻璃的性能測試結果由表2可知，實施例1-4的硅酸鹽皮玻璃的性能明顯優于對比例的硅酸鹽皮玻璃的性能。實施例5的皮玻璃管的組成與實施例1硅酸鹽皮玻璃組分相同，實施例6的皮玻璃管的組成與實施例2硅酸鹽皮玻璃組分相同，實施例7的皮玻璃管的組成與實施例3硅酸鹽皮玻璃組分相同，實施例8的皮玻璃管的組成與實施例4硅酸鹽皮玻璃組分相同，對比例3的皮玻璃管的組成與對比例1硅酸鹽皮玻璃組分相同，對比例4的皮玻璃管的組成與對比例2硅酸鹽皮玻璃組分相同。實施例6-8和對比例3-4混合原料和澄清劑的重量比見表4。測試實施例5-8和對比例3、4的曲面方孔微通道板的抗拉強度，測試結果見表4。表3制備曲面微方孔通道板的參數表4制備曲面方孔微通道板時混合原料和澄清劑重量百分比和抗拉強度由表4可知本發明的曲面方孔微通道板的抗拉強度大于65MPa，其抗拉強度明顯大于對比例曲面微方孔通道板的抗拉強度。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。當前第1頁1 2 3