超小孔径高强度微通道板及其制备方法与流程

本发明涉及微通道板，具体而言涉及一种超小孔径高强度微通道板及其制备方法。

背景技术：

1、微通道板（microchannel plate，mcp）是一种二维电子倍增器阵列，由数百万至上千万个孔径在数微米至数十微米的贯穿通道并列形成，具有高的空间分辨与时间分辨性能，可直接探测电子、离子、中性原子等各种粒子以及紫外线、x射线等多种信号。

2、在电子倍增领域，微通道板属于真空电子倍增器件中的一种，其他的还包括通道式电子倍增器以及打拿极电子倍增器；除了真空电子倍增之外，还有包括半导体的电子倍增的固体器件。其中，真空电子倍增元器件在噪声方面具有明显的优势，同时微通道板在真空电子倍增元器件中具有极好的时间分辨与空间分辨性能，因此在具有高的时间分辨与空间分辨的应用领域具有不可替代的重要作用。

3、随着微通道板应用领域的不断发展，对于微通道板的空间分辨与时间分辨性能越来越高。微通道板的空间分辨性能，最重要的决定性影响性能参数是孔径与孔间距，孔径越小，极限的空间分辨力越高；而时间分辨性能，与电子倍增的路径总长度有直接的关系，因此通道越短，时间分辨性能越高；为了获得一定的增益，通常通道的长径比要控制在一定范围，如40:1-60:1，因此时间分辨与空间分辨性能在发展趋势上是一致的。因此，高性能微通道板的重要发展方向是小孔径、超薄微通道板。随着微通道板厚度的减薄，孔径达到4微米及以下时，板厚要达到0.25mm以下，导致其力学性能越来越差，无法满足所应用于器件中的冲击振动等环境适应性要求。

4、在孔径缩小的同时，保持板厚不降低以具有足够的机械强度，但是此种情况下，长径比会比较大，需要更高的工作电压以达到所需要的增益，更高的工作电压带来了更大的噪声；同时，电子倍增路径长，渡越时间弥散增大，有损于时间性能的提升。

5、通过更换结构强度更强的玻璃材料，如采用石英玻璃基底制备mcp，在一定程度上能够缓解此问题，但无法彻底解决，仅是将临界点像更薄的方向移动一点。

技术实现思路

1、针对现有技术，在超低孔径尺寸、低壁厚需求下微通道板的力学性能强度存在的缺陷与不足，本发明旨在提出一种超小孔径高强度微通道板，显著降低微通道板的形变系数，提高强度，满足超小孔径、超薄微通道板器件在冲击振动等环境适应性要求。

2、根据本发明目的的第一方面，提出一种超小孔径高强度微通道板，包括：

3、有效工作区，具有百万计的微通道阵列结构，每个通道孔径为微米级；以及

4、实体边，包围在所述有效工作区的外部，并与有效工作区的外部边缘结合形成一体结构；

5、其中，所述实体边部分比有效工作区更厚并以具有更高的强度。

6、作为可选的实施方式，有效工作区的通道孔径在4μm以下，有效工作区的板厚为0.05～0.25mm，斜切角4～12°。

7、作为可选的实施方式，所述实体边由与有效工作区直接连接并且等厚度的基底，以及与基底叠加结合的加强环构成，所述基底与加强环的玻璃材料相同。

8、作为可选的实施方式，所述加强环的厚度为0.2mm-2mm，加强环的外圆与内圆为同心结构，加强环径向的宽度范围为2mm-5mm。

9、作为可选的实施方式，所述加强环的内圆侧为倾斜面，倾斜角度为30°-60°。

10、作为可选的实施方式，所述加强环的倾斜面设置成：靠近有效工作区的一面内径更小，远离有效工作区的一面内径更大。

11、作为可选的实施方式，所述加强环采用与实体边的基底相同的玻璃材料经冷加工及抛光加工成所需厚度的薄片并通过激光切割加工制成与基底形状适配的环形，其中内圆的倾斜面通过控制激光束的角度来控制内圆环的倾斜角度。

12、根据本发明目的的第二方面，还提出一种超小孔径高强度微通道板的制备方法，包括以下步骤：

13、以微通道板用芯料玻璃棒材和皮料玻璃管材为原材料，按照mcp制备工艺流程，制备mcp毛坯，包含有效工作区以及与有效工作区结合并厚度相同的实体边基底；

14、将mcp毛坯抛光至预设的板厚0.05mm-0.25mm；

15、采用mcp毛坯的实体边基底材料相同的玻璃材料，经冷加工及抛光加工成所需厚度的薄片并通过激光切割加工制成与基底形状适配的环形，得到加强环，厚度为0.2mm -2mm；

16、将加强环叠加到实体边基底的表面并结合形成一体结构；

17、将结合后的一体结构进行后续的腐蚀成孔、镀膜工艺，加工成微通道板成品。

18、作为可选的实施方式，采用激光焊接方式将加强环与实体边基底结合成一体结构。

19、作为可选的实施方式，采用键合工艺将加强环与实体边基底结合成一体结构。

20、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

21、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

1.一种超小孔径高强度微通道板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述有效工作区的通道孔径在4μm以下，有效工作区的板厚为0.05～0.25mm，斜切角4～12°。

3.根据权利要求1所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述实体边由与有效工作区直接连接并且等厚度的基底，以及与基底叠加结合的加强环构成，所述基底与加强环的玻璃材料相同。

4.根据权利要求3所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述加强环的厚度为0.2mm-2mm，加强环的外圆与内圆为同心结构，加强环径向的宽度范围为2mm-5mm。

5.根据权利要求4所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述加强环的内圆侧为倾斜面，倾斜角度为30°-60°。

6.根据权利要求4所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述加强环的倾斜面设置成：靠近有效工作区的一面内径更小，远离有效工作区的一面内径更大。

7.根据权利要求4所述的超小孔径高强度微通道板，其特征在于，所述加强环采用与实体边的基底相同的玻璃材料经冷加工及抛光加工成所需厚度的薄片并通过激光切割加工制成与基底形状适配的环形，其中内圆的倾斜面通过控制激光束的角度来控制内圆环的倾斜角度。

8.一种超小孔径高强度微通道板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的超小孔径高强度微通道板的制备方法，其特征在于，采用激光焊接方式将加强环与实体边基底结合成一体结构。

10.根据权利要求8所述的超小孔径高强度微通道板的制备方法，其特征在于，采用键合工艺将加强环与实体边基底结合成一体结构。