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玻璃处理技术

玻璃用在管泡(灯泡)和管茎(灯茎)上,二者组合在一起形成光电倍增管和光源灯的真空容器。为什么用玻璃呢?探测弱光时需要很高灵敏度的光电倍增管,因此需要将其密封在有着极好穿透性以及其他特性的真空容器中,而玻璃恰好满足这些要求。为了满足客户需求,我们制造和定制不同特性、形状和尺寸的的玻璃产品。根据真空容器的窗口材料所对应的波长,选择一款在对应波长处(紫外、可见光、红外)具有良好透过率的管泡是十分重要的。管茎处通常使用一种叫做硅酸硼的玻璃,管茎需要融化到金属终端引脚上,所以其处理方法、玻璃材料和用在窗口上玻璃的不一样。对于窗口材料,硅酸硼玻璃用来透过可见光,紫外透过玻璃或者石英玻璃用来透过紫外光,单晶体MgF2用来透过真空紫外,单晶体蓝宝石用来透过红外光。


光电倍增管

光源
玻璃分类和特性

在我们日常生活中,有着各式各样的玻璃。 荧光灯和窗口玻璃上使用的苏打石灰玻璃具有较大的热膨胀系数(热引起的膨胀或者缩小),其处理温度大概1000°C。硅酸硼玻璃作为抗热玻璃,用在炊具和餐具上,其处理温度大概1200°C。汽车上的卤素灯,是由石英玻璃制成的,其热膨胀系数非常小,处理温度高达2000°C,甚至更高。苏打石灰玻璃等具有较大的热膨胀系数的玻璃统称为软玻璃。热膨胀系数在石英玻璃和软玻璃之间的硅酸硼玻璃被称为硬玻璃。

玻璃处理技术

玻璃处理技术需要经验和隐性知识。这种手工艺在工人间人手相传。而要想同时获得产量和质量需要把这种隐性知识转变为正式知识,然后用这种知识形成玻璃制造的自动过程。玻璃处理的技术包括用火炉将玻璃加热熔化、加压成型、 递级封接以及其他一些技术,包括高频加热熔化和电炉加热成型等。还有一些技术不需要加热就可处理玻璃,比如切割、研磨或者上色等。玻璃处理的另一个关键技术元素是玻璃形状、模具和夹具的设计技术,这些需要通过使用电脑仿真来完成,还需要多年的经验。

管茎:
制造多种尺寸和形状的电极结构

除了通过加热来把玻璃熔化到金属上,管茎还可以通过压模或者电炉制模来成型,制造出终端布局、尺寸和形状不同的管茎,以匹配PMT和灯芯的结构。


施压成型的部件

高频加热和电炉铸造的部件
管泡:
匹配波长的窗口材料以及理想的处理方法

石英、MgF2和蓝宝石等管泡或者窗口材料的热膨胀系数与管茎使用的硅酸硼玻璃的热膨胀系数非常不同。因此,直接把管泡和管茎结合会由于两者不同的热膨胀系数引起的变形导致爆裂或破裂。为了解决这个问题,使用了一种被称为“递级封接”的处理技术,通过使用热膨胀系数渐变的中介玻璃来把管泡和管茎连接起来。蓝宝石和MgF2窗口使用的是软玻璃,因此需要软玻璃到硬玻璃的递级封接;石英窗口需要石英到硬玻璃的递级封接。这些任务需要有经验和技术的工人们的高超手艺。


石英玻璃到硬玻璃的递级封接

软玻璃到硬玻璃的递级封接
匹配光学特性的窗口尺寸和形状

石英、MgF2和蓝宝石等管泡或者窗口材料的热膨胀系数与管茎使用的硅酸硼玻璃的热膨胀系数非常不同。因此,直接把管泡和管茎结合会由于两者不同的热膨胀系数引起的变形导致爆裂或破裂。为了解决这个问题,使用了一种被称为“递级封接”的处理技术,通过使用热膨胀系数渐变的中介玻璃来把管泡和管茎连接起来。蓝宝石和MgF2窗口使用的是软玻璃,因此需要软玻璃到硬玻璃的递级封接;石英窗口需要石英到硬玻璃的递级封接。这些任务需要有经验和技术的工人们的高超手艺。


 

圆形或者球形的管泡通常比其他形状更加坚固和稳定。然而,为了增强PMT的特性,近期已经制造了形状更加复杂的玻璃管泡和窗口。