Способ закалки заготовок микроканальных пластин
METHOD OF QUENCHING WORKPIECES OF MICROCHANNEL PLATES

Изобретение относится к области производства микроканальных пластин, а именно к способам увеличения механической прочности не вытравленных заготовок различного типономинала путем проведения на них операции закалки.
7
Известен способ закалки стекла, включающий нагрев стекла до начальной закалочной температуры, затем принудительное охлаждение путем импульсного воздухоструйного обдува в течение 3-х минут с последующим естественным охлаждением до комнатной температуры в условиях естественной конвенции воздушных масс. Данное изобретение направлено на получение упрочненного стекла способного воспринимать механическую обработку без саморазрушения [см патент RU №2151750, МПК С03В 27/016, опубл. 27.06.2000 г.].
Недостатками данного способа являются наличие принудительного воздушного обдува, что усложняет и удлиняет процесс закаливания.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ закалки стекла, включающим нагрев стекла до закалочной температуры и охлаждение на воздухе в условиях естественной конвекции воздушных масс до комнатной температуры (см. патент №2237621 МПК С03 В 27/016, опубл. 10.10.2004 г.)
Недостатком данного способа являются наличие принудительного воздушного обдува, что усложняет и удлиняет процесс закаливания.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности изготовления микроканальных пластин, увеличение запаса прочности перед операцией вытравливания жилы и упрощение процесса закаливания.
Технический результат заключается в увеличении механической прочности микроканальных заготовок, что позволяет ликвидировать их треск на последующей стадии вытравливания жилы, а также способствует значительному уменьшению прогиба (неплоскостности) микроканальных пластин.
Решение технической задачи достигается тем, что в способе закалки заготовок микроканальных пластин, включающем нагрев стекла до закалочной температуры и охлаждение на воздухе в условиях естественной конвекции воздушных масс до комнатной температуры, согласно изобретению, предварительно перед нагревом блок не вытравленных заготовок микроканальных пластин вертикально укладывают в кварцевую кассету, затем помещают ее в муфельную печь, нагревают до температуры 455-485°С, выдерживают при этой температуре 20-70 минут в зависимости от типономинала заготовок и охлаждают на воздухе до комнатной температуры.
Данный способ позволит повысить производительность изготовления микроканальных пластин, увеличить запас прочности перед операцией вытравливания жилы и упростить процесс закаливания, а также ликвидировать треск на последующей стадии вытравливания жилы и значительно уменьшить прогиб микроканальных пластин.
Проведение закалки ниже указанной температуры 450°С не сопровождается положительным эффектом по увеличению механической прочности МКПО, так как данная температура ниже температуры стеклования и не способна снять остаточные напряжения. Закалка выше указанной температуры приводит к деформации заготовок МКПО, образованию вмятин в местах касания заготовок оснастки. Выбираемая температура термообработки также зависит от типономинала заготовок (в большей степени от их геометрических размеров толщины и диаметра).
Длительность выдержки также влияет на степень закаливания, оно зависит от типономинала заготовок (чем больше типономинал, тем длительнее выдержка при указанной температуре). Выдержка заготовок, свыше 70 минут приводит к деформации заготовок.
Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой показаны температурно-временные режимы закалки для разных типономиналов.
Способ закалки заготовок микроканальных пластин осуществляли следующим образом.
Блок-партии не вытравленных заготовок микроканальных пластин толщиной 200-400 мкм в зависимости от типономинала, укладывали в кварцевую кассету в вертикальном положении, затем кассету помещали в модифицированную муфельную печь, нагревали до температуры трансформации 450-485°С и выдерживали при этой температуре в течение 20-70 минут в зависимости от типономинала заготовок, после чего охлаждали до комнатной температуры.
Пример
Полированные не вытравленные заготовки микроканальных пластин типономиналом 18-5 с диаметром канала 5 мкм и диаметром рабочей зоны 18 мм (см. табл.) укладывали в кварцевую кассету в вертикальном положении и загружали в муфельную печь. В муфельной печи выставляли температурно-временной режим: нагревания до температуры 465°С; выдерживание при заданной температуре 30 мин. По истечению указанного времени муфельную печь отключали, из нее извлекали заготовки и охлаждали на воздухе в условиях естественной конвекции воздушных масс в течении 10 мин. После закалки, полученные заготовки приобретали больший запас прочности за счет создания значительных постоянных внутренних напряжений, сжимающих в наружных слоях и растягивающих во внутренних.
Использование предлагаемого способа закалки заготовок микроканальных пластин позволит по сравнению с прототипом повысить производительность изготовления микроканальных пластин, увеличить запас прочности перед операцией вытравливания жилы и упростить процесс закаливания, а также ликвидировать треск на последующей стадии вытравливания жилы и значительно уменьшить прогиб микроканальных пластин.