一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用

本发明属于玻璃材料，具体涉及一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。

背景技术：

1、闪烁体是一种吸收高能射线后能够发出可见或紫外光的光功能材料，可以对高能粒子及射线进行探测，主要应用于医学成像、工业探伤、高能物理和空间探测等领域。闪烁玻璃具有组分可变、成本低、制备工艺简单、制备周期短以及光纤化等特点，有望替代高能物理设备中成本高昂的闪烁晶体。

2、目前研究的高密度闪烁玻璃主要有硼硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃和锗酸盐玻璃等，常用的稀土离子掺杂离子有ce3+、eu2+、tb3+和pr3+等。其中，ce3+、pr3+和eu2+掺杂的闪烁体材料一般为纳秒级，其发光是5d-4f能级跃迁引起；而tb3+是由4f-4f能级跃迁引起，衰减时间一般为毫秒级，衰减时间较长。闪烁材料的玻璃应该具有高密度和高光产额等特点。加入bi2o3、lu2o3和pbo等重金属氧化物可以明显的提高玻璃的密度，然而pbo的加入对环境具有有害影响，lu2o3价格昂贵，增加了成本，bi2o3的掺杂有可能严重降低所设计玻璃的光学透明度，从而影响基质玻璃的紫外或可见吸收边。

3、在现在的研究中，高密度的闪烁玻璃往往光产额不高，高光产额的闪烁玻璃往往密度不高。因此，制备出同时具有高密度和高光产额的闪烁玻璃仍是当前关注的热点和难点。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。

2、第一方面，本发明提供了一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃，所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的原料包括：玻璃主体原料与外加sb2o3澄清剂；其中，所述外加sb2o3澄清剂的摩尔量为所述玻璃主体原料的摩尔量的0-2mol％；

3、所述玻璃主体原料的组成包括：以摩尔百分比计，b2o315.5-21.5mol％、sio214.7-20.7mol％、al2o30-6 mol％、gd2o326-32 mol％、gdf327-33 mol％、ceo20-2 mol％、baf20-2mol％；

4、优选地，b2o315.5-21.5mol％、sio214.7-20.7mol％、al2o32-6mol％、gd2o326-32mol％、gdf327-33 mol％、ceo20.5-2mol％、baf20-2mol％。

5、较佳地，所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的密度在5.9786-6.2300g/cm3之间，400nm处的透过率t在60.40-85.78％之间，光产额在413-804ph/mev之间，折射率nd在1.7349-1.7493之间。

6、第二方面，本发明提供了一种上述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

7、(1)按照上述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的原料组成称取b2o3、sio2、al2o3、gd2o3、gdf3、ceo2、baf2和sb2o3并混合均匀；

8、(2)将混合均匀的原料置于小坩埚中并进行预热；

9、(3)将装有碳粉的两个大坩埚相扣组成扣坩埚并对所述扣坩埚进行加热保温，将预热后的装有原料的小坩埚放入含有碳粉的加热保温的扣坩埚中进行烧制熔化，澄清后得到熔融玻璃体；

10、(4)将所述熔融玻璃体浇筑在模具中进行恒温退火处理，经降温冷却至室温，得到所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃。

11、较佳地，将原料混合均匀的工艺为：向原料中加入无水酒精进行湿磨10-30min，待无水酒精挥发完后再次加入无水酒精进行湿磨10-30min。

12、较佳地，所述混合均匀的原料进行预热在退火炉中进行，预热温度为550-600℃，预热时间为0.5-2h，优选为0.5-1h。

13、较佳地，所述碳粉的用量为原料总质量的1/10～2/10之间。

14、较佳地，所述加热保温的工艺为：将所述装有碳粉的扣坩埚放入升降炉中，随炉升温到1200-1300℃，保温0-1h，优选保温0.5-1h，升温速率为10～15℃/小时。

15、较佳地，所述烧制熔化的温度为1200-1300℃，烧制熔化的时间为0-1h，优选为0.5-1h。

16、较佳地，所述模具为不锈钢板；恒温退火处理的温度为550-650℃，恒温退火处理的时间为1-4h，优选为2h；

17、所述降温冷却的速率为10～15℃/小时。

18、第三方面，本发明提供的了一种上述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃在工业无损探伤、安全检测、高能物理和核物理实验中的应用。

19、有益效果

20、本发明通过添加澄清剂sb2o3实现减少气泡的高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的制备，该技术可以避免生成过多气泡(气泡和缺陷导致玻璃的闪烁性能下降)，从而得到高性能的高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃；而且，添加澄清剂sb2o3有利于实现玻璃的均匀性。

技术特征：

1.一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的原料包括：玻璃主体原料与外加sb2o3澄清剂；其中，所述外加sb2o3澄清剂的摩尔量为所述玻璃主体原料的摩尔量的0-2mol％；

2.根据权利要求1所述的高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的密度在5.9786-6.2300g/cm3之间，400nm处的透过率t在60.40-85.78％之间，光产额在413-804ph/mev之间，折射率nd在1.7349-1.7493之间。

3.一种权利要求1或2所述的高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将原料混合均匀的工艺为：向原料中加入无水酒精进行湿磨10-30min，待无水酒精挥发完后再次加入无水酒精进行湿磨10-30min。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述混合均匀的原料进行预热在退火炉中进行，预热温度为550-600℃，预热时间为0.5-2h，优选为0.5-1h。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳粉的用量为原料总质量的1/10～2/10之间。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热保温的工艺为：将所述装有碳粉的扣坩埚放入升降炉中，随炉升温到1200-1300℃，保温0-1h，优选保温0.5-1h，升温速率为10～15℃/小时。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧制熔化的温度为1200-1300℃，烧制熔化的时间为0-1h，优选为0.5-1h。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述模具为不锈钢板；恒温退火处理的温度为550-650℃，恒温退火处理的时间为1-4h，优选为2h；

10.一种权利要求1或2所述的高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃在工业无损探伤、安全检测、高能物理和核物理实验中的应用。

技术总结
本发明涉及一种高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。所述高折射钆硼硅酸盐闪烁玻璃的原料包括：玻璃主体原料与外加Sb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;澄清剂；其中，所述外加Sb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;澄清剂的摩尔量为所述玻璃主体原料的摩尔量的0‑2mol％；所述玻璃主体原料的组成包括：以摩尔百分比计，B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;15.5‑21.5mol％、SiO<subgt;2</subgt;14.7‑20.7mol％、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;0‑6mol％、Gd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;26‑32mol％、GdF<subgt;3</subgt;27‑33mol％、CeO<subgt;2</subgt;0‑2mol％、BaF<subgt;2</subgt;0‑2mol％。

技术研发人员：张明辉,华静静,陈锟,邓伟杰,张超群
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26