[發明專利]釓硼硅酸鹽閃爍玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201310547882.9
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103693847A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 唐春梅;陳丹平;劉雙
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/068
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及玻璃，特別是一種釓硼硅酸鹽閃爍玻璃及其制備方法。

技術背景

閃爍材料是吸收高能粒子或射線發出可見光子的材料，在核物理、高能射線探測、工業探傷、醫學檢測等領域得到了廣泛的應用。

目前，使用最多的閃爍材料是閃爍晶體，但閃爍晶體的生長周期長、摻雜濃度低、生產成本高、不易制得大塊閃爍體等原因限制了晶體的應用范圍。玻璃能夠以低廉的成本生產出大尺寸、光學均勻的產品；同時其成分和性能在很大程度上連續可調，可以根據不同應用需求制備不同產品；此外，玻璃材料還具有可以拉制光纖這一獨特的優點，因此閃爍玻璃受到了廣泛關注和研究。

閃爍玻璃的研究大多集中在硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽，使用的摻雜離子為Eu³⁺、Ce³⁺、Tb³⁺、Pr³⁺等。同濟大學、華東理工大學、寧波大學等學校的課題組對此進行很多研究，并申請了一系列的專利。例如，公開號為100522855（專利名：鋱激活硅酸鹽閃爍玻璃及其制備方法）以及101318773（專利名：一種摻Pr³⁺高密度閃爍玻璃及其制備方法）分別對摻Tb³⁺、Pr³⁺閃爍玻璃的制備方法進行了公開。寧波大學課題組則針對Ce³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺摻雜的釓镥氟氧化物閃爍玻璃進行研究并申請專利，公開號為103011590A、103011592A和103011591A。閃爍玻璃的研究主要集中在這幾種稀土離子上，但并非僅限于這四種離子。

用作閃爍材料的玻璃應該具有密度高、發光強等特點。根據不同的應用范圍對衰減時間的要求，閃爍玻璃又可以分為快閃爍和慢閃爍，如Eu³⁺、Tb³⁺衰減時間為ms量級，可以應用在對衰減時間要求不高的工業檢測等方面，而Ce³⁺、Pr³⁺具有ns量級衰減時間，可以用在醫學檢測，比如CT、PET上。滿足密度高、發光強的稀土離子摻雜玻璃都可能成為新型的閃爍材料。但是現在的閃爍玻璃研究中，始終存在高閃爍性能玻璃的密度低，高密度玻璃的閃爍性能差的缺點；另外，就是與晶體閃爍材料相比，玻璃閃爍材料的能量分辨率較差，這些都是需要解決的問題。而解決這些問題的可用而常見的方法是開發出新的發光離子以及各種性質良好的玻璃組成。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供一種釓硼硅酸鹽閃爍玻璃及其制備方法。該玻璃具有密度大、閃爍發光強、發射峰帶寬窄（約20nm)、制備簡單、成本低等特點，在工業在線檢測、核物理等方面有著非常有前景的應用價值。

本發明的技術解決方案如下：

一種釓硼硅酸鹽閃爍玻璃，其特點在于，該閃爍玻璃的組成如下：

上述釓硼硅酸鹽閃爍玻璃的制備方法，該方法包括以下步驟

①按照上述閃爍玻璃的摩爾組成范圍，選定組分和摩爾百分比并準確稱取分析純以上的原料，所述的B₂O₃由H₃BO₃引入，Al₂O₃由Al(OH)₃引入，其余均由氧化物引入；

②將稱量好的原料在研缽中仔細研磨，混合均勻為配合料；

③將所述的配合料在還原氣氛下于1450-1600℃保溫0.5-3小時，得到均勻澄清的玻璃液；

④將所述的玻璃液澆注在預熱到300-400℃的鋼板模具上成型，得到無色透明的玻璃；

⑤將成型的玻璃轉移至溫度為600-700℃的馬弗爐內進行退火熱處理，得到釓硼硅酸鹽玻璃。

所述的還原氣氛為：CO或H₂+N₂，所述的CO氣氛獲得的過程為：將裝有配合料的小氧化鋁坩堝置于裝有碳粉或石墨的大坩堝中，并蓋上氧化鋁坩堝蓋，最后于1450-1600℃高溫爐中熔融保溫0.5-3小時；所述的H₂+N₂混合氣氛獲得的過程為：直接將H₂+N₂的混合氣體通入裝有配合料的坩堝中。

所述的退火熱處理的過程為：將成型的玻璃在已升溫到600-700℃的馬弗爐中保溫1-20h，然后斷開電源，使玻璃隨爐冷卻自然降溫到室溫。