CN102390929A - 一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃 - Google Patents

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Inventor
曹欣
彭寿
马立云
王芸
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China Triumph International Engineering Co Ltd
Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
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China Triumph International Engineering Co Ltd
Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
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Abstract

本发明涉及一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，由以下原料组成的基本配合料制成：SiO240～85％，Al2O3 0～10％，B2O3 0～15％，Na2O+K2O0～10％，CaO0～10%，MgO0～5%，BaO0～10%，Bi2O30～20%，其特征为：在基本配合料中添加稀土元素铽（Tb）、镨（Pr）、铒（Er）、铕（Eu）、镝（Dy）中的一种或几种，所添加稀土元素总含量占配合料重量百分比为0.1～10%。本发明掺杂有一种或几种稀土元素，在使玻璃本身具有优良力学和热学性能的同时，保证了闪烁材料本身的发光性能，并且制作成本低廉，能够满足各种领域的使用要求，具有良好的运用前景。

Description

一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃
技术领域
本发明涉及一种玻璃，特别涉及一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，属于玻璃制造和发光材料领域。
背景技术：
近年来，随着科学技术的不断发展进步，人类进行科研活动的领域越来越广阔，对科研仪器精度的要求越来越高。其中，在高能物理、核物理、工业探测等领域得到广泛运用的闪烁材料就受到了人们越来越多的关注。闪烁材料是一种吸收高能光子或粒子后能够将其转化为紫外/可见光子的光导性发光材料。闪烁材料在高能粒子的研究中具有十分重要的作用，粒子的鉴别、粒子性能的测定和新粒子的发现都离不开高性能的闪烁体。
传统的闪烁材料主要使用闪烁晶体，其具有耐辐照、快衰减、高光输出等优点，但是其制备困难、价格昂贵、通常在高温下制备，并且因为晶体的各项异性，使得各部位的发光性能存在差异，晶体的利用率不高。由此，人们开始研究光闪烁玻璃，其易于制备，加工方便，成本低廉，能够大批量生产，且具有各项同性，保证闪烁材料在各个方面具有相同的性能。目前，研究较多的是以稀土掺杂粒子为发光中心的闪烁玻璃，但是单一的稀土离子都具有相应的不足之处，比如Ce3+掺杂的闪烁玻璃浓度淬灭比较明显，使其引入量受到较大限制，从而影响其发光强度等等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有的闪烁玻璃存在的制造困难、闪烁晶体存在各项异性，使得各部位的发光性能存在差异，晶体的利用率不高的缺点，提出的一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，以及新型硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供的一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，其以硼硅酸盐作为玻璃的基本组成，各原料按照以下重量百分比组成基本配合料：SiO2 40～85％，Al2O3 0～10％，B2O30～15％，Na2O+K2O 0～10％，CaO 0～10%， MgO 0～5%，BaO 0～10%，Bi2O3 0～20%。基础成分中以硅、硼、铝、铋为主要成分，玻璃中加入铝是为了提高玻璃种粒子的溶解度，改善浓度淬灭；加入硼可以提高玻璃本身的耐温及耐辐射能力；加入铋可以提高玻璃本体的密度，以适应闪烁玻璃的需求。
本发明的特征在于：在上述基本配合料中添加稀土元素铽（Tb）、镨（Pr）、铒（Er）、铕（Eu）、镝（Dy）中的一种或几种，从而提高闪烁光输出。稀土元素总含量占基本配合料重量百分比为0.1～10%。添加的稀土元素均以氧化物形式添加，采用分析纯化学试剂，以保证稀土元素掺杂的均匀性。
本发明提供的一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，其制备方法包含以下步骤：
（1）按照本发明规定的玻璃配合料组成配料，各种原料均采用分析纯；
（2）将规定量称量好的稀土氧化物放置于基础配合料组成中，并混合均匀；
（3）将混合好的玻璃配合料置于石英坩埚中，放入硅钼炉中进行熔制，熔制温度为1500～1700℃，当达到熔制温度后将配合料在该温度下保温1～5个小时后取出。
（4）将熔化后配合料倾倒于预先加热的模具中成型，模具预热温度为200～300℃。
（5）待玻璃稍微冷却后，将其放入马弗炉内以1～3℃/min的降温速度退火，退火温度为500～600℃。
（6）将退火完毕后的样品取出进行切割、抛光后即能够得到本新型硼硅酸盐闪烁玻璃样品。
附 图 说 明
 图1 本发明提供的新型硼硅酸盐闪烁玻璃，在λex=350nm处的发射光谱。
具体实施方式一
采用高精确度的电子天平，按照本发明提供的基本配合料组成：
SiO2 47％，Al2O3 10％，B2O3 10％， Na2O 2％，BaO 10%，Eu2O30.5%，Dy2O30.5%，Bi2O3 20%的配比称量配合料400g，各种原料均采用分析纯形式引入，详见下表：
           实施例一成分一览表（400g）        单位：克
SiO2 Al2O3 B2O3 BaO Na2O Eu2O3 Dy2O3 Bi2O3
188 40 40 40 8 2 2 80
配合料混合均匀后以刚玉坩埚盛放后置于硅钼炉中熔化，熔制温度设定于1600℃，并在该温度下保温3个小时。待熔制完毕后将刚玉坩埚取出，将玻璃液倾倒于准备好的铸铁模具上成型，并送于马弗炉内退火，退火温度设定于600℃，降温速度为2℃/min，直至室温。本实施例样品经过测定后密度为3.3g/cm3并呈现出较强的484nm蓝光发射，575nm黄光发射以及616nm橙光发射。
具体实施方式二
采用高精确度的电子天平按照SiO2 46.5％，Al2O3 10％，B2O3 10％， Na2O 2％，BaO 10%，Tb 2O30.5%，Pr 2O30.5%，Er 2O3 0.5%Bi2O3 20%的配比称量配合料400g，各种原料均采用分析纯形式引入。详见下表
      实施例二成分一览表（400g）        单位：克
SiO2 Al2O3 B2O3 BaO Na2O Tb 2O3 Pr 2O3 Er 2O3 Bi2O3
186 40 40 40 8 2 2 2 80
配合料混合均匀后以刚玉坩埚盛放后置于硅钼炉中熔化，熔制温度设定于1600℃，并在该温度下保温3个小时。待熔制完毕后将刚玉坩埚取出，将玻璃液倾倒于准备好的铸铁模具上成型，并送于马弗炉内退火，退火温度设定于600℃，降温速度为2℃/min，直至室温。本实施例样品经过测定后密度为3.3g/cm3，呈现出较强的490nm蓝光发射，530nm黄光发射，610nm橙光发射以及690nm的红光发射。

Claims (3)

1.一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，主要由以下原料组成的基本配合料制成，基本配合料中各原料的重量百分比为：SiO2 4 0～85％，Al2O3  0～10％，B2O3  0～15％，Na2O+K2 O 0～10％，CaO 0～10%， MgO 0～5%，BaO 0～10%，Bi2O3 0～20%，其特征为：在基本配合料中添加稀土元素铽（Tb）、镨（Pr）、铒（Er）、铕（Eu）、镝（Dy）中的一种或几种，所添加稀土元素总含量占配合料重量百分比为0.1～10%。
2.根据权利要求1所述的一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征为：添加的稀土元素均以氧化物形式添加，采用分析纯化学试剂。
3.一种新型硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）.按照权利要求1规定的基本配合料配料；
（2）.将规定量称量好的稀土氧化物加入基本配合料中，并混合均匀；
（3）.将混合好的基本配合料置于石英或白金坩埚中，放入硅钼炉中进行熔制，熔制温度为1500～1700℃，当达到熔制温度后将配合料在该温度下保温1～5个小时后取出；
（4）.将熔化后配合料倾倒于预先加热的模具中成型，模具预热温度为200～300℃；
（5）.将模具及其中玻璃放入马弗炉内以1～3℃/min的降温速度退火，退火温度为500～600℃；
（6）.将退火完毕后的样品取出进行切割、抛光后即能够得到本新型硼硅酸盐闪烁玻璃样品。
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