CN114409252B

CN114409252B - 一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN114409252B
Application number: CN202210053845.1A
Authority: CN
Inventors: 黄立辉; 陈新禹; 赵士龙; 徐时清
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-01-18
Also published as: CN114409252A

Abstract

本发明公开了一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃及其制备方法。该玻璃的组分原料的摩尔百分比范围为：GeO₂:40~60%、Gd₂O₃:5~20%、Lu₂O₃:5~25%、BaCO₃:0~20%、Na₂CO₃:0~15%、Ga₂O₃:5~15%、BaF₂:5~20%。采用熔融淬冷法制备。本发明制得的玻璃不含高污染重金属Pb、Cd等元素，对环境更友好，不含B₂O₃、P₂O₅等声子能量较高的物质，更有利于提升稀土离子发光效率。本发明制备得到的高密度玻璃物理化学性能优良，声子能量低，密度可达6.046g/cm³，可见光波段透过率较高。该玻璃适合作为稀土离子掺杂高密度闪烁玻璃的基质材料。

Description

一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及稀土掺杂玻璃领域，具体涉及一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃及其制备方法。

背景技术

当前闪烁玻璃的研究瓶颈主要是玻璃的高密度和高光产额。对于x射线探测一类的闪烁玻璃而言，高密度能够提高玻璃的抗辐射能力，避免高能射线辐照后产生的缺陷。通常情况下，组成玻璃基质的化合物的相对分子量越大，玻璃密度越大；组成玻璃的化合物声子能量越低，玻璃中掺杂稀土离子后，稀土离子发光越强。高密度低声子能量闪烁玻璃不仅能够提高玻璃的抗辐射能力，还能提高玻璃的光产额，得到好的闪烁性能。

近年来，一些研究人员通过添加Bi、Pb、Gd、Lu等重金属的氧化物来提升玻璃密度，取得了一定的成果，使闪烁玻璃的密度达到甚至超过6g/cm³。公开号为CN 1087066A，名称为“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”的发明专利公开了以PbO、Bi₂O₃为主要成分的闪烁玻璃制备方法，但是该闪烁玻璃原料中含有对人体以及环境不友好的Pb元素。公开号为CN104445933A，名称为“一种高密度氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的发明专利就介绍了一种添加大量B₂O₃的高密度闪烁玻璃，该玻璃虽然密度较高，但是作为基质玻璃的硼锗酸盐玻璃本身具有高的声子能量，严重影响了稀土离子的发光。

以钆镥锗酸盐玻璃的作为闪烁玻璃基质能够满足闪烁玻璃高密度的需求，同时具有较低的声子能量和较高的透过率，对于提升闪烁玻璃的发光性能具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃由以下原料制得，各原料的摩尔百分比为：GeO₂:40~60%、Gd₂O₃:6.5~20%、Lu₂O₃:15~20%、BaCO₃:0~20%、Ga₂O₃:5~15%、BaF₂:5~20%。

上述无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：

1）配料：以含Ge的化合物和（或）盐，以含Gd的化合物和（或）盐，以含Lu的化合物和（或）盐，以含Ba的化合物和（或）盐，含Ga的化合物和盐，BaF₂，且选定上述的玻璃组成的摩尔百分比，称取相应质量的原料，并在研钵中研磨混合均匀；

2）熔融：将研磨混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，放入硅碳棒电炉中熔化，熔化温度为1500~1600℃，熔化时间为30~60分钟；

3）成型：将玻璃熔体倒入预热400~500℃的铸铁模具中；

4）退火：将成型的玻璃放入马弗炉中退火，退火温度为400~550℃，退火时间为2~4小时，再以10℃/小时的速率降至室温，完全冷却后取出玻璃样品。

本发明的无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃制备工艺简单，密度接近6g/cm³，声子能量低。

附图说明

图1 是本发明实施例1提供的高密度玻璃的透过光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明中无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃的5个具体实施例的玻璃成分如表1所示：

表1：具体5个实施例的玻璃配方

实施例1：

按照组成：50GeO₂-7Gd₂O₃-17Lu₂O₃-10BaCO₃-5Ga₂O₃-11BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、Gd₂O₃、Lu₂O₃、BaCO₃、Ga₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1580^oC的硅碳棒电炉中熔制40分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热450 ^oC的铸铁模具中，待玻璃成型后转入520 ^oC的马弗炉中退火2小时，自然降温到室温后得到玻璃样品。

实施例2：

按照组成：50GeO₂-6.5Gd₂O₃-18Lu₂O₃-8BaCO₃-5Ga₂O₃-12.5BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、Gd₂O₃、Lu₂O₃、BaCO₃、Ga₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1550^oC的硅碳棒电炉中熔制40分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热440 ^oC的铸铁模具中，待玻璃成型后转入500 ^oC的马弗炉中退火2小时，自然降温到室温后得到玻璃样品。

实施例3：

按照组成：50GeO₂-8Gd₂O₃-18Lu₂O₃-5BaCO₃-5Ga₂O₃-14BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、Gd₂O₃、Lu₂O₃、BaCO₃、Ga₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1540^oC的硅碳棒电炉中熔制30分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热430 ^oC的铸铁模具中，待玻璃成型后转入480^oC的马弗炉中退火4小时，自然降温到室温后得到玻璃样品。

本实施例中，一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃的透过光谱如图1所示。

实施例4：

按照组成：50GeO₂-11Gd₂O₃-18Lu₂O₃-5Ga₂O₃-16BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、Gd₂O₃、Lu₂O₃、Ga₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1580^oC的硅碳棒电炉中熔制40分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热450 ^oC的铸铁模具中，待玻璃成型后转入500^oC的马弗炉中退火2小时，自然降温到室温后得到玻璃样品。

实施例5：

按照组成：50GeO₂-10Gd₂O₃-19Lu₂O₃-5Ga₂O₃-16BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、Gd₂O₃、Lu₂O₃、Ga₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1550^oC的硅碳棒电炉中熔制45分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热430 ^oC的铸铁模具中，待玻璃成型后转入510^oC的马弗炉中退火3小时，自然降温到室温后得到玻璃样品。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃，其特征在于，该玻璃摩尔百分比组成为：

GeO₂:40~60%

Gd₂O₃:6.5~20%

Lu₂O₃:15~20%

BaCO₃:0~20%

Ga₂O₃:5~15%

BaF₂:5~20%。

2.如权利要求1所述的无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃，其特征在于，该玻璃摩尔百分比组成为：

GeO₂:50~60%

Gd₂O₃:8~20%

Lu₂O₃:18~20%

BaCO₃:5~10%

Ga₂O₃:5~10%

BaF₂:5~12.5%。

3.一种如权利要求1或2所述的无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）配料：选定上述的玻璃组成的摩尔百分比，称取相应质量的原料，并在研钵中研磨混合均匀；

3）成型：将玻璃熔体倒入预热400~500℃的铸铁模具中；

4）退火：将成型的玻璃放入马弗炉中退火，退火温度为400~550℃，退火时间为2~4小时；随后关闭马弗炉电源随炉冷却至室温；

5）抛光：将退火后的玻璃进行切割，研磨，抛光，制得玻璃样品。