[发明专利]钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃，特别是一种钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

技术背景

闪烁材料是吸收高能粒子或射线发出可见光子的材料，在核物理、高能射线探测、工业探伤、医学检测等领域得到了广泛的应用。

目前，使用最多的闪烁材料是闪烁晶体，但闪烁晶体的生长周期长、掺杂浓度低、生产成本高、不易制得大块闪烁体等原因限制了晶体的应用范围。玻璃能够以低廉的成本生产出大尺寸、光学均匀的产品；同时其成分和性能在很大程度上连续可调，可以根据不同应用需求制备不同产品；此外，玻璃材料还具有可以拉制光纤这一独特的优点，因此闪烁玻璃受到了广泛关注和研究。

闪烁玻璃的研究大多集中在硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐，使用的掺杂离子为Eu³⁺、Ce³⁺、Tb³⁺、Pr³⁺等。同济大学、华东理工大学、宁波大学等学校的课题组对此进行很多研究，并申请了一系列的专利。例如，公开号为100522855（专利名：铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法）以及101318773（专利名：一种掺Pr³⁺高密度闪烁玻璃及其制备方法）分别对掺Tb³⁺、Pr³⁺闪烁玻璃的制备方法进行了公开。宁波大学课题组则针对Ce³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺掺杂的钆镥氟氧化物闪烁玻璃进行研究并申请专利，公开号为103011590A、103011592A和103011591A。闪烁玻璃的研究主要集中在这几种稀土离子上，但并非仅限于这四种离子。

用作闪烁材料的玻璃应该具有密度高、发光强等特点。根据不同的应用范围对衰减时间的要求，闪烁玻璃又可以分为快闪烁和慢闪烁，如Eu³⁺、Tb³⁺衰减时间为ms量级，可以应用在对衰减时间要求不高的工业检测等方面，而Ce³⁺、Pr³⁺具有ns量级衰减时间，可以用在医学检测，比如CT、PET上。满足密度高、发光强的稀土离子掺杂玻璃都可能成为新型的闪烁材料。但是现在的闪烁玻璃研究中，始终存在高闪烁性能玻璃的密度低，高密度玻璃的闪烁性能差的缺点；另外，就是与晶体闪烁材料相比，玻璃闪烁材料的能量分辨率较差，这些都是需要解决的问题。而解决这些问题的可用而常见的方法是开发出新的发光离子以及各种性质良好的玻璃组成。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种钆硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。该玻璃具有密度大、闪烁发光强、发射峰带宽窄（约20nm)、制备简单、成本低等特点，在工业在线检测、核物理等方面有着非常有前景的应用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种钆硼硅酸盐闪烁玻璃，其特点在于，该闪烁玻璃的组成如下：

上述钆硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，该方法包括以下步骤

①按照上述闪烁玻璃的摩尔组成范围，选定组分和摩尔百分比并准确称取分析纯以上的原料，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将称量好的原料在研钵中仔细研磨，混合均匀为配合料；

③将所述的配合料在还原气氛下于1450-1600℃保温0.5-3小时，得到均匀澄清的玻璃液；

④将所述的玻璃液浇注在预热到300-400℃的钢板模具上成型，得到无色透明的玻璃；

⑤将成型的玻璃转移至温度为600-700℃的马弗炉内进行退火热处理，得到钆硼硅酸盐玻璃。

所述的还原气氛为：CO或H₂+N₂，所述的CO气氛获得的过程为：将装有配合料的小氧化铝坩埚置于装有碳粉或石墨的大坩埚中，并盖上氧化铝坩埚盖，最后于1450-1600℃高温炉中熔融保温0.5-3小时；所述的H₂+N₂混合气氛获得的过程为：直接将H₂+N₂的混合气体通入装有配合料的坩埚中。

所述的退火热处理的过程为：将成型的玻璃在已升温到600-700℃的马弗炉中保温1-20h，然后断开电源，使玻璃随炉冷却自然降温到室温。