本發(fā)明涉及一種閃爍玻璃，具體涉及一種用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃及其制備方法。

背景技術：

閃爍體材料是一類在吸收高能粒子或射線后能夠發(fā)光的材料。在高能物理與核物理、地球探測、工業(yè)和醫(yī)學成像等領域發(fā)揮著十分重要的作用。目前在各領域應用中，主要使用的閃爍體是閃爍晶體。閃爍晶體雖然具有耐輻照、快衰減、高密度、高光輸出等優(yōu)點，但是制備工藝復雜、生產(chǎn)成本高昂、各部分發(fā)光特性存在差異，且大批量、大尺寸生產(chǎn)難度大，這些不利因素限制了閃爍晶體的應用。與閃爍晶體相比，閃爍玻璃制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，組分和性能連續(xù)可調(diào)，易于大批量大尺寸生產(chǎn)，特別是可以拉制光纖合成閃爍光纖面板這一獨特優(yōu)點，有望同時滿足高吸收效率和高分辨率兩個指標，在高能射線成像(工業(yè)、國防裝置無損檢測、醫(yī)學成像)方面具有明顯優(yōu)勢，成為替代閃爍晶體的一種理想材料。

閃爍光纖面板是用高折射率的閃爍玻璃材料作為芯料，低折射率玻璃材料為皮料拉制而成的光學纖維經(jīng)過排列組合，在加溫加壓的條件下，依靠皮料玻璃的軟化將光學纖維互相粘合在一起的一個整體，它是在閃爍體材料和光纖面板的技術基礎上發(fā)展起來的一種新型功能器件，同時具備了閃爍體材料和光纖面板的功能，具有全反射、光學零厚度以及空間分辨率高的特點。在對X射線等高能射線探測時可以做得很厚，使能量可以在較長的路徑上得到充分沉積，提高轉化效率，同時不降低成像的分辨率，克服了傳統(tǒng)的閃爍體探測存在的探測效率和分辨率相互制約的矛盾。

用于制備閃爍光纖面板的芯層閃爍玻璃材料應具有優(yōu)良的熱加工工藝性能：抗析晶性能優(yōu)良，可以經(jīng)受在玻璃軟化溫度下長時間加熱變形，拉制成光纖；具有高折射率，保證在光纖狀態(tài)下高效傳輸熒光，在粘度上與皮料玻璃相匹配，有利于光纖成型，同時具有良好的化學穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能。而在目前已經(jīng)報道過的閃爍玻璃中，研究較多的是以稀土離子為激活劑的閃爍玻璃，這些閃爍玻璃材料主要是單一的作為閃爍體材料使用，其能量分辨率較差，不能實現(xiàn)對觀察目標的高分辨率空間成像；在熱加工性能方面未進行改良，并不適用于制備閃爍光纖面板，到目前為止還沒有應用于閃爍光纖面板的閃爍玻璃的公開報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供了一種用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃及其制備方法，該方法制備的鋱離子激活閃爍玻璃具有良好的熱加工性能，抗析晶性能優(yōu)良，閃爍發(fā)光效率高，可以拉制光纖等優(yōu)點。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃，其原料組分的質(zhì)量百分比為：SiO₂：28％～40％；BaF₂：5～10％；BaO：25～30％；Al₂O₃：1～2％；Gd₂O₃：10～20％；Tb₂O₃：8～18％；Ce₂O₃：0～2％；Dy₂O₃：0～2％；Sb₂O₃：0～1％。

所述的用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃的密度在4.1～4.3g/cm³；折射率在1.60～1.70；在30～300℃范圍的平均線熱膨脹系數(shù)為70×10^-7～90×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度范圍為700℃～850℃。

相應的，本發(fā)明還提供了一種上述用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟：

1)按原料組分稱取各原料，將所有原料混合并研磨均勻，得到配合物。

2)將步驟1)中得到的配合物倒入鉑金坩堝中，然后將坩堝放入玻璃熔化爐中制成玻璃熔體，熔化溫度為1400～1500℃，熔化后保溫時間2～4小時；保溫期間每間隔0.5小時對玻璃熔體進行一次攪拌，攪拌時間0.5小時。

3)將步驟2)中所述玻璃熔體倒入經(jīng)預熱處理的鑄鐵模具上鑄模成形，鑄鐵模具的預熱溫度：400～500℃，待玻璃成形后放置于馬弗爐中進行保溫退火處理，退火條件為600～700℃，保溫4小時，然后關閉電爐電源隨爐冷卻至室溫。

4)將步驟3)中退火后閃爍玻璃經(jīng)過切割、表面磨削、拋光后加工成樣品，即為用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃及其制備方法，通過原料組份混合、熔化、鑄模和退火制備得到，其原料組分的質(zhì)量百分比如下：SiO₂：28％～40％；BaF₂：5～10％；BaO：25～30％；Al₂O₃：1～2％；Gd₂O₃：10～20％；Tb₂O₃：8～18％；Ce₂O₃：0～2％；Dy₂O₃：0～2％；Sb₂O₃：0～1％；該閃爍玻璃的制備工藝簡單，化學組分易于調(diào)整，玻璃形成能力強；閃爍光發(fā)光效率高，發(fā)射峰位于545nm附近，與電荷耦合器件(CCD)的敏感波長匹配；具有高折射率(折射率大于1.62)，高密度(密度大于4.0g/cm³)；透明度和耐輻照性能良好，抗析晶性能優(yōu)良，具有與皮料玻璃相匹配的粘度特性，易于實現(xiàn)光纖拉制，可以用于制備閃爍光纖面板。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制得的閃爍玻璃在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜圖；

圖2為本發(fā)明實施例2制得的閃爍玻璃在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜圖；

圖3為本發(fā)明實施例4制得的閃爍玻璃在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜圖；

圖4為本發(fā)明實施例6制得的閃爍玻璃在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

表1本發(fā)明實施例1-7的組成(質(zhì)量百分比：wt％)

實施例1

按照表1中實施例1的玻璃化學組成稱取原料，在研缽中混合研磨均勻制得配合物；將配合物倒入鉑金坩堝中在玻璃熔化爐內(nèi)熔化為熔體，熔化溫度在1400～1500℃，熔化后保溫2～4小時，保溫期間每間隔0.5小時對玻璃熔體進行一次攪拌，攪拌時間0.5小時，以改善玻璃熔體的熔化質(zhì)量與澄清質(zhì)量；將熔化好的玻璃熔體倒入經(jīng)預熱400～500℃的鑄鐵模上，待冷卻成型后將玻璃置于600～700℃馬弗爐內(nèi)進行退火，保溫時間4小時后關閉馬弗爐電源，再隨爐降溫至室溫；退火后的閃爍玻璃經(jīng)過切割、表面磨削、拋光后加工成用于制備閃爍光纖面板的鋱離子激活閃爍玻璃。制得閃爍玻璃樣品的性能為：密度4.101g/cm³；折射率1.626；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)74×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度776℃；用X射線激發(fā)該閃爍玻璃樣品，測定發(fā)射熒光，得到圖1所示的發(fā)射光譜圖，波長范圍在450～700nm，最強發(fā)光峰位于545nm。

實施例2

按表1實施例2玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.168g/cm³；折射率1.637；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)85×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度756℃；用X射線激發(fā)該閃爍玻璃樣品，測定發(fā)射熒光，得到圖2所示的發(fā)射光譜圖，波長范圍在450～700nm，最強發(fā)光峰位于545nm。

實施例3

按表1實施例3玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.278g/cm³；折射率1.655；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)86×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度789℃。

實施例4

按表1實施例4玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.170g/cm³；折射率1.645；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)87×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度778℃；用X射線激發(fā)該閃爍玻璃樣品，測定發(fā)射熒光，得到圖3所示的發(fā)射光譜圖，波長范圍在450～700nm，最強發(fā)光峰位于545nm。

實施例5

按表1實施例5玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.193g/cm³；折射率1.648；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)77×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度809℃。

實施例6

按表1實施例6玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.098g/cm³；折射率1.640；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)81×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度777℃；用X射線激發(fā)該閃爍玻璃樣品，測定發(fā)射熒光，得到圖4所示的發(fā)射光譜圖，波長范圍在450～700nm，最強發(fā)光峰位于545nm。

實施例7

按表1實施例7玻璃組分稱取原料，采用與實施例1相同的熔化工藝制度和測試條件。制得閃爍玻璃的性能為：密度4.126g/cm³；折射率1.638；30～300℃的平均線膨脹系數(shù)77×10^-7/℃；膨脹軟化點溫度774℃。

以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。