用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組 合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 閃爍體材料能將X射線等高能射線轉(zhuǎn)化為可見光，還能夠?qū)崿F(xiàn)對觀察目標(biāo)的高分 辨率空間成像，隨著閃爍體材料的研發(fā)成功和性能的不斷提高，使得人類在高能物理、生物 醫(yī)學(xué)技術(shù)、空間探測、工業(yè)探測以及核探測技術(shù)等方面的活動得以加強(qiáng)和發(fā)展，特別是X射 線等高能射線診斷和觀察在各種生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)重點裝備的信息獲取及變送系統(tǒng)中得到 了廣泛的應(yīng)用。常用的閃爍體材料有無機(jī)閃爍晶體、閃爍玻璃以及有機(jī)閃爍體等，但是閃爍 晶體在制備過程中對設(shè)備的要求較高，制備困難，價格昂貴，而且晶體生長緩慢，晶體生長 周期長，其大批量和大尺寸生產(chǎn)難度大;而有機(jī)閃爍體雖然光輸出很高，閃爍速度快，但是 有機(jī)閃爍體的密度低，不耐輻照，因此具有優(yōu)良耐輻照性能、快速衰減時間、高分辨率成像 的閃爍體材料是近年來研究的熱門課題。
[0003] 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(xué)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(xué)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(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一 種新型功能器件，它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(xué)零厚度以 及空間分辨率高的特點，它可以實現(xiàn)對硬X射線等高能射線轉(zhuǎn)化為可見光輸出圖像，實現(xiàn)對 觀察目標(biāo)的高分辨率空間成像，還可組成特殊的大信息量的集成診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)將所獲得 的信息進(jìn)行高保真的傳輸;而且因為閃爍光纖面板采用了光學(xué)纖維的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計，它可 以做得很厚，X射線等高能射線的能量可以在較長的路徑上得到充分沉積，轉(zhuǎn)化效率高，降 低了 X射線等高能射線成像時輻射的劑量，提高了成像的分辨率，克服了傳統(tǒng)的晶體膜探測 存在的探測效率和分辨率相互制約的矛盾，解決了單一閃爍玻璃材料能量分辨率低的問 題;而且閃爍光纖面板制備方法簡單，成本低廉，光學(xué)性質(zhì)容易得到保證，易于實現(xiàn)大批量、 大尺寸的工業(yè)化生產(chǎn)，制備出大尺寸的閃爍光纖面板。而高折射率、高密度、耐輻照、光輸出 高、衰減時間短、響應(yīng)快、余輝短、對硬X射線敏感、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗析晶性能優(yōu)良、抗熱沖 擊性能優(yōu)良的閃爍玻璃材料即為制備閃爍光纖面板用的芯料玻璃材料，且芯料玻璃材料的 化學(xué)組成可以在很寬的范圍內(nèi)改變，光學(xué)性質(zhì)容易得到保證，可以根據(jù)需要設(shè)計不同的分 辨率，制備出各種閃爍性質(zhì)不同的閃爍光纖面板。
[0004] 閃爍玻璃的性能主要包括密度、閃爍性能、耐輻照性能等，為滿足應(yīng)用在高能輻照 環(huán)境中的閃爍光纖面板的要求，制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃應(yīng)具有如下性能：
[0005] (1)具有較高的密度(密度大于5. Og/cm3):密度越大，玻璃材料對X射線的截止本 領(lǐng)愈大，輻射長度x〇和莫里埃(Moliere)半徑Rm就愈小，而小的莫里埃半徑可以減少兩個相 鄰光電子之間的重疊或干擾，便于"辨認(rèn)"，小的輻射長度可以減小探測器的體積，從而降低 成本。
[0006] (2)耐輻照性能優(yōu)良：玻璃在X射線等高能射線的輻照下，將引起玻璃的色澤和透 明度的下降，使其發(fā)出的熒光不能透過或被玻璃材料本身吸收，甚至造成材料結(jié)構(gòu)缺陷。
[0007] (3)短余輝：電子從高能級向低能級躍迀時，將發(fā)出光電子，為了避免光電子之間 的互相干擾或污染，要求進(jìn)行快速探測，快速探測要求快速閃爍，即響應(yīng)快、余輝短。
[0008] (4)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(xué)穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能。
[0009] 在目前已經(jīng)報道過的閃爍玻璃中，研究較多的是稀土摻雜離子為發(fā)光中心的閃爍 玻璃，而Ce3+摻雜閃爍玻璃因為淬滅效應(yīng)使其引入量受到較大的限制，從而影響其發(fā)光強(qiáng) 度;而有些稀土離子會對玻璃的光堿度敏感，使玻璃的紫外及可見吸收截止波長產(chǎn)生紅移， 從而影響玻璃的紫外與可見光透過性，而且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(biāo)的高分辨率空間成像，到目前為止還沒有 應(yīng)用于閃爍光纖面板的閃爍玻璃的公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的制作成本較高的不足，提供了一種具有化學(xué)穩(wěn) 定性好、閃爍光發(fā)光效率高，可以拉制光纖的用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物 及其制備方法。
[0011] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0012] -種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物，包括以下重量百分含量的組 分：
[0014]本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，包括以下重量百分含量的組分：
[0017]本發(fā)明更優(yōu)選的技術(shù)方案，用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃，包括以下重量百 分含量的組分：
[0019]所述閃爍玻璃的折射率1.75 1.85;在30~300°C范圍的平均線熱膨脹系數(shù) 為63 X 10-7/°C~90 X 10-7/°C;膨脹軟化點溫度范圍為600°C~700°C。
[0020] 所述閃爍玻璃作為制備閃爍光纖面板的芯料材料，所述閃爍玻璃與皮料玻璃匹配 拉制光學(xué)纖維，用于制備閃爍光纖面板。
[0021] 本發(fā)明還提供一種上述的用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的制備方法，包括以 下步驟：
[0022] ①按原料組分稱取各原料，將所有原料混合并研磨均勻，得到配合料；
[0023] ②將所述配合料倒入到坩堝中，然后將坩堝放入玻璃熔化爐中制成玻璃熔體。
[0024] ③將所述玻璃熔體澆鑄在經(jīng)過預(yù)熱的耐熱鋼模具上，然后再將澆鑄有玻璃熔體的 耐熱鋼模具置于500-700°C的馬弗爐中保溫，再隨爐降溫自然冷卻進(jìn)行退火；
[0025] ④將退火后的玻璃經(jīng)過切割、表面研磨、拋光后加工成樣品，即為閃爍玻璃。
[0026] 所述坩堝為鉑金坩堝。
[0027] 將坩堝放入玻璃熔化爐中，在還原氣氛下熔制成玻璃熔體，熔化溫度1400~1500 °C，熔化后保溫6~9小時，所述還原氣氛中的氣體包括氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w或一氧化碳。 所述的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原氣氛獲得過程是直接將氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w通入裝 有配合料的坩堝中，一氧化碳?xì)怏w還原氣氛的獲得過程是將裝有碳粉或石墨粉的小坩堝置 于熔化爐中保溫2小時。
[0028]所述步驟③中，所述耐熱鋼模具的預(yù)熱溫度為400-600°C，在馬弗爐中保溫2-4小 時。
[0029] 所述步驟④中，所述樣品加工后的尺寸為10_X 10_X3mm。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0031] (1)具有高折射率(nD可達(dá)到1.85)，高密度(密度大于5.Og/cm3)，具有良好的透明 度和耐輻照性能；
[0032] (2)制備工藝簡單、化學(xué)組分易于調(diào)整、玻璃形成能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗析晶性 能優(yōu)良、閃爍速度快、衰減時間短、閃爍光發(fā)光效率高、并且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；
[0033] (3)發(fā)射峰位于對人眼敏感的550nm附近，可以與CCD(電荷耦合器件）的光譜響應(yīng) 很好的匹配，制備成閃爍光纖面板，組裝成探測器，可以大大提高對高能射線的探測效率和 器件的成像分辨率，實現(xiàn)對輻射源的位置分辨和空間成像探測，可以廣泛應(yīng)用于X射線生物 醫(yī)學(xué)成像和診斷、核技術(shù)應(yīng)用、安全檢查及工業(yè)探測等高能射線探測領(lǐng)域等方面，如制備成 閃爍光纖面板用在X射線熒光屏，對X射線的吸收強(qiáng)，不存在發(fā)射光的散射，因此，具有重要 的應(yīng)用價值和良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明所采用的閃爍玻璃制備的閃爍光纖面板的截面示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明組成閃爍光纖面板的光學(xué)纖維的截面示意圖。
[0036]圖中：1閃爍光纖面板，2光學(xué)纖維，3芯料玻璃，4皮料玻璃。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0038] 參見圖1和圖2,芯料玻璃3外設(shè)有皮料玻璃4,組成閃爍光纖面板的光學(xué)纖維2,多 個光學(xué)纖維2排列組合成閃爍光纖面板1。
[0039] 本發(fā)明提供一種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃及其制備方法，由以下重量配 比的組分組成：
[0041]本發(fā)明中，Si02是玻璃形成骨架的主體，是玻璃骨架中起主要作用的成分。Si02含 量低于10重量％，不易獲得光學(xué)性能優(yōu)良的玻璃，同時會降低玻璃的耐化學(xué)穩(wěn)定性;Si02含