阅读说明：本技术 一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法 (lutetium-doped silicate scintillation glass and preparation method thereof ) 是由 尹士玉 王昊 郭红阳 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法,通过引入镥基并控制工艺条件,使制得的该闪烁玻璃具有产光效率高、衰减速度快、密度大、阻拦射线性能强等优点,光产额可高达27000,密度能达到6.5～7.5g/cm<Sup>3</Sup>,均显著高于现有的闪烁玻璃,且机械强度高、化学性质稳定、不易潮解,综合性能优异,适合应用于石油勘探、放射医学成像、工业在线检测、国家安全监察、高能物理或核物理实验等领域中；同时,上述方案选用常规成分进行精确配比,并采用常规设备和改进的工艺方法,制备方法简单易行,可在保证玻璃性能的同时有效降低成本,从而能够利用有限的资源来提供性能优良的闪烁玻璃,更加适合扩大生产和应用。(The invention provides lutetium-doped silicate scintillation glass and a preparation method thereof, wherein lutetium groups are introduced and process conditions are controlled, so that the prepared scintillation glass has the advantages of high luminous efficiency, high attenuation speed, high density, strong ray blocking performance and the like, the light yield can reach 27000, and the density can reach 6.5-7.5 g/cm 3 The glass is obviously higher than the existing scintillating glass, has high mechanical strength, stable chemical property, difficult deliquescence and excellent comprehensive performance, and is suitable for being applied to petroleum exploration, radiation medical imaging, industrial on-line detection, national security supervision and high-energy physical or nuclear physical experimentsEtc. in the field; meanwhile, the scheme selects conventional components for precise proportioning, adopts conventional equipment and an improved process method, is simple and easy to prepare, can effectively reduce the cost while ensuring the performance of the glass, can provide the scintillation glass with excellent performance by using limited resources, and is more suitable for expanded production and application.)

一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于闪烁材料技术领域，特别涉及一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

背景技术

目前，核成像技术的快速发展和要求，给新型闪烁材料的研究提供了广阔的空间。闪烁玻璃作为特种玻璃的一种，有望取代闪烁晶体，跨越性地推动核成像技术在影像医学、高能物理、安全检测以及矿产资源勘探等方面的更广泛应用，从而形成巨大的国际市场，因此成为新材料研究以及应用的热点和重要前沿方向之一。

在已有的众多制备玻璃体的方法中，熔融法因为具有如下优点而成为研究热点：(1)工艺简单，易于做成不同的玻璃形状；(2)可增进多元组分体系的化学均匀性，至原子或分子级水平；(3)掺杂组分的量和种类范围宽，化学计量准确且易于改性。近几年，国内外研究者热切关注以熔融法用纳米粉末制备微晶闪烁玻璃，寻找其制备过程中的普遍规律，得到由纳米到微米跨越过程中的科学内涵，这在材料学上有着重大的理论价值。同时，由于激活离子在多晶玻璃中的晶体场与纳米颗粒和单晶均不同，因此探索晶界存在条件下激活离子的吸收与发射、以及光在多晶中能量传递过程和传播机理等物理过程的基本问题，在解决闪烁陶瓷发光过程中的物理问题之外，还具有更加重大的理论意义。

近年来，关于闪烁玻璃的研究多数集中在LuAG、YAG、Lu₂O₃等材料，但对于热门的Lu₂SiO₅:Ce和Lu₂Si₂O₇:Ce等闪烁晶体的改进却鲜有报道。闪烁玻璃的制备需要较高的制备技术和精良的设备，并且与国内众多材料行业面临着同样的问题——原料。对于原材料的纯度、原材料纳米粉末的粒子尺寸等都有较高要求，而国内目前尚无专门的企业可以提供；同时，国内高烧结温度、高真空度的设备与国外的差距更明显，这些问题已经成为制约闪烁玻璃发展一个瓶颈。因此，如何利用有限的资源和创新的工艺方法(成份的微调和热处理的温度)来提供性能优良的闪烁玻璃，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

本发明具体技术方案如下：

本发明一方面提供了一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃，包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂ 50～60％、H₃BO₃ 12～15％、NaNO₃ 4～7％、Lu₂O₃ 15～20％、Ce(C₂O₄)₂ 1～2％、MgF₂ 0.5～1％、Al₂O₃ 4～5％、BaCO₃ 1.5～2％。

进一步地，该掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂55.33％、H₃BO₃ 13.84％、NaNO₃ 5.53％、Lu₂O₃ 16.46％、Ce(C₂O₄)₂ 1.43％、MgF₂ 0.95％、Al₂O₃ 4.61％、BaCO₃ 1.84％。

本发明另一方面提供了制备上述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃的方法，包括如下步骤：

S1：精确称取所述成分并均匀混合，得到第一混合物；

S2：将所述第一混合物置于刚玉坩埚中加热，熔化为均匀玻璃熔体；

S3：将所述均匀玻璃熔体在模型中浇筑成型后，置于马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉、自动降温至室温，得到闪烁玻璃初品；

S4：对所述闪烁玻璃初品进行切割、表面研磨及抛光处理，即得到所述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃。

进一步地，步骤S2中，所述熔化的条件如下：

加热温度为1700℃，时间为180min。

进一步地，步骤S3中，所述退火的条件如下：

先置于700～800℃下保温4h，再以50℃/h的速率降温至300～400℃。

本发明还提供了上述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃在X射线探测中的应用。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法，通过引入镥基并控制工艺条件，使制得的该闪烁玻璃具有产光效率高、衰减速度快、密度大、阻拦射线性能强等优点，光产额可高达27000，密度能达到6.5～7.5g/cm³，均显著高于现有的闪烁玻璃，且机械强度高、化学性质稳定、不易潮解，综合性能优异，适合应用于石油勘探、放射医学成像、工业在线检测、国家安全监察、高能物理或核物理实验等领域中；同时，上述方案选用常规成分进行精确配比，并采用常规设备和改进的工艺方法，制备方法简单易行，可在保证玻璃性能的同时有效降低成本，从而能够利用有限的资源来提供性能优良的闪烁玻璃，更加适合扩大生产和应用。

附图说明

图1为本申请提供的闪烁玻璃在900℃热处理时的X射线衍射图；

图2为本申请提供的闪烁玻璃在1000℃热处理时的X射线衍射图；

图3为经过1000℃热处理的闪烁玻璃在紫光激发下的吸收光谱图；

图4为经过1000℃热处理的闪烁玻璃在紫光激发下的发射光谱图。

具体实施方式

除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃，包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂ 50％、H₃BO₃15％、NaNO₃ 7％、Lu₂O₃ 20％、Ce(C₂O₄)₂ 2％、MgF₂ 0.5％、Al₂O₃ 5％、BaCO₃ 1.5％。该闪烁玻璃采用如下方法制备而成：

S1：根据上述配比，精确称取各成分并均匀混合，得到第一混合物；

S2：将第一混合物置于刚玉坩埚中，在1700℃下加热180min，使之熔化为均匀玻璃熔体；

S3：将所述均匀玻璃熔体在模型中浇筑成型后，置于马弗炉中进行退火，先置于700℃下保温4h，再以50℃/h的速率降温至300℃；退火结束后关闭马弗炉、自动降温至室温，得到闪烁玻璃初品；

S4：对所述闪烁玻璃初品进行切割、表面研磨及抛光处理，即得到所述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃。

实施例2

一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃，包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂ 60％、H₃BO₃12％、NaNO₃ 4％、Lu₂O₃ 15％、Ce(C₂O₄)₂ 1％、MgF₂ 1％、Al₂O₃ 4％、BaCO₃ 2％。该闪烁玻璃采用如下方法制备而成：

S1：根据上述配比，精确称取各成分并均匀混合，得到第一混合物；

S2：将第一混合物置于刚玉坩埚中，在1700℃下加热180min，使之熔化为均匀玻璃熔体；

S3：将所述均匀玻璃熔体在模型中浇筑成型后，置于马弗炉中进行退火，先置于800℃下保温4h，再以50℃/h的速率降温至400℃；退火结束后关闭马弗炉、自动降温至室温，得到闪烁玻璃初品；

S4：对所述闪烁玻璃初品进行切割、表面研磨及抛光处理，即得到所述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃。

实施例3

一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃，包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂ 55.33％、H₃BO₃13.84％、NaNO₃ 5.53％、Lu₂O₃ 16.46％、Ce(C₂O₄)₂ 1.43％、MgF₂ 0.95％、Al₂O₃ 4.61％、BaCO₃ 1.84％。该闪烁玻璃采用如下方法制备而成：

S1：根据上述配比，精确称取各成分并均匀混合，得到第一混合物；

S2：将第一混合物置于刚玉坩埚中，在1700℃下加热180min，使之熔化为均匀玻璃熔体；

S3：将所述均匀玻璃熔体在模型中浇筑成型后，置于马弗炉中进行退火，先置于700℃下保温4h，再以50℃/h的速率降温至300℃；退火结束后关闭马弗炉、自动降温至室温，得到闪烁玻璃初品；

S4：对所述闪烁玻璃初品进行切割、表面研磨及抛光处理，即得到所述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃。

实施例4

一种掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃，包括如下摩尔百分比的成分：SiO₂ 55.33％、H₃BO₃13.84％、NaNO₃ 5.53％、Lu₂O₃ 16.46％、Ce(C₂O₄)₂ 1.43％、MgF₂ 0.95％、Al₂O₃ 4.61％、BaCO₃ 1.84％。该闪烁玻璃采用如下方法制备而成：

S1：根据上述配比，精确称取各成分并均匀混合，得到第一混合物；

S2：将第一混合物置于刚玉坩埚中，在1700℃下加热180min，使之熔化为均匀玻璃熔体；

S3：将所述均匀玻璃熔体在模型中浇筑成型后，置于马弗炉中进行退火，先置于800℃下保温4h，再以50℃/h的速率降温至400℃；退火结束后关闭马弗炉、自动降温至室温，得到闪烁玻璃初品；

S4：对所述闪烁玻璃初品进行切割、表面研磨及抛光处理，即得到所述掺杂镥基硅酸盐闪烁玻璃。

试验例 X射线激发试验

采用实验例4制得的闪烁玻璃，分别进行900℃和1000℃的热处理，由X射线衍射图(图1和图2)可知，经过1000℃热处理时，在26°处产生一个高强度的峰，表明经过热处理后在此处产生了具有闪烁效果的纳米微晶颗粒；而经过900℃热处理时未产生上述峰，表明1000℃的热处理效果明显优于900℃。

对上述经过1000℃热处理的闪烁玻璃进行紫光照射，由吸收谱(图3)和发射谱(图4)可知，该闪烁玻璃可有效地吸收紫光、并释放出红光，经计算，其光产额可高达27000Photon/MeV，显著高于现有的闪烁玻璃。

另外，经测量，采用本申请提供的方法制得的闪烁玻璃的密度能达到6.5～7.5g/cm³，同样显著高于现有的闪烁玻璃。由此可见，本申请提供的闪烁玻璃密度较大、发光强度较高，综合性能优良，适宜广泛应用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。