[发明专利]一种无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法

说明书

本申请涉及一种通过改变硼源和/或铝源来制备的无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃。通过使用氧化铝部分或全部地替代玻璃组分氧化钡后，采用特定硼源来部分或全部地替代玻璃组分三氧化二硼，和/或采用特定铝源来部分或全部地替代玻璃组分三氧化二铝可实现在空气气氛中制备无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃。本申请的有益效果在于无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃制备工艺简单，且X射线激发发光强度显著提高，可用于X射线医学成像、中子探测、工业在线检测、国家安全监察、高能物理实验或核物理实验应用中。

技术领域

本申请涉及闪烁材料技术领域。具体来说，本申请涉及一种无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

背景技术

闪烁材料是一种吸收高能射线后发出可见光的光功能材料，其在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、工业探伤、医学成像和安全检测等领域得到了广泛应用。

稀土掺杂闪烁玻璃制备方法简单，其更大优势在于可拉制成光纤并制作光纤面板，进而提高对高能射线的探测效率和器件成像分辨率，所以日益成为是一种重要的闪烁材料。但传统熔融法制备闪烁玻璃时需要高温投料/取料，这对于制备超快闪烁玻璃(如三价铈离子激活闪烁玻璃)及其后续的闪烁玻璃光纤拉制带来严重挑战。其主要原因在于：其一，这些超快闪烁玻璃中只有三价铈离子发光，玻璃中四价铈离子的存在因自吸收而严重降低闪烁玻璃的发光强度；其二，为获得高发光强度的超快闪烁玻璃，实践上通常需要构造还原气氛，如一氧化碳、碳还原、氮气/氢气混合气体等，尽可能提高玻璃中三价铈离子的浓度。但采用熔融法制备闪烁玻璃一般需要高温投料/取料，这无疑会增加设备和工艺的复杂性，相应地增加闪烁玻璃的制造成本，同时也会因高温投料/取料而导致部分铈离子被氧化；其三，这种还原气氛下制造的超快闪烁玻璃在后续光纤的拉制过程中，增加了三价铈离子被氧化的可能性，进而降低闪烁玻璃光纤和纤维面板的闪烁性能。

发明人之前的工作表明，通过额外添加微量氮化硅到硼锗酸盐闪烁玻璃中可在空气气氛中较容易获得无色铈离子激活闪烁玻璃。进一步实践证明，但同样方法在硼硅酸盐闪烁玻璃中并没有取得实质性效果。

为此，本领域需要开发一种只改变次要组分的无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

发明内容

本申请的发明人发现通过使用还原性硅源替代或部分替代玻璃中主要成分二氧化硅，获得了实质性效果，并显著提高了稀土掺杂闪烁玻璃的X射线激发发光强度。即使是通过改变硼硅酸盐闪烁玻璃中的一些次要成分，如硼源和/或铝源，也可以在空气气氛中制备出无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

本申请之目的在于提供一种通过改变硼源和/或铝源来制备的无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃。具体来说，通过使用氧化铝部分或全部地替代玻璃组分氧化钡后，采用特定硼源来部分或全部地替代玻璃组分三氧化二硼，和/或采用特定铝源来部分或全部地替代玻璃组分三氧化二铝可实现在空气气氛中制备无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃。与基质玻璃相比，本申请的无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃的X射线激发发光强度提高了5-7倍。

本申请之目的还在于提供一种制备无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃的方法。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

在第一方面中，本申请提供一种无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃，所述玻璃的主要组分为B₂O₃-SiO₂-BaO-Al₂O₃-RE₂O₃，其中RE为稀土元素，且通过使用含铈原料对玻璃进行掺杂的方式引入铈；

其中至少一部分的BaO被Al₂O₃替代；和/或

其中至少一部分的B₂O₃被BN、B₄C和硼粉中的一种或几种替代。