專利名稱：一種閃爍玻璃的制備方法
技術領域：
本發明屬于發光材料領域，涉及閃爍玻璃，尤其是鋱激活硅酸鹽閃爍玻璃的制備方法。
背景技術：
閃爍材料是一種吸收高能光子后發出可見光的光功能材料，近年來在高能物理、 核物理、天體物理、地球物理、工業探傷、醫學成像和安全檢測等領域得到了廣泛的應用。閃爍晶體是目前研究最多、應用最廣泛的閃爍體，如Bi4Ge3O12 (BGO)、CeF3、PbffO4 等。但閃爍晶體存在著制備工藝復雜、生長周期長、成本高以及大尺寸單晶產生難度大等缺點，特別是傳統的晶體聲場技術難以保證摻雜離子的高濃度和均勻分布，進而無法實現材料的光學性能優化，這大大限制了其應用。而稀土摻雜閃爍玻璃因其具有化學組分易調、光學均勻性好、容易實現大尺寸以及制備方法簡單等特點而受到了人們的廣泛關注。在常見的稀土(Ce3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+等)摻雜閃爍玻璃中，Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃具有發光強度高，透明性好，熒光發射主要來自5D4能級，產生位于550nm窄帶的較強綠色熒光，與CCD元件的敏感波長匹配。因此，Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃一直是稀土閃爍材料的一個研究熱點。進一步提高Tb3+摻雜閃爍玻璃的發光強度是擴大其應用范圍的關鍵。例如 1995年，Buchanan等人研究發現加入Gd2O3能夠顯著提高Tb3+摻雜閃爍玻璃的發光強度 (U. S. Patent5108959)。2006年，顧牡等人發現提高Tb3+的最佳摻雜濃度亦可增強Tb3+摻雜閃爍玻璃的發光強度(CN200610118620. 0)。此外，在Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃制備過程中，Tb3+離子均是以Tb4O7形式引入，因此提高Tb4+ — Tb3+轉換效率也是增強Tb3+摻雜閃爍玻璃發光強度的有效方法之一。目前人們通常采用通入還原氣體(如H2,CO等)的方式以提高Tb4+ — Tb3+轉換效率，增強Tb3+發光強度。但此類方法不僅增加了閃爍玻璃的制備難度，還提高了玻璃制備的成本。因此，在保證Tb3+摻雜閃爍玻璃制備工藝簡單、成本低廉的同時，提高Tb4+ — Tb3+轉換效率是一個急待解決的難題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種閃爍玻璃的制備方法，其提高了 Tb4+ — Tb3+的轉換率， 大幅度增強Tb3+摻雜硅酸鹽玻璃的閃爍光強。為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是該閃爍玻璃的制備方法包括通過添加還原劑如半導體硅、 一氧化硅或鋰、鈉、鋇、 銫、鑭、釔等金屬與配方混合均勻后制得。其中，所述的閃爍玻璃的配方為(按質量百分比計)SiO235-60wt%B2O3O-IOwt %P2O5O-IOwt %Al2O30. 5-3wt%
MgO0-20wt%CaO0-30wt%SrO0-45wt%BaO5-50wt%Li2OO-IOwt %
Na2O0-25wt%K2O0-25wt%Rb2O0-25wt%Cs2O0-25wt%Y2O30-20wt%La2O30"20wt%Gd2O3l-15wt%Tb4O75-20wt%其具體包括以下步驟第一步根據配方進行配比，第二步添加還原劑，還原劑為外摻0. 2-5wt%,；第三步將還原劑與配方充分混合均勻后空氣氣氛中在1500-1550°C下用熔融法熔制3-5小時；第四步將第三步制得的玻璃液倒入預熱處理好的模具中定型；第五步在馬弗爐內500_650°C下保溫2_4小時進行退火處理。優選的，所述配方和還原劑比例具體為(按質量百分比計)SiO246. 3wt%Al2O31. 5wt%BaO8. 15wt%Cs2O8. 15wt%Na2O2. 8wt %Li2O4. Owt %K2O1. 3wt%Gd2O312. 5wt%Tb4O715. 3wt%還原劑(外摻) 1.5wt%由于采用了上述方案，本發明具有以下特點1、制備工藝簡單、化學組分易調、易實現大尺寸、化學穩定性好、可拉制成光纖；2、無需采用通入還原氣體(如H2, CO等)的方式還原Tb4+ — Tb3+，降低了閃爍玻璃的制備成本與難度，在保證Tb3+摻雜閃爍玻璃制備工藝簡單、成本低廉的同時，提高了玻璃體系中Tb4+ — Tb3+轉換效率，有效地增強了 Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃的發光強度；3、發射峰位于人眼最敏感的550nm附近，可與電荷耦合器件(CXD)的光譜響應很好的匹配，對X射線生物醫學成像、核科技應用等方面具有重要的應用價值和現實意義。
圖1為添加還原劑前后的閃爍玻璃在X射線激發下發光強度的比較。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。實施例1一、制備工藝第一步配方(按質量百分比計)SiO248. 3wt%Al2O31. 5wt%BaO9. 9wt%Cs2O9. 9wt%Na2O2. 8wt%Li2O2. Owt %K2O1. 3wt%Gd2O39. Owt %Tb4O715. 3wt%SiCK 外摻)0. 5wt%第二步將配方充分混合均勻后空氣氣氛中在1500-1550°C下用熔融法熔制3_5 小時；第三步將第二步制得的玻璃液倒入預熱處理好的模具中定型；第四步在馬弗爐內500_650°C下保溫2_4小時進行退火處理。二、測試將制得的玻璃切割成25mmX IOmmX 5mm的樣品，經拋光后測試X射線激發發射譜 80kV，4mA(如圖1所示)。三、應用通過以上方法制得的閃爍玻璃，對X射線實時成像、核技術應用有重要價值。實施例2其他均與實施例1相同，只是制備工藝中的配方不同。配方(按質量百分比)SiO248. 3wt%Al2O31. 5wt%BaO9. 9wt%Cs2O9. 9wt%Na2O2. 8wt%
Li2O2. Owt %K2O1. 3wt%Gd2O39. Owt %Tb4O715. 3wt%
SiCK 外摻)1. 5wt%實施例3其他均與實施例1相同，只是制備工藝中的配方不同。配方(按質量百分比)SiO248. 3wt%Al2O31. 5wt%BaO9. 9wt%Cs2O9. 9wt%Na2O2. 8wt%Li2O2. Owt %K2O1. 3wt%Gd2O39. Owt %Tb4O715. 3wt% SiCK 外摻)2. 5wt%上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種閃爍玻璃的制備方法，其特征在于在閃爍玻璃的配方中添加還原劑進行高溫熔融，經退火處理后制得。
2.如權利要求1所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于其具體包括以下步驟1)按照閃爍玻璃的配方進行配比；2)添加還原劑；3)將還原劑與配方充分混合均勻后空氣氣氛中在1500-1550°C下用熔融法熔制3_5小時；4)將步驟幻中制得的玻璃液倒入預熱處理好的模具中定型；5)在馬弗爐內500-650°C下保溫2-4小時進行退火處理。
3.如權利要求1或2所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于所述的還原劑為半導體硅、一氧化硅、鋰、鈉、鋇、銫、鑭或釔。
4.如權利要求3所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于閃爍玻璃的配方為(按質量百分比記)SiO2 35-60wt% B2O3 O-IOwt % P2O5 O-IOwt % Al2O3 0. 5-3wt% MgO 0-20wt% CaO 0-30wt% SrO 0-45wt% BaO 5-50wt% Li2O O-IOwt % Na2O 0-25wt% K2O 0-25wt% Rb2O 0-25wt% Cs2O 0-25wt% Y2O3 0-20wt% La2O3 0-20wt% Gd2O3 l-15wt% Tb4O7 5-20wt%
5.如權利要求4所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于所述閃爍玻璃的配方優選為(按質量百分比記)SiO2 46. 3wt% Al2O3 1. 5wt% BaO 8. 15wt% Cs2O 8. 15wt% Na2O 2.8wt% Li2O 4. Owt % K2O 1. 3wt%Gd2O3 12. 5wt% Tb4O7 15. 3wt%
6.如權利要求3所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于所述還原劑的質量百分比為外摻0. 2-5% ο
7.如權利要求6所述的閃爍玻璃的制備方法，其特征在于所述還原劑的質量百分比優選為1.5%。
全文摘要
一種閃爍玻璃的制備方法，其采用半導體硅、一氧化硅、鋰、鈉、鋇、銫、鑭或釔等還原劑添加至閃爍玻璃配方中混合均勻，通過高溫熔融及退火處理進行制備。制得的閃爍玻璃提高了玻璃體系中Tb4+→Tb3+轉換效率，有效地增強了Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃的發光強度。且本發明由于無需采用通入還原氣體(如H2，CO等)的方式還原Tb4+→Tb3+，降低了閃爍玻璃的制備成本與難度。
文檔編號C03C3/095GK102153280SQ20101011005
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者倪晨, 劉小林, 劉波, 金鑫杰, 顧牡, 黃世明 申請人:同濟大學