特种防护玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种特种防护玻璃，特别是涉及一种对热中子进行有效防护的特种防 护玻璃。
【背景技术】
[0002] 特种防护玻璃，即防辐射玻璃和耐辐射玻璃，能够对X射线、Y射线及中子起到阻 隔作用，广泛用于核能研宄窥视及防护窗、核电站窥视窗、核辐射环境下的光学仪器面板和 镜头、宇宙探测防护面板、核医学防护等多种核辐射环境，在核应用领域起到重要作用，是 一种不可或缺的光学玻璃材料。以前只重视对X射线、Y射线的防护，随着中子在科研、医 疗、核能等方面对人体伤害的增多，以及中子枪的出现，中子防护材料才得到重视。
[0003] 近几年来，防中子玻璃作为军用、民用、科研等的防护需求品，已经开展了一些防 中子玻璃方面的基础研宄工作，并且研制出一些防中子玻璃产品，但这些玻璃只能对低能 中子进行防护，而对热中子或剂量较大的中子流的防护效率远达不到要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能对热中子进行有效防护的特种防护玻 璃。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：特种防护玻璃，其重量百分比组成 包括：Si02:20. 0-50. 0 %;PbO:5. 0-20. 0 %;B203:5. 0-35. 0 %;Na20 :3. 0-12. 5 % ;Gd203: I. 0-15. 0%;BaO:5. 0-30. 0% ;Li20 :2. 0-10. 0%。
[0006] 进一步的，还包括：K20 :0-10. 5% ;Ce02:0-2. 0%。
[0007] 进一步的，其中，K2O:2-6. 5%和 / 或Ce02:0-1. 0%。
[0008] 进一步的，其中，Si02:35. 0-45. 0%。
[0009]进一步的，其中，PbO:8. 0-15. 0%。
[0010] 进一步的，其中，B203:15. 0-25. 0%。
[0011] 进一步的，其中，Na2O:3. 0-10. 0%。
[0012] 进一步的，其中，Gd203:3. 0-10. 0%。
[0013]进一步的，其中，BaO:10-20. 0%。
[0014] 进一步的，所述玻璃的550nm透过率大于85%。
[0015] 进一步的，所述玻璃的努氏硬度大于560 (XlO7MPa)。
[0016] 进一步的，所述玻璃的中子剂量率降至50%的本发明玻璃厚度小于40mm。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明经过合理配置各组分及其含量，得到了 550nm透过 率大于85%、努氏硬度大于560 (XlO7MPa)、中子剂量率降至50%需要的本发明玻璃厚度小 于40_、能对热中子进行有效防护的特种防护玻璃。
【具体实施方式】
[0018] 按照前述限定，构成本发明的特种防护玻璃的各组分范围的理由如下：
[0019] SiO2做为玻璃的生成体，是玻璃形成的骨架，但如果含量过多，会造成熔化澄清难 度增加。因此其含量为20. 0-50. 0 %，优选为35. 0-45. 0 %。
[0020] PbO具有良好的能量吸收特性，对X射线、Y射线有较好的屏蔽效果，容易浇注， 多年来一直得到普遍应用，但含量过多，会造成数据波动大，化学稳定性差。因此其含量为 5-20. 0 %，优选为 8. 0-15. 0 %。
[0021] B2O3是热中子的优良吸收剂，其中子俘获截面高、吸收能谱宽、抗腐蚀性能优良。天 然硼元素有两种稳定的同位素，即kiB和nB，丰度分别为19. 87%和80. 22%/°B具有对中子 高吸收的独特性，kiB对热中子的吸收截面积为3837巴，自然丰度的硼对热中子的吸收截面 积接近750巴，而11B只有0. 005巴。所以为了效果更佳，用kiB替代配方中的B，但B2O3含 量过多，会造成化学稳定性差。因此其含量为5. 0-35. 0%，优选为15. 0-25. 0%。
[0022] Na2O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解。但含量过多，会造成 化学稳定性差。因此其含量为3. 0-12. 5%，优选3. 0-10. 0%。
[0023] K2O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃 的透明度和光泽。但其含量过多，会造成化学稳定性差。因此其含量为0-10. 5%，优选为 2. 0-6. 5% 〇
[0024]Gd2O3作为具有高吸收截面的氧化物，通过对慢中子和热中子的俘获使其达到衰 减，但含量过多，抗失透能力降低。因此其含量为1. 0-15. 0%，优选为3. 0-10. 0%。
[0025] &02是良好的澄清剂，有助于气泡消除，还具有良好的耐辐射性能，防止玻璃在 辐射环境下失透，但含量过多会造成玻璃透过率降低。因此其含量为0-2. 0%，优选为 0-1. 0%〇
[0026]BaO能增加玻璃的化学稳定性，同时BaO还能有效降低玻璃粘度，使得玻璃本身的 活性增大，作为重金属氧化物，其还是理想的中子吸收材料，但如果含量过多，玻璃容易失 透。因此其含量为5. 0-30. 0%，优选为10. 0-20. 0%。
[0027]Li2O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，澄清，还是优良的慢中子吸收物。但 其含量过多，玻璃的抗失透性能变差。因此其含量为2. 0-10. 0%。
[0028] 本发明提供的光学玻璃可按照如下方法制备：将玻璃的组分所对应的原料按 比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在1300-1500°C下熔化、澄清、均化后降温；在 1100-1200°C左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模具；将注入预热后的金属模具的熔融 玻璃同金属模具一起放入退火炉内徐冷，退火后得到中子防护玻璃，测试中子防护玻璃的 相关参数。
[0029] 本发明的玻璃的性能及其测试方法如下：
[0030] 1)中子剂量率降至50%需要的本发明玻璃厚度
[0031] 将不同厚度的本发明的防护玻璃经过〇.3MeV剂量的中子源照射后，测试中子剂 量率降至50 %需要的本发明玻璃厚度。
[0032] 经测试，中子剂量率降至50%需要的本发明玻璃厚度（mm)为39-40mm。
[0033]2) 55Onm透过率（％)范围
[0034] 将本发明的防护玻璃加工成IOmm厚的样品，在分光光度计上测试透过率。
[0035] 经测试，550nm透过率范围为为85-90%。
[0036] 3)努氏硬度（XlO7MPa)
[0037] 将本发明的20X20X20mm的样品表面抛光，采用对称棱角为172° 30'和13°的 四角锥金刚石压头给其施加一定负荷垂直压在样品表面上，保持一定时间后，撤去负荷，用 显微镜观察并测量样品上压痕长对角线的长度，换算出压痕的投影面积计算克氏硬度。
[0038] 经测试，努氏硬度范围为560-570(XIO7MPa)。
[0039] 4)软化点（°C)
[0040] 软化温度（Ts)按照《GB/T7962. 16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变 温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高rc，在被测样品的 膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。
[0041] 经测试，软化点范围为495-500(°C)。
[0042] 实施例1~10提供的特种防护玻璃的组分及对应性能如表1、表2所示。
[0043]表1
[0044]
[0045]表2
[0046]
【主权项】
1. 特种防护玻璃，其特征在于，其重量百分比组成包括：SiO2:20. 0-50.O%;PbO: 5. 0-20. 0%；B2〇3：5. 0-35. 0%；Na20 ：3. 0-12. 5%；Gd203：l. 0-15. 0%；Ba0 ：5. 0-30. 0%；Li20 ： 2.0-10.0%〇2. 如权利要求I所述的特种防护玻璃，其特征在于，还包括：K20 :0-10. 5 % ;Ce02: 0-2. 0%〇3. 如权利要求2所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，K2O:2-6. 5%和/或CeO2: 0-1. 0%〇4. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，SiO2:35. 0-45. 0%。5. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，PbO:8. 0-15. 0%。6. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，B2O3:15. 0-25. 0%。7. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，Na20 :3. 0-10. 0%。8. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，Gd203:3. 0-10. 0%。9. 如权利要求1所述的特种防护玻璃，其特征在于，其中，BaO:10-20. 0%。10. 如权利要求1-9任一权利要求所述的特种防护玻璃，其特征在于，所述玻璃的 550nm透过率大于85 %。11. 如权利要求1-9任一权利要求所述的特种防护玻璃，其特征在于，所述玻璃的努氏 硬度大于 560 (XlO7MPa)。12. 如权利要求1-9任一权利要求所述的特种防护玻璃，其特征在于，所述玻璃的中子 剂量率降至50%的本发明玻璃厚度小于40mm。
【专利摘要】本发明提供一种能对热中子进行有效防护的特种防护玻璃。特种防护玻璃，其重量百分比组成包括：SiO2：20.0-50.0％；PbO：5.0-20.0％；B2O3：5.0-35.0％；Na2O：3.0-12.5％；Gd2O3：1.0-15.0％；BaO：5.0-30.0％；Li2O：2.0-10.0％。本发明经过合理配置各组分及其含量，得到了550nm透过率大于85％、努氏硬度大于560×107MPa、中子剂量率降至50％需要的本发明玻璃厚度小于40mm、能对热中子进行有效防护的特种防护玻璃。
【IPC分类】C03C3/072, C03C4/00, C03C3/108
【公开号】CN104926120
【申请号】CN201510319296
【发明人】苏学剑, 于天来, 莫大洪
【申请人】成都光明光电有限责任公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月11日