用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及玻璃材料领域，具体涉及一种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组 合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 闪烁体材料能将X射线等高能射线转化为可见光，还能够实现对观察目标的高分 辨率空间成像，随着闪烁体材料的研发成功和性能的不断提高，使得人类在高能物理、生物 医学技术、空间探测、工业探测以及核探测技术等方面的活动得以加强和发展，特别是X射 线等高能射线诊断和观察在各种生物医学和工业重点装备的信息获取及变送系统中得到 了广泛的应用。常用的闪烁体材料有无机闪烁晶体、闪烁玻璃以及有机闪烁体等，但是闪烁 晶体在制备过程中对设备的要求较高，制备困难，价格昂贵，而且晶体生长缓慢，晶体生长 周期长，其大批量和大尺寸生产难度大;而有机闪烁体虽然光输出很高，闪烁速度快，但是 有机闪烁体的密度低，不耐辐照，因此具有优良耐辐照性能、快速衰减时间、高分辨率成像 的闪烁体材料是近年来研究的热门课题。
[0003] 闪烁光纤面板是用高折射率的闪烁玻璃材料作为芯料，低折射率玻璃材料为皮料 拉制而成的光学纤维经过排列组合，在加温加压的条件下，依靠皮料玻璃的软化将光学纤 维互相粘合在一起的一个整体，它是在闪烁体材料和光纤面板的技术基础上发展起来的一 种新型功能器件，它同时具备了闪烁体材料和光纤面板的功能，具有全反射、光学零厚度以 及空间分辨率高的特点，它可以实现对硬X射线等高能射线转化为可见光输出图像，实现对 观察目标的高分辨率空间成像，还可组成特殊的大信息量的集成诊断系统，实现将所获得 的信息进行高保真的传输;而且因为闪烁光纤面板采用了光学纤维的独特结构设计，它可 以做得很厚，X射线等高能射线的能量可以在较长的路径上得到充分沉积，转化效率高，降 低了 X射线等高能射线成像时辐射的剂量，提高了成像的分辨率，克服了传统的晶体膜探测 存在的探测效率和分辨率相互制约的矛盾，解决了单一闪烁玻璃材料能量分辨率低的问 题;而且闪烁光纤面板制备方法简单，成本低廉，光学性质容易得到保证，易于实现大批量、 大尺寸的工业化生产，制备出大尺寸的闪烁光纤面板。而高折射率、高密度、耐辐照、光输出 高、衰减时间短、响应快、余辉短、对硬X射线敏感、化学稳定性好、抗析晶性能优良、抗热冲 击性能优良的闪烁玻璃材料即为制备闪烁光纤面板用的芯料玻璃材料，且芯料玻璃材料的 化学组成可以在很宽的范围内改变，光学性质容易得到保证，可以根据需要设计不同的分 辨率，制备出各种闪烁性质不同的闪烁光纤面板。
[0004] 闪烁玻璃的性能主要包括密度、闪烁性能、耐辐照性能等，为满足应用在高能辐照 环境中的闪烁光纤面板的要求，制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃应具有如下性能：
[0005] (1)具有较高的密度(密度大于5. Og/cm3):密度越大，玻璃材料对X射线的截止本 领愈大，辐射长度x〇和莫里埃(Moliere)半径Rm就愈小，而小的莫里埃半径可以减少两个相 邻光电子之间的重叠或干扰，便于"辨认"，小的辐射长度可以减小探测器的体积，从而降低 成本。
[0006] (2)耐辐照性能优良：玻璃在X射线等高能射线的辐照下，将引起玻璃的色泽和透 明度的下降，使其发出的荧光不能透过或被玻璃材料本身吸收，甚至造成材料结构缺陷。
[0007] (3)短余辉：电子从高能级向低能级跃迀时，将发出光电子，为了避免光电子之间 的互相干扰或污染，要求进行快速探测，快速探测要求快速闪烁，即响应快、余辉短。
[0008] (4)优良的热加工工艺性能:抗析晶性能优良，可以经受在玻璃软化温度下长时间 加热变形，拉制成光纤;具有高折射率，保证在光纤状态下高效传输荧光，在粘度上与皮料 玻璃相匹配，有利于光纤成型，同时具有良好的化学稳定性和抗热冲击性能。
[0009] 在目前已经报道过的闪烁玻璃中，研究较多的是稀土掺杂离子为发光中心的闪烁 玻璃，而Ce3+掺杂闪烁玻璃因为淬灭效应使其引入量受到较大的限制，从而影响其发光强 度;而有些稀土离子会对玻璃的光碱度敏感，使玻璃的紫外及可见吸收截止波长产生红移， 从而影响玻璃的紫外与可见光透过性，而且这些闪烁玻璃材料主要是单一的作为闪烁体材 料使用，其能量分辨率较差，不能实现对观察目标的高分辨率空间成像，到目前为止还没有 应用于闪烁光纤面板的闪烁玻璃的公开报道。
【发明内容】
[0010]本发明为了解决现有技术中存在的制作成本较高的不足，提供了一种具有化学稳 定性好、闪烁光发光效率高，可以拉制光纤的用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物 及其制备方法。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012] -种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物，包括以下重量百分含量的组 分：
[0014]本发明优选的技术方案，包括以下重量百分含量的组分：
[0017]本发明更优选的技术方案，用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃，包括以下重量百 分含量的组分：
[0019]所述闪烁玻璃的折射率1.75 1.85;在30~300°C范围的平均线热膨胀系数 为63 X 10-7/°C~90 X 10-7/°C;膨胀软化点温度范围为600°C~700°C。
[0020] 所述闪烁玻璃作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，所述闪烁玻璃与皮料玻璃匹配 拉制光学纤维，用于制备闪烁光纤面板。
[0021] 本发明还提供一种上述的用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的制备方法，包括以 下步骤：
[0022] ①按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀，得到配合料；
[0023] ②将所述配合料倒入到坩埚中，然后将坩埚放入玻璃熔化炉中制成玻璃熔体。
[0024] ③将所述玻璃熔体浇铸在经过预热的耐热钢模具上，然后再将浇铸有玻璃熔体的 耐热钢模具置于500-700°C的马弗炉中保温，再随炉降温自然冷却进行退火；
[0025] ④将退火后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃。
[0026] 所述坩埚为铂金坩埚。
[0027] 将坩埚放入玻璃熔化炉中，在还原气氛下熔制成玻璃熔体，熔化温度1400~1500 °C，熔化后保温6~9小时，所述还原气氛中的气体包括氢气和氮气的混合气体或一氧化碳。 所述的氢气和氮气的混合气体还原气氛获得过程是直接将氢气和氮气的混合气体通入装 有配合料的坩埚中，一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置 于熔化炉中保温2小时。
[0028]所述步骤③中，所述耐热钢模具的预热温度为400-600°C，在马弗炉中保温2-4小 时。
[0029] 所述步骤④中，所述样品加工后的尺寸为10_X 10_X3mm。
[0030] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0031] (1)具有高折射率(nD可达到1.85)，高密度(密度大于5.Og/cm3)，具有良好的透明 度和耐辐照性能；
[0032] (2)制备工艺简单、化学组分易于调整、玻璃形成能力强、化学稳定性好、抗析晶性 能优良、闪烁速度快、衰减时间短、闪烁光发光效率高、并且具有与皮料玻璃相匹配的粘度 特性、易于实现光纤拉制，可以用于制备闪烁光纤面板；
[0033] (3)发射峰位于对人眼敏感的550nm附近，可以与CCD(电荷耦合器件）的光谱响应 很好的匹配，制备成闪烁光纤面板，组装成探测器，可以大大提高对高能射线的探测效率和 器件的成像分辨率，实现对辐射源的位置分辨和空间成像探测，可以广泛应用于X射线生物 医学成像和诊断、核技术应用、安全检查及工业探测等高能射线探测领域等方面，如制备成 闪烁光纤面板用在X射线荧光屏，对X射线的吸收强，不存在发射光的散射，因此，具有重要 的应用价值和良好的应用前景。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明所采用的闪烁玻璃制备的闪烁光纤面板的截面示意图；
[0035] 图2为本发明组成闪烁光纤面板的光学纤维的截面示意图。
[0036]图中：1闪烁光纤面板，2光学纤维，3芯料玻璃，4皮料玻璃。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
[0038] 参见图1和图2,芯料玻璃3外设有皮料玻璃4,组成闪烁光纤面板的光学纤维2,多 个光学纤维2排列组合成闪烁光纤面板1。
[0039] 本发明提供一种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃及其制备方法，由以下重量配 比的组分组成：
[0041]本发明中，Si02是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。Si02含 量低于10重量％，不易获得光学性能优良的玻璃，同时会降低玻璃的耐化学稳定性;Si02含