用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻璃材料領域，具體涉及一種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組 合物及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 閃爍體材料能將X射線等高能射線轉化為可見光，還能夠實現對觀察目標的高分 辨率空間成像，隨著閃爍體材料的研發成功和性能的不斷提高，使得人類在高能物理、生物 醫學技術、空間探測、工業探測以及核探測技術等方面的活動得以加強和發展，特別是X射 線等高能射線診斷和觀察在各種生物醫學和工業重點裝備的信息獲取及變送系統中得到 了廣泛的應用。常用的閃爍體材料有無機閃爍晶體、閃爍玻璃以及有機閃爍體等，但是閃爍 晶體在制備過程中對設備的要求較高，制備困難，價格昂貴，而且晶體生長緩慢，晶體生長 周期長，其大批量和大尺寸生產難度大;而有機閃爍體雖然光輸出很高，閃爍速度快，但是 有機閃爍體的密度低，不耐輻照，因此具有優良耐輻照性能、快速衰減時間、高分辨率成像 的閃爍體材料是近年來研究的熱門課題。
[0003] 閃爍光纖面板是用高折射率的閃爍玻璃材料作為芯料，低折射率玻璃材料為皮料 拉制而成的光學纖維經過排列組合，在加溫加壓的條件下，依靠皮料玻璃的軟化將光學纖 維互相粘合在一起的一個整體，它是在閃爍體材料和光纖面板的技術基礎上發展起來的一 種新型功能器件，它同時具備了閃爍體材料和光纖面板的功能，具有全反射、光學零厚度以 及空間分辨率高的特點，它可以實現對硬X射線等高能射線轉化為可見光輸出圖像，實現對 觀察目標的高分辨率空間成像，還可組成特殊的大信息量的集成診斷系統，實現將所獲得 的信息進行高保真的傳輸;而且因為閃爍光纖面板采用了光學纖維的獨特結構設計，它可 以做得很厚，X射線等高能射線的能量可以在較長的路徑上得到充分沉積，轉化效率高，降 低了 X射線等高能射線成像時輻射的劑量，提高了成像的分辨率，克服了傳統的晶體膜探測 存在的探測效率和分辨率相互制約的矛盾，解決了單一閃爍玻璃材料能量分辨率低的問 題;而且閃爍光纖面板制備方法簡單，成本低廉，光學性質容易得到保證，易于實現大批量、 大尺寸的工業化生產，制備出大尺寸的閃爍光纖面板。而高折射率、高密度、耐輻照、光輸出 高、衰減時間短、響應快、余輝短、對硬X射線敏感、化學穩定性好、抗析晶性能優良、抗熱沖 擊性能優良的閃爍玻璃材料即為制備閃爍光纖面板用的芯料玻璃材料，且芯料玻璃材料的 化學組成可以在很寬的范圍內改變，光學性質容易得到保證，可以根據需要設計不同的分 辨率，制備出各種閃爍性質不同的閃爍光纖面板。
[0004] 閃爍玻璃的性能主要包括密度、閃爍性能、耐輻照性能等，為滿足應用在高能輻照 環境中的閃爍光纖面板的要求，制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃應具有如下性能：
[0005] (1)具有較高的密度(密度大于5. Og/cm3):密度越大，玻璃材料對X射線的截止本 領愈大，輻射長度x〇和莫里埃(Moliere)半徑Rm就愈小，而小的莫里埃半徑可以減少兩個相 鄰光電子之間的重疊或干擾，便于"辨認"，小的輻射長度可以減小探測器的體積，從而降低 成本。
[0006] (2)耐輻照性能優良：玻璃在X射線等高能射線的輻照下，將引起玻璃的色澤和透 明度的下降，使其發出的熒光不能透過或被玻璃材料本身吸收，甚至造成材料結構缺陷。
[0007] (3)短余輝：電子從高能級向低能級躍迀時，將發出光電子，為了避免光電子之間 的互相干擾或污染，要求進行快速探測，快速探測要求快速閃爍，即響應快、余輝短。
[0008] (4)優良的熱加工工藝性能:抗析晶性能優良，可以經受在玻璃軟化溫度下長時間 加熱變形，拉制成光纖;具有高折射率，保證在光纖狀態下高效傳輸熒光，在粘度上與皮料 玻璃相匹配，有利于光纖成型，同時具有良好的化學穩定性和抗熱沖擊性能。
[0009] 在目前已經報道過的閃爍玻璃中，研究較多的是稀土摻雜離子為發光中心的閃爍 玻璃，而Ce3+摻雜閃爍玻璃因為淬滅效應使其引入量受到較大的限制，從而影響其發光強 度;而有些稀土離子會對玻璃的光堿度敏感，使玻璃的紫外及可見吸收截止波長產生紅移， 從而影響玻璃的紫外與可見光透過性，而且這些閃爍玻璃材料主要是單一的作為閃爍體材 料使用，其能量分辨率較差，不能實現對觀察目標的高分辨率空間成像，到目前為止還沒有 應用于閃爍光纖面板的閃爍玻璃的公開報道。

【發明內容】

[0010]本發明為了解決現有技術中存在的制作成本較高的不足，提供了一種具有化學穩 定性好、閃爍光發光效率高，可以拉制光纖的用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物 及其制備方法。
[0011] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0012] -種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的組合物，包括以下重量百分含量的組 分：
[0014]本發明優選的技術方案，包括以下重量百分含量的組分：
[0017]本發明更優選的技術方案，用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃，包括以下重量百 分含量的組分：
[0019]所述閃爍玻璃的折射率1.75 1.85;在30~300°C范圍的平均線熱膨脹系數 為63 X 10-7/°C~90 X 10-7/°C;膨脹軟化點溫度范圍為600°C~700°C。
[0020] 所述閃爍玻璃作為制備閃爍光纖面板的芯料材料，所述閃爍玻璃與皮料玻璃匹配 拉制光學纖維，用于制備閃爍光纖面板。
[0021] 本發明還提供一種上述的用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃的制備方法，包括以 下步驟：
[0022] ①按原料組分稱取各原料，將所有原料混合并研磨均勻，得到配合料；
[0023] ②將所述配合料倒入到坩堝中，然后將坩堝放入玻璃熔化爐中制成玻璃熔體。
[0024] ③將所述玻璃熔體澆鑄在經過預熱的耐熱鋼模具上，然后再將澆鑄有玻璃熔體的 耐熱鋼模具置于500-700°C的馬弗爐中保溫，再隨爐降溫自然冷卻進行退火；
[0025] ④將退火后的玻璃經過切割、表面研磨、拋光后加工成樣品，即為閃爍玻璃。
[0026] 所述坩堝為鉑金坩堝。
[0027] 將坩堝放入玻璃熔化爐中，在還原氣氛下熔制成玻璃熔體，熔化溫度1400~1500 °C，熔化后保溫6~9小時，所述還原氣氛中的氣體包括氫氣和氮氣的混合氣體或一氧化碳。 所述的氫氣和氮氣的混合氣體還原氣氛獲得過程是直接將氫氣和氮氣的混合氣體通入裝 有配合料的坩堝中，一氧化碳氣體還原氣氛的獲得過程是將裝有碳粉或石墨粉的小坩堝置 于熔化爐中保溫2小時。
[0028]所述步驟③中，所述耐熱鋼模具的預熱溫度為400-600°C，在馬弗爐中保溫2-4小 時。
[0029] 所述步驟④中，所述樣品加工后的尺寸為10_X 10_X3mm。
[0030] 與現有技術相比，本發明的優點是：
[0031] (1)具有高折射率(nD可達到1.85)，高密度(密度大于5.Og/cm3)，具有良好的透明 度和耐輻照性能；
[0032] (2)制備工藝簡單、化學組分易于調整、玻璃形成能力強、化學穩定性好、抗析晶性 能優良、閃爍速度快、衰減時間短、閃爍光發光效率高、并且具有與皮料玻璃相匹配的粘度 特性、易于實現光纖拉制，可以用于制備閃爍光纖面板；
[0033] (3)發射峰位于對人眼敏感的550nm附近，可以與CCD(電荷耦合器件）的光譜響應 很好的匹配，制備成閃爍光纖面板，組裝成探測器，可以大大提高對高能射線的探測效率和 器件的成像分辨率，實現對輻射源的位置分辨和空間成像探測，可以廣泛應用于X射線生物 醫學成像和診斷、核技術應用、安全檢查及工業探測等高能射線探測領域等方面，如制備成 閃爍光纖面板用在X射線熒光屏，對X射線的吸收強，不存在發射光的散射，因此，具有重要 的應用價值和良好的應用前景。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發明所采用的閃爍玻璃制備的閃爍光纖面板的截面示意圖；
[0035] 圖2為本發明組成閃爍光纖面板的光學纖維的截面示意圖。
[0036]圖中：1閃爍光纖面板，2光學纖維，3芯料玻璃，4皮料玻璃。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。
[0038] 參見圖1和圖2,芯料玻璃3外設有皮料玻璃4,組成閃爍光纖面板的光學纖維2,多 個光學纖維2排列組合成閃爍光纖面板1。
[0039] 本發明提供一種用于制備閃爍光纖面板的閃爍玻璃及其制備方法，由以下重量配 比的組分組成：
[0041]本發明中，Si02是玻璃形成骨架的主體，是玻璃骨架中起主要作用的成分。Si02含 量低于10重量％，不易獲得光學性能優良的玻璃，同時會降低玻璃的耐化學穩定性;Si02含