特種防護(hù)玻璃的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種特種防護(hù)玻璃，特別是涉及一種對(duì)熱中子進(jìn)行有效防護(hù)的特種防 護(hù)玻璃。
【背景技術(shù)】
[0002] 特種防護(hù)玻璃，即防輻射玻璃和耐輻射玻璃，能夠?qū)射線、Y射線及中子起到阻 隔作用，廣泛用于核能研宄窺視及防護(hù)窗、核電站窺視窗、核輻射環(huán)境下的光學(xué)儀器面板和 鏡頭、宇宙探測(cè)防護(hù)面板、核醫(yī)學(xué)防護(hù)等多種核輻射環(huán)境，在核應(yīng)用領(lǐng)域起到重要作用，是 一種不可或缺的光學(xué)玻璃材料。以前只重視對(duì)X射線、Y射線的防護(hù)，隨著中子在科研、醫(yī) 療、核能等方面對(duì)人體傷害的增多，以及中子槍的出現(xiàn)，中子防護(hù)材料才得到重視。
[0003] 近幾年來，防中子玻璃作為軍用、民用、科研等的防護(hù)需求品，已經(jīng)開展了一些防 中子玻璃方面的基礎(chǔ)研宄工作，并且研制出一些防中子玻璃產(chǎn)品，但這些玻璃只能對(duì)低能 中子進(jìn)行防護(hù)，而對(duì)熱中子或劑量較大的中子流的防護(hù)效率遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能對(duì)熱中子進(jìn)行有效防護(hù)的特種防護(hù)玻 璃。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：特種防護(hù)玻璃，其重量百分比組成 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] 進(jìn)一步的，還包括：K20 :0-10. 5% ;Ce02:0-2. 0%。
[0007] 進(jìn)一步的，其中，K2O:2-6. 5%和 / 或Ce02:0-1. 0%。
[0008] 進(jìn)一步的，其中，Si02:35. 0-45. 0%。
[0009]進(jìn)一步的，其中，PbO:8. 0-15. 0%。
[0010] 進(jìn)一步的，其中，B203:15. 0-25. 0%。
[0011] 進(jìn)一步的，其中，Na2O:3. 0-10. 0%。
[0012] 進(jìn)一步的，其中，Gd203:3. 0-10. 0%。
[0013]進(jìn)一步的，其中，BaO:10-20. 0%。
[0014] 進(jìn)一步的，所述玻璃的550nm透過率大于85%。
[0015] 進(jìn)一步的，所述玻璃的努氏硬度大于560 (XlO7MPa)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述玻璃的中子劑量率降至50%的本發(fā)明玻璃厚度小于40mm。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明經(jīng)過合理配置各組分及其含量，得到了 550nm透過 率大于85%、努氏硬度大于560 (XlO7MPa)、中子劑量率降至50%需要的本發(fā)明玻璃厚度小 于40_、能對(duì)熱中子進(jìn)行有效防護(hù)的特種防護(hù)玻璃。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 按照前述限定，構(gòu)成本發(fā)明的特種防護(hù)玻璃的各組分范圍的理由如下：
[0019] SiO2做為玻璃的生成體，是玻璃形成的骨架，但如果含量過多，會(huì)造成熔化澄清難 度增加。因此其含量為20. 0-50. 0 %，優(yōu)選為35. 0-45. 0 %。
[0020] PbO具有良好的能量吸收特性，對(duì)X射線、Y射線有較好的屏蔽效果，容易澆注， 多年來一直得到普遍應(yīng)用，但含量過多，會(huì)造成數(shù)據(jù)波動(dòng)大，化學(xué)穩(wěn)定性差。因此其含量為 5-20. 0 %，優(yōu)選為 8. 0-15. 0 %。
[0021] B2O3是熱中子的優(yōu)良吸收劑，其中子俘獲截面高、吸收能譜寬、抗腐蝕性能優(yōu)良。天 然硼元素有兩種穩(wěn)定的同位素，即kiB和nB，豐度分別為19. 87%和80. 22%/°B具有對(duì)中子 高吸收的獨(dú)特性，kiB對(duì)熱中子的吸收截面積為3837巴，自然豐度的硼對(duì)熱中子的吸收截面 積接近750巴，而11B只有0. 005巴。所以為了效果更佳，用kiB替代配方中的B，但B2O3含 量過多，會(huì)造成化學(xué)穩(wěn)定性差。因此其含量為5. 0-35. 0%，優(yōu)選為15. 0-25. 0%。
[0022] Na2O是玻璃助熔劑，可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解。但含量過多，會(huì)造成 化學(xué)穩(wěn)定性差。因此其含量為3. 0-12. 5%，優(yōu)選3. 0-10. 0%。
[0023] K2O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的結(jié)晶傾向，增加玻璃 的透明度和光澤。但其含量過多，會(huì)造成化學(xué)穩(wěn)定性差。因此其含量為0-10. 5%，優(yōu)選為 2. 0-6. 5% 〇
[0024]Gd2O3作為具有高吸收截面的氧化物，通過對(duì)慢中子和熱中子的俘獲使其達(dá)到衰 減，但含量過多，抗失透能力降低。因此其含量為1. 0-15. 0%，優(yōu)選為3. 0-10. 0%。
[0025] &02是良好的澄清劑，有助于氣泡消除，還具有良好的耐輻射性能，防止玻璃在 輻射環(huán)境下失透，但含量過多會(huì)造成玻璃透過率降低。因此其含量為0-2. 0%，優(yōu)選為 0-1. 0%〇
[0026]BaO能增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)BaO還能有效降低玻璃粘度，使得玻璃本身的 活性增大，作為重金屬氧化物，其還是理想的中子吸收材料，但如果含量過多，玻璃容易失 透。因此其含量為5. 0-30. 0%，優(yōu)選為10. 0-20. 0%。
[0027]Li2O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，澄清，還是優(yōu)良的慢中子吸收物。但 其含量過多，玻璃的抗失透性能變差。因此其含量為2. 0-10. 0%。
[0028] 本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃可按照如下方法制備：將玻璃的組分所對(duì)應(yīng)的原料按 比例稱量，充分混合后加入鉑金坩堝內(nèi)，在1300-1500°C下熔化、澄清、均化后降溫；在 1100-1200°C左右將熔融玻璃澆注入預(yù)熱后的金屬模具；將注入預(yù)熱后的金屬模具的熔融 玻璃同金屬模具一起放入退火爐內(nèi)徐冷，退火后得到中子防護(hù)玻璃，測(cè)試中子防護(hù)玻璃的 相關(guān)參數(shù)。
[0029] 本發(fā)明的玻璃的性能及其測(cè)試方法如下：
[0030] 1)中子劑量率降至50%需要的本發(fā)明玻璃厚度
[0031] 將不同厚度的本發(fā)明的防護(hù)玻璃經(jīng)過〇.3MeV劑量的中子源照射后，測(cè)試中子劑 量率降至50 %需要的本發(fā)明玻璃厚度。
[0032] 經(jīng)測(cè)試，中子劑量率降至50%需要的本發(fā)明玻璃厚度（mm)為39-40mm。
[0033]2) 55Onm透過率（％)范圍
[0034] 將本發(fā)明的防護(hù)玻璃加工成IOmm厚的樣品，在分光光度計(jì)上測(cè)試透過率。
[0035] 經(jīng)測(cè)試，550nm透過率范圍為為85-90%。
[0036] 3)努氏硬度（XlO7MPa)
[0037] 將本發(fā)明的20X20X20mm的樣品表面拋光，采用對(duì)稱棱角為172° 30'和13°的 四角錐金剛石壓頭給其施加一定負(fù)荷垂直壓在樣品表面上，保持一定時(shí)間后，撤去負(fù)荷，用 顯微鏡觀察并測(cè)量樣品上壓痕長對(duì)角線的長度，換算出壓痕的投影面積計(jì)算克氏硬度。
[0038] 經(jīng)測(cè)試，努氏硬度范圍為560-570(XIO7MPa)。
[0039] 4)軟化點(diǎn)（°C)
[0040] 軟化溫度（Ts)按照《GB/T7962. 16-1987無色光學(xué)玻璃測(cè)試方法線膨脹系數(shù)、轉(zhuǎn)變 溫度和弛垂溫度》測(cè)試，即：被測(cè)樣品在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高rc，在被測(cè)樣品的 膨脹曲線上，將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延伸相交，其交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度。
[0041] 經(jīng)測(cè)試，軟化點(diǎn)范圍為495-500(°C)。
[0042] 實(shí)施例1~10提供的特種防護(hù)玻璃的組分及對(duì)應(yīng)性能如表1、表2所示。
[0043]表1
[0044]
[0045]表2
[0046]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成包括：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. 如權(quán)利要求I所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，還包括：K20 :0-10. 5 % ;Ce02: 0-2. 0%〇3. 如權(quán)利要求2所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，K2O:2-6. 5%和/或CeO2: 0-1. 0%〇4. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，SiO2:35. 0-45. 0%。5. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，PbO:8. 0-15. 0%。6. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，B2O3:15. 0-25. 0%。7. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，Na20 :3. 0-10. 0%。8. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，Gd203:3. 0-10. 0%。9. 如權(quán)利要求1所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，其中，BaO:10-20. 0%。10. 如權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，所述玻璃的 550nm透過率大于85 %。11. 如權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，所述玻璃的努氏 硬度大于 560 (XlO7MPa)。12. 如權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的特種防護(hù)玻璃，其特征在于，所述玻璃的中子 劑量率降至50%的本發(fā)明玻璃厚度小于40mm。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能對(duì)熱中子進(jìn)行有效防護(hù)的特種防護(hù)玻璃。特種防護(hù)玻璃，其重量百分比組成包括：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％。本發(fā)明經(jīng)過合理配置各組分及其含量，得到了550nm透過率大于85％、努氏硬度大于560×107MPa、中子劑量率降至50％需要的本發(fā)明玻璃厚度小于40mm、能對(duì)熱中子進(jìn)行有效防護(hù)的特種防護(hù)玻璃。
【IPC分類】C03C3/072, C03C4/00, C03C3/108
【公開號(hào)】CN104926120
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510319296
【發(fā)明人】蘇學(xué)劍, 于天來, 莫大洪
【申請(qǐng)人】成都光明光電有限責(zé)任公司
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日