一种高强度防辐射玻璃及其制备方法和应用

文献发布时间：2023-06-19 09:38:30

技术领域

本发明属于特种玻璃制备技术领域，具体涉及一种高强度防辐射玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的不断发展，核科学技术在国防、医学、工业、农业和科研等领域的应用日益广泛。不论是在核材料制备领域还是在核科学技术应用领域，各种辐射，如X射线、γ射线和中子辐射对人体、环境、仪器设备等有很大的危害，并引起国际辐射防护领域的极大关注。在众多射线中，γ射线因为其极强的穿透性和危害性，一直是射线防护研究的重点。

无机透明玻璃由于具有组分可调节范围大、化学稳定性好、机械强度高等优点，是重要的透明防辐射材料。目前，防辐射玻璃典型产品是ZF系列玻璃，如ZF3、ZF6和ZF7等牌号。ZF系列玻璃具有较好的γ射线吸收能力，但由于PbO含量较高，玻璃网络结构不紧密，导致玻璃力学性能较差，无法用于特殊要求的防辐射窗口。为了提高玻璃强度，需要对ZF系列玻璃进行化学钢化处理，但是ZF系列玻璃化学稳定性差，极易受到KNO

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的防辐射玻璃的强度、耐化学性较差等缺陷，从而提供了一种高强度防辐射玻璃及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种高强度防辐射玻璃，以质量百分数计，其组分包括20-40％氧化硅、50-60％氧化铅、3-6％氧化锂、1-3％氧化钠、1-4％氧化钛、1-4％氧化锆、1-4％氧化钇、1-6％氧化铽、1-6％氧化钆和0.2-1％氧化锑。

进一步地，以质量百分数计，其组分包括28-35％氧化硅、55-60％氧化铅、3-5％氧化锂、1-2％氧化钠、1-2％氧化钛、1-2％氧化锆、1-2％氧化钇、2-4％氧化铽、1-3％氧化钆和0.5-1％氧化锑。

本发明还提供了一种上述高强度防辐射玻璃的制备方法，包括以下步骤，

原料混合均匀，经高温熔制、成形、退火、化学钢化处理后，得到所述高强度防辐射玻璃。

所述化学钢化处理的步骤包括，将退火后的玻璃置于硝酸盐中，以不大于2℃/min的升温速率升温至360-420℃后化学钢化处理8-20h，再以不大于2℃/min的降温速率降至室温。

所述硝酸盐为硝酸钾和/或硝酸铯；

当硝酸盐为硝酸钾和硝酸铯的混合物时，所述硝酸铯的质量含量≥5％。

所述熔制的具体步骤包括，将混合均匀后的原料置于1320-1450℃，熔制4-6h，形成玻璃液。

在所述熔制和成形步骤之间还包括搅拌玻璃液直至形成澄清均化玻璃液的步骤；

所述搅拌的转速为50-80rpm。

在熔制过程中，采用的熔制装置包括高温熔化炉、锆弥散强化Pt坩埚和锆弥散强化Pt搅拌器；采用锆弥散强化Pt框式搅拌器进行搅拌，促进玻璃液澄清和均化，搅拌时间为1-4h。

所述成形的具体步骤包括，将玻璃液降温至1000-1100℃后置于320-400℃的模具中，直至玻璃液形成固态。

所述退火的温度为420-470℃，时间为4-6h。

此外，本发明还提供了一种上述高强度防辐射玻璃或上述制备方法制得的高强度防辐射玻璃在医疗、核电或核试验射线防护领域中的应用。

所述高强度防辐射玻璃用于γ射线的防护中。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高强度防辐射玻璃，其组分包括氧化硅、氧化铅、氧化锂、氧化钠、氧化钛、氧化锆、氧化钇、氧化铽、氧化钆和氧化锑。本发明通过限定特定量的二氧化钛、氧化锆和氧化钇，可以形成稳定的化学键，显著提高玻璃的化学稳定性，耐酸稳定性可提升至1级；在玻璃中加入特定量的氧化锂和氧化钠，小半径离子(Li

本发明通过各个组分之间协同作用，既可以保证高强度防辐射玻璃的防辐射能力，又可以提高玻璃的化学稳定性、强度、透过率等性能，该玻璃的抗弯强度≥136MPa，同时还具有较好的γ射线防护性、耐酸性和透光率，适合用于医疗、核电和核试验等特定射线防护领域中。

2.本发明提供的高强度防辐射玻璃的制备方法，包括原料混合均匀，经高温熔制后成形、退火、化学钢化处理后，得到所述高强度防辐射玻璃。本发明通过对玻璃进行化学钢化处理步骤，可以显著提高玻璃的抗弯强度。

通过控制化学钢化处理步骤，有助于提高防辐射玻璃的抗弯强度。控制化学钢化处理步骤的升温速率和降温速率可以防止玻璃炸裂，通过控制合适的钢化处理温度，有利于提高玻璃的强度，温度过高，玻璃易变性，温度过低，钢化效率较低。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1