[发明专利]一种高强度防辐射玻璃及其制备方法和应用

说明书

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。该防辐射玻璃的组分包括氧化硅、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(Li₂O和Na₂O)与熔盐中大半径离子进行交换，使玻璃表面产生压应力，提高玻璃的抗弯强度以及成玻性，氧化锂和氧化钠的含量过高会降低玻璃化学稳定性；在玻璃中加入氧化铅、氧化铽和氧化钆，可以提高玻璃的γ射线防护性能，确保射线屏蔽率≥99.01％。

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KNO₃高温熔岩腐蚀，透过率显著降低，而且ZF系列玻璃中Li₂O和Na₂O的含量小于1wt％，严重制约了化学钢化增强效果。因此，现有防辐射玻璃的强度、耐化学性等性能的提升存在较大难度。

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。