CN115611513B - 一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用，涉及玻璃技术领域，所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％，网络改变体0.1～0.7％；其中，所述网络改变体为至少一种由中子俘获反应截面不小于100b的元素和氧元素结合形成的化合物。本发明提供的耐辐射玻璃材料具有优异的耐高剂量辐照性能，且兼具优异的力学性能、耐腐蚀性。

Description

一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，特别涉及一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着科学技术的不断发展，光学玻璃材料及玻璃纤维增强复合材料的应用范围随之扩增，其在胸透、辐照灭菌、放射治疗仪等医疗设备、聚变堆与裂变堆等高能大装置，以及航天航空、船舶、新能源、电子通讯等领域广泛应用。但普通玻璃及其复合材料在辐照环境中内部结构会发生变化，产生电子缺陷和杂质原子，影响其性能和使用寿命。现有的耐辐照玻璃材料虽然具有耐辐射性能，但在高剂量的辐射下其耐辐照性仍较差，且其力学性能和耐温性也会有所损失。因此有必要研发一种耐高剂量辐射强度的耐辐射玻璃材料，满足高能辐照环境下的屏蔽、绝缘、隔热等机械和热稳定性要求。
发明内容
本发明实施例提供了一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用，该耐辐射玻璃材料具有优异的耐高剂量辐照性能，且兼具优异的力学性能，耐腐蚀性和耐温性好。
第一方面，本发明提供了一种耐辐射玻璃材料，包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％，网络改变体0.1～0.7％；其中，所述网络改变体为至少一种由中子俘获反应截面不小于100b的元素和氧元素结合形成的化合物。
优选地，所述网络改变体包括氧化硼、氧化镉、氧化钆中的至少一种。
优选地，所述网络改变体由氧化镉和氧化钆组成。
更优选地，所述网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比不大于1:1。
更优选地，所述网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比为1:1。
优选地，所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％，氧化镉0～0.7％，氧化钆0.1～0.6％。
优选地，所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅60～65％，氧化铝5～7％，氧化钙14～16％，氧化镁10～15％，氧化钡0.8～1.0％，氧化锡0.3～0.5％，氧化锆0.5～1.0％，所述网络改变体0.2～0.5％。
优选地，所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.6％，氧化铝4.8％，氧化钙15.4％，氧化镁12.3％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％，氧化钆0.34％。
优选地，所述耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面为10～180b。
第二方面，本发明还提供了基于上述第一方面提供的耐辐射玻璃材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将以摩尔百分比计的二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％和所述网络改变体0.1～0.7％进行混匀，经熔制、成形得到所述耐辐射玻璃材料。
优选地，耐辐射玻璃材料为玻璃纤维。
更优选地，所述玻璃纤维的直径为8～22μm。
所述熔制的温度为1500～1600℃。
第三方面，本发明提供了一种耐辐射玻璃材料的应用，应用于耐辐射材料领域。
优选地，将所述耐辐射玻璃材料用作热核融合反应堆的磁场线圈的绝缘材料。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明以元素的中子俘获反应截面为基础，通过在耐辐射玻璃材料中加入具有高中子俘获反应截面的氧化物，能有效实现对辐照粒子的减速和吸收，保护玻璃的本征结构，提高玻璃材料的耐辐照性能，进而实现玻璃的耐高剂量辐照；同时该类具有高中子俘获反应截面的氧化物作为网络改变体，仍能使制备的耐辐射玻璃材料兼具优异的力学性能、良好的耐环境腐蚀性和耐温性能，且工艺性能良好。
本发明制备得到的耐辐射玻璃材料，如玻璃纤维，在经γ射线辐照剂量1.02×107Gy辐照后，玻璃纤维均未产生明显的脆化、收缩、粉化和导热系数增加的现象，制备的玻璃纤维仍具有良好的机械性能。而且本发明制备的耐辐射玻璃材料能够在太空环境中长期耐受高剂量累计辐照，可满足其在10年以上使用寿命的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1至3所提供的耐辐射玻璃材料在辐照前后的吸收衰减率曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种耐辐射玻璃材料，包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％(例如，可以为58％、58.5％、59％、60％、60.5％、61％、62％、63％、65％、66％或67％)，氧化铝4～8％(例如，可以为4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％)，氧化钙12～18％(例如，可以为12％、12.5％、13％、13.5％、14％、15％、16％、16.5％、17％、17.5％或18％)，氧化镁7～18％(例如，可以为7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、15％、16％、16.5％、17％、17.5％或18％)，氧化钡0.5～1.2％(例如，可以为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.9％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％或1.2％)，氧化锡0.1～0.8％(例如，可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.4％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％或0.8％)，氧化锆0.5～1.2％(例如，可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％或1.2％)，网络改变体0.1～0.7％(例如，可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％或0.7％)；其中，网络改变体为至少一种由中子俘获反应截面不小于100b的元素和氧元素结合形成的化合物。
需要说明的是，本领域技术人员可以直接获取到中子俘获反应截面不小于100b的元素，例如，该元素可以为中子俘获反应截面为2450b的Cd元素，也可以为中子俘获反应截面为49000b的Gd元素。网络改变体即为至少一种符合上述条件的氧化物。
具体地，在本发明中，耐辐射玻璃材料还包括不可避免的杂质，杂质在该耐辐射玻璃材料中的摩尔百分比小于0.5％。该杂质包括Fe2O3、Na2O、K2O等。
在本发明中，二氧化硅是玻璃结构的网络形成体，为玻璃材料的力学性能、耐化学稳定性以及辐照性能提供基础。但是二氧化硅的含量需要根据性能设计进行调控，当二氧化硅含量过低时，玻璃网络形成体较少，其耐辐照性能、力学性能均会降低；但是若二氧化硅含量过高，又会导致玻璃粘度太大，熔制困难，同时玻璃熔体易析晶，不利于后续玻璃纤维成形。因此本发明选择二氧化硅的含量为58～67％摩尔百分比。
在本发明中，氧化铝在玻璃结构中以网络形成体存在，以[AlO4]四面体进入玻璃网络结构，能增强玻璃网络结构致密化，降低玻璃的分相倾向，抑制晶核形成以提高后续玻璃纤维的成形工艺性能，同时提高玻璃纤维的机械强度、模量以及耐化学腐蚀性，但是引入量过高则会导致出现大量的网络外体，导致玻璃熔制温度过高，析晶倾向增强。因此本发明选择氧化铝的含量为4～8％摩尔百分比。
在本发明中，氧化钙和氧化镁属于玻璃网络结构外体，在玻璃组分中主要提供游离氧来促进中间体形成四面体结构以增强玻璃材料的网络致密度；同时降低玻璃的高温粘度，改善析晶倾向，从而提升玻璃材料的力学性能和成形工艺性能。因此本发明选择氧化钙的含量为12～18％摩尔百分比，氧化镁的含量为7～18％摩尔百分比。
需要说明的是，本领域技术人员所公知的，Si元素的中子俘获反应截面为0.171b；Al元素的中子俘获反应截面为0.232b；Mg元素的中子俘获反应截面为0.063b；Ca元素的中子俘获反应截面为0.43b；Ba元素的中子俘获反应截面为1.3b；Sn元素的中子俘获反应截面为0.626b；Zr元素的中子俘获反应截面为0.184b。
在本发明中，二氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化镁中的非氧元素都具有较小的中子俘获反应截面，在辐照过程中，由于原子半径小，能有效降低辐照射线或光子的碰撞几率，提高耐辐照性能，减少玻璃结构的破坏。而且氧化钙和氧化镁属于碱土金属氧化物，Ca、Mg在元素周期表中靠前属于轻元素，具有耐辐照的性能；同时氧化钙和氧化镁的引入能进一步改善玻璃材料的化学稳定性和耐辐照性能。
在本发明中，氧化钡在玻璃结构中属于玻璃网络结构外体，能够提供游离氧，促进玻璃熔制和改善玻璃纤维拉丝，同时Ba2+离子半径大，Ba的中子俘获反应截面为1.3b，是碱土金属元素里中子俘获反应截面最大的重金属元素，对辐照离子有较好的减速作用和较高的射线捕获能力，通过与高能粒子或光子之间的碰撞，能有效降低射线的动能，从而降低玻璃结构被破坏的概率，进一步提高耐辐照性能。本发明选择氧化钡的含量为0.5～1.2％摩尔百分比。
在本发明中，氧化锡在玻璃结构中属于网络改变体，其键能为192.6kJ/mol，在高于1560℃以上能使玻璃液有较好的澄清效果，能作为玻璃熔制时的澄清剂使用。同时氧化锡具有较好的导电性和反射红外线辐射的特性，在辐照过程中，有利于保护玻璃材料的本体结构，提高玻璃材料的耐温性能。因此本发明选择的氧化锡含量为0.1～0.5％摩尔百分比。
在本发明中，氧化锆在玻璃结构中属于玻璃网络结构外体，能够增加玻璃的高温粘度，降低热膨胀系数，显著提高玻璃材料的耐碱性。Zr4+离子半径大，也能使辐射粒子减速，也就是使粒子慢化，降低玻璃材料本体结构的辐照损伤。因此，为了确保氧化锆充分发挥其作用，本发明选择的氧化锆含量为0.5～1.2％摩尔百分比。
本发明所采用至少一种由中子俘获反应截面不小于100b的元素和氧元素结合形成的化合物作为网络改变体，并将该网络改变体填充在玻璃网络结构的间隙中，在辐照过程中，由于其所包含的元素中子俘获反应截面不小于100b，因而与辐照粒子发生碰撞的几率更高，即核反应发生的几率更高，反应活性更高，从而使得该类网络改变体能实现对辐照粒子的减速和吸收，减少甚至避免辐照粒子对玻璃网络结构的破坏，进而显著提高耐辐射玻璃材料的耐辐照性能。经实验证实，当网络改变体含量为0.1～0.7％摩尔百分比时，所制备得到的耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面为10～180b，即具有优异的耐辐照性能，且经实验证实该综合中子俘获反应截面越大其耐辐照性能越优异。
在本发明中，由于网络改变体所包含的元素具有高中子俘获反应截面，因此通过选择不同高中子俘获反应截面的元素形成的氧化物并控制其摩尔百分比，借助其对辐照粒子的碰撞和吸收消耗辐照粒子，能根据实际使用需求实现对耐辐射玻璃材料的耐辐照性能的特定设计。
根据一些优选的实施方式，网络改变体包括氧化硼、氧化镉、氧化钆中的至少一种。
需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。
根据一些优选的实施方式，网络改变体由氧化镉和氧化钆组成。
根据一些优选的实施方式，网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比不大于1:1(例如，可以为1:1、0.9:1、0.8:1、0.7:1或0.6:1等)。
根据一些更优选的实施方式，网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比为1:1。
根据一些优选的实施方式，耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％，氧化镉0～0.7％，氧化钆0.1～0.6％。
需要说明的是，针对氧化镉的摩尔百分比为0～0.7％，例如，可以为0％，0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％或0.7％。
针对氧化钆的摩尔百分比为0.1～0.6％，例如，可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％。
在本发明中，氧化镉作为玻璃结构中的网络改变体，填充在网络结构的间隙中，单键键能为83.7kJ/mol，能显著增加玻璃材料的密度。同时，Cd的中子俘获反应截面为2450b，在辐照过程中，与辐照粒子发生碰撞的几率极高，起到减速或吸收辐照粒子的作用，从而对玻璃的网络结构进行保护，由于其属于网络改变体，发生碰撞后对玻璃结构的破坏很小。经实验证实本发明选择的氧化镉含量为0～0.7％摩尔百分比。
在本发明中，氧化钆作为玻璃结构中的网络改变体，Gd的7个电子轨道上有1个电子，是稀土元素中最大数的不成对电子，目前元素周期表中，Gd有最高的中子俘获反应截面49000b，辐照时与粒子发生碰撞的几率最高，对粒子的减速和吸收作用最显著，因而能对玻璃的网络结构起到优异的保护作用。经实验证实本发明选择的氧化钆含量为0.1～0.6％摩尔百分比。
根据一些优选的实施方式，耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅60～65％(例如，可以为60％、60.5％、61％、61.5％、62％、62.5％、63％、63.5％、64％、64.5％或65％)，氧化铝5～7％(例如，可以为5％、5.5％、6％、6.5％或7％)，氧化钙14～16％(例如，可以为14％、14.5％、15％、15.5％或16％)，氧化镁10～15％(例如，可以为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％)，氧化钡0.8～1.0％(例如，可以为0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1.0％)，氧化锡0.3～0.5％(例如，可以为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％)，氧化锆0.5～1.0％(例如，可以为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.79％、0.85％、0.9％、0.95％或0.99％)，网络改变体0.2～0.5％(例如，可以为0.21％、0.25％、0.29％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％)。
根据一些更优选的实施方式，耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.6％，氧化铝4.8％，氧化钙15.4％，氧化镁12.3％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％，氧化钆0.34％。
根据一些优选的实施方式，耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面为10～180b。
需要说明的是，在本发明中，利用玻璃性质具有加和性的特点，所述综合中子俘获反应截面由下述公式计算得到：
其中，F用于表征综合中子俘获反应截面；k用于表征耐辐射玻璃材料中的各组分，n用于表征耐辐射玻璃材料中的组分种类总数；Ak用于表征第k个组分的摩尔百分比；ωk用于表征第k个组分中非氧元素的中子俘获反应截面。经实验证实，按照上述公式计算得到的耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面，得出了综合中子俘获反应截面越大，耐辐照性能越优异的结论。因此，进一步证实了本发明提出的基于元素的中子俘获反应截面设计的耐辐射玻璃材料具有更优异的耐辐照性能。
本发明还提供了一种耐辐射玻璃材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
将以摩尔百分比计的二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％和网络改变体0.1～0.7％进行混匀，经熔制、成形得到耐辐射玻璃材料。
根据一些优选的实施方式，耐辐射玻璃材料为玻璃纤维。
具体地，在本发明中，可以采用全氧燃烧、全电熔或火电结合的方式进行窑炉熔制，从而形成均质玻璃。熔制玻璃时的窑炉可采用含有耐高温、耐玻璃液侵蚀的耐火材料组成的熔窑进行，如电熔高锆砖、致密锆砖、电熔莫来石砖等。还可以采用耐火材料致密锆砖、刚玉砖、电熔铬锆刚玉砖、莫来石构造的代铂炉进行二步法拉丝生产玻璃纤维，即先按照上述各组分及其摩尔百分比熔制玻璃，再用玻璃拉制玻璃纤维。也可以采用具有上述耐火材料构造的窑炉通路进行一步法拉丝生产玻璃纤维。
根据一些更优选的实施方式，玻璃纤维的直径为8～22μm(例如，可以为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、14μm、15μm、16μm、18μm、20μm或22μm)。
根据一些优选的实施方式，熔制的温度为1500～1600℃(例如，可以为1500℃、1520℃、1550℃、1580℃、1590℃或1600℃)。
本发明还提供了一种耐辐射玻璃材料的应用，应用于耐辐射材料领域。
根据一些优选的实施方式，耐辐射玻璃材料用作热核融合反应堆的磁场线圈的绝缘材料。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用进行详细说明。
以下实施例中所采用的各组分原料的粒径均低于200目，且最终制备得到的耐辐射玻璃材料中存在不可避免的杂质。
实施例1
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.54％，氧化铝4.83％，氧化钙15.38％，氧化镁12.31％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％、氧化钆0.34％。按照上述配比准确称量各组分，将称量后的各组分进行混匀得到配合料，通过气力混合并输送至窑炉加料口，采用自动加料机投料，在1600℃采用全电熔或的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液，将该玻璃液制备成玻璃球，再将熔制好的玻璃球利用代铂炉，在1550℃下再熔融，采用400以上漏板，控制玻璃纤维成型工艺参数得到直径为8～22μm的连续玻璃纤维，即耐辐射玻璃材料。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.60％，氧化铝4.82％，氧化钙15.38％，氧化镁12.30％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％、氧化镉0.23％、氧化钆0.17％。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.56％，氧化铝4.82％，氧化钙15.37％，氧化镁12.29％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％、氧化镉0.45％。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，其不同之处在于：
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅64.99％，氧化铝4.78％，氧化钙13.06％，氧化镁15.23％，氧化钡0.79％，氧化锡0.2％，氧化锆0.49％、氧化镉0.45％。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，其不同之处在于：
二氧化硅58％，氧化铝8％，氧化钙18％，氧化镁12％，氧化钡1.2％，氧化锡0.8％，氧化锆1.2％、氧化钆0.34％。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，其不同之处在于：
二氧化硅65.54％，氧化铝4.83％，氧化钙15.38％，氧化镁12.31％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％、氧化钆0.1％。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，其不同之处在于：
二氧化硅67％，氧化铝4％，氧化钙12％，氧化镁15％，氧化钡0.5％，氧化锡0.1％，氧化锆0.9％、氧化钆0.34％。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，其不同之处在于：
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅63.89％，氧化铝4.70％，氧化钙14.97％，氧化镁14.97％，氧化钡0.78％，氧化锡0.2％，氧化锆0.49％。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅63.35％，氧化铝4.66％，氧化钙12.73％，氧化镁17.82％，氧化钡0.77％，氧化锡0.2％，氧化锆0.48％。
将实施例1至4以及对比例1和2所制备的制备的耐辐射玻璃材料作为试样进行力学性能测试、γ射线辐照试验、析晶上限温度和高温粘度测定，并根据前述公式计算得到试样的综合中子俘获反应截面，测试结果如表1所示。其中，γ射线辐照试验的测试条件为：钴源活度约9万居里，剂量率11034Gy/h，总辐照剂量1.02×107Gy；采用梯度析晶温度测试炉，测试玻璃的析晶上限温度；采用美国BROOKFIELD高温粘度仪测定高温粘度。其中，弹性模量采用动态法，通过测试超声波或声波在试样中的传播速度计算得出材料弹性模量。
表1
针对上述试样，分别在辐照前和辐照后进行UV-VIS-NIR光谱测试，并比较其在辐照前后的吸收衰减变化，经计算得到的吸收衰减率曲线如图1所示(其中，曲线由下至上依次对应为实施例1、实施例2、实施例3)；其中，测量波长范围为300～1300nm；图1的横坐标为波长(单位nm)，纵坐标为吸收衰减率。
吸收衰减率，即(α前-α后)/α前，α前和α后分别为玻璃片辐照前后的吸收系数，吸收衰减率对波长曲线是表征玻璃材料耐辐照性能优劣的一种方法，其峰值越低，则耐辐照性能越好，反之，则越差。由图1可知，实施例1所制备的耐辐射玻璃材料的耐辐照性能最佳，与本发明的设计构思一致，即通过引入高中子俘获反应截面的氧化物，减慢或吸收辐照粒子，能够更好的保护玻璃的网络结构。同时，结合表1和图1也进一步证实了通过本发明的方法计算得到的耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面越大，其耐辐照性能越优异。
同时，经实验证实，本发明实施例1至7所制备得到的耐辐射玻璃材料，在经γ射线辐照剂量1.02×107Gy辐照后，玻璃纤维均未产生明显的脆化、收缩、粉化和导热系数增加的现象，制备的玻璃纤维仍具有良好的机械性能。而且本发明制备的耐辐射玻璃材料能够在太空环境中长期耐受高剂量累计辐照，可满足其在10年以上使用寿命的要求。
由表1可知，本发明实施例所制备的耐辐射玻璃材料，耐高剂量辐照、兼具高强度高模量。同时根据成形温度可以发现，本发明改善了纤维成形工艺性能，降低了生产难度，更能适应工业的连续化生产。由实施例3和实施例4可以看出，由于氧化钙和氧化镁的含量变化导致成型温差相差较大。进一步地，经实验证实，本发明所制备的耐辐射玻璃材料可应用于800～900℃(例如，可以为800℃、820℃、850℃、880℃或900℃)的环境中，还具有优异的耐温性能；且该玻璃纤维的拉伸强度约为3000MPa。因此按照本发明各组分及其用量的配比制备得到的耐辐射玻璃纤维，不仅具有优异的耐高剂量辐照性能，且兼具优异的力学性能和耐温性，可用于热核融合反应堆的磁场线圈的绝缘材料，也可用于航天航空、深空探测等涉及粒子辐射的领域。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (12)

1.一种耐辐射玻璃材料，其特征在于，所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％，网络改变体0.1～0.7％；其中，所述网络改变体包括氧化镉0～0.7％，氧化钆0.1～0.6％；所述耐辐射玻璃材料的综合中子俘获反应截面为10～180b；
所述综合中子俘获反应截面由下述公式计算得到：
其中，F用于表征综合中子俘获反应截面；k用于表征耐辐射玻璃材料中的各组分，n用于表征耐辐射玻璃材料中的组分种类总数；Ak用于表征第k个组分的摩尔百分比；ωk用于表征第k个组分中非氧元素的中子俘获反应截面。
2.根据权利要求1所述的耐辐射玻璃材料，其特征在于，
所述网络改变体由氧化镉和氧化钆组成。
3.根据权利要求2所述的耐辐射玻璃材料，其特征在于，
所述网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比不大于1:1。
4.根据权利要求2所述的耐辐射玻璃材料，其特征在于，
所述网络改变体中氧化镉和氧化钆的摩尔比为1:1。
5.根据权利要求1所述的耐辐射玻璃材料，其特征在于，
所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅60～65％，氧化铝5～7％，氧化钙14～16％，氧化镁10～15％，氧化钡0.8～1.0％，氧化锡0.3～0.5％，氧化锆0.5～1.0％，所述网络改变体0.2～0.5％。
6.根据权利要求1至5中任一所述的耐辐射玻璃材料，其特征在于，
所述耐辐射玻璃材料包括以摩尔百分比计的如下组分：二氧化硅65.6％，氧化铝4.8％，氧化钙15.4％，氧化镁12.3％，氧化钡0.8％，氧化锡0.2％，氧化锆0.5％，氧化钆0.34％。
7.根据权利要求1至6中任一所述的耐辐射玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将以摩尔百分比计的二氧化硅58～67％，氧化铝4～8％，氧化钙12～18％，氧化镁7～18％，氧化钡0.5～1.2％，氧化锡0.1～0.8％，氧化锆0.5～1.2％和所述网络改变体0.1～0.7％进行混匀，经熔制、成形得到所述耐辐射玻璃材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
所述耐辐射玻璃材料为玻璃纤维。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
所述玻璃纤维的直径为8～22μm。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
所述熔制的温度为1500～1600℃。
11.根据权利要求1至6中任一所述的耐辐射玻璃材料或根据权利要求7至10中任一所述的制备方法制备得到的耐辐射玻璃材料的应用，其特征在于，将所述耐辐射玻璃材料用于耐辐射材料领域。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，将所述耐辐射玻璃材料用作热核融合反应堆的磁场线圈的绝缘材料。
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