一种低电阻率的电子导电型玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种低电阻率的电子导电型玻璃及其制备方法和应用，该低电阻率的电子导电型玻璃以摩尔百分比计，含有以下组分：SiO

A low resistivity electronic conductive glass and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种低电阻率的电子导电型玻璃及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种阻性板探测器用玻璃，具体说是一种体电阻率为109～1010Ω·cm量级的低电阻率的电子导电型玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
阻性板探测器具有结构简单、制作容易、探测效率高、死区小、时间分辨性能好、信号读出方式灵活、探测面积大等优点，在高能物理、核物理等领域有着广泛而重要的应用。在阻性板探测器研制初期，一般采用酚醛树脂(也称电木板)作为阻性板材料。其存在表面粗糙，噪声大，在潮湿和高温环境下工作电阻率不稳定等一系列问题。为了解决电木板材料在探测器使用过程中存在的问题，人们将目光聚焦到了具有优良的表面光洁度和平整度的玻璃上，于是玻璃阻性材料应运而生。由于玻璃具有较好的稳定性，受环境因素影响小，确保了探测器内部电场的均匀，有更小的暗电流和噪声。但是，玻璃阻性材料也存在问题，其中最核心的是玻璃的体电阻偏高(1012～1013Ω·cm)，使其制作的探测器只适合低计数率的场合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种体电阻率为109～1010Ω·cm量级的低电阻率的电子导电型玻璃及其制备方法和应用。为了达成上述的目的，本专利技术提供了一种低电阻率的电子导电型玻璃，以摩尔百分比计，含有以下组分：SiO2：3％～5％；P2O5：60％～75％；Al2O3：8～12％；B2O3：3％～6％；V2O5：3％～10％；Fe2O3:1％～10％；MnO2:1％～5％。进一步地，其中所述低电阻率的电子导电型玻璃，以摩尔百分比计，含有以下组分：SiO2：5％；P2O5：68％；Al2O3：10％；B2O3：5％；V2O5：5％；Fe2O3:5％；MnO2:2％。进一步地，其中所述电子导电型玻璃的体电阻率(常温)为0.86×1010～2.0×1010Ω·cm；seebeck系数为-2.46μVK-1～-1.48μVK-1，抗弯强度为30MPa～34MPa，在马弗炉中570℃保温2小时不产生析晶，化学稳定性为2级；其具有良好的机械强度和抗析晶性能。为了达成上述的目的，本专利技术还提供了一种低电阻率的电子导电型玻璃的制备方法，包括以下步骤：1)按比例将SiO2、P2O5、Al2O3、B2O3、V2O5、Fe2O3、MnO2混合均匀，得到配合料；2)将酒石酸加入步骤1)得到的配合料中，混合均匀后在1000℃～1100℃下分2-3次加入坩埚中，之后将温度升至1380℃～1550℃，进行玻璃的高温熔制和澄清，澄清过程中，不断地进行玻璃液的搅拌，以去除玻璃液中的气泡；3)将熔融澄清的玻璃液温度降至1000℃～1100℃，然后浇注到模具中进行成型；4)将成型后的玻璃进行玻璃精密退火；5)将精密退火后的玻璃进行外形加工，并进行表面抛光，以得到电子导电型玻璃。进一步地，其中步骤1)中，所述混合均匀是通过反复过筛2～3次实现的。进一步地，其中步骤2)中，以所述电子导电型玻璃的总摩尔量计，所述酒石酸的加入量为0.2mol％～0.5mol％，以调控玻璃的熔制气氛。进一步地，其中步骤2)中，所述坩埚为高纯氧化铝坩埚；所述坩埚置于气氛熔化炉中。进一步地，其中步骤2)中，所述澄清时间为3.5小时～4.5小时；所述搅拌速度为20～30转/分钟。进一步地，其中步骤3)中，所述模具的温度为450℃～500℃。进一步地，其中步骤4)中，所述退火温度为550℃～620℃，退火时间为3小时～5小时，以消除玻璃中的残余应力，提升玻璃的强度。进一步地，其中步骤5)中，所述表面抛光采用双面抛光技术；所述表面抛光后的表面粗糙度优于20nm。为了达成上述的目的，本专利技术还提供了一种阻性板探测器，所述阻性板探测器包括上述的电子导电型玻璃。其中：SiO2、P2O5、B2O3构成本专利技术的基础玻璃体系，是形成玻璃结构的基本组分；V2O5、Fe2O3、MnO2是本专利技术中玻璃体电阻率调控组分，通过引入V2O5、Fe2O3、MnO2中的一种或几种氧化物，并调控其在玻璃组分中的含量和配比，达到调控玻璃体电阻率的目的。Al2O3是本专利技术玻璃体系中的网络中间体氧化物，Al3+以体积较大的四面体[AlO4]存在于硼氧四面体[BO4]或磷氧四面体[PO4]的骨架中，起到加强骨架的稳定性、消耗玻璃中的游离氧的目的，用来修复由于V2O5、Fe2O3、MnO2等氧化物的引入造成的玻体系成玻性能、强度和化学稳定性能的恶化，达到提高玻璃的强度和化学稳定性的目的。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点：本专利技术所述的电子导电型玻璃，其体电阻率为109～1010Ω·cm量级，seebeck系数为(-2.46μVK-1)～(-1.48μVK-1)，能够有效解决现有阻性玻璃体积电阻率高、电阻率不稳定等问题。本专利技术所述的电子导电型玻璃，其具有良好的机械强度和化学稳定性，优异的表面光洁度，能够作为高性能RPC/MRPC探测器的阻性板材料，满足高粒子通量物理实验的要求。该电子导电型玻璃不含碱金属离子等小离子半径的组分，其为纯电子导电型玻璃，电阻率稳定，可解决现有技术中离子导电组分在阻性玻璃使用过程中，由于离子迁移引起的电阻率不稳定问题。具体实施方式以下结合实施例进一步对本专利技术进行说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下材料或试剂，若非特别说明，均为市购。按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料；将特种玻璃气氛熔化炉加热到表2所示的温度，待温度稳定后，再将0.4mol％的酒石酸加入得到的配合料中，混合均匀后分2～3次均匀加入到高纯氧化铝坩埚中，进行高温熔化。待配合料完全形成玻璃液后将气氛熔化炉的温度升至表2所示的温度，进行玻璃的高温熔制和澄清，澄清时间如表2所示，澄清过程中，不断地进行玻璃液的搅拌，搅拌速度为20～30转/min，去除玻璃液中的气泡，同时使成分进一步的均化；然后，将熔融澄清的玻璃液温度降至表2所示的温度，然后缓慢的浇注到表2所示温度下的模具中进行成型；将成型后的玻璃放置于高精度退火炉中进行玻璃精密退火，退火温度和时间如表2所示；将精密退火后的玻璃进行特定形状和尺寸的光学加工(根据具体使用场合进行外形尺寸的加工，例如外形尺寸为50mm×50mm×1mm)，并采用双面抛光技术进行高精度的表面抛光(抛光后的表面粗糙度优于20nm)，以得到电子导电型玻璃。最后对该电子导电型玻璃进行性能测试，测试结果如表3所示。其中，电阻率测试：根据GB/T1410-2006，体积电阻率试验方法或采用超高值绝缘电阻仪进行测试；导电类型测试：利用霍尔效应和Seebeck系数测试法进行玻璃导电类型的测试；化学稳定性测试：根据GB/T7962-2010的相关方法进行化学稳定性测试；抗弯强度测试：采用DS-III型硬性材料性能检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电阻率的电子导电型玻璃，其特征在于，以摩尔百分比计，含有以下组分：/nSiO

【技术特征摘要】
1.一种低电阻率的电子导电型玻璃，其特征在于，以摩尔百分比计，含有以下组分：
SiO2：3％～5％；
P2O5：60％～75％；
Al2O3：8～12％；
B2O3：3％～6％；
V2O5：3％～10％；
Fe2O3:1％～10％；
MnO2:1％～5％。


2.如权利要求1所述的电子导电型玻璃，其特征在于，以摩尔百分比计，含有以下组分：
SiO2：5％；
P2O5：68％；
Al2O3：10％；
B2O3：5％；
V2O5：5％；
Fe2O3:5％；
MnO2:2％。


3.如权利要求1所述的电子导电型玻璃，其特征在于，所述电子导电型玻璃的体电阻率(常温)为0.86×1010～2.0×1010Ω·cm；seebeck系数为-2.46μVK-1～-1.48μVK-1，抗弯强度为30MPa～34MPa，在马弗炉中570℃保温2小时不产生析晶，化学稳定性为2级。


4.一种权利要求1-3任一项所述的低电阻率的电子导电型玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按比例将SiO2、P2O5、Al2O3、B2O3、V2O5、Fe2O3、MnO2混合均匀，得到配合料；
2)将酒石酸加入步骤1)得到的配合料中，混合均匀后在1000℃～1100℃下分2-3次加入坩埚中，之后将温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄铁柱，刘辉，周东站，史小玄，王辰，刘畅，石钰，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11