[發明專利]硅鍺酸鉍混晶及其制備方法

無效

• 申請號: 201010608864.3
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102011187A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 徐家躍;申慧;張彥;周鼎;金敏;江國健;房永征
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B11/00;C30B11/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種新型閃爍晶體硅鍺酸鉍（Bi₄Si_3-xGe_xO₁₂,BSGO）混晶及其制備方法，屬于晶體生長領域。

背景技術

無機閃爍晶體是一類重要的功能材料，主要用于X射線、γ射線及其它高能粒子的探測，廣泛應用于核醫學成像、核物理探測、空間物理探測、安全檢查、地質勘探及工業生產領域。鍺酸鉍(Bi₄Ge₃O₁₂，BGO)晶體和鎢酸鉛（PbWO₄，PWO）晶體都是著名的閃爍晶體，被成功用于大型電磁量能器和醫學成像設備PET等。這兩種晶體也有它們的不足：BGO晶體衰減時間較長，晶體組成中GeO₂價格昂貴，從而限制了它的應用；而PWO光輸出比較低，無法用于PET等更廣泛的領域。

硅酸鉍（Bi₄Si₃O₁₂，簡稱BSO）與鍺酸鉍（BGO）晶體結構相同，性能相近。BSO晶體衰減時間為100ns，比BGO晶體的300ns快很多；BSO光輸出雖然只有BGO的20%，但比PWO晶體要高出好幾倍。此外，BSO晶體還具有原料成本低、機械性能好和化學穩定性高等優點，是一種很有發展前途的閃爍材料。由于Bi₂O₃與SiO₂的熔點相差很大，BSO在結晶過程中很容易析出低熔點相，高質量晶體難以生長，而BGO是一致融熔的穩定化合物，比較容易生長。

硅鍺酸鉍（BSGO）混晶是一種新型的閃爍材料，它兼具BSO和BGO兩者的性能，其光輸出要大于BSO，同時衰減時間明顯比BGO快，因此BSGO混晶的綜合閃爍性能更優越，有利于拓寬BSO和BGO?在高能物理、核醫學成像等領域的應用；BSGO混晶的結晶習性與BSO和BGO都有所不同，BSO中添加BGO成分可以改善BSO的結晶習性，提高晶體質量。另外，BSGO混晶減少了高純GeO₂的用量，將極大地降低生產成本。

目前，關于BSO和BGO晶體主要通過提拉法和垂直布里奇曼法生長，而BSGO混晶的研究則比較少，更沒有關于該晶體的專利。提拉法生長BSO和BGO晶體的主要問題是坩堝敞開，低熔點的Bi₂O₃容易揮發，熔體組分偏離嚴重，導致晶體成品率低且易出現包裹、色芯等宏觀缺陷；垂直布里奇曼法的主要好處是晶體的形狀和組分可控，而且采用多坩堝技術還可實現批量生產。

發明內容

BGO晶體已被應用于高能物理、核醫學成像等領域，但是有2個問題限制了它更廣泛的應用：1、衰減時間慢；2、GeO₂成本高，是SiO₂的10倍。如果采用BSO替代，不僅降低成本，而且提高衰減時間。但是BSO存在光輸出較低的問題。

本發明的目的之一是為了兼顧以上兩種晶體的性能，提出一種新型的硅鍺酸鉍混晶。

本發明的目的之二是提供一種新型的硅鍺酸鉍混晶的垂直布里奇曼生長法。

本發明的技術方案

一種新型硅鍺酸鉍（BSGO）混晶，其分子式為Bi₄Si_3-xGe_xO₁₂，其中X的變化范圍是0.01～2.99。

上述的一種新型硅鍺酸鉍（BSGO）混晶的制備方法，包括如下步驟：

（1）、采用高純的Bi₂O₃、SiO₂和GeO₂為初始原料，按照分子式Bi₄Si_3-xGe_xO₁₂中的各元素化學組成進行準確配料，將初始原料充分混合均勻；混合后的初始原料在650-750℃預燒6-10h，隨后將初始原料進行研磨，顆粒度控制在700nm以下，在800-850℃預燒8-12h，得到組分均勻的BSGO固溶體多晶原料；

（2）、將BGO或BSO或BSGO籽晶經X射線定向儀精確定向，切割、研磨成直徑10～20mm的籽晶；

所述的籽晶的取向為<001>，還可以為<110>或其它方向；

所述籽晶的截面形狀可以為圓形、長方形或正方形；