[發明專利]兩相均勻分布的復合石榴石閃爍陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201711154498.7
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107935581B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 姜本學;馬婉秋;陳水林;張戈;胡旭;張龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C04B35/44
• 分類號: C04B35/44;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/626
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種兩相均勻分布的復合石榴石閃爍陶瓷及其制備方法，利用兩種石榴石結構的相，制成兩相均勻分布的復合石榴石閃爍陶瓷。本發明采用固相反應法，分別制備了兩種相的粉體，分別在真空下預燒成相。兩種相按照不同的比例均勻混合、球磨制成素坯，再在真空環境下燒結，制備密度及發射波長可調的兩相復合閃爍陶瓷。該陶瓷中兩種相分布均勻，具有高光學質量，寬波段發射以及高光輸出等性能。可調的發射波長可與多個光電二極管匹配，能夠滿足現代高能射線探測技術對于材料截止能及波長的要求，且制備工藝簡單，成本低，可實現批量化工業生產。

技術領域

本發明屬于閃爍陶瓷制備技術領域，具體涉及一種兩相均勻分布的復合石榴石閃爍陶瓷及其制備方法。

背景技術

閃爍材料是一類可以將高能射線或粒子轉換為低能的可見或者紫外光的材料。由于具有這種類似于“能量轉換器”的性能，閃爍材料可以應用于核物理、高能物理、安檢及油井勘探等領域。石榴石結構閃爍體是近些年來發展起來的新型閃爍材料，具有優異的閃爍性能和廣闊的應用前景。其中，摻Ce的釔鋁石榴石(YAG:Ce)是綜合性能優異的閃爍晶體，其光輸出高(30000Ph/MeV)，衰減時間短(90ns)，具有優異的能量分辨率(6％～7％@662keV)及熱導性能，發射峰位于550nm左右，與硅光電二極管能很好的耦合，使得它可以應用于中低能量γ射線、α粒子的探測等領域。因此，YAG:Ce已被應用于掃描電子顯微鏡、輕帶電離子檢測及質子計算機斷層掃描成像等方面(參見徐蘭蘭，稀土閃爍晶體研究進展，中國科學：技術科學，2016年，第46卷，第7期)。

但單晶的實際制備溫度高，生長周期長，此外Y³⁺的離子半徑比Ce³⁺離子小，因此Ce³⁺離子進入YAG晶格取代Y³⁺后，由于離子半徑差別較大，Ce離子在YAG晶格中分凝系數很小，使得晶體中Ce離子的分布不均勻，同時使Ce:YAG晶體難以實現高濃度摻雜。此外，不一致的離子半徑還會造成晶體結構應力較大，導致晶體容易裂解，并且高的生長溫度也會產生反位置缺陷等缺陷。相比于單晶材料，陶瓷的制備工藝簡單，成本低，較低的制備溫度可以很大程度的減少反位缺陷的濃度，也可以進行發光離子的高濃度均勻摻雜，更容易實現批量化生產，因而吸引了大批的研究者。針對YAG:Ce陶瓷的研究也取得了較大的進展。但Ce:YAG的密度較小(約4.55g/cm³)導致其探測高能射線時的截止能量較小，在高能量γ射線探測時有一定的局限性。因此有人提出制備摻Ce的GGAG與YAG兩相復合的閃爍陶瓷以調控YAG的密度及發光波長，但這種材料中的復合陶瓷由兩種陶瓷素坯是直接疊放在一起一步燒結制得的，存在明顯的兩相界面，且由于GGAG和YAG的折射率不同，在界面處閃爍光會被嚴重散射，存在很大的光子損耗(參見X.Chen et al./Journal of the European CeramicSociety 36(2016)2587–2591)。因此高能射線探測領域需要一種質地均勻，密度波長可調且閃爍性能優異的閃爍陶瓷。

發明內容

本發明針對閃爍材料存在的上述問題，提供一種兩相均勻分布的復合石榴石閃爍陶瓷及其制備方法，該陶瓷具有密度可調、發射光譜可調的性能、制備工藝簡單和成本低的特點。

本發明的技術解決方案如下：