CN107245759A - 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法 - Google Patents

一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107245759A
CN107245759A CN201710464164.3A CN201710464164A CN107245759A CN 107245759 A CN107245759 A CN 107245759A CN 201710464164 A CN201710464164 A CN 201710464164A CN 107245759 A CN107245759 A CN 107245759A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
growth
burner hearth
heating
crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710464164.3A
Other languages
English (en)
Inventor
屈菁菁
丁雨憧
刘军
付昌禄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 26 Research Institute
Original Assignee
CETC 26 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 26 Research Institute filed Critical CETC 26 Research Institute
Priority to CN201710464164.3A priority Critical patent/CN107245759A/zh
Publication of CN107245759A publication Critical patent/CN107245759A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/02—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure directly from the solid state

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，包括如下步骤：1）计算各原材料的质量百分比；2）称取粉末原料；3）将各粉末原料放入坩埚内，并置于生长炉的炉膛中；4）向炉膛内冲入保护气体；5）利用中频感应加热技术对坩埚进行加热，进行提拉引晶；6）将加热温度降低5‑10°C，使晶体逐渐沿径向长大；7）调节加热温度，使晶体等径生长；8）提高升温效率，直至晶体下端呈平界面或微凸界面时，停止提拉；9）转入退火阶段；10）最后，取出生长成型的晶体。本发明能够在同等条件下大幅度抑制氧化镓组分的挥发，克服生长界面不稳定的问题，从而提高晶体闪烁性能的均匀性。

Description

一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法
技术领域
本发明涉及一种晶体生长方法，尤其涉及一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法。
背景技术
闪烁晶体是一种能将电离辐射能（如γ射线、X射线等）转化为光能（主要为可见光）的能量转化介质；其在核医学成像、安全检查、油气勘探、工业探伤以及高能物理等领域有着广泛的应用。目前闪烁晶体的发展趋势是围绕高输出、快响应、高密度等性能为中心，开展新型闪烁晶体的探伤研究，优化晶体生长工艺，进行工程化生长研究，降低生长成本，研究晶体的缺陷与其闪烁性能之间的相互关系。通过减少晶体中各种缺陷，提高晶体的光学均匀性，来改善其闪烁性能。
铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体（（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12，0.0001≤x≤0.003，0＜y＜1，简称Ce:GAGG），因其立方结构、光产额高、密度大、衰减速度快等特点成为最具应用前景的闪烁材料。但由于Ce:GAGG晶体的热导率低，氧化镓组分易挥发，提拉法生长时界面不稳定，不易获得闪烁性能均匀的大尺寸晶体。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，能够在同等条件下大幅度抑制氧化镓组分的挥发，克服生长界面不稳定的问题，从而提高晶体闪烁性能的均匀性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）根据（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12中铈离子和铝离子浓度计算各原材料的质量百分比，其中，所述原材料包括Gd2O3、Al2O3、Ga2O3和CeO2；
2）根据各原材料的质量百分比称取纯度为99.99%的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料，并将Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料置于马弗炉中，在1200°C下煅烧12h；
3）将各粉末原料放入坩埚内，并置于生长炉的炉膛中，将籽晶杆与坩埚对中，然后对炉膛抽真空；
4）向炉膛内冲入保护气体，并使炉膛内的压力范围为1—10Mpa；
5）利用中频感应加热技术对坩埚进行加热到1850℃，待粉末原料完全熔化后，降温20-30℃，并稳定0.5-1h，然后将籽晶杆向下移动直至与液面接触，稳定一段时间后，进行提拉引晶；
6）提拉0.5~2小时后，将加热温度降低5-10°C，使晶体逐渐沿径向长大；
7）根据晶体的生长情况，调节加热温度至晶体结晶点±5℃以内，使晶体等径生长；
8）当晶体生长到预定长度后，保持提拉速度，并提高升温效率，直至晶体下端呈平界面或微凸界面时，停止提拉；
9）转入退火阶段，直至晶体温度缓慢降至室温；
10）最后，待退火结束后，打开炉膛，取出生长成型的晶体。
进一步地，所述保护气体为纯Ar、纯N2、或者纯He；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与CO2的混合气体，且CO2体积比在50%以内；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与O2的混合气体，且O2体积比在5%以内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：加工方便，能够在同等条件下大幅度抑制氧化镓组分的挥发，保证生长界面的稳定性，从而获得性能均匀的大尺寸闪烁晶体。
具体实施方式
实施例：一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，包括如下步骤：
1）根据（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12中铈离子和铝离子浓度计算各原材料的质量百分比；例如，合成掺铈离子浓度为x，掺铝离子浓度为y的（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12多晶原料，根据（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12的产生的固相原料烧结化学反应式：
6xCeO2+3(1-x)Gd2O3+5yAl2O3+5(1-y)Ga2O3→2(CexGd1-x)3(AlyGa1-y)5O12+O2↑；
计算所述原材料包括Gd2O3、Al2O3、Ga2O3和CeO2的质量百分比。
2）根据各原材料的质量百分比称取纯度为99.99%的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料，并将Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料置于马弗炉中，在1200°C下煅烧12h；以去除粉末原料中的水分和杂质。
3）将各粉末原料放入坩埚内，并置于生长炉的炉膛中，将籽晶杆与坩埚对中，然后对炉膛抽真空。
4）向炉膛内冲入保护气体，并使炉膛内的压力范围为1—10Mpa；优选为5 Mpa，对炉膛内加压，从而能够有效防止氧化镓分解性挥发。其中，所述保护气体为纯Ar、纯N2、或者纯He；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与CO2的混合气体，且CO2体积比在50%以内；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与O2的混合气体，且O2体积比在5%以内。
5）利用中频感应加热技术对坩埚进行加热到1850℃，待粉末原料完全熔化后，降温20-30℃，并稳定0.5-1h，然后将籽晶杆向下缓慢移动直至与液面接触，稳定一段时间（直至液流线稳定）后，进行提拉引晶，其中，为保证引晶生长的质量及生长效率，该提拉速度为0.5~3mm/h。
6）提拉0.5~2小时后，将加热温度降低5-10°C，使晶体逐渐沿径向长大。
7）根据晶体的生长情况，调节加热温度至晶体结晶点±5℃以内，使晶体等径生长。
8）当晶体（总长度）生长到预定长度后，保持提拉速度，并提高升温效率，其中升温效率要求在0.5-1h内升温30-50℃，直至晶体下端呈平界面或微凸界面时（此时，晶体已与液面脱离，停止提拉。
9）转入退火阶段，直至晶体温度缓慢降至室温。
10）最后，待退火结束后，打开炉膛，取出生长成型的晶体。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）根据（CexGd1-x）3(AlyGa1-y)5O12中铈离子和铝离子浓度计算各原材料的质量百分比，其中，所述原材料包括Gd2O3、Al2O3、Ga2O3和CeO2；
2）根据各原材料的质量百分比称取纯度为99.99%的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料，并将Al2O3、Ga2O3、CeO2粉末原料置于马弗炉中，在1200°C下煅烧12h；
3）将各粉末原料放入坩埚内，并置于生长炉的炉膛中，将籽晶杆与坩埚对中，然后对炉膛抽真空；
4）向炉膛内冲入保护气体，并使炉膛内的压力范围为1—10Mpa；
5）利用中频感应加热技术对坩埚进行加热到1850℃，待粉末原料完全熔化后，降温20-30℃，并稳定0.5-1h，然后将籽晶杆向下移动直至与液面接触，稳定一段时间后，进行提拉引晶；
6）提拉0.5~2小时后，将加热温度降低5-10°C，使晶体逐渐沿径向长大；
7）根据晶体的生长情况，调节加热温度至晶体结晶点±5℃以内，使晶体等径生长；
8）当晶体生长到预定长度后，保持提拉速度，并提高升温效率，直至晶体下端呈平界面或微凸界面时，停止提拉；
9）转入退火阶段，直至晶体温度缓慢降至室温；
10）最后，待退火结束后，打开炉膛，取出生长成型的晶体。
2.根据权利要求1所述的一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法，其特征在于：所述保护气体为纯Ar、纯N2、或者纯He；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与CO2的混合气体，且CO2体积比在50%以内；或者Ar、N2、He三种气体任意一种与O2的混合气体，且O2体积比在5%以内。
CN201710464164.3A 2017-06-19 2017-06-19 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法 Pending CN107245759A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710464164.3A CN107245759A (zh) 2017-06-19 2017-06-19 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710464164.3A CN107245759A (zh) 2017-06-19 2017-06-19 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107245759A true CN107245759A (zh) 2017-10-13

Family

ID=60019376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710464164.3A Pending CN107245759A (zh) 2017-06-19 2017-06-19 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107245759A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109280973A (zh) * 2018-11-08 2019-01-29 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种抑制石榴石结构闪烁晶体开裂的温场结构及其生长方法
CN110256073A (zh) * 2019-02-28 2019-09-20 江苏罗化新材料有限公司 Ce:GAGG荧光陶瓷及其制备制备方法、制备系统
CN110453284A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司 一种gagg闪烁晶体制造方法
CN112391679A (zh) * 2019-08-16 2021-02-23 中材人工晶体研究院有限公司 一种铈离子掺杂钆镓铝石榴石闪烁晶体生长的装置及工艺
WO2021031139A1 (zh) * 2019-08-21 2021-02-25 眉山博雅新材料有限公司 多组分石榴石结构闪烁晶体生长方法及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102168307A (zh) * 2011-03-28 2011-08-31 蔡鸿 铈钇铝石榴石晶体生长方法
CN105603528A (zh) * 2016-03-04 2016-05-25 同济大学 一种具有热释光性能的氧化镓晶体及其制备方法
US20170153335A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Method For Controlling Gallium Content in Gadolinium-Gallium Garnet Scintillators

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102168307A (zh) * 2011-03-28 2011-08-31 蔡鸿 铈钇铝石榴石晶体生长方法
US20170153335A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Method For Controlling Gallium Content in Gadolinium-Gallium Garnet Scintillators
CN105603528A (zh) * 2016-03-04 2016-05-25 同济大学 一种具有热释光性能的氧化镓晶体及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110453284A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司 一种gagg闪烁晶体制造方法
CN109280973A (zh) * 2018-11-08 2019-01-29 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种抑制石榴石结构闪烁晶体开裂的温场结构及其生长方法
CN109280973B (zh) * 2018-11-08 2023-08-29 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种抑制石榴石结构闪烁晶体开裂的温场结构及其生长方法
CN110256073A (zh) * 2019-02-28 2019-09-20 江苏罗化新材料有限公司 Ce:GAGG荧光陶瓷及其制备制备方法、制备系统
CN112391679A (zh) * 2019-08-16 2021-02-23 中材人工晶体研究院有限公司 一种铈离子掺杂钆镓铝石榴石闪烁晶体生长的装置及工艺
WO2021031139A1 (zh) * 2019-08-21 2021-02-25 眉山博雅新材料有限公司 多组分石榴石结构闪烁晶体生长方法及设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107245759A (zh) 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法
CN103849933B (zh) 一种生长三价铈离子掺杂硅酸钇镥闪烁晶体的方法
Maître et al. Effect of silica on the reactive sintering of polycrystalline Nd: YAG ceramics
CN102021651B (zh) 铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体及其坩埚下降法制备方法
WO2016123866A1 (zh) 大尺寸板状Ce3+离子掺杂的稀土正硅酸盐系列闪烁晶体水平定向凝固制备方法
CN114086249A (zh) 氧化镓单晶制备中抑制原料分解和铱金坩埚氧化的方法
CN107699950A (zh) 一种掺钪铽铝石榴石磁光晶体及其制备方法
WO2020103280A1 (zh) 一种高纯碳化硅粉及其制备方法
CN103046137A (zh) 一种高强力学性能蓝宝石晶体及其制备方法
CN103757708A (zh) 一种高温无机闪烁晶体生长坩埚
CN105969354A (zh) 铈掺杂焦硅酸钆发光材料及其制备方法
WO2021000623A1 (zh) 一种稀土离子掺杂氧化镧镥超快闪烁晶体及其制备方法和应用
CN103215640A (zh) 一种顶部籽晶泡生法生长大尺寸氟化物晶体的方法
CN108560053A (zh) 一种镧、镝、铈共掺的硅酸钇镥闪烁材料及其晶体生长方法
CN102560666B (zh) 一种石榴石结构复合激光晶体的制备方法
Wu et al. A homogeneity study on (Ce, Gd) 3 Ga 2 Al 3 O 12 crystal scintillators grown by an optical floating zone method and a traveling solvent floating zone method
CN115341284B (zh) 一种高浓度梯度钕掺杂钆钇铝石榴石激光晶体及其制备方法
CN108342775A (zh) 一种钽掺杂β氧化镓晶态材料及其制备方法和应用
CN116575121A (zh) 一种具有高度取向性的单晶Cr2AlC材料及其制备方法
CN102851737A (zh) 一种掺碳钛宝石晶体及其生长方法和应用
CN106011998B (zh) 一种提高掺铈闪烁晶体性能的装置及生产方法
CN113930842A (zh) 一种铈掺杂硼酸镥锂晶体的制备方法
CN102618935B (zh) 含易挥发组分多元化合物红外非线性单晶的退火方法
CN108486647A (zh) 提拉法CeAlO3晶体生长装置及其控制方法
CN111549376A (zh) 一种掺铈溴化镧闪烁晶体及其生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171013

RJ01 Rejection of invention patent application after publication