CN108107463A - 一种闪烁陶瓷阵列及其制备方法 - Google Patents

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江亚林
秦海明
王新佳
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Abstract

本发明公开了一种闪烁陶瓷阵列及其制备方法，首先通过机械加工方法得到单个长方体的陶瓷晶粒，再将切割好的晶粒的侧面镀上金属类反射层，顶面镀上环氧树脂反射层，并将晶粒通过定位耦合模具排布成阵列结构，再灌入粘结剂到晶粒之间的缝隙内，把晶粒粘合成所需的闪烁陶瓷阵列，通过上述方式，减少了不同晶粒之间的X射线干扰，提高了闪烁体阵列的光输出性能。

Description

一种闪烁陶瓷阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及闪烁材料技术领域，特别是涉及一种闪烁陶瓷阵列及其制备方法。
背景技术
闪烁材料是一种能将入射在其上的高能射线或带电粒子转换为紫外或可见光的能量转换体，当被高能射线照射后，闪烁材料便发出荧光，荧光被光电转换系统接收并转变为电信号，经过电子线路处理后，便能在指示器上指示出来。利用高能射线的超强穿透能力，由闪烁材料组成的探测器被广泛应用于高能物理与核物理实验、影像核医学、工业CT在线检测、油井勘探、安全稽查及反恐等众多领域，是一种与生活密切相关的功能材料。
闪烁陶瓷是一种新型的功能陶瓷材料，是近年来闪烁体研究和开发的一个重要方向。闪烁陶瓷具有物理化学性质稳定、制备工艺简单、成本低、容易实现均匀掺杂、良好的机械加工性能等优点。传统的闪烁陶瓷阵列加工方法是将烧结完的闪烁陶瓷，通过机械加工的方法切割成所需的闪烁陶瓷阵列，然后在切割好的缝里灌入环氧树脂类反射介质，最后进行两边磨削加工，制作出闪烁陶瓷材料。
总的来说，具有如下几个不足：1、阵列中单个晶粒侧边胶反射率较低，导致光输出不高；2、单个晶粒之间存在X射线串扰问题。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种闪烁陶瓷阵列及其制备方法，其特征在于，所述陶瓷阵列中每个晶粒的侧面都镀有金属类反射层，顶面镀有环氧树脂反射层。
优选的，所述陶瓷材料为石榴石结构，其结构式可表述为：(AB)3+xC5-xO12，其中：
A为发光稀土元素，可以为Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Er、Dy、Tm、Ho或其组合；
B可以为Sc、Y、Gd、Yb、Lu或其组合；
C可以为Al、Ga或Al和Ga的组合。
优选的，所述晶粒顶面的环氧树脂反射层的厚度为0.1～2mm。
优选的，所述单个晶粒侧边的金属类反射层，其金属可以为以下材料的一种：Ag、Al、Mo、Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh。
优选的，所述金属类反射层的喷镀方法可以为化学沉积法、化学镀、磁控溅射法或喷射电镀法。
优选的，所述金属类反射层的表面添加防氧化剂。
上述闪烁陶瓷阵列的制备方法，包括如下步骤：
(1)通过机械加工方法将陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒；
(2)在切割好的单个晶粒的侧面分别镀上金属类反射层；
(3)在切割好的单个晶粒的顶面镀上环氧树脂反射层；
(4)将喷镀好反射层的晶粒分别利用组合筛选版排布为阵列结构；
(5)在每个晶粒之间灌入粘结剂，将每个晶粒粘合固化成所需的闪烁陶瓷阵列。
优选的，所述晶粒通过定位耦合模具排布为阵列结构。
本发明的有益效果在于：1、晶粒侧边的金属类反射层减少了X射线的穿透，从而减少了不同晶粒之间的X射线干扰；2、晶粒侧边的金属类反射层提高了可见光的反射，从而提高了闪烁材料的光输出性能；3、通过定位耦合模具将单个陶瓷闪烁体晶粒排布为阵列结构，解决了单个晶粒组装困难的问题。
附图说明
图1是本发明中单个晶粒的结构示意图；
图2是本发明中晶粒排布在定位耦合模具中的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、晶粒，11、侧面反射层，12、顶
面反射层，2、定位耦合模具，21、收容腔，22、定位框。
具体实施方式
以下实施例仅仅是进一步说明本发明，并不是限制本发明保护的范围。
实施例1
陶瓷闪烁体Ce0.005(Lu0.1Y0.9)2.995(Al0.4Ga0.6)5O12作为基元，侧面镀0.01mm厚度的Ag金属反射层，顶面镀0.5mm厚度的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒，通过化学沉积法在晶粒侧面镀上0.01mm厚度的Ag，将多个侧面镀好Ag反射层的闪烁体基元分别利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入如图2所示的定位耦合模具中，再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶面的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
实施例2
陶瓷闪烁体Ce0.005(Lu0.1Y0.9)2.995(Al0.4Ga0.6)5O12作为基元，侧面镀0.05mm厚度的Ag金属反射层，顶面镀0.5mm厚度的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒，通过化学沉积法在晶粒侧面镀上0.05mm厚度的Ag，将多个侧面镀好Ag反射层的闪烁体基元分别利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入如图2所示的定位耦合模具中，再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶面的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
实施例3
陶瓷闪烁体Eu0.015(Lu0.1Gd0.9)3.3(Al0.6Sc0.4)4.685O12作为基元，侧面镀0.05mm厚度的Pt金属反射层，顶部镀0.5mm的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒，通过化学沉积法在晶粒侧面分别镀上0.05mm的Pt，将多个侧面镀好相同厚度Pt反射层的闪烁体分别利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入到图2所示的定位耦合模具中，再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶部的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
实施例4
陶瓷闪烁体Ce0.05Gd2.95Al2Ga3O12为基元，侧面镀0.05mm厚度的Pt金属反射层，顶部镀0.5mm的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒，通过化学沉积法在晶粒侧面分别镀上0.05mm的Pt，将多个侧面镀好相同厚度Pt反射层的闪烁体基元分别利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入到图2所示的定位耦合模具中；再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶部的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
实施例5
陶瓷闪烁体Ce0.05Gd2.95Al2Ga3O12为基元，侧面镀0.05mm厚度的Pd金属反射层，顶部镀0.5mm的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒，通过化学沉积法在晶粒侧面分别镀上0.05mm的Pt和Pd，将多个侧面镀好相同厚度Pt和Pd反射层的闪烁体基元分别利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入到图2所示定位耦合模具中；再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶部的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
对比例1
陶瓷闪烁体Ce0.005(Lu0.1Y0.9)2.995(Al0.4Ga0.6)5O12作为基元，侧面未镀金属反射层，顶面镀0.5mm厚度的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒并利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入如图2所示的定位耦合模具中，再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶面的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
对比例2
陶瓷闪烁体Eu0.015(Lu0.1Gd0.9)3.3(Al0.6Sc0.4)4.685O12作为基元，侧面未镀金属反射层，顶部镀0.5mm的环氧树脂反射层。
其制备方法如下：通过机械加工方法将该基元的陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒并利用组合筛选版排布为阵列结构，然后导入到图2所示的定位耦合模具中，再将具有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，将顶部的环氧树脂磨加工至0.5mm，底部出光面进行抛光，得到所需的闪烁体阵列。
实施例6
分别检验实施例1-5与对比例1-2的反射率对比，见表1。
表1改性陶瓷在侧边镀有不同厚度及材质的金属反射层后的反射率
产品编号 反射率
实施例1 96.8％
实施例2 98.8％
实施例3 98.1％
实施例4 97.8％
实施例5 98.4％
对比例1 92.7％
对比例2 93.2％
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述闪烁陶瓷阵列中单个晶粒的侧面镀有金属类反射层，顶面镀有环氧树脂反射层。
2.根据权利要求1所述的一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述陶瓷材料为石榴石结构，其结构式可表述为：(AB)3+xC5-xO12，其中：
A为发光稀土元素，可以为Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Er、Dy、Tm、Ho或其组合；
B可以为Sc、Y、Gd、Yb、Lu或其组合；
C可以为Al、Ga或Al和Ga的组合。
3.根据权利要求1所述的一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述单个晶粒顶面的环氧树脂反射层的厚度为0.1～2mm。
4.根据权利要求1所述的一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述单个晶粒侧面的金属类反射层，其金属可以为以下材料的一种：Ag、Al、Mo、Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh。
5.根据权利要求4所述的一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述金属类反射层的喷镀方法可以为化学沉积法、化学镀、磁控溅射法或喷射电镀法。
6.根据权利要求4所述的一种闪烁陶瓷阵列，其特征在于，所述金属类反射层的表面添加防氧化剂。
7.一种闪烁陶瓷阵列的制备方法，其特征在于如下步骤：
(1)通过机械加工方法将陶瓷材料切割成单个长方体的晶粒；
(2)在切割好的单个晶粒的四个侧面镀上金属类反射层；
(3)在切割好的单个晶粒的顶面镀上环氧树脂反射层；
(4)将喷镀好反射层的晶粒分别利用组合筛选版排布为阵列结构；
(5)在每个晶粒之间灌入粘结剂，将晶粒粘合固化成所需的闪烁陶瓷阵列。
8.根据权利要求7所述的一种闪烁陶瓷阵列的制备方法，其特征在于，所述晶粒通过定位耦合模具排布为阵列结构。
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