CN115991601A - 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 - Google Patents
一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115991601A CN115991601A CN202211450775.XA CN202211450775A CN115991601A CN 115991601 A CN115991601 A CN 115991601A CN 202211450775 A CN202211450775 A CN 202211450775A CN 115991601 A CN115991601 A CN 115991601A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- powder
- raw material
- scintillating ceramic
- compound
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 66
- 230000018199 S phase Effects 0.000 claims description 49
- 230000027311 M phase Effects 0.000 claims description 39
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 27
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 26
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 23
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical group [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 23
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 23
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 21
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 claims description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 11
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 10
- WZUKKIPWIPZMAS-UHFFFAOYSA-K Ammonium alum Chemical compound [NH4+].O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O WZUKKIPWIPZMAS-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 9
- GHLITDDQOMIBFS-UHFFFAOYSA-H cerium(3+);tricarbonate Chemical compound [Ce+3].[Ce+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O GHLITDDQOMIBFS-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 9
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 9
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 claims description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000009206 nuclear medicine Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 4
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 description 4
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 4
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- -1 cerium ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- PPQREHKVAOVYBT-UHFFFAOYSA-H dialuminum;tricarbonate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O PPQREHKVAOVYBT-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- HSEYYGFJBLWFGD-UHFFFAOYSA-N 4-methylsulfanyl-2-[(2-methylsulfanylpyridine-3-carbonyl)amino]butanoic acid Chemical compound CSCCC(C(O)=O)NC(=O)C1=CC=CN=C1SC HSEYYGFJBLWFGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940118662 aluminum carbonate Drugs 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明涉及闪烁陶瓷制备技术领域，尤其涉及IPC C04B35，更具体的，涉及一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法。本发明通过半固相法或液相法，通过原料溶解，配制沉淀剂溶液、合成前驱体、煅烧、烧结与退火处理，得到复相闪烁陶瓷材料。本发明提高了闪烁陶瓷材料的光输出性能和透明度，满足了现代核医学、安检系统等领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及闪烁陶瓷制备技术领域，尤其涉及IPC C04B35，更具体的，涉及一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法。
背景技术
闪烁材料是一种能将入射在其上的高能射线(X/γ射线)或带电粒子转换为紫外或可见光的能量转换体。当闪烁材料被高能射线照射后，便会发出荧光，这荧光被光电转换系统接收并转变成电信号，经过电子线路处理后，便能在指示器上指示出来，因此人们将这种由闪烁材料组成的闪烁探测器比喻为看得见X光和其他高能射线的"眼睛"。
现有专利CN101514100B公开了一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷体系及其制备方法，采用市售原料，再通过高能球磨处理粉体，添加烧结助剂，结合真空烧结，在较低的温度下，制备出一种闪烁透明陶瓷，但其的光输出性能改善程度有待商榷。
现有专利CN112573905 A公开了一种阴离子掺杂石榴石闪烁体及其制备方法与应用，满足了高能物理探测、粒子辨别、核医学成像方面的需求。但其的光输出性能及透明度方面均未得到改善。
为了满足现代核医学、安检系统领域的应用，需要开发高密度、高原子序数和高光输出性能的闪烁陶瓷。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明第一方面提供了一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法，半固相法或液相法；
所述半固相法，包括以下步骤：
S1)原料溶解：分别将M相原料和S相原料，用硝酸、盐酸或两者的混合酸溶解；溶解澄清后加去离子水稀释成浓度为0.01～2mol/L的混合溶液B-G1与B-S1，混合溶液B-G1中的溶质为M相原料，混合溶液B-S1中的溶质为S相原料；所述M相原料中，各元素的摩尔比为Gd：A：Ce：Al：Ga＝(3-3x-3y)：3x：3y：5w：(5-5w)；所述S相原料中，各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝(1-x’)：x’：w’；
S2)配制沉淀剂溶液：沉淀剂为氨水、碳酸氢铵或两者的混合；按离子沉淀需求量分别取氨水、碳酸氢铵或两者的混合，并用去离子水稀释成0.1～10mol/L的沉淀剂溶液C-G1与C-S1；
S3)前驱粉体合成：分别将混合溶液B-G1与B-S1滴加到沉淀剂溶液C-G1与C-S1中，在机械搅拌与超声震荡中，分别往沉淀剂溶液C-G1与C-S1中滴加混合溶液B-G1与B-S1，其中混合溶液B-G1与B-S1滴加速度为10～50mL/min，搅拌速度为100～600转/min；待沉淀完全后抽滤、洗涤、干燥、研磨过筛，分别得到粉体M-pre与S-pre；
S4)煅烧：将粉体M-pre与S-pre进行煅烧处理，分别得到具有M相以及S相的纳米粉体M-p与S-p；
S5)烧结与退火处理：按照一定比例分别称取M-p与S-p粉体，球磨混合后干压成型并经过烧结与退火处理得到复相透明闪烁陶瓷。
优选的，所述M相原料包括Gd的化合物、A的化合物、Ce的化合物、Al的化合物、Ga的化合物。
优选的，所述S相原料包括Gd的化合物、Ce的化合物、Al的化合物、Ga的化合物。
优选的，所述M相原料和S相原料均为高纯氧化物或可溶性盐。
优选的，所述A是Y、Lu、La中的一种或多种组合。
优选的，所述Gd、Ga、Y、Lu、La、Pr、Eu元素来源为高纯氧化物，Ce元素来源为CeO2或Ce2(CO3)3·xH2O。
优选的，所述Al的化合物为硫酸铝、碳酸铝、硫酸铝铵中的一种或多种。
优选的，所述M相原料中，0.01<x≤0.5；0<y≤0.01；0.2≤w≤0.8。
优选的，所述S相原料中，0≤x’≤1；0≤w’≤1。
优选的，所述S相与M相的摩尔比为(0～50)：100，S相摩尔不为0；进一步优选的，为(0.05～5)：100。
优选的，所述液相法的步骤包括：
步骤L1)原料溶解：称量M相原料和S相原料；称量M相原料：按各元素的摩尔比为Gd：Y：Ce：Al：Ga＝3-3x-3y)：3x：3y：5w：(5-5w)；称量碳酸铈、氧化钆、氧化钇、氧化镓以及十二水合硫酸铝铵，其中氧化镓的质量为6.1382g；称量S相原料：各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝(1-x’)：x’：w’，称量碳酸铈、氧化钆以及十二水合硫酸铝铵；其中将S相与M相的摩尔质量比为3：100；将M相和S相混合，将其溶于硝酸与盐酸的混合酸中，溶解澄清后，加去离子水配成浓度为0.3mol/L的混合溶液B2；
步骤L2)配制沉淀剂溶液：沉淀剂为氨水、碳酸氢铵或两者的混合。按离子沉淀需求量分别取氨水、碳酸氢铵或两者的混合，并用去离子水稀释成0.1～10mol/L的沉淀剂溶液C2；
步骤L3)前驱粉体合成：将混合溶液B2加到沉淀剂溶液C2，在机械搅拌与超声震荡中，滴加混合溶液B2，滴加速度为10～50mL/min，搅拌速度为100～600转/min；待沉淀完全后抽滤、洗涤、干燥、研磨过筛，得到混合前驱粉体MS-pE；
步骤L4)煅烧：将粉体MS-pE进行煅烧处理，得到具有M相以及S相的纳米粉体MS-p；
步骤L5)烧结与退火处理：称取一定量MS-p粉体，干压成型并经过烧结与退火处理得到透明闪烁陶瓷。
本发明中，采用半固相法和液相法，提高了复相透明闪烁陶瓷的光学性能。本发明人意外发现，将两相原料分开制备前驱体粉末，进行煅烧，采取球磨工艺按照一定比例将两相均匀混合，再进行烧结和退火，能得到纯度和均匀性均较好的复相透明闪烁陶瓷。将两相原料分开分别制备前驱体粉末，保证了最终得到的陶瓷材料的纯度和均匀性，避免产生夹杂相，影响最终得到的透明陶瓷的透过率、光输出、均匀性等。采用液相法，在称取原料步骤混合M相和S相原料，再经过后续步骤，能得到更加细密的粉体，提高复相透明闪烁陶瓷的光学性能。
优选的，所述步骤S1与L1所述的混合溶液的浓度为0.1～1mol/L。
优选的，所述步骤S2与L2中的沉淀剂为氨水与碳酸氢铵的混合物。
优选的，所述氨水与碳酸氢铵的摩尔比为1：(0.1～10)；进一步优选的，氨水与碳酸氢铵的摩尔比为(1～8)：1。
优选的，所述步骤S2与L2中的沉淀剂的摩尔浓度为0.2～4mol/L。
优选的，所述步骤S3与L3中的超声震荡中使用的超声波发生器频率为20～100kHz，功率为50～300W。
本发明中，在产生前驱体沉淀的过程中使用超声辅助共沉淀工艺，能减小颗粒粒径的同时，提高分散状态，从而减小溶液内部颗粒的团聚状态，提高复相透明闪烁陶瓷的均匀性。本发明人推测，在制备粉体M-pre与S-pre过程中，在晶核成核阶段，晶粒非常细小，具有极高的表面能，存在大量的不饱和键，使颗粒带电导致自由能很高。在制备过程中一直使用超声辅助共沉淀工艺，超声装置能不断地产生巨大的冲击力，和空化效应打破粉体的团聚体，同时也可以减小粉体的粒径，提高粉体的球形度，从而提高复相透明闪烁陶瓷的均匀性。
优选的，所述粉体M-pre为石榴石结构；所述粉体S-pre为钙钛矿结构。
本发明中通过M相铈离子激活的钆基石榴石，S相氧化物钙钛矿，通过S相散射增加了光提取率，改善了复相透明闪烁陶瓷的光输出性能。本发明人推测，在铈离子激活的钆基石榴石的基础上，通过添加S相氧化物钙钛矿，提高了闪烁陶瓷的光吸收系数，从而改善了闪烁陶瓷的光输出性能。
优选的，所述步骤S4中与L4的粉体煅烧温度为700～1200℃，煅烧时间为0.5～10小时，煅烧气氛为空气气氛；进一步优选的，灼烧温度为750～950℃，灼烧时间为2～8小时。
优选的，所述步骤S5与L5中的烧结为两步烧结；先在氧气气氛下烧结达到超95％的致密度，然后再经过热等静压处理实现陶瓷密度超过99.9％。
优选的，所述步骤S5与L5中的干压成型所用的模具为直径20mm的不锈钢模具。
优选的，所述步骤S5与L5中干压成型的压力为10～30MPa，保压时间为3～10min。
优选的，所述步骤S5与L5中在氧气气氛下烧结的温度为1400～1800℃，烧结的时间为1～10h。
优选的，所述步骤S5与L5中热等静压的温度为1400～1600℃，烧结时间为1～10h。
优选的，所述步骤S5与L5中的退火温度为1000～1400℃，退火时间为2～200小时，退火气氛为空气气氛；进一步优选，退火温度为1200～1400℃，退火时间为10～150小时，退火气氛为空气气氛。
有益效果
1、本发明中，在产生前驱体沉淀的过程中使用超声辅助共沉淀工艺，能减小颗粒粒径的同时，提高分散状态，从而减小溶液内部颗粒的团聚状态，提高复相透明闪烁陶瓷的均匀性。
2、本发明中，采用半固相法和液相法，提高了复相透明闪烁陶瓷的性能。
3、本发明中，通过M相铈离子激活的钆基石榴石，S相氧化物钙钛矿，通过S相散射增加了光提取率，改善了复相透明闪烁陶瓷的光输出性能。
附图说明
图1为实施例1～4经过双面抛光陶瓷样品在字母纸上的透过情况图；
图2为实施例1，对比例1～4中的相对光输出图；图1中S相摩尔含量(％)为0时，代表S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为0(对比例4)，S相摩尔含量(％)为3时，代表S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为3：100(实施例1)，S相摩尔含量(％)为6时，代表S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为6：100(对比例1)，S相摩尔含量(％)为9时，代表S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为9：100(对比例2)，S相摩尔含量(％)为12时，代表S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为12：100(对比例3)；
图3为实施例4中复相闪烁陶瓷表面抛光后扫描电镜下的微观结构图，放大倍数为300倍。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法，为半固相法；所述半固相法，包括以下步骤：
S1)分别称量M相原料和S相原料；称量M相原料：按各元素的摩尔比为Gd：Y：Ce：Al：Ga＝2.82：0.15：0.03：2：3，称量碳酸铈、氧化钆、氧化钇、氧化镓以及十二水合硫酸铝铵，其中氧化镓的质量为6.1382g；称量S相原料：各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝0.99：0.01：1，称量碳酸铈、氧化钆以及十二水合硫酸铝铵，分别将其溶于28mL硝酸与盐酸(体积比为1：3)的混合酸中，溶解澄清后，加去离子水配成M相原料浓度为0.3mol/L和S相原料浓度为0.3mol/L的混合溶液B-G1和B-S1；
S2)选用氨水与碳酸氢铵混合沉淀剂，加入去离子水，配成氨水与碳酸氢铵浓度为2mol/L的沉淀剂溶液C-G1与C-S1，沉淀剂溶液C-G1与C-S1的氨水与碳酸氢铵的摩尔比均为5：1；
S3)分别将混合溶液B-G1与B-S1滴加到沉淀剂溶液C-G1与C-S1中，在机械搅拌与超声震荡中，分别往沉淀剂溶液C-G1与C-S1中滴加混合溶液B-G1与B-S1，其中混合溶液B-G1与B-S1滴加速度为23mL/min，超声波发生器的功率为200W，超声波发生器的频率为20kHz，搅拌速度为100～600转/min；待沉淀完全后抽滤、分别用去离子水与无水乙醇洗涤3次、100℃烘箱干燥10h，干燥后粉体用玛瑙研钵研磨，然后过200目筛，得到陶瓷前驱粉体M-pre与S-pre；
S4)将陶瓷前驱粉体M-pre与S-pre分别在马弗炉中950℃灼烧3小时，冷却后过200目筛，得到具有M相以及S相的纳米粉体M-p与S-p；
S5)按一定的比例称取M-p与S-p粉体，其中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为3：100；将上述纳米粉体球磨混合后，装入直径为20mm的不锈钢模具中，20MPa轴向干压成型；将成型好的素坯装入塑封袋中并进行冷等静压处理，冷等静压压强为200MPa，保压时间为5min；
S6)将冷等后的素坯置于高温炉中烧结，采用10℃/min的升温速率升至1750℃后在氧气气氛中保温8小时；然后以25℃/min的速率降至25℃，得到初步烧结的陶瓷，再进行1500℃热等静压烧结5小时、1300℃空气气氛中退火5小时，得到陶瓷样品。
复相透明闪烁陶瓷表面抛光后扫描电镜下的微观结构如图1。
实施例2
实施例2的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为2：100。
实施例3
实施例3的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为4：100。
实施例4
本实施例提供了一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法，为液相法；所述液相法，包括以下步骤：
L1)称量M相原料和S相原料；称量M相原料：按各元素的摩尔比为Gd：Y：Ce：Al：Ga＝2.82：0.15：0.03：2：3，称量碳酸铈、氧化钆、氧化钇、氧化镓以及十二水合硫酸铝铵，其中氧化镓的质量为6.1382g；称量S相原料：各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝0.99：0.01：1，称量碳酸铈、氧化钆以及十二水合硫酸铝铵；其中将S相与M相的摩尔质量比为3：100；将M相和S相混合，将其溶于28mL硝酸与盐酸(体积比为1：3)的混合酸中，溶解澄清后，加去离子水配成浓度为0.3mol/L的混合溶液B2。
L2)选用氨水与碳酸氢铵混合沉淀剂，加入去离子水，配成氨水与碳酸氢铵浓度为2mol/L的沉淀剂溶液C2，沉淀剂溶液C2的氨水与碳酸氢铵的摩尔比均为1：4；
L3)将混合溶液B2滴加到沉淀剂溶液C2中，在机械搅拌与超声震荡滴加混合溶液B2，其中混合溶液B2滴加速度为23mL/min，超声波发生器的功率为200W，超声波发生器的频率为20kHz，搅拌速度为400转/min；待沉淀完全后抽滤，分别用去离子水与无水乙醇洗涤3次、100℃烘箱干燥10h，干燥后粉体用玛瑙研钵研磨，然后过200目筛，得到陶瓷前驱粉体MS-pE；
L4)将陶瓷前驱粉体MS-pE在马弗炉中950℃灼烧3小时，冷却后过200目筛，得到具有M相以及S相的纳米粉体MS-p；
L5)干压成型：将上述纳米粉体装入直径为20mm的不锈钢模具中，20MPa轴向干压成型。将成型好的素坯装入塑封袋中并进行冷等静压处理，冷等静压压强为200MPa，保压时间为5min。、
L6)烧结：将冷等后的素坯置于高温炉中烧结，采用10℃/min的升温速率升至1750℃后在氧气气氛中保温3小时；然后以20℃/min的速率降至室温，得到初步烧结的陶瓷，再进行1550℃热等静压烧结3小时、1300℃空气气氛中退火10小时，得到陶瓷样品。
对比例1
对比例1的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为6：100。
对比例2
对比例2的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为9：100。
对比例3
对比例3的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为12：100。
对比例4
对比例4的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述(5)中S-p粉体与M-p粉体的摩尔比为0。
性能测试
1、透明度测试
将实施例1～4中的陶瓷样品双面抛光后置于映有GAGG字母的纸面上，观察字母的透过情况，结果见图1。其中a，b，c，d号样品分别对应实施例4、实施例2、实施例3、实施例1的陶瓷样品。可以看出，随着S-p粉体比例增加，陶瓷透过功率降低。而对实施例1通过液相法制备复相陶瓷，两相混合更加均匀，陶瓷透过率最高。
2、光输出性能测试
利用伽马射线为激发源，记录闪烁陶瓷的多道脉冲高度谱，并比较脉冲高度谱的位置得到闪烁材料的相对光输出。测得实施例1，对比例1～4经过双面抛光陶瓷样品的相对光输出值，结果见图2。
相对M纯相闪烁陶瓷，辅相S的摩尔含量(％)为3时，复相透明闪烁陶瓷光输出性能提升了13％。当辅相S的摩尔含量(％)增加到6，9与12时，由于复相陶瓷透过率下降，导致光输出性能分别下降至96.8％，87.5％与75％(如图2)。因此，作为最优选，0<辅相S的摩尔含量(％)<6。
3、采用分析型扫描电子显微镜进行观察实施例1的结果分别如图3所示。
复相透明闪烁陶瓷表面抛光后扫描电镜下的微观结构如图3，其中灰色区域为主相M，箭头所示白色区域为辅相S。整体而言，主相M与辅相S两相分布均匀。
Claims (10)
1.一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，为半固相法或液相法；所述半固相法，包括以下步骤：
S1)原料溶解：分别将M相原料和S相原料，用硝酸、盐酸或两者的混合酸溶解；溶解澄清后加去离子水稀释成浓度为0.01～2mol/L的混合溶液B-G1与B-S1，混合溶液B-G1中的溶质为M相原料，混合溶液B-S1中的溶质为S相原料；所述M相原料中，各元素的摩尔比为Gd：A：Ce：Al：Ga＝(3-3x-3y)：3x：3y：5w：(5-5w)；所述S相原料中，各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝(1-x’)：x’：w’；
S2)配制沉淀剂溶液：沉淀剂为氨水、碳酸氢铵或两者的混合；按离子沉淀需求量分别取氨水、碳酸氢铵或两者的混合，并用去离子水稀释成0.1～10mol/L的沉淀剂溶液C-G1与C-S1；
S3)前驱粉体合成：分别将混合溶液B-G1与B-S1滴加到沉淀剂溶液C-G1与C-S1中，在机械搅拌与超声震荡中，分别往沉淀剂溶液C-G1与C-S1中滴加混合溶液B-G1与B-S1，其中混合溶液B-G1与B-S1滴加速度为10～50mL/min，搅拌速度为100～600转/min；待沉淀完全后抽滤、洗涤、干燥、研磨过筛，分别得到粉体M-pre与S-pre；
S4)煅烧：将粉体M-pre与S-pre进行煅烧处理，分别得到具有M相以及S相的纳米粉体M-p与S-p；
S5)烧结与退火处理：按照一定比例分别称取M-p与S-p粉体，球磨混合后干压成型并经过烧结与退火处理得到复相透明闪烁陶瓷。
2.根据权利要求1所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于：所述液相法的步骤包括：
步骤L1)原料溶解：称量M相原料和S相原料；称量M相原料：按各元素的摩尔比为Gd：Y：Ce：Al：Ga＝3-3x-3y)：3x：3y：5w：(5-5w)；称量碳酸铈、氧化钆、氧化钇、氧化镓以及十二水合硫酸铝铵，其中氧化镓的质量为6.1382g；称量S相原料：各元素的摩尔比为Gd：Ce：Al＝(1-x’)：x’：w’，称量碳酸铈、氧化钆以及十二水合硫酸铝铵；其中将S相与M相的摩尔质量比为3：100；将M相和S相混合，将其溶于硝酸与盐酸的混合酸中，溶解澄清后，加去离子水配成浓度为0.3mol/L的混合溶液B2；
步骤L2)配制沉淀剂溶液：沉淀剂为氨水、碳酸氢铵或两者的混合。按离子沉淀需求量分别取氨水、碳酸氢铵或两者的混合，并用去离子水稀释成0.1～10mol/L的沉淀剂溶液C2；
步骤L3)前驱粉体合成：将混合溶液B2加到沉淀剂溶液C2，在机械搅拌与超声震荡中，滴加混合溶液B2，滴加速度为10～50mL/min，搅拌速度为100～600转/min；待沉淀完全后抽滤、洗涤、干燥、研磨过筛，得到混合前驱粉体MS-pE；
步骤L4)煅烧：将粉体MS-pE进行煅烧处理，得到具有M相以及S相的纳米粉体MS-p；
步骤L5)烧结与退火处理：称取一定量MS-p粉体，干压成型并经过烧结与退火处理得到透明闪烁陶瓷。
3.根据权利要求1或2的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述M相原料包括Gd的化合物、A的化合物、Ce的化合物、Al的化合物、Ga的化合物。
4.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述S相原料包括Gd的化合物、Ce的化合物、Al的化合物、Ga的化合物。
5.根据权利要求3所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述A为Y、Lu、La中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述M相原料中，0.01<x≤0.5；0<y≤0.01；0.2≤w≤0.8。
7.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述S相原料中，0≤x’≤1；0≤w’≤1。
8.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述S相与M相的摩尔比为(0～50)：100，S相摩尔不为0。
9.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氨水与碳酸氢铵的摩尔比为1：(0.1～10)。
10.根据权利要求1或2所述的复相透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S3与L3中超声震荡中使用的超声波发生器频率为20～100kHz，功率为50～300W。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211450775.XA CN115991601B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211450775.XA CN115991601B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115991601A true CN115991601A (zh) | 2023-04-21 |
| CN115991601B CN115991601B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=85994501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211450775.XA Active CN115991601B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115991601B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1553528A (zh) * | 2003-06-07 | 2004-12-08 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 锂离子电池正极材料的低温半固相制备方法 |
| US20100059668A1 (en) * | 2005-12-22 | 2010-03-11 | Robert Joseph Lyons | Scintillator material and radiation detectors containing same |
| WO2015106904A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-07-23 | Koninklijke Philips N.V. | Garnet scintillator composition |
| CN107935581A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法 |
| CN108863340A (zh) * | 2017-05-16 | 2018-11-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种复合结构透明闪烁陶瓷及其制备方法 |
| RU2682554C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков |
-
2022
- 2022-11-18 CN CN202211450775.XA patent/CN115991601B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1553528A (zh) * | 2003-06-07 | 2004-12-08 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 锂离子电池正极材料的低温半固相制备方法 |
| US20100059668A1 (en) * | 2005-12-22 | 2010-03-11 | Robert Joseph Lyons | Scintillator material and radiation detectors containing same |
| WO2015106904A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-07-23 | Koninklijke Philips N.V. | Garnet scintillator composition |
| CN108863340A (zh) * | 2017-05-16 | 2018-11-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种复合结构透明闪烁陶瓷及其制备方法 |
| CN107935581A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法 |
| RU2682554C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115991601B (zh) | 2024-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105418063B (zh) | 一种非化学计量比镥铝石榴石闪烁陶瓷及其制备方法 | |
| Li et al. | A homogeneous co-precipitation method to synthesize highly sinterability YAG powders for transparent ceramics | |
| CN107285770B (zh) | 一种纯度高形貌均匀的锆酸镧钆粉体及透明陶瓷制备方法 | |
| JP4623403B2 (ja) | セラミックス、セラミックス粉末の製造方法及びセラミックスの製造方法。 | |
| CN107935581B (zh) | 两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法 | |
| CN108046768B (zh) | 双掺杂稀土离子的钆镓铝闪烁陶瓷及其制备方法 | |
| CN105110377A (zh) | 一种固相反应烧结法制备负膨胀材料钨酸锆的方法 | |
| Kafili et al. | A comparative approach to synthesis and sintering of alumina/yttria nanocomposite powders using different precipitants | |
| Xie et al. | Eu: Lu2O3 transparent ceramics fabricated by vacuum sintering of co-precipitated nanopowders | |
| CN109437318A (zh) | 一种外延六角铁氧体纳米点阵结构的制备方法 | |
| CN106588012A (zh) | 低价态离子掺杂的多组分复合闪烁陶瓷及其制备方法 | |
| CN115991601B (zh) | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 | |
| CN113340925B (zh) | 一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏及其制备方法 | |
| CN1800092A (zh) | 氧化铪－氧化钆固溶体透明陶瓷闪烁材料及其制备方法和用途 | |
| CN1256300C (zh) | 一种氧化钇基透明陶瓷材料的制备方法 | |
| CN110550945B (zh) | 一种LuAG:Ce透明陶瓷的制备方法及LuAG:Ce透明陶瓷 | |
| CN110204336B (zh) | 一种硫氧化钆粉体和闪晶陶瓷的制备方法 | |
| EP0500255A1 (en) | Method of forming yttria gadolinia ceramic scintillator from ammonium dispersed oxalate precipitates | |
| WO2015053033A1 (ja) | セラミックスシンチレータ及びその製造方法、並びにシンチレータアレイ及び放射線検出器 | |
| CN115650726B (zh) | 一种钆基石榴石闪烁陶瓷及其制备方法 | |
| CN115925408B (zh) | 一种透明闪烁陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| JP2020001988A (ja) | ジルコニア焼結体及びその製造方法 | |
| Sidorowicz et al. | Precipitation of Tm2O3 nanopowders for application in reactive sintering of Tm: YAG | |
| Zhang et al. | Synthesis and photoluminescence properties of Eu3+-doped ZrO2 hollow spheres | |
| Li et al. | Characterization of High‐Gadolinium Y0. 6Gd1. 34Eu0. 06O3 Powder and Fabrication of Transparent Ceramic Scintillator Using Pressureless Sintering |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |