DE10335167B4 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines die zur Bildung des Leuchtstoffs erforderlichen Bestandteile enthaltenden Pulvers,
b) Mischen des Pulvers mit einem organischen Bindemittel,
c) Herstellen eines Grünkörpers durch Verpressen des Pulvers,
d) Aufheizen des Grünkörpers auf eine erste Temperatur von höchstens 400°C in Sauerstoffatmosphäre, so dass der organische Binder ausgebrannt wird,
e) weiteres Aufheizen des Grünkörpers auf eine zweite Temperatur von höchstens 800°C in einer reduzierenden Atmosphäre, so dass oberflächlich gebildete Oxidationsschichten reduziert werden, und
f) Sintern des Grünkörpers.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ausbrennen eines organischen Binders.
  • Insbesondere im Bereich der Röntgen-Computertomografie werden zur Herstellung des Detektors Szintillatorkeramiken auf der Basis von Metalloxisulfid eingesetzt. Die Herstellung der Szintillatorkeramiken erfolgt entweder mittels Heisspressen oder durch druckloses Sintern. Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs mittels drucklosem Sintern.
  • Beim drucklosen Sintern wird ein die zur Herstellung des Leuchtstoffs erforderlichen Bestandteile enthaltendes Pulver mittels Nassmahlung zunächst auf eine vorgegebene mittlere Korngröße gemahlen. Das Pulver wird entweder während oder nach dem Mahlen mit einem organischen Binder versetzt. Anschließend erfolgt eine Trocknung des Pulvers im Vakuum sowie die Formgebung durch Pressen des Pulvers. Danach muss der organische Binder in einem so genannten "Entbinderungsprozess" ausgebrannt werden. Dabei ist es wichtig, dass der Binder möglichst vollständig ausgebrannt wird. Anderenfalls kommt es zum Einschluss unerwünschter Fremdphasen in die Keramik.
  • Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, den Binder unter verschiedenen Atmosphären, z. B. unter Schutzgas, in reinem Sauerstoff oder in Luft, auszubrennen. Ferner ist es bekannt, den Binder unter Vakuum auszubrennen. Die Temperatur beim Ausbrennen des Binders wird im Falle der Herstellung von Keramiken auf der Basis von Metalloxisulfiden stets kleiner als 800°C gehalten. Oberhalb der vorgenannten Temperatur erfolgt bereits eine Verdichtung durch Sintern. Es kann dabei zum Einschluss nicht vollständig ausgebrannter Binderreste kom men. Nach dem vorbeschriebenen Verfahren behandelte Grünlinge führen zu Keramiken mit einem sehr feinen Gefüge. Wegen der großen Anzahl der inneren Grenzflächen in einem solchen feinkörnigen Gefüge koppelt in der Keramik gebildetes Szintillationslicht nicht besonders gut aus.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem keramische Leuchtstoffe verbesserter Qualität herstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 17.
  • Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs mit folgenden Schritten vorgesehen:
    • a) Bereitstellen eines die zur Bildung des Leuchtstoffs erforderlichen Bestandteile enthaltenden Pulvers,
    • b) Mischen des Pulvers mit einem organischen Bindemittel,
    • c) Herstellen eines Grünkörpers durch Verpressen des Pulvers,
    • d) Aufheizen des Grünkörpers auf eine erste Temperatur von höchstens 400°C in Sauerstoffatmosphäre, so dass der organische Binder ausgebrannt wird,
    • e) weiteres Aufheizen des Grünkörpers auf eine zweite Temperatur von höchstens 800°C in einer reduzierenden Atmosphäre, so dass oberflächlich gebildete Oxidationsschichten reduziert werden, und
    • f) Sintern des Grünkörpers.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung keramischer Leuchtstoffe mit erheblich verbesserten Eigenschaften. Das Gefüge der hergestellten Keramiken ist relativ grobkörnig. Der Anteil an Korngrenzen ist verringert. Der keramische Leuchtstoff zeigt eine erheblich verbesserte Lichtauskopplung.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kommt es beim Schritt lit. d zu einem vollständigen Ausbrennen des Binders. Gleichzeitig bilden sich an den Partikeloberflächen Oxidationsschichten. Es hat sich gezeigt, dass solche Oxidationsschichten das Kornwachstum beim Sintern hemmen. Diese sind offenbar für die Ausbildung eines unerwünschten feinkörnigen Gefüges verantwortlich. Zur Entfernung solcher Oxidationsschichten wird gemäß dem Schritt lit. e der Grünkörper nach dem Ausbrennen des Binders in einer reduzierenden Atmosphäre auf höchstens 800°C aufgeheizt. Damit gelingt es, die Oxidationsschichten an den Oberflächen der Pulverpartikel zu reduzieren bzw. zu entfernen. Beim anschließenden Sintern bildet sich ein grobkörniges Gefüge aus. Ein keramischer Leuchtstoff mit einem solchen Gefüge zeigt verbesserte Szintillationseigenschaften.
  • Bei dem Leuchtstoff kann es sich um ein Metalloxisulfid nach der allgemeinen Summenformel (M1-xLnx)2O2S handeln, wobei M zumindest ein Element aus der folgenden Gruppe ist: Y, La und/oder Gd, und wobei Ln zumindest ein Element aus der folgenden Gruppe ist: Eu, Pr, Ce, Tb, Yb, Dy, Sm und/oder Ho. Ein derartiger Leuchtstoff kann drucklos gesintert werden. Er eignet sich zur Herstellung einer Szintillatorkeramik für einen Detektor eines Röntgen-Computertomografen.
  • Als Binder kann dabei ein Wachs, vorzugsweise Paraffinwachs, verwendet werden. Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Binders zu erreichen, kann das Pulver beispielsweise mit in einem Lösungsmittel gelösten Binder in einer Kugelmühle gemischt werden. Anschließend kann das Gemisch in einem Rota tionsverdampfer getrocknet werden. Zweckmäßigerweise wird das Pulver nach dem Schritt lit. b. vakuumgetrocknet.
  • Zur Formgebung des Grünkörpers wird zweckmäßigerweise ein Pressdruck von mehr als 180 MPa aufgebracht. Der Grünkörper wird zweckmäßigerweise auf eine Gründichte von mehr als 45% der theoretischen Dichte verdichtet. Insbesondere bei einem Aufbringen eines Pressdrucks von 250 bis 300 MPa können Gründichten von etwa 50% der theoretischen Dichte erreicht werden.
  • Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass die Aufheizrate beim Schritt lit. d zwischen 0,5 und 4 K/Minute, vorzugsweise 1 bis 2 K/Minute, beträgt. Die erste Temperatur wird vorzugsweise für eine erste Haltezeit von 20 bis 200 Minuten, vorzugsweise 40 bis 80 Minuten, gehalten. Damit kann ein vollständiges Ausbrennen des organischen Binders erreicht werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung beträgt die Aufheizrate beim Schritt lit. e zwischen 0,5 und 6 K/Minute, vorzugsweise 2 bis 4 K/Minute. Die zweite Temperatur kann für eine Haltezeit von 60 bis 280 Minuten, vorzugsweise 150 bis 220 Minuten, gehalten werden. Mit den vorgenannten Parametern kann eine vollständige Reduzierung von an der Oberfläche der Pulverpartikel gebildeten Oxidationsschichten erreicht werden.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, als reduzierende Atmosphäre Formiergas zu verwenden. Das Formiergas kann mindestens 5 Vol.% Wasserstoff enthalten.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Grünkörper nach dem Schritt lit. e auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlrate kann 2 bis 10 K/Minute, vorzugsweise 3 bis 7 K/Minute, betragen. Das Abkühlen auf Raumtemperatur ermöglicht das Umsetzen der Grünlinge in einen für das Sintern geeigneten Ofen.
  • Zum Sintern wird der, vorzugsweise abgekühlte, Grünkörper nach dem Schritt lit. e ab einer Temperatur von etwa 750°C im Vakuum auf eine Temperatur von höchstens 1250°C aufgeheizt. Ab einer Temperatur von etwa 1200°C kann unter Inertgasatmosphäre auf eine Sintertemperatur von höchstens 1450°C aufgeheizt werden. Die vorgeschlagenen Verfahrensschritte führen zu einem transluzenten Sinterkörper mit einer Sinterdichte von etwa 99,5% der theoretischen Dichte.
  • Die Szintillationseigenschaften des gesinterten Körpers können durch einen nach dem Schritt lit. f an Luft erfolgende Temperung an Luft bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 1000°C, vorzugsweise 880 bis 980°C, verbessert werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Gefüge einer Gd2O2S(GOS)-Keramik nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein Gefüge einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten GOS-Keramik,
  • 3 die Lichtausbeute unterschiedlich hergestellter Proben,
  • 4 das Nachleuchten nach 2,4 ms der unterschiedlich hergestellten Proben,
  • 5 das Nachleuchten nach 100 ms der unterschiedlich hergestellten Proben und
  • 6 die Drift der unterschiedlich hergestellten Proben.
  • 1 zeigt das Gefüge einer GOS-Keramik, welche auf herkömmliche Weise hergestellt worden ist. 2 zeigt ein Ge füge einer GOS-Keramik, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
    •
  • Zur Herstellung der in den 1 und 2 gezeigten Proben ist jeweils vom selben Gd2O2S-Pulver (Reinheit: 99,99 %) ausgegangen worden. Das mit der geeigneten Dotierung vorgesehene Pulver ist mittels einer Kugelmühle für 20 Stunden gemahlen worden. Dabei ist als Flüssigphase Benzin zugesetzt gewesen, in dem 0,5 Masse-% eines herkömmlichen Paraffinwachs-Binders mit einer Schmelztemperatur von 52°C gelöst gewesen ist. Nach der Mahlung ist das aus Pulver und Binder bestehende Gemisch bei 45°C im Rotationsverdampfer getrocknet worden. Anschließend ist die Pulver-Binder-Mischung bei einem Druck von 80 MPa uniaxial verpresst worden. Die hergestellten Presslinge sind dann isostatisch bei 300 MPa nachverdichtet worden. Die nachverdichteten Presslinge zeigen eine Dichte von 50% der theoretischen Dichte.
  • Zur Herstellung der in 1 gezeigten Keramik ist der Grünkörper im Kammerofen mit einer Aufheizrate von 3 K/Minute bis auf eine Temperatur von 200°C in Sauerstoffatmosphäre aufgeheizt worden. Dann ist mit einer Aufheizrate von 1 K/Minute bis auf eine Temperatur von 380°C aufgeheizt worden. Diese Temperatur ist 60 Minuten gehalten worden. Anschließend ist der Grünkörper in Sauerstoffatmosphäre auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate von 3 K/Minute abgekühlt worden.
  • Zur Herstellung des in 2 gezeigten keramischen Leuchtstoffs ist der Grünkörper mit einer Aufheizrate von 3 K/Minute bis auf eine Temperatur von 200°C in Sauerstoffatmosphäre aufgeheizt worden. Anschließend ist der Grünkörper mit einer Aufheizrate von 1 K/Minute bis auf eine Temperatur von 380°C in Sauerstoffatmosphäre aufgeheizt worden. Auf dieser Temperatur ist der Grünkörper 60 Minuten weiterhin in Sauerstoffatmosphäre gehalten worden. Es hat sich eine weitere Haltezeit von 30 Minuten unter Vakuum angeschlossen. Danach ist der Grünkörper mit einer Aufheizrate von 3 K/Minute auf eine Temperatur von 750°C unter Formiergasatmosphäre (95 Vol.% N2 5 Vol.% H2) aufgeheizt worden. Die Haltezeit bei 750°C hat 180 Minuten betragen. Anschließend ist der Grünkörper mit einer Abkühlrate von 3 K/Minute unter Formiergasatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt worden.
  • Nach dem Ausbrennen des Binders sind die Presslinge nach dem folgenden Programm bei einer Temperatur von 1400°C drucklos gesintert worden:
    Figure 00070001
  • Nach dem Sintern werden die hergestellten keramischen Leuchtstoffe in Luft oder in Sauerstoffatmosphäre in einem Kammerofen bei einer Temperatur von 950°C für eine Haltezeit von 10 Stunden getempert. Die Dichte der keramischen Leuchtstoffe beträgt etwa 99,5% der theoretischen Dichte. Es ist kein Restkohlenstoff mehr zu erkennen. Die hergestellten keramischen Leuchtstoffe weisen die nachfolgenden hervorragenden Szintillationseigenschaften auf:
    Lichtausbeute (LA): 66
    Nachleuchten: 2,4 ms : –3,9
    Nachleuchten: 100 ms : –4,5
    Drift: 18 Gordon
  • Die 3 bis 6 zeigen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten verbesserten Eigenschaften nochmals im Vergleich. Dabei sind jeweils Messwerte für Keramiken dargestellt, welche ohne Verwendung eines Binders und unter Verwendung von 0,5 Masse-% eines Binders nach dem erfindungsge mäßen Verfahren (= Variante 1) hergestellt worden sind. Ferner sind Messwerte gezeigt, welche von keramischen Leuchtstoffen stammen, die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind (= Variante 2). Insbesondere bei Lichtausbeute und Drift zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten keramischen Leuchtstoffe verbesserte Eigenschaften. Außerdem sind die Messwerte für heißgepresste GOS-Keramik im Vergleich zu den 3 bis 6 dargestellt.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leuchtstoffs mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines die zur Bildung des Leuchtstoffs erforderlichen Bestandteile enthaltenden Pulvers, b) Mischen des Pulvers mit einem organischen Bindemittel, c) Herstellen eines Grünkörpers durch Verpressen des Pulvers, d) Aufheizen des Grünkörpers auf eine erste Temperatur von höchstens 400°C in Sauerstoffatmosphäre, so dass der organische Binder ausgebrannt wird, e) weiteres Aufheizen des Grünkörpers auf eine zweite Temperatur von höchstens 800°C in einer reduzierenden Atmosphäre, so dass oberflächlich gebildete Oxidationsschichten reduziert werden, und f) Sintern des Grünkörpers.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leuchtstoff ein Metalloxisulfid der allgemeinen Summenformel (M1-xLnx)2O2S ist, wobei M zumindest ein Element aus der folgenden Gruppe ist: Y, La und/oder Gd, und wobei Ln zumindest ein Element aus der folgenden Gruppe ist: Eu, Pr, Ce, Tb, Yb, Dy, Sm und/oder Ho.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Binder ein Wachs, vorzugsweise Paraffinwachs, verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pulver nach dem Schritt lit. b vakuumgetrocknet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Formgebung des Grünkörpers ein Pressdruck von mehr als 180MPa aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grünkörper auf eine Gründichte von mehr als 45% der theoretischen Dichte verdichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufheizrate beim Schritt lit. d zwischen 0,5 und 4 K/Minute, vorzugsweise 1 bis 2 K/Minute, beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur für eine erste Haltezeit von 20 bis 200 Minuten, vorzugsweise 40 bis 80 Minuten, gehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufheizrate beim Schritt lit. e zwischen 0,5 und 6 K/Minute, vorzugsweise 2 bis 4 K/Minute, beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur für eine zweite Haltezeit von 60 bis 280 Minuten, vorzugsweise 150 bis 220 Minuten, gehalten wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als reduzierende Atmosphäre Formiergas verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formiergas mindestens 5 Vol.% Wasserstoff enthält.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grünkörper nach dem Schritt lit. e auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abkühlrate 2 bis 10 K/Minute, vorzugsweise 3 bis 7 K/Minute, beträgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der, vorzugsweise abgekühlte, Grünkörper nach dem Schritt fit. e ab einer Temperatur von etwa 750°C im Vakuum auf eine Temperatur von höchstens 1250°C aufgeheizt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Grünkörper ab einer Temperatur von etwa 1200°C unter Inertgasatmosphäre auf eine Sintertemperatur von höchstens 1450°C aufgeheizt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gesinterte Körper nach dem Schritt lit. f an Luft bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 1000°C, vorzugsweise 880 bis 980°C, getempert wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101405368B (zh) * 2006-03-21 2012-05-30 皇家飞利浦电子股份有限公司 电致发光器件

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