DE2541748B2 - Verfahren zur herstellung eines mit zweiwertigem europium aktivierten erdalkalifluorhalogenidleuchtstoffs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mit zweiwertigem europium aktivierten erdalkalifluorhalogenidleuchtstoffs

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mit zweiwertigem Europium aktivierten Erdalkalifluorhalogenidleuchtstoffs der Formel Mei pEupFX, in der Me mindestens eines der Erdalkalimetalle Ba und Sr darstellt, wobei bis zu 20 Mol-% dieser Metalle durch Ca ersetzt sein kann, und in der X mindestens eines der Halogene Cl, Br und I darstellt und 0,001s ρ S 0,20 ist, aus den Halogeniden, wobei mindestens eine Temperaturbehandlung auf 600 bis 10000C in einer schwach reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird und das erhaltene Reaktionsprodukt nach Abkühlung einer Enderhitzung auf 600 bis 8500C in einer inerten oder schwach reduzierenden Atmosphäre unterworfen wird.
Erdalkalifluorhalogenide der allgemeinen Formel MeFX haben eine Kristallstruktur, die als PbFCI-Struktur bekannt ist und tetragonale Symmetrie aufweist. Au· der DT-OS 23 24 926 ist bekannt, daß diese Fluorhalo genide sehr zweckmäßige Leuchtstoffe bilden, wenn sie mit zweiwertigem Europium aktiviert werden. Da; "> Europium ersetzt dabei einen Teil des Erdalkalimetall! im Fluorhalogenid-Grundgitter. Diese bekannten Fluorhalogenidleuchtstoffe können sehr gut mit Ultraviolettstrahlung sowie mit Elektronen und mit Röntgenstrahlung angeregt werden. Die Spektralverteilung der dabe
ίο emittierten Strahlung besteht dabei aus einem schmaler Band (Halbwertsbreite etwa 30 nm), dessen Maximurr im allgemeinen bei etwa 380 nm liegt. Für die Stoffe, die viel Jod enthalten, ist das Emissionsmaximum zi größeren Wellenlängen verschoben.
Namentlich für das Fluorjodid wird dieses Maximurr bei etwa 410 nm gefunden. Es hat sich herausgestellt daß in diesen Stoffen bis zu 20 Mol-% des mit Me bezeichneten Ba und Sr durch Ca ersetzt werden kann wobei die Kristallstruktur erhalten bleibt.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der bekannten mil zweiwertigem Europium aktivierten Fluorhalogenide sind Röntgenbildverstärkungsschirme. Derartige Verstärkungsschirme sind mit einem bei Röntgenbestrahlung aufleuchtenden Stoff versehen und dienen dazu, die Belichtungszeit beim Erzeugen der Röntgenbilder aul photographischem Material zu verkürzen. Sie werden im allgemeinen in Filmkassetten in Form eines mit dem Leuchtstoff überzogenen Trägers verwendet, der beim Erzeugen des Röntgenbildes mit dem photographischer Film in Kontakt ist. Die bekannten Fluorhalogenidleuchtstoffe weisen bei Röntgenanregung einen sehr hohen Lichtstrom auf, der bis fünfmal höher als der Lichstrom des bekannten Calciumwolframats sein kann das vielfach in Röntgenbildverstärkungsschirmen ver-
J5 wendet wird.
In der obengenannten DT-OS 23 24 926 is* ein Herstellungsverfahren für mit zweiwertigem Europium aktivierte Fluorhalogenide beschrieben, bei dem von einem trockenen Gemisch von Halogeniden (z. B.
Erdalkalichlorid, Erdalkalifluorid und Europiumfluorid) ausgegangen wird, das durch eine Reaktion bei hoher Temperatur in das gewünschte Fluorhalogenid umgewandelt wird. Auch hat es sich als möglich erwiesen, von einem Gemisch von Oxiden oder Carbonaten der
Ί5 Erdalkalimetalle und von Europium zusammen mit Ammoniumhalogeniden auszugehen.
Ein großer Nachteil der auf die oben beschriebene Weise erhaltenen Fluorhalogenidieuchtstoffe besteht darin, daß sie einen hohen Nachleuchtpegel aufweisen.
Dies bedeutet, daß diese Stoffe nach Beendigung der Anregung während verhältnismäßig langer Zeit mit verhältnismäßig hoher Intensität nachleuchten. Der genannte Nachleuchtpegel kann für diese Stoffe z. B. zwanzig- bis hundertmal höher als der des bekannten
v> Calciumwolframats sein. Das Nachleuchten des Leuchtstoffes in einem Verstärkungsschirm ist besonders störend, weil während einiger Zeit nach der Belichtung jede Bewegung des Schirmes in bezug auf den photographischen Film (z. B. beim öffnen von Filmkas-
w) setten) ein unscharfes Bild ergibt. Noch störender ist es, daß infolge des Nachleuchtens erhebliche Wartezeiten eingehalten werden müssen, bevor ein neuer Film in die Kassette eingesetzt werden kann.
Aus der GB-PS 12 54 271 ist ein Verfahren zur
>>■> Herstellung von Erdalkalifluorhalogeniden bekannt, bei dem diese Stoffe durch Ausfällen aus Lösungen erhalten werden. Dabei werden zu gleicher Zeit eine die Erdalkalikationen enthaltende Lösung, z. B. Erdalkali-
chlorid, und eine die Fluoranionen enthaltende Lösung, z. B. Fluorwasserstoff, Kaliumfluorid oder Ammoniumfluorid, in ein Reaktionsgefäß eingegeben. Auch die auf diese Weise hergestellten mit zweiwertigem Europium aktivierten Erdalkalifluorhalogenide weisen einen sehr hoher. Nachleuchtpegel auf.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung mit zweiwertigem Europium aktivierter Fluorhalogenide zu schaffen, mit dem Leuchtstoffe mit einem sehr niedrigen Nachleuchtpegel erhalten werden, ι ο
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem vor der Temperaturbehandlung eine wässerige Suspension von MeF2 hergestellt wird, die 1 Mol MeX2 in gelöster Form pro MoI MeF2 und gegebenenfalls Europium in Form von Europiumhalogenid in einer Menge höchstens gleich der in dem Fiuorhalogenid gewünschten Menge enthält, die Suspension bei einer Temperatur von 50 bis 2500C zur Trockne eingedampft wird und das erhaltene Produkt gegebenenfalls mit der noch benötigten Menge an Europiumhalogenid gemischt wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es wesentlich, daß eine Lösung des Halogenids MeX2, die das unlösliche MeF2 in suspendierter Form enthält, bei einer Temperatur von 50 bis 2500C zur Trockne eingedampft wird. Dieses Eindampfen ist kein einfacher Trocknungsvorgang, sondern ein Verfahrensschritt, bei dem die Bildungsreaktion stattfindet. Die erfindungsgemäßen Erhitzungen des bereits gebildeten Fluorhalogenids bezwecken den Einbau und die Reduktion des Europiums sowie eine Rekristallisierung des Produkts und nicht, wie bei dem aus der DT-OS 23 24 926 bekannten Verfahren, die Bildung des Fluorhalogenids.
Nach der DT-OS 23 24 926 wird das Ausgangsgemisch, das noch nicht reagiert hat, getrocknet bzw. vom Kristallwasser befreit, während nach der Erfindung ein Gemisch, das bereits reagiert hat, zur Trockne eingedampft wird. Abgesehen davon, daß zwei unterschiedliche Gemische (Verfahrensstufen-Produkt«) be- 4» handelt werden, ist auch technologisch ein bloßes Trocknen etwas anderes als ein Eindampfen zur Trockne. Auch beim nachfolgenden Erhitzen werden erfindungsgemäß andere Verfahrensprodukte behandelt als nach der DT-OS 23 24 926. 4
Beim Verfahren nach der Erfindung wird von einer wässerigen Suspension von MeF2, d. h. von einem Gemisch des nahezu wasserunlöslichen MeF2 in feinkörniger Form mit einem wässerigen Lösungsmittel ausgegangen. Vor oder nach der Herstellung dieser Suspension wird MeX2 im Lösungsmittel in der stöchiometrischen Menge von 1 Mol pro Mol des verwendeten MeF2 gelöst. Kleine Abweichungen von der Stöchiometrie haben sich als zulässig erwiesen und beeinflussen im allgemeinen nur in geringem Maße die π Eigenschaften des erhaltenen Fluorhalogenids Bei der Herstellung dieser Suspension kann die benötigte Europiummenge völlig oder teilweise entweder als unlösliches Eu F3 oder als lösliches EUX3 zugegeben werden. Die Suspension wird dann bei einer Temperatur mi von 50 bis 25O0C zur Trockne eingedampft. Durch Röntgenbeugungsanalysen wurde gefunden, daß das dann erhaltene Produkt bereits die kennzeichnende PbFCl-Struktur aufweist. Dieses Produkt wird mit der gegebenenfalls noch benötigten Menge Europium in tv> Form von Europiumhalogenid gemischt. Dieses Gemisch wird einer oder mehreren Temperaturbehandluneen auf 600 bis 10000C in einer schwach reduzierenden Atmosphäre unterworfen. Während dieser Behandlung wird das bereits eingebaute Europium zum zweiwertigen Zustand reduziert, und/oder es wird das zugemischte Europium als zweiwertiges Europium in das Kristallgitter eingebaut. Das so erhaltene Reaktionsprodukt wird schließlich einer Enderhitzung auf 600 bis 850pC in einer inerten oder schwach reduzierenden Atmosphäre unterworfen, um die Kristallstruktur zu verbessern und eine optimale Korngröße des Pulvers zu erhalten.
Das Bilden der Fluorhalogenidverbindung, das Einbauen von Europium in dem gewünschten zweiwertigen Zustand und das Rekristallisieren des erhaltenen pulverförmigen Produkts finden beim Verfahren nach der Erfindung gesondert und nacheinander statt. Dies ist sehr vorteilhaft, weil nun diese drei Schritte in der Herstellung gesondert optimiert werden können und ein Leuchtstoff mit optimalen Lumineszenzeigenschaften erhalten werden kann. Namentlich in bezug auf den Nachleuchtpegel erweist es sich als wesentlich, daß die Fluorhalogenidverbindung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur (beim Eindampfen zur Trockne bei 50 bis 250°C) gebildet wird. Es wird angenommen, daß unter diesen Bedingungen das Einbauen von Sauerstoffspuren, die einen hohen Nachleuchtpegel herbeiführen können, möglichst vermieden wird.
Aufgrund des zuvor erörterten Standes der Technik war nicht zu erwarten, daß mit dem Verfahren nach der Erfindung Fluorhalogenidleuchtstoffe erhalten werden können, deren Nachleuchtpegel auf einen Wert etwa gleich dem des bekannten Calciumwolframats herabgesetzt wird. Der mit diesen Stoffen bei Röntgenanregung erhaltene Lichtstrom weist, wie gefunden wurde, im Vergleich zu dem auf bekannte Weise hergestellten Fiuorhalogenid den gleichen hohen Wert oder sogar einen höheren Wert auf.
Obgleich es möglich ist, die gewünschte Menge des Europiumaktivators als EuXj oder EUF3 völlig der Suspension zuzusetzen, wird eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung bevorzugt, bei der die Suspension kein Europium enthält und bei dem dem durch Eindampfen zur Trockne erhaltenen MeFX pro Mol ρ Mol EuX3 zugesetzt wird. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die günstigsten Ergebnisse, insbesondere in bezug auf den Nachleuchtpegel, erzielt werden, wenn als Aktivatorverbindung Europiumhalogenid (mit Ausnahme von Fluorid) verwendet und diese Aktivatorverbindung nach der Synthese der Fluorhalogenidverbindung zugesetzt wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das nach der Temperaturbehandlung auf 600 bis 10000C in einer schwachreduzierenden Atmosphäre erhaltene Reaktionsprodukt zu mahlen, bevor es der Enderhitzung unterworfen wird. Wenn nämlich die Bedingungen während der Temperaturbehandlung zum Einbauen zweiwertigen Europiums optimal gewählt werden, kann in vielen Fällen ein Reaktionsprodukt gebildet werden, das für praktische Anwendungen zu grobkörnig ist. Ein gegebenenfalls auftretender nachteiliger Effekt dieser Mahlbearbeitung auf den Nachtleuchtpegel wird durch die Enderhitzung völlig neutralisiert.
Für die Anwendung der mit zweiwertigem Europium aktivierten Fluorhalogenide in Röntgenbildverstärkungsschirmen ist es vorteilhaft, als Element Me Barium zu wählen, weil dann die höchsten Lichtströme erhalten werden. Um hohe Lichtströme bei Röntgenanregung zu erhalten, ist es außerdem vorteilhaft, als Element X Brom zu verwenden. Es hat sich iedoch herausgestellt.
daß der Nachleuchtpegel von BaFBr im Vergleich zu dem von BaFCl hoch ist. Das auf bekannte Weise hergestellte BaFBr weist z. B. einen bis zu hundertmal höheren Nachleuchtpegel als Calcium wolf ramat auf. Durch das Verfahren nach der Erfindung kann dieser Pegel auf einen Pegel herabgesetzt werden, der einige Male größer als der von Calciumwolframat ist.
Die günstigste Kombination von niedrigem Nachleuchtpegel und hohem Lichstrom wird mit Stoffen der Formel Bai.pEupFCI erhalten. Das Verfahren nach der Erfindung wird denn auch bevorzugt zur Herstellung derartiger Stoffe angewendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Bai-pEupFCl hergestellt wird, wird bei einer Temperatur von 160 bis 1800C zur Trockne eingedampft. Unter diesen Bedingungen verläuft die Bildung des BaFCl nämlich optimal.
Die günstigsten Ergebnisse bei der Herstellung von Baj.pEupFCl werden weiter erzielt, wenn die Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 800 bis 95O0C in Stickstoff mit 0,1 bis 1 Vol.-% Wasserstoff erfolgt und die Enderhitzung bei einer Temperatur von 700 bis 800°C in Stickstoff durchgeführt wird. Diese Bedingungen werden denn auch bevorzugt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Herstellungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Menge von 8,765 g BaF2 wird Wasser zugesetzt und durch Rühren in Suspension gebracht. In dieser Suspension werden 12,240 g BaCl2 -2H2O gelöst. Die Suspension wird dann bei einer Temperatur von 17O0C zur Trockne eingedampft. Der dann erhaltene Stoff besteht aus BaFCI und weist, wie eine Röntgenbeugungsanalyse zeigt, die PbFCl-Struktur auf. Das BaFCl wird mit 1,374 g EUCI3 gemischt und dann in einem Quarztiegel während einer Stunde in einem Ofen auf 900° C in einer schwach reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Diese Atmosphäre wird dadurch erhalten, daß ein Stickstoffstrom (etwa 137 Liter/Stunde), der 0,7 Vol.-% Wasserstoff enthält, in den Ofen eingeführt wird. Nach Abkühlung wird das so erhaltene Produkt in einer Kugelmühle gemahlen. Dann wird das Produkt während einer Stunde einer Enderhitzung auf 7500C in einem Stickstoffstrom (etwa 18 Liter/Stunde) unterworfen. Nach Abkühlung ist das Produkt, das der Formel Bao.95Euo,o5FCl entspricht, gebrauchsfertig.
Um die Lumineszenzeigenschaften des nach dem obenstehenden Herstellungsbeispiel erhaltenen Stoffes bei Röntgenanregung mit denen des bekannten CaWO4 zu vergleichen, werden Schirme mit diesem Stoff und weiter identische Schirme, jedoch mit Calciumwoliraniat in derselben Gewichtsmenge, hergestellt. Mit diesen Schirmen wird ein photographischer Film in Kontakt gebracht. Dann wird unter Standardbedingungen (Primärspannung der Röntgenröhre. Abstand der Röntgenröhre von dem Schirm mit dem Film, Filter) die Filmschwärzungsgeschwindigkeit gemessen. Das nach der Erfindung hergestellte Fluorhalogenid weist, wie gefunden wurde, eine Geschwindigkeit auf, die siebenmal größer als die des bekannten CaWOi ist. Auch wird der Nachleuchtpegel des Fluorhalogenids in bezug auf den von CaWO4 gemessen. Zu diesem Zweck werden die Schirme während einiger Zeit (unter Standardbedingungen) mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Eine Minute nach Beendigung der Anregung wird ein photographischer Film auf den Schirm gesetzt und 5 Minuten lang mit diesem in Berührung gehalten. Die gemessene Filmschwärzung, die ein Maß für den Nachleuchtpegel ist, ist, wie sich herausstellt, für das Fluorhalogenid gleich der des CaWO4.
Beispiel 2
Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Maßgabe, daß die
Menge von 1,374 g EuCb der Suspension zugesetzt und darin gelöst wird. Das erhaltene Produkt ist gleich dem nach Beispiel 1 und weist nahezu die gleichen Lumineszenzeigenschaften auf.
Beispiel 3
Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Maßgabe, daß die Temperaturbehandlung in der schwach reduzierenden Atmosphäre während einer Stunde auf 8500C durchgeführt wird. Die Geschwindigkeit des erhaltenen Stoffes ist, wie gefunden wurde, gleich dem 6,3fachen der des CaWO4, während der NachleucVpegel etwa zweimal höher als der von CaWO4 ist.
Beispiel 4
Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Maßgabe, daß die Temperaturbehandlung in der schwach reduzierenden Atmosphäre während einer Stunde auf 9500C durchgeführt wird. Die Geschwindigkeit des so erhaltenen Stoffes beträgt das 5,2fache der Geschwindigkeit von CaWO4 und der Nachleuchtpegel ist nahezu gleich dem von CaWO4.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines mit zweiwertigem Europium aktivierter. Erdalkalifluorhalogenidleuchtstoffs der Formel Mei.pEupFX, in der Me mindestens eines der Erdalkalimetalle Ba und Sr darstellt, wobei bis zu 20 Mol-% dieser Metalle durch Ca ersetzt sein kann, und in der X mindestens eines der Halogene Cl, Br und I darstellt und 0,001 ^ ρ S 0,20 ist, aus den Halogeniden, wobei mindestens eine Temperaturbehandlung auf 600 bis 10000C in einer schwach reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird und das erhaltene Reaktionsprodukt nach Abkühlung einer Enderhitzung auf 600 bis 850°C in einer inerten oder schwach reduzierenden Atmosphäre unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Temperaturbehandlung eine wässerige Suspension von MeFi hergestellt wird, die 1 Mol MeX2 in gelöster Form pro Mol MeF2 und gegebenenfalls Europium in Form von Europiumhalogenid in einer Menge höchstens gleich der in dem Fluorhalogenid gewünschten Menge enthält, daß die Suspension bei einer Temperatur von 50 bis 250° C zur Trockne eingedampft wird und daß das erhaltene Produkt gegebenenfalls mit der noch benötigten Menge an Europiumhalogenid gemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension kein Europium enthält und daß dem durch Eindampfen zur Trockne erhaltenen MeFX ρ Mol EuX3 pro Mol MeFX zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt vor der Enderhitzung gemahlen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluorhalogenid der Formel BaipEupFCl hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 160 bis 180°C zur Trockne eingedampft wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 800 bis 950° C in Stickstoff mit 0,1 bis 1 Vol.-% Wasserstoff erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enderhitzung bei einer Temperatur von 700 bis 800° C in Stickstoff erfolgt.
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