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