JP3029308B2 - 希土類オキシ硫化物焼結体の製造方法 - Google Patents

希土類オキシ硫化物焼結体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】〔発明の目的〕
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類オキシ硫化物焼
結体の製造方法に係り、特にシンチレータとして有用な
透光性の高い希土類オキシ硫化物焼結体の製造方法に関
する。
【0003】
【従来の技術】シンチレータは、X線やγ線などの放射
線が照射されたときに、可視光またはこれに近い波長の
電磁波を放射する発光物質であり、X線CT(X線断層
撮影装置)の検出器等として用いられるシンチレーショ
ンカウンタに組み込まれる。X線CTにおいては、シン
チレータはX線入力を光に変換するため、この光を検出
することによってX線量を測定することができる。
【0004】そして、このようなシンチレータとして
は、これまでNaI、CsI、CdWOなどの単結晶
体、BaFCl:Eu、LaOBr:Tb、CsI:T
l、CaWOおよびCdWOの焼結体(特公昭59
−45022号公報参照)、立方晶系希土類酸化物焼結
体(特開昭59−27283号公報参照)、Gd
S:Pr、GdS:Tb,Prなどの希土類オキ
シ硫化物焼結体(特開昭58−204088号公報参
照)などが知られているが、なかでも希土類オキシ硫化
物焼結体は発光効率が高く、またX線吸収係数が大きい
ために、特にX線CT用シンチレータに好適である。
【0005】この希土類オキシ硫化物焼結体は、例えば
特開昭62−275072号公報に示されるように、原
料となる希土類オキシ硫化物の蛍光体粉末をタンタルな
ど高融点金属製の気密容器に封入し、熱間静水圧プレス
(以下「HIP」と記す)処理により製造することがで
きる、また、このHIP処理は、希土類オキシ硫化物の
蛍光体粉末を一旦冷間静水圧プレスし、成形体とした後
行うこともできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シンチレー
タでX線量を測定するときは、通常X線入射によって発
生した光を、X線が入射する側の反対側から検出する。
このため、この光について高い検出感度を得るために
は、シンチレータは透光性でなければならない。
【0007】ところが、希土類オキシ硫化物焼結体のシ
ンチレータは、一般に光散乱を生じ、製造工程において
適当な条件を満たさなければ透光性が得られない。例え
ば先の特開昭62−275072号公報に示される製造
方法によれば、HIP処理の温度が1350℃未満であ
ると、得られた焼結体は著しく大きな光散乱を示し、ほ
とんど光を透過しない。
【0008】蛍光体粉末を焼結して得られる焼結体の透
光性は、目視によって判定することができる。すなわ
ち、焼結体がいくらか透光性を有する半透明の場合は、
体色が灰色がかる。しかし、光散乱が大きくて透光性が
なく不透明であると、蛍光体粉末を単に固めたもののよ
うな外観を呈し、体色は白色である。
【0009】また、透光性は、一定の厚みを有する焼結
体における平行入射−拡散受光を基にした光透過率を測
定することによっても比較できる。すなわち、例えば厚
さ2mmの焼結体において、上述の光透過率が5%以上
あれば半透明に見える。一方、焼結が不十分で光散乱が
大きい焼結体は、同じ厚さでも1%以下の光透過率しか
得られない。
【0010】ところで、上述の希土類オキシ硫化物焼結
体においては、HIP処理の温度が1350℃以上であ
っても、焼結体の製造ロットごとに透光性にかなりのバ
ラツキが見られ、なかには使用に耐える透光性を有しな
いものもあった。
【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、焼結体製造ロット間の透光性のバラツキが少な
く、どの製造ロットにおいても高い透光性を有して高性
能のシンチレータとして用いることができる希土類オキ
シ硫化物焼結体の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0012】〔発明の構成〕
【0013】
【課題を解決するための手段および作用】請求項1記載
の発明は、(1)平均粒子径が4.6〜16μmである
希土類オキシ硫化物蛍光体を冷間静水圧プレスにより見
掛け密度が結晶の真密度の60〜75%の成形体とする
工程と、(2)この希土類オキシ硫化物成形体を熱間静
水圧プレスする工程とを含む希土類オキシ硫化物焼結体
の製造方法を提供する。
【0014】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の希土類オキシ硫化物焼結体の製造方法において、異
なる粒子径の希土類オキシ硫化物オキシ蛍光体の混合物
を適用したことを特徴とする希土類オキシ硫化物焼結体
の製造方法を提供する。
【0015】本発明者らは、従来の希土類オキシ硫化物
焼結体の製造ロット間に見られる透光性のバラツキが、
HIP処理に先立って行う希土類オキシ硫化物蛍光体の
冷間静水圧プレスにより得られる成形体の見掛け密度に
起因することを見出した。
【0016】すなわち、成形体の見掛け密度が、結晶の
格子定数から計算した真密度の60%未満であると、成
形体の光散乱が大きく、また焼結体としたときの変形が
著しい。他方、見掛け密度が75%を超えると、希土類
オキシ硫化物の一部が分解して硫黄臭を発し、薄い橙色
に着色する。
【0017】そして、このような見掛け密度が真密度の
60%未満または75%を超える成形体をHIP処理し
て焼結体にすると、HIP処理時の温度が1350℃以
上であっても、それぞれ光出力が著しく低下し、またX
線照射によって着色するというシンチレータとして好ま
しくない現象が現れた。
【0018】冷間静水圧プレスで得られる成形体の見掛
け密度は、原料である希土類オキシ硫化物蛍光体の製造
工程、特に洗浄−乾燥工程によって大きく変わった。し
たがって、蛍光体の粉体特性、とりわけ粒径や表面特性
(分散性)が見掛け密度に影響していると考えられる。
【0019】すなわち、平均粒径が大きすぎたり、酸処
理等によって蛍光体の表面が滑らかでなくなり複数個の
蛍光体が集合して分散性が悪くなると、成形体の凝集の
程度が粗くなり、見掛け密度が小さくなる。この場合、
例えば蛍光体の平均粒径は、大きな粒径の蛍光体に対し
ても、小さな粒径の蛍光体を混合することによって調節
することができ、成形体の見掛け密度を制御できる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対照しなが
ら説明する。
【0021】〈実施例1〉 純度がともに99.999%の0.2モルのGd
と3.3×10−5モルのPr11を硝酸水溶液に
溶解し、シュウ酸0.36モルを加えてシュウ酸塩を共
沈させた。そして、得られた沈殿物を5回の純水デカン
テーション洗浄の後吸引濾過し、約150℃で一夜乾燥
した。ついで、この乾燥した沈殿物を容積280mlの
石英るつぼに入れ、1,000℃で1時間空気中で焼成
して酸化物の粉体を得た。この酸化物粉体に、結晶成長
剤としての23gのNaCOと6gのKPO
さらに23gのSを加え、ボールミル中で十分に混合し
て原料粉末を得た。
【0022】この後この原料粉末をアルミナるつぼに詰
め、アルミナの蓋をした後、空気中1,100℃で4時
間焼成した。そして冷却後、このアルミナるつぼに純水
を加え、1時間静置する。その後アルミナるつぼ内の固
形物をほぐし、これを1リットルのビーカーに移した。
そして、この1リットルのビーカー中の内容物を200
メッシュのナイロン網に通した後、60℃の純水による
デカンテーションと室温の純水によるデカンテーション
を交互に4回行った。つづいて、このデカンテーション
による洗浄物を吸引濾過した後、120℃で一夜乾燥し
て(Gd1−xPrS(x=0.0005)
で示される蛍光体を製造した。この蛍光体の通気法で計
測した平均粒子径は4.6μmであった。
【0023】次に、この蛍光体を石英るつぼに入れ、窒
素中300℃で3時間熱処理した後、ゴム製円筒容器に
充填し、2t/cmの圧力で冷間静水圧プレス(温度
は室温)を行って成形体を得た。得られた成形体の見掛
け密度は4.8g/cmで、GdS結晶の格子
定数から計算した真密度に対して65%であった。
【0024】次いで成形体の形状を整え、厚さ40μm
のモリブデン箔で覆った後、厚さ0.5mm、内径60
mm、高さ60mmの円筒形タンタル製カプセルに装填
した。そして、このカプセルをガラス容器に移し、10
−6Torr以下の真空度で300℃・3時間のベーキ
ングにより成形体のガス抜きした。つぎにこのカプセル
をガラス容器から取出し、カプセル内部の空気を抜き、
電子ビーム熔接によりカプセルを気密容器とした。
【0025】ついで、アルゴン媒体を用いて気密容器に
圧力を加えた。すなわち、室温で50kg/cmまで
圧力を加えた後、徐々に昇温と昇圧を行う。そして、
1,470℃、1.5t/cmの最終条件に達したと
ころで、この条件を3時間保持することにより熱間静水
圧プレスを行い、GdS:Prの焼結体を得た。
【0026】最後に、この焼結体から厚さ2mmの板状
試料を切出し、窒素中300℃で熱処理した。
【0027】この試料は、真密度に対して100%の見
掛け密度を示した。また薄い灰色の体色を呈しており、
半透明であることが分かる。さらに2mmφの測定面積
を有する光透過濃度計で測定した結果、視感度光透過率
は10%であった。
【0028】〈比較例1〉実施例1と同様の手順で、
(Gd1−xPrS(x=0.0005)蛍
光体を製造した。ただし、焼成した蛍光体粉末を純水洗
浄した後、この蛍光体粉末を懸濁した1リットルの純水
に水とconc.塩酸の容量比が20:1の塩酸水溶液
を10ml加え、その後さらに純水デカンテーション洗
浄をpHが6.5になるまで繰り返した。この蛍光体の
通気法で計測した平均粒子径は4.6μmであった。
【0029】この後、同じく実施例1と同様の手順で冷
間静水圧プレスを行い、成形体を得た。得られた成形体
の見掛け密度は4.1g/cmで、真密度に対して5
6%であった。
【0030】さらにこの成形体について、実施例1と同
様に熱間静水圧プレスを行い、GdS:Prの焼
結体を得た。そして、この焼結体について実施例1と同
様にして見掛け密度を求めたところ、真密度に対して9
9.3%あった。しかし、光散乱のため体色は白色を呈
しており、不透明であった。さらに実施例1と同様にし
て測定した視感度光透過率は1.5%であった。
【0031】〈実施例2〉 実施例1と同様の手順で、(Gd1−xPr
S(x=0.0005)蛍光体を製造した。ただし、共
沈酸化物に加えるNaCOとKPOの量を変え
た。その結果、平均粒径が4.5μmと15μmの2種
類の蛍光体を得た。そこで、この平均粒径が4.5μm
と15μmの蛍光体をそれぞれ3:7の重量比で混合し
た。
【0032】この後、同じく実施例1と同様の手順で冷
間静水圧プレスを行い、成形体を得た。得られた成形体
の見掛け密度は5.3g/cmで、真密度に対して7
2%であった。
【0033】さらにこの成形体について、実施例1と同
様に熱間静水圧プレス(ただし、温度は1,450℃に
した)を行い、GdS:Prの焼結体を得た。そ
して、この焼結体について実施例1と同様にして見掛け
密度を求めたところ、真密度に対して100%であっ
た。この焼結体は半透明で、外部光を吸収して薄い緑色
を呈していたが、X線照射によって着色することはなか
った。また、実施例1と同様にして測定した視感度光透
過率は15%であった。
【0034】〈実施例3〜10および比較例2〜4〉 実施例1および2と同様の手順で蛍光体、冷間静水圧プ
レス処理による成形体、および熱間静水圧プレス処理に
よる焼結体を製造した。ただし、蛍光体の平均粒子径と
熱間静水圧プレスの温度・圧力条件をそれぞれ下記表1
に示すように変えた。また、表1には、成形体の真密度
に対する見掛け密度の割合と焼結体の光透過率の測定結
果も併せて示す。
【0035】なお、実施例4および8〜10について
は、平均粒子径が大小2つの蛍光体を製造し、それぞれ
平均粒子径が大きい蛍光体を70%、平均粒子径が小さ
い蛍光体を30%の割合で混合した。
【0036】
【表1】
【0037】本発明の各実施例に示したように、希土類
オキシ硫化物成形体の見掛け密度が60〜75%のもの
は、焼結体の光透過率がいずれも10%以上で、バラツ
キなく高い透光性が得られた。そして、この成形体の見
掛け密度は、蛍光体の粒子の表面状態や粒子径およびそ
の分布に大きく影響され、賦活剤の種類が変わっても目
立った変化はなかった。なお、本実施例の方法によれ
ば、YS、LaSなど他の希土類オキシ硫
化物においても同様の効果が発揮された。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、希土類オキシ硫化物焼結体について製造ロット間
の透光性のバラツキがみられず、どの製造ロットにおい
ても、シンチレータ等に有用な高い透光性をもつ希土類
オキシ硫化物焼結体が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 和人 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 豊島 正規 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−275072(JP,A) 特開 平1−242686(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/50 C04B 35/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)平均粒子径が4.6〜16μmで
    ある希土類オキシ硫化物蛍光体を冷間静水圧プレスによ
    り見掛け密度が結晶の真密度の60〜75%の成形体と
    する工程と、(2)この希土類オキシ硫化物成形体を熱
    間静水圧プレスする工程とを含む希土類オキシ硫化物焼
    結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の希土類オキシ硫化物焼結
    体の製造方法において、異なる粒子径の希土類オキシ硫
    化物オキシ蛍光体の混合物を適用したことを特徴とする
    希土類オキシ硫化物焼結体の製造方法。
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EP3050850B1 (en) * 2013-09-25 2020-05-27 Hitachi Metals, Ltd. Methods for producing a rare earth oxysulfide, ceramic scintillator, scintillator array and radiation detector

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