RU2375330C2 - Способ получения флуоресцентной керамики - Google Patents

Способ получения флуоресцентной керамики Download PDF

Info

Publication number
RU2375330C2
RU2375330C2 RU2006146017/03A RU2006146017A RU2375330C2 RU 2375330 C2 RU2375330 C2 RU 2375330C2 RU 2006146017/03 A RU2006146017/03 A RU 2006146017/03A RU 2006146017 A RU2006146017 A RU 2006146017A RU 2375330 C2 RU2375330 C2 RU 2375330C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluorescent
hot pressing
annealing
hours
mpa
Prior art date
Application number
RU2006146017/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006146017A (ru
Inventor
Людмила Сергеевна Болясникова (RU)
Людмила Сергеевна Болясникова
Владимир Александрович Демиденко (RU)
Владимир Александрович Демиденко
Елена Ильинична Горохова (RU)
Елена Ильинична Горохова
Ольга Петровна Овсянникова (RU)
Ольга Петровна Овсянникова
Ольга Алексеевна Христич (RU)
Ольга Алексеевна Христич
Херфрид Карл ВЕЧОРЕК (DE)
Херфрид Карл ВЕЧОРЕК
Корнелис Райндер РОНДА (DE)
Корнелис Райндер РОНДА
Гюнтер ЦАЙТЛЕР (DE)
Гюнтер ЦАЙТЛЕР
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority to RU2006146017/03A priority Critical patent/RU2375330C2/ru
Publication of RU2006146017A publication Critical patent/RU2006146017A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2375330C2 publication Critical patent/RU2375330C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/547—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on sulfides or selenides or tellurides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7767—Chalcogenides
    • C09K11/7769—Oxides
    • C09K11/7771—Oxysulfides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/446—Sulfides, tellurides or selenides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C04B2235/662—Annealing after sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Conversion Of X-Rays Into Visible Images (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу производства флуоресцентной керамики, имеющей общую формулу Gd2O2S, легированной элементом, выбранным из группы, состоящей из Се, Pr, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но, и предназначенной для использования в детекторах ионизирующего излучения. Способ производства флуоресцентного керамического материала включает стадии выбора порошкообразного пигмента Gd2O2S, легированного М, и М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Eu, Tb, Yb, Dy, Sm, Но, Се и/или Pr, при этом размер зерен указанного порошка, используемого для горячего прессования, составляет от 1 мкм до 20 мкм, горячее прессование и отжиг. Горячее прессование осуществляется при температуре от 1000°С до 1400°С и/или давлении от 100 МПа до 300 МПа, отжиг - в вакууме при температуре от 1000 до 1400°С в течение 0,5-30 ч, а затем - на воздухе при температуре от 700°С до 1200°С в течение 0,5-30 ч. 2 табл.

Description

Настоящее изобретение направлено на получение флуоресцентной керамики, имеющей общую формулу Gd2O2S, с добавлением присадок (легированную) М, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Се, Pr, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но, и относится к способу производства флуоресцентной керамики с использованием одноосного горячего прессования.
Флюоресцентная керамика предназначена для использования в детекторах для детектирования ионизирующего излучения.
Флуоресцентные элементы для детектирования излучения высокой энергии содержат фосфор, который может поглощать это излучение и преобразовывать его в видимый свет. Люминесцентное излучение, генерируемое при этом, поглощается электронами и оценивается с помощью светочувствительных систем, таких как фотодиоды или фотоумножители. Такие флуоресцентные элементы могут производиться из монокристаллических материалов, например легированных галогенидов щелочных металлов.
Немонокристаллические материалы могут использоваться в виде порошкообразного фосфора или в форме керамических элементов, изготавливаемых из него.
Недостатком известного способа по патенту США №5518659 является то, что указанные порошки с размерами зерен от 10 нм до 100 нм при хранении на воздухе являются химически нестабильными, что приводит к поверхностному окислению порошка. Поверхностное окисление неизбежно приводит к возникновению второй нежелательной фазы в объеме полученной керамики. Вторая фаза способствует нежелательному рассеиванию в объеме керамики, таким образом, уменьшая светоотдачу. Необходимо заметить, что поверхностное окисление происходит даже в течение короткого периода манипуляций с исходным материалом на воздухе, например, при его взвешивании и при загрузке в пресс-форму. Для восстановления оксисульфата до оксисульфида в патенте США №5518659 предлагается использование в ходе горячего прессования восстановительной атмосферы, при давлении газа во внутреннем пространстве печи до 0,1 МПа, приблизительно при атмосферном давлении. Однако из-за присутствия противодействующего давления атмосферного газа в порах поликристаллического брикета компактирование является ограниченным. Таким образом, поры не могут закрываться полностью, так что оптимальная микроструктура не может быть сформирована.
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа для производства сцинтиллирующей керамики с дополнительно улучшенными характеристиками светоотдачи и послесвечения.
Описанная выше цель может быть достигнута в соответствии с настоящим изобретением с помощью способа производства материала флуоресцентной керамики, использующего одноосное горячее прессование, при этом указанный способ по настоящему изобретению включает стадии
выбора порошкообразного пигмента Gd2O2S, легированного М, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Eu, Tb, Yb, Dy, Sm, Но, Се и/или Рr, где размер зерен указанного порошка, используемого для горячего прессования, составляет от 1 мкм до 20 мкм, и указанное горячее прессование осуществляется при
- температуре от 1000°С до 1400°С; и/или
- давлении от 100 МПа до 300 МПа;
Как обнаружено, для дополнительного улучшения оптических свойств получаемой керамики является выгодным введение стадии вакуумного отжига. На этой стадии имеет место дополнительный рост зерен в керамике, который, благодаря уменьшению пористости, дополнительно улучшает прозрачность. После этого, благодаря росту зерен, дополнительная диффузия атомов легирующей примеси в решетке оксисульфида делает возможным дополнительное улучшение сцинтилляционных свойств керамики.
По этой причине в способе по настоящему изобретению отжиг производится в две стадии:
- отжиг флуоресцентной керамики в вакууме, при температуре от 1000°С до 1400°С, в течение периода времени от 0,5 часа до 30 часов;
- отжига на воздухе, при температуре от 700°С до 1200°С, в течение периода времени от 0,5 часа до 30 часов.
Порошкообразный пигмент Gd2O2S может содержать количество М, равное от 0,1 м.д. до 1000 м.д. (массовая доля).
Обнаружено, что порошки, относительно крупнозернистые, которые являются химически стабильными на воздухе, могут успешно прессоваться с формированием флуоресцентного кристалла с улучшенными характеристиками.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительным, чтобы режим прессования осуществлялся при температуре от 1000°С до 1400°С, предпочтительно от 1100°С до 1300°С, более предпочтительно от 1150°С до 1250°С; и/или
- давлении от 100 МПа до 300 МПа, предпочтительно от 180 МПа до 280 МПа и более предпочтительно от 200 МПа до 250 МПа. Предпочтительно, вакуум на стадии одноосного прессования в соответствии с настоящим изобретением составляет ≤100 Па и ≥0,01 Па.
В соответствии с настоящим изобретением вакуум может устанавливаться в пределах от ≥0,01 Па и ≤50 Па, предпочтительно в пределах от ≥0,01 Па и ≤10 Па, и наиболее предпочтительно вакуум устанавливается в пределах ≥0,01 Па и ≤1 Па.
Флуоресцентная керамика, после стадии одноосного горячего прессования в вакууме, может быть дополнительно обработана с помощью отжига на воздухе, при температуре от 700°С до 1200°С, предпочтительно от 800°С до 1100°С, более предпочтительно от 900°С до 1000°С; при этом указанный период времени для обработки путем отжига на воздухе составляет от 0,5 часа до 30 часов, предпочтительно от 1 часа до 20 часов, более предпочтительно от 2 часов до 10 часов и наиболее предпочтительно от 2 часов до 4 часов.
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что материал Gd2O2S со средним размером зерен, находящимся в пределах от 1 мкм до 20 мкм, может повсеместно приобретаться производителями флуоресцентной керамики в виде исходного материала и не должен измельчаться для получения более тонкодисперсных частиц, меньших, чем 100 им. Предпочтительным является вариант воплощения, в котором порошкообразный пигмент Gd2O2S, используемый в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний размер зерен в пределах от 2 мкм до 10 мкм, а более предпочтительно от 4 мкм до 6 мкм. Более того, благодаря способу настоящего изобретения, отдельный процесс производства порошка не является необходимым, поскольку для производства люминесцентной керамики могут успешно использоваться обычные доступные порошки.
Предпочтительно, температура вакуумного отжига выбирается в пределах от 1100°С до 1300°С, более предпочтительно от 1200°С до 1250°С.
Период времени для вакуумного отжига может предпочтительно составлять от 1 часа до 20 часов, более предпочтительно от 2 часов до 10 часов и наиболее предпочтительно от 3 часов до 5 часов.
Еще в одном варианте воплощения способа в соответствии с настоящим изобретением на стадии приготовления исходного материала нелегированный порошкообразный Gd2Q2S с размером зерен в пределах между 1 мкм и 20 мкм смешивается с композицией, содержащей, по меньшей мере, один элемент из группы редкоземельных ионов, включающей Рr, Се, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но.
Это техническая мера дополнительно упрощает способ производства керамики, поскольку может использоваться широкий набор доступных материалов. Например, в том случае, если Рr или Се выбирают в качестве предполагаемых легирующих примесей, введение ионов Рr или Се может осуществляться с использованием водных растворов соответствующих солей: РrСl3, РrВr3, РrI3, Рr(NО3)3, Рr2(SO4)3, СеСl3, СеВr3, СеI3, Се(NО3)3, Ce2(SO4)3 и тому подобное. Альтернативно, введение ионов легирующей примеси может осуществляться во время механического смешивания порошков Gd2O2S с нерастворимыми композициями, содержащими легирующую примесь, подобными оксидам, например Рr6О11, Рr2O3, Се2O3, СеO2.
В качестве еще одной альтернативы порошкообразный Gd2O2S может механически смешиваться с нерастворимыми в воде солями легирующей примеси, подобными РrF3, Рr2S3, Pr2O2S, Рr2(СО3)3, Рr2(С2O4)3, СеF3, Ce2O2S, Се2(СО3)3, Се2(С2O4)3 и тому подобное.
Этот принцип введения легирующей примеси может использоваться для введения ионов, например, Tb, Eu и других редкоземельных элементов. В дополнение к этому, ионы других элементов, не являющиеся редкоземельными ионами, могут вводиться соответствующим образом. Предпочтительно, соответствующая спекающая добавка подмешивается перед горячим прессованием. В данной области, сами по себе, известны различные спекающие добавки.
Настоящее изобретение относится к керамике, представленной химической формулой Gd2O2S, легированной М, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Рr, Се, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но, при этом указанная флюоресцентная керамика содержит в своем объеме только одну фазу.
Благодаря технической мере настоящего изобретения, а именно отсутствию посторонних фаз в объеме полученной керамики, значение ее прозрачности повышается.
В дополнение к этому обнаружено, что флюоресцентная керамика, изготовленная по предлагаемому способу, может иметь значительно повышенный относительный световой выход или светоотдачу по отношению к керамическому флюоресцентному материалу, который является доступным на рынке. Разница особенно видна для толщины керамики, равной или большей, чем 1,5 мм. Светоотдача может быть в 2,3 раза большей, чем у кристаллов вольфрамата кадмия такой же толщины.
Легированный порошкообразный пигмент Gd2O2S может иметь поверхность, согласно БЭТ, в пределах от ≥0,01 м2/г до ≤1 м2/г, предпочтительно от ≥0,05 м2/г до ≤0,5 м2/г и более предпочтительно от ≥0,1 м2/г до ≤0,2 м2/г.
Gd2O2S может легироваться, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Се, Pr, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но. Является предпочтительным, чтобы порошкообразный Gd2O2S легировался одним элементом, выбранным только из. группы, состоящей из Се, Рr, Eu, Tb, Yb, Dy, Sm и Но. Наиболее предпочтительным является использование элемента Се или Рr.
Содержание Се в порошкообразном Gd2O2S, в виде массовой доли, может составлять от 0,1 м.д. до 100 м.д., предпочтительно от 5 м.д. до 50 м.д. и более предпочтительно от 10 м.д. до 25 м.д., и/или содержание Рr в порошкообразном Gd2O2S может составлять от 100 м.д. до 1000 м.д., предпочтительно от 300 м.д. до 800 м.д. и более предпочтительно от 500 м.д. до 800 м.д.
Обнаружено, что флюоресцентная керамика Gd2O2S по настоящему изобретению может иметь значительно сниженное послесвечение, находящееся в пределах от 1×10-6 до 8×10-5, при 500 мс. Предпочтительно, флюоресцентная керамика по настоящему изобретению может иметь послесвечение, находящееся в пределах от 1,0×10-6 до 6×10-5, при 500 мс, предпочтительно от 1,0×10-6 до 5×10-5, при 500 мс, и более предпочтительно от 1,0×10-6 до 3,0×10-5, при 500 мс.
Флуоресцентная керамика во время изготовления предпочтительно подвергается одноосному горячему прессованию. На стадии одноосного горячего прессования поликристаллический брикет компактируется, предпочтительно, до значений относительной плотности, близких к теоретической плотности prel>99,7% ptheor. Благодаря высокой плотности флюоресцентная керамика по настоящему изобретению может обеспечить хорошую прозрачность в оптическом диапазоне. По этой причине является предпочтительным, чтобы флюоресцентная керамика по настоящему изобретению имела относительную плотность ≥99,0%, предпочтительно ≥99,5% и более предпочтительно от ≥99,7% и до ≤100%.
Кроме того, было неожиданно обнаружено, что флюоресцентная керамика по настоящему изобретению может иметь значительно повышенный относительный световой выход или светоотдачу, в пределах от 0,74 до 1,00, предпочтительно от 0,80 до 1,00 и более предпочтительно от 0,84 до 1,00.
Размер кристаллитов флуоресцентной керамики в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, является большим по сравнению с размером зерен исходного порошка из зерен Gd2O2S, легированных М. Является предпочтительным, чтобы >50%, предпочтительно >70% и более предпочтительно >90% кристаллитов Gd2O2S, легированных М, флуоресцентной керамики имели размер кристаллитов от 1 до 300 мкм, предпочтительно от 10 до 100 мкм.
Флуоресцентная керамика, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, может иметь текстуру в плоскости 001, которая соответствует плоскости в решетке, ориентированной, по существу, перпендикулярно к направлению приложения давления в процессе одноосного прессования.
Далее настоящее изобретение будет иллюстрироваться с помощью конкретного варианта воплощения примеров 1-12 настоящего изобретения.
Примеры 1-12
Исходный материал примеров 1-12 из таблицы I с размером зерен, приведенным в таблице I, подвергают одноосному горячему прессованию в вакууме 1 Па. Температура прессования приведена в таблице I, а давление составляет 200 МПа для примеров 1-5, 7-10 и 12, и 250 МПа - для примеров 6 и 11, с последующим отжигом на воздухе, за исключением сравнительного примера 1.
Данные для примеров 1-12, относительный световой выход и послесвечение в 10-6, при 500 мс, приведены ниже в таблице I.
Figure 00000001
Примеры 13-21
Исходный материал в соответствии с примерами 13-21 из таблицы II, с размером зерен от 6 мкм до 9 мкм, подвергают одноосному горячему прессованию в вакууме при 1 Па. Температура прессования представлена в таблице II, а давление составляет 250 МПа для примеров 13 и 14, и 200 МПа - для примеров 15-21. Примеры 13, 15, 18 и 20 обрабатывают путем отжига на воздухе при условиях, приведенных в таблице II. Примеры 14, 16, 17, 19 и 21 обрабатывают путем отжига в вакууме при 1 Па, а затем обрабатывают путем отжига на воздухе при условиях, приведенных в таблице II.
Данные для примеров 13-21, относительный световой выход и послесвечение в 10-6, при 500 мс, приведены ниже в таблице II.
Figure 00000002
В процессе вакуумного отжига, при температуре от 1200°С до 1300°С, в керамике имеет место рост зерен, и происходит уменьшение ее остаточной пористости, что приводит к увеличению прозрачности керамики. Общий коэффициент пропускания на длине волны собственного испускания, примерно при 513 нм, повышается примерно от 5% до 15%. По сравнению с керамикой, обработанной только на воздухе, керамика по настоящему изобретению, подвергаемая отжигу в вакууме, а затем на воздухе имеет более высокую светоотдачу при люминесценции, благодаря ее более высокой прозрачности. Измерения общего коэффициента пропускания осуществляются с использованием спектрометра Hitachi 330, адаптированного с помощью интегрирующей сферы диаметром 60 мм.
Отжиг на воздухе приводит к значительному увеличению светоотдачи керамики, примерно в 3 раза, и к значительному уменьшению послесвечения, примерно в 10 раз. После прессования в вакууме и отжига в вакууме стехиометрия кристаллической структуры Gd2O2S по отношению к кислороду и сере нарушается, что приводит к увеличению концентрации вредных электронных ловушек в указанной керамике. Значительное улучшение характеристик рентгеновской люминесценции керамики после отжига на воздухе определяется стехиометрией кристаллической структуры керамики, с получением оптимальных рабочих характеристик флуоресцентной керамики по настоящему изобретению. Светоотдачу и послесвечение измеряют с помощью Hamamatsu PMT, National Instruments ADC, где фотоумножитель экранируется от прямого облучения с помощью свинцового экрана. Послесвечение измеряется с помощью 2 с импульса, 120 кВ/100 мА, 80 см FDD (18-20 MGy/s), при этом все значения послесвечения приведены в м.д. от стационарного сигнала. Значения сигнала (светоотдачи) измеряют на минимальных элементах изображения 4×4 мм2, приклеенных силиконом к фотодиоду.
Флуоресцентная керамика в соответствии с настоящим изобретением может использоваться, например,
- в сцинтилляторе или флуоресцентном элементе для детектирования ионизирующего излучения, предпочтительно рентгеновских лучей, гамма-лучей и электронных пучков; и/или
- в устройстве или аппарате, используемом в области медицины, предпочтительно, для компьютерной томографии (СТ).
Наиболее предпочтительно использование флюоресцентной керамики для детектора или устройства, приспособленного для получения медицинских изображений; для любого детектора, известного в области медицины. Такими детекторами являются, например, детектор рентгеновских лучей, СТ-детектор, детектор Electronic Portal Imaging и тому подобное.
С помощью способа в соответствии с настоящим изобретением достигаются следующие параметры керамики: - послесвечение в пределах от 1×10-6 до 8×10-5, при 500 мс; и/или общая прозрачность в пределах от 0 до 50%, предпочтительно от 10% до 40%, еще более предпочтительно 20-35%, измеренная для длины волны 513 нм.
Керамика может с преимуществом использоваться для производства сцинтилляционных детекторов при изготовлении медицинских компьютерных томографов.

Claims (1)

  1. Способ производства флуоресцентного керамического материала с использованием одноосного горячего прессования, указанный способ включает стадии:
    a) выбора пигментного порошка Gd2O2S, легированного М, и М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Eu, Tb, Yb, Dy, Sm, Но, Се и/или Рr, при этом размер зерен указанного порошка, используемого для горячего прессования, составляет от 1 до 20 мкм, и указанное горячее прессование осуществляется при
    температуре от 1000 до 1400°С; и/или
    давлении от 100 до 300 МПа;
    b) отжига флуоресцентного керамического материала в вакууме при температуре от 1000 до 1400°С в течение периода времени от 0,5 до 30 ч.
    c) отжига на воздухе при температуре от 700 до 1200°С в течение периода времени от 0,5 до 30 ч.
RU2006146017/03A 2004-05-17 2005-05-12 Способ получения флуоресцентной керамики RU2375330C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006146017/03A RU2375330C2 (ru) 2004-05-17 2005-05-12 Способ получения флуоресцентной керамики

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004114975/03A RU2350579C2 (ru) 2004-05-17 2004-05-17 Флуоресцентная керамика
RU2004114975 2004-05-17
RU2006146017/03A RU2375330C2 (ru) 2004-05-17 2005-05-12 Способ получения флуоресцентной керамики

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006146017A RU2006146017A (ru) 2008-07-27
RU2375330C2 true RU2375330C2 (ru) 2009-12-10

Family

ID=34967104

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004114975/03A RU2350579C2 (ru) 2004-05-17 2004-05-17 Флуоресцентная керамика
RU2006146017/03A RU2375330C2 (ru) 2004-05-17 2005-05-12 Способ получения флуоресцентной керамики

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004114975/03A RU2350579C2 (ru) 2004-05-17 2004-05-17 Флуоресцентная керамика

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8025817B2 (ru)
EP (1) EP1753705B1 (ru)
JP (1) JP2008501611A (ru)
CN (1) CN101107206B (ru)
AT (1) ATE500208T1 (ru)
DE (1) DE602005026652D1 (ru)
RU (2) RU2350579C2 (ru)
WO (1) WO2005110943A1 (ru)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101163774B (zh) * 2005-04-19 2011-09-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 获得用于具有非常短余辉的CT的Gd2O2S:Pr的方法
CA2616098A1 (en) 2005-07-25 2007-02-08 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Rare earth oxysulfide scintillator and methods for producing same
WO2007083248A1 (en) * 2006-01-18 2007-07-26 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Method of making a gos ceramic using single-axis hot pressing and a flux aid
US8221664B2 (en) 2006-12-20 2012-07-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Hot axial pressing method
JP5312908B2 (ja) * 2008-10-31 2013-10-09 根本特殊化学株式会社 真贋判定用蛍光体および真贋判定手段
CN102317409B (zh) 2008-12-30 2016-01-20 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 陶瓷闪烁体本体和闪烁装置
WO2010078220A2 (en) 2008-12-30 2010-07-08 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Scintillation device and method of producing a ceramic scintillator body
CN102265183A (zh) 2008-12-30 2011-11-30 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 闪烁装置以及用于生产陶瓷闪烁体本体的方法
US8877093B2 (en) 2008-12-30 2014-11-04 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Ceramic scintillator body and scintillation device
US8277612B2 (en) 2009-12-17 2012-10-02 Honeywell International Inc. Controlling the detectability of an article and method for authenticating the article
JP6105833B2 (ja) * 2011-04-08 2017-03-29 株式会社東芝 Ｘ線検出器及びｘ線検査装置
EP2737340B1 (en) * 2011-07-28 2019-04-24 Koninklijke Philips N.V. Terbium based detector scintillator
CN105764855B (zh) * 2013-09-25 2019-01-29 日立金属株式会社 稀土氧硫化物的制造方法、陶瓷闪烁体及其制造方法以及闪烁体阵列和放射线检测器
JPWO2015053033A1 (ja) * 2013-10-08 2017-03-09 日立金属株式会社 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
CN105330289B (zh) * 2014-08-14 2018-08-31 清华大学 一种硫氧化钆（Gd2O2S）闪烁陶瓷制备方法
JP6896425B2 (ja) * 2014-09-25 2021-06-30 株式会社東芝 シンチレータ、シンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置
JP6739423B2 (ja) * 2014-09-25 2020-08-12 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 光を発生させるセラミック材料
JP7179462B2 (ja) * 2015-11-02 2022-11-29 株式会社東芝 シンチレータ、シンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置
US9650569B1 (en) * 2015-11-25 2017-05-16 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Method of manufacturing garnet interfaces and articles containing the garnets obtained therefrom
CN106738210A (zh) 2016-12-26 2017-05-31 同方威视技术股份有限公司 一种模具及利用该模具制造gos闪烁陶瓷的方法
CN108249920A (zh) * 2018-03-14 2018-07-06 上海科炎光电技术有限公司 一种ct用高效纳米探测材料
DE102018215376B4 (de) * 2018-09-11 2021-11-04 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements, Kollimatorelement, Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators, Streustrahlkollimator, Strahlungsdetektor und CT-Gerät
CN110600159B (zh) * 2019-09-02 2021-07-06 上海大学 ZnO-Ga聚合物闪烁转换屏的制备方法
EP4080522A4 (en) * 2019-12-19 2023-08-16 Kabushiki Kaisha Toshiba FLUORINE PLATE, X-RAY DETECTOR AND X-RAY INSPECTION DEVICE
CN112047735B (zh) * 2020-08-10 2021-12-07 中国科学院过程工程研究所 一种复相荧光陶瓷材料及其制备方法
CN114031403A (zh) * 2021-12-09 2022-02-11 安徽光智科技有限公司 一种硫氧化钆闪烁陶瓷的制备方法及其硫氧化钆闪烁陶瓷的应用
CN115215641A (zh) * 2022-08-10 2022-10-21 松山湖材料实验室 光致变色陶瓷及其制备方法以及光学器件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752424A (en) * 1986-01-30 1988-06-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing a rare earth oxysulfide ceramic
DE4224931C2 (de) * 1992-07-28 1995-11-23 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Szintillatorkeramik und deren Verwendung
DE4402258C2 (de) * 1994-01-26 1996-06-20 Siemens Ag Leuchtstoff mit reduziertem Nachleuchten
FR2721918B1 (fr) 1994-06-29 1996-09-06 Rhone Poulenc Chimie Oxysulfure de terre rare, son procede de preparation et son utilisation comme luminophore
US6504156B1 (en) * 1999-07-16 2003-01-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic scintillator material and manufacturing method thereof, and radiation detector therewith and radiation inspection apparatus therewith
DE10108553C2 (de) * 2001-02-22 2003-06-05 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Szintillatorkeramik und Verwendung der Szintillatorkeramik
EP1493798A1 (en) 2003-06-30 2005-01-05 Agfa-Gevaert Rare earth activated lutetium oxysulfide phosphor for direct x-ray detection.

Also Published As

Publication number Publication date
DE602005026652D1 (de) 2011-04-14
RU2004114975A (ru) 2005-10-27
RU2350579C2 (ru) 2009-03-27
US20080210885A1 (en) 2008-09-04
JP2008501611A (ja) 2008-01-24
EP1753705B1 (en) 2011-03-02
EP1753705A1 (en) 2007-02-21
RU2006146017A (ru) 2008-07-27
US8025817B2 (en) 2011-09-27
WO2005110943A1 (en) 2005-11-24
CN101107206B (zh) 2011-06-08
CN101107206A (zh) 2008-01-16
ATE500208T1 (de) 2011-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2375330C2 (ru) Способ получения флуоресцентной керамики
US8431042B2 (en) Solid state scintillator material, solid state scintillator, radiation detector, and radiation inspection apparatus
NL1027265C2 (nl) Terbium of lutetium bevattende scintillatorsamenstellingen met een verbeterde weerstand tegen stralingsschade.
US9193903B2 (en) Solid scintillator, radiation detector, and radiation examination device
JP6103042B2 (ja) 蛍光材料、シンチレータ、並びに放射線変換パネル
WO2010095737A1 (ja) 固体シンチレータ、放射線検出器およびｘ線断層写真撮影装置
US8668844B2 (en) Fluorescent material for use in CT applications
RU2410407C2 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Gd2O2S:Pr С ОЧЕНЬ КРАТКОВРЕМЕННЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
Nakamura Improvements in the X‐ray characteristics of Gd2O2S: Pr ceramic scintillators
WO2022202500A1 (ja) シンチレータおよび放射線検出器
WO2021149670A1 (ja) シンチレータおよび放射線検出器
WO2021132494A1 (ja) シンチレータおよび放射線検出器
JP2021102716A (ja) シンチレータおよび放射線検出器
JP2021098820A (ja) シンチレータ用セラミックス組成物、シンチレータおよび放射線検出装置
JP2021102715A (ja) シンチレータおよび放射線検出器
JP2021147277A (ja) シンチレータ用セラミックス組成物、シンチレータ及び放射線検出装置
JP2020012038A (ja) シンチレータ及び放射線検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091104

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110127

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140812

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190513