[发明专利]以氧化镥一氧化钆固溶体为基质的透明陶瓷闪烁体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种以氧化镥-氧化钆固溶体为基质的透明陶瓷闪烁体材料及其制备方法。

背景技术

闪烁材料是一种能吸收高能粒子或射线而发出可见光子的材料，在高能物理(如精密电磁量能器)、核医学(如X-CT、PET及γ相机)、工业(CT探伤)、空间物理、地质勘探等领域有广泛应用。尽管不同的应用对闪烁体会提出不同的要求，但闪烁体在绝大多数应用中都被用于检测电离辐射，所以要求闪烁体对电离辐射要有高的阻断能力，即要求闪烁体具有高密度并含有原子序数大的元素。在许多应用中，闪烁体的用量较大，因此，还需要闪烁体有低廉的价格，可高质量、大批量地生产和加工。

氧化镥具有极高的密度(9.42g/cm³)和高的原子序数(71)，这使得它对各类射线(x射线、γ射线)的阻止本领相当高；Lu₂O₃价带和导带间能带间隙很宽(6.5eV)，作为发光材料基体可容纳许多激活剂离子如Eu，Tb，Tm，Er等的发射能级，因此氧化镥作为闪烁体基质材料备受人们青睐。如掺杂5％Eu的Lu₂O₃基透明闪烁体的光输出大约为50％CsI:Tl，适用于X射线数字成像。但氧化镥由于价格昂贵限制了其广泛应用。

氧化钆同样具有较高的密度(7.6g/cm³)和有效原子序数(64)，对X射线具有很高的吸收能力，并且价格低廉，作为闪烁体基质材料极具实际应用价值。但Gd₂O₃具有非常高的熔点(2673K)，难于通过熔体法制备具有实用价值得单晶。另外，由于Gd₂O₃在～1200℃发生立方到单斜相变，使其难于通过无压烧结技术在高温下制备成透明陶瓷。限制了其在闪烁探测领域的应用。到目前为止，还没有通过无压烧结技术将其制备成透明陶瓷的专利、文献报道。在氧化钆基质中掺杂入一定量的氧化镥，可以将氧化钆立方到单斜相变的温度提升到烧结温度以上，通过烧结有望获得透明陶瓷。将氧化镥掺入氧化钆中制成固溶体基质材料，不但可以进一步提高氧化钆基质对电离辐射的阻断能力，提高Gd₂O₃的闪烁性能，还可以降低Lu₂O₃的生产成本，获得一种综合性能优良的闪烁体基质材料。

发明内容

本发明的目的在于采用真空或氢气中无压烧结制备一种具有高密度的透明陶瓷闪烁材料，具体地说涉及氧化镥-氧化钆固溶体透明陶瓷及其制备方法。

本发明制备的氧化镥-氧化钆固溶体透明陶瓷闪烁材料，其通式为Gd_2-2x-2yLu_2xRE_2yO₃，其中，0.15＜x＜1，0＜y＜0.3，x、y为原子摩尔分数，RE为掺杂离子Eu，Tb，Nd、Yb、Pr中的一种或两种。

本发明所述的以氧化镥-氧化钆固溶体为基质的高密度透明陶瓷闪烁体材料及其制备方法，包括以下工艺步骤：

1、合成：合成高烧结活性Gd_2-2x-2yLu_2xRE_2yO₃纳米粉体，包括以下工艺步骤：

(a)按组成式Gd_2-2x-2yLu_2xRE_2yO₃以硝酸盐的形式配制母液；

(b)采用浓度为0.5mol·L^-1～2mol·L^-1的碳酸氢铵水溶液作为沉淀剂；

(c)采用将沉淀剂滴入母液的正向滴定法制备先驱物粉体，控制沉淀反应后的pH值在5～7之间，滴定结束后继续搅拌4h；

(d)先驱物粉体经洗涤、干燥、煅烧后获得氧化物粉体；

洗涤工艺参数为：对沉淀物进行水洗，以去除沉淀表面附着的杂质离子；水洗3～4次后，将沉淀物用无水乙醇或丙酮浸泡24h，以除去表面的物理吸附水，获得分散良好的先驱物粉体；

干燥工艺参数为：将洗涤好的先驱物粉体放入烘干箱中，温度为50～120℃，时间为24h；

煅烧工艺参数为：将烘干后的先驱物粉体在研钵中研磨后，放入刚玉坩埚，在温度800～1100℃下煅烧1～6小时，制得氧化物粉体；

2、成型：采用钢模双向压制成型或冷等静压成型，将氧化物粉体压制成型，压制压力为100～300MPa，制成素坯；