[发明专利]两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法

说明书

一种两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法，利用两种石榴石结构的相，制成两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷。本发明采用固相反应法，分别制备了两种相的粉体，分别在真空下预烧成相。两种相按照不同的比例均匀混合、球磨制成素坯，再在真空环境下烧结，制备密度及发射波长可调的两相复合闪烁陶瓷。该陶瓷中两种相分布均匀，具有高光学质量，宽波段发射以及高光输出等性能。可调的发射波长可与多个光电二极管匹配，能够满足现代高能射线探测技术对于材料截止能及波长的要求，且制备工艺简单，成本低，可实现批量化工业生产。

技术领域

本发明属于闪烁陶瓷制备技术领域，具体涉及一种两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法。

背景技术

闪烁材料是一类可以将高能射线或粒子转换为低能的可见或者紫外光的材料。由于具有这种类似于“能量转换器”的性能，闪烁材料可以应用于核物理、高能物理、安检及油井勘探等领域。石榴石结构闪烁体是近些年来发展起来的新型闪烁材料，具有优异的闪烁性能和广阔的应用前景。其中，掺Ce的钇铝石榴石(YAG:Ce)是综合性能优异的闪烁晶体，其光输出高(30000Ph/MeV)，衰减时间短(90ns)，具有优异的能量分辨率(6％～7％@662keV)及热导性能，发射峰位于550nm左右，与硅光电二极管能很好的耦合，使得它可以应用于中低能量γ射线、α粒子的探测等领域。因此，YAG:Ce已被应用于扫描电子显微镜、轻带电离子检测及质子计算机断层扫描成像等方面(参见徐兰兰，稀土闪烁晶体研究进展，中国科学：技术科学，2016年，第46卷，第7期)。

但单晶的实际制备温度高，生长周期长，此外Y³⁺的离子半径比Ce³⁺离子小，因此Ce³⁺离子进入YAG晶格取代Y³⁺后，由于离子半径差别较大，Ce离子在YAG晶格中分凝系数很小，使得晶体中Ce离子的分布不均匀，同时使Ce:YAG晶体难以实现高浓度掺杂。此外，不一致的离子半径还会造成晶体结构应力较大，导致晶体容易裂解，并且高的生长温度也会产生反位置缺陷等缺陷。相比于单晶材料，陶瓷的制备工艺简单，成本低，较低的制备温度可以很大程度的减少反位缺陷的浓度，也可以进行发光离子的高浓度均匀掺杂，更容易实现批量化生产，因而吸引了大批的研究者。针对YAG:Ce陶瓷的研究也取得了较大的进展。但Ce:YAG的密度较小(约4.55g/cm³)导致其探测高能射线时的截止能量较小，在高能量γ射线探测时有一定的局限性。因此有人提出制备掺Ce的GGAG与YAG两相复合的闪烁陶瓷以调控YAG的密度及发光波长，但这种材料中的复合陶瓷由两种陶瓷素坯是直接叠放在一起一步烧结制得的，存在明显的两相界面，且由于GGAG和YAG的折射率不同，在界面处闪烁光会被严重散射，存在很大的光子损耗(参见X.Chen et al./Journal of the European CeramicSociety 36(2016)2587–2591)。因此高能射线探测领域需要一种质地均匀，密度波长可调且闪烁性能优异的闪烁陶瓷。

发明内容

本发明针对闪烁材料存在的上述问题，提供一种两相均匀分布的复合石榴石闪烁陶瓷及其制备方法，该陶瓷具有密度可调、发射光谱可调的性能、制备工艺简单和成本低的特点。

本发明的技术解决方案如下：