[发明专利]稀土氧硫化物闪烁体及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁陶瓷体，特别是用于将辐射如X射线辐射转化为可见光的稀上氧硫化物闪烁陶瓷体，以及形成该陶瓷体的方法。

背景技术

在诸如医疗诊断和工业非破坏性检查领域，X射线计算机体(断)层摄影技术(X射线CT)被广泛用于诊断患者或鉴定待检样品。在X射线CT中，闪烁体(scintillator)被用于接收X射线辐射并发出与入射辐射强度成比例的可见光。

通常，闪烁体是固态的，以诸如NaI、CsI和CdWO₄的单晶体形式存在。虽然单晶闪烁体已经广泛用于X射线CT行业，但是该行业已经在继续寻找多晶闪烁体替代物。多晶陶瓷闪烁体是单晶闪烁体的很有前途的替代物，具有诸如加工成本低、加工时间短(高生产量)、通过近净成形(near-net shape)加工实现材料的高利用率、加入掺杂剂时良好的均一性和接近陶瓷加工技术的优点，这使得获得新型闪烁组合物在配方上具有灵活性，而这些新型闪烁组合物无法通过熔体/溶液加工途径来制备。

在多晶陶瓷闪烁体领域，人们已经开发了几种不同的组成的系列。一种系列为具有立方晶体结构的稀土氧化物，具有通式(Gd，Y)₂O₃:活化剂。另一类材料为稀土氧硫化物，其特别适用于包括X射线CT探测仪在内的高敏感辐射探测仪。稀土氧硫化物的通式为(M_1-xLn_x)O₂S，其中M代表来自稀土元素族的至少一种元素，Ln代表活化剂。

可由几种加工途径生产稀土氧硫化物陶瓷闪烁体。在其中一种加工途径中，通过一种“罐装”(canning)或封装(encapsulation)工艺进行致密化过程。在这种工艺中，将气密的罐体或封闭体置于一热等静压(HIP)加工设备中。在此，在热等静压处理前封装到罐中特别适用于具有开孔的组件，这在难以致密化的陶瓷组合物领域中是十分常见的做法。也就是，具有开孔的陶瓷体通常不能利用气体热等静压(GHIP)进行合适地致密化，因为将加压气体直接施加于多孔体(无气密的中间罐存在)通常会导致气体渗透和致密化不充分。

第二种形成稀土氧硫化物闪烁体的独特的加工途径是利用烧结技术，包括无压(大气压)烧结、低压烧结(例如1-20大气压)和热压烧结(特别是使用有限的压力(limited pressures))。这些方法与由形态受控的粉末组成的原料一起使用，例如具有能在低压工艺(特别是压力低于热等静压操作中使用的压力的工艺)中实现成功的致密化的高表面积的粉末。

尽管上述的工艺途径能成功形成高密度闪烁体，但是它们并非毫无缺点。比如，所谓的“罐装”方法十分繁琐且难以实施。气密的容器或罐很难制造，容器中的致密化的材料回收困难。利用高表面积粉末的烧结法没有同样的缺点，但是代价昂贵而且可能限制生产量，诸如热压工艺。另外，必须小心控制精确的形态、粒度分布和粉末表面积以确保合适的致密化，这增加了制造成本和过程控制的难度。

尽管不是陶瓷闪烁体领域特定的技术，玻璃热等静压技术(在该技术中，使用熔融的玻璃而不是气体将压力转移至被致密化的材料)被用于难以致密化的陶瓷材料。然而，玻璃热等静压技术具有其它难题，诸如玻璃易于渗透入气孔中并抑制合适的致密化过程，玻璃和材料之间发生不必要的相互作用以及在玻璃热等静压加工后材料回收困难。

显然，人们希望开发替代的加工方法以及用这些方法形成的新型闪烁体。

发明内容

根据一个实施方式，生产稀土氧硫化物闪烁陶瓷体的方法包括进行热处理以形成一种固结体(consolidated body)，然后进行气体热等静压(在本文中用GHIP或气体HIP表示)处理。首先提供一种具有(M_1-xLn_x)₂O₂S通式的粉末，其中M是稀土元素，Ln是选自Eu、Ce、Pr、Tb、Yb、Dy、Sm、Nd和Ho的至少一种元素，并且1×10^-6＜x＜2×10^-1。对该粉末进行热处理以形成一种具有封闭的孔隙的固结体，其中热处理在T_ht温度下进行。在具有T_hip温度的气体热等静压环境中对该固结体进行气体热等静压处理直到其密度不小于理论密度的99％，其中1100℃＜T_hip＜1500℃，从而形成一种致密化的陶瓷体。