[发明专利]稀土氧化物固溶体陶瓷闪烁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料及其制备技术，具体涉及一种稀土氧化物固溶体陶瓷闪烁体及其制备方法。属于陶瓷闪烁材料领域。

背景技术

稀土离子Eu³⁺掺杂的立方相Gd₂O₃是一种非常重要的发光和闪烁材料。早在1964年Bril和Wanmaker就研究了其发光特性，近年来作为荧光粉和薄膜材料受到了人们的广泛关注。作为高效的红色荧光粉，在等离子成像、高清晰电视、投影电视、平板显示等领域具有重要的应用前景。作为闪烁体，Gd₂O₃:Eu是一种综合性能优良的陶瓷闪烁体，在高分辨X-CT、X射线安检成像设备和CCD耦合大面积X射线成像领域将有非常重要的应用前景。Gd₂O₃具有高密度(7.64g/cm³)、高有效原子序数(Zeff＝64)，所以其对X射线和γ射线的吸收能力非常强，介于Lu₂O₃和LuAG(Lu₃Al₅O₁₂)之间，远高于Y₂O₃:Eu和(Y，Gd)₂O₃:Eu，也高于Gd₂O₂S:Pr；Gd₂O₃:Eu的发光效率非常高，薄膜态时其闪烁光输出为18465±5000ph./MeV，与Lu₂O₃:Eu相当；Gd₂O₃:Eu的发光主波长为610nm，与光电二极管匹配良好，探测效率高，而UFC(Gd₂O₂S:Pr)主波长位于510nm，光电二极管的效率只有40％～50％，光探测效果差；在X射线激发下10ms时Gd₂O₃:Eu的余辉为10-3(0.1％)，通过添加Tb³⁺等离子可以降低余辉时间。另外，Gd₂O₃化学性质稳定，机械性能良好。

由于Gd₂O₃:Eu原料价格低廉，发光性能卓越，市场前景看好，然而由于Gd₂O₃在1250℃存在结构相变，低温下Gd₂O₃属体心立方结构(C型)，高于1250℃转变为单斜结构(B型)，而只有立方相的Gd₂O₃:Eu才具有高的发光效率，因技术上难以生长立方相大单晶，所以研究人员努力探索在低于其熔点和相变温度下制备可以实用的陶瓷闪烁体。为克服Gd₂O₃的相变，GE公司采用大量掺杂Y₂O₃制备出(Y，Gd)₂O₃闪烁陶瓷，并且应用于医学X-CT成像设备。吉亚明等掺入10～40％的HfO₂可以将低温立方相稳定到烧结温度1600-1700℃。直接采用还原气氛烧结获得了在可见光区透过率达60％的立方相Gd₂O₃:Eu闪烁陶瓷。

但是，上述方法均使Gd₂O₃:Eu的闪烁性能变差，过多的掺入LiCl或者Y₂O₃降低了材料的密度和吸收射线的能力，同时降低了探测器的分辨率，如GE公司掺入Y₂O₃获得的(Y，Gd)₂O₃密度仅为5.9g/cm³；而掺入HfO₂稳定Gd₂O₃则使其闪烁光输出降低，如掺入5％HfO₂后UV发射强度降低50％，限制了Gd₂O₃材料在X-CT和安检设备等领域中的应用。

发明内容