[发明专利]一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷体系及其制备方法，属含稀 土氧化物透明制品和制备的领域。

背景技术

闪烁材料是一种能够吸收高能射线(电子，α和β粒子，X射线，γ射线 等)发出紫外或可见光的高性能光电功能材料，其做为束能探测器的核心材 料，在高能物理，核医学成像，安全检查，工业探测，石油勘探等领域具有 广阔的应用前景，其中，闪烁透明陶瓷材料，以其优异的热力学机械性能， 可实现激活离子高浓度掺杂，和复合结构设计等优势，正成为近年来国内外 研究的热点，此外，透明陶瓷相对目前应用广泛的单晶，还具有制备工艺简 单，成本低，便于大批量生产等优势，是一种经济效益显著，商业前景广阔 的新一代高性能闪烁材料。

GE公司拥有专利技术的(Y，Gd)₂O₃闪烁透明陶瓷已成功实现了在商业 X-CT机上的应用。他们还提出了一种多晶透明陶瓷制品及其制造方法 (CN1982259A)，该制品结构通式为ABO₃，可用于图像装置，激光集合器 和闪烁体；

吉亚明等提出了一种高光输出快衰减闪烁透明陶瓷的制 备(CN1587196)，其特征在于闪烁陶瓷的组成为La₂Hf_2-xTi_2xO₇，0＜x＜0.1；

杨秋红等提出了掺Ce³⁺氧化镥基闪烁透明陶瓷(CN101215171)，和掺Ce³⁺氧化镧钇闪烁透明陶瓷(CN101148356)，以氧化物为基质材料，掺杂稀土 Ce离子作为发光离子；

石榴石结构的透明陶瓷是近年来迅速发展起来的一种性能优异的光电材 料。石榴石结构(Garnet)属于立方晶系，各向同性的立方对称结构，有利 于避免对入射光的散射和双折射。空间群为O_h¹⁰ Iad，每个晶胞中包含8个化 合式含量，化学式可以用[A₃³⁺][B₂³⁺][C₃³⁺]O₁₂来表示。类质同像极为广泛， 在石榴石结构中，阳离子共分3组，[A]，[B]和[C]。每个[C]离子周围共有4 个O^2-离子，这4个O^2-离子分别处在正四面体的角上，C³⁺离子占据正四面体 的中心，每个[B]离子周围共有6个O^2-离子，这6个O^2-离子分别处在正八面 体的角上，B³⁺离子占据正八面体的中心，正八面体和正四面体相互连接，期 间形成一些十二面体的空隙。这些十二面体实际上是畸变的立方，每个角上 都有O^2-离子占据着，中心位置上是[A]离子，故[A]离子的配位数是8。掺入 的发光离子通过取代A晶格位置的形式存在于材料中，并实现受激发光。

刘学建等提出了一种镥铝石榴石基透明陶瓷及其制备方法(CN1837142)， 该发明申请提供的结构式为RE_3xLu_3(1-x)Al₅O₁₂，以一种稀土离子作为发光离 子，  铝酸盐为基质，结构通式中RE为发光离子，含量为0＜x≤0.15，Lu的 摩尔百分数不低于95％；

国际上E.Zych等报道了热压法制备Ce:YAG闪烁透明陶瓷(J.Lumin.1997， 75(3)：193-203)。

但以上工作采用一种稀土离子作为发光离子，基质材料为单一的稀土铝酸 盐体系，制备的闪烁陶瓷光学性能存在一定局限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷体系及其制备方 法，也即本发明在原有技术基础上，提供一种采用市售原料，高能球磨处理 粉体，通过添加烧结助剂，结合真空烧结，在较低的温度下，成功制出备高 光学质量闪烁透明陶瓷的方法，不仅具有工艺简单，原料要求低，便于大批 量生产的特点。而且采用一种或以上离子的共掺，通过基质材料体系的扩展 方便地实现光功能调控。