[发明专利]一种硫氧化钆闪烁陶瓷制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有Pr,Ce,Tb,Eu中的至少一种元素掺杂的硫氧化钆（GOS，具有化学通式Gd₂O₂S）闪烁陶瓷的低成本两步烧结制备方法，包括单轴热压一次烧结和热等静压二次烧结。

本发明另外涉及通过本发明的方法所制备的闪烁陶瓷及其在安检物品机电离辐射探测器中的用途。

背景技术

稀土离子掺杂的GOS(化学式Gd₂O₂S)陶瓷闪烁体相对于传统的CsI、CdWO₄等闪烁单晶同时兼具密度高、光产额高、化学性质稳定，制备工艺相对简单、加工时无解理等优点，成为了X射线CT、高速X射线扫描仪物品安检仪等辐射检查仪器或探测器理想的、综合性能最为优异的闪烁体材料。掺杂Pr和/或Ce离子的GOS闪烁陶瓷具有极低的余辉，成为CT辐射探测器的理想闪烁体。

GOS闪烁陶瓷的研究始于二十世纪80年代，1988年由Toshiba的专利US4752424公开了GOS闪烁陶瓷的热等静压制备方法。该方法包括将闪烁粉体直接在真空条件下密封于金属容器内，然后将金属容器置于气体压力炉内进行热等静压烧结，对于封装工艺有很高的要求。其选用钼、钽等薄箔金属材料作为容器，真空焊接封装GOS粉末，较难实现，且金属容器在热等静压烧结后需要进行仔细的脱模，整个工序耗时、昂贵。九十年Siemens相继公布的专利US5296163，5518659报道了采用单轴热压方法制备GOS闪烁陶瓷的方法，但该方法要求闪烁粉体的粒度要小，以具有较高的表面活性，通常要求粉末的表面活性达到至少BET10m²/g，。2011年Philips的专利US8025817公开了一种采用由具有较大粒径的商业闪烁粉体制备GOS闪烁陶瓷的方法，该方法的优点在于粒径较大的闪烁粉体通常更容易获得。但该方法优选的参数要求热压压力高达约200-250MPa的压力，耐压如此高的模具通常价格昂贵，且不易获得。从而限制了该方法的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用容易获得的商业Gd₂O₂S闪烁粉体制备GOS闪烁陶瓷的简单可靠的方法。发明的要点在于将高密度GOS闪烁陶瓷的烧结过程分为两步进行。第一步采用单轴热压烧结方式制备出具有封闭空隙的一次烧结体；第二步采用惰性气体热等静压烧结方式，制备出高密度的二次烧结体，将二次烧结体进行处理后即得到GOS闪烁陶瓷。通过采用两种工艺的结合，避免了已有的热等静压技术对复杂的粉末密封工艺以及真空热压技术对高活性粉末的要求，从而大大降低了成本。而且用本发明的方法制备的闪烁陶瓷具有高的相对密度，内部晶粒精细，可加工性能良好。

在本发明的一个实施方案中，提供了一种GOS闪烁陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：

1)向闪烁陶瓷粉体中添加助烧剂，对混合粉末进行球磨，使其混合均匀和任选地得到细化；

2)将球磨混合和任选地细化的粉体装入烧结模具，放入热炉内预先加压至20-40MPa，逐步升温至1000℃-1100℃，保温0.5-1h，继续升温至1250℃-1600℃，同时升压力至40-200MPa，保温2-5h，进行热压一次烧结，降温冷却后得到GOS烧结体；

3)将GOS烧结体在1000℃-1200℃温度范围内进行退火处理，然后在1300℃-1500℃的温度、150-250MPa的压力下于惰性气体环境内进行热等静压二次烧结制备出高密度的二次烧结体，对二次烧结体进行二次退火，然后切割、抛光处理后即得到GOS闪烁陶瓷。

在本发明的另一个实施方案中，提供了一种由本发明的方法获得的GOS闪烁陶瓷。

在本发明的另一个实施方案中，提供了由本发明的方法获得的GOS闪烁陶瓷在安检物品机电离辐射探测器中的用途。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行详细说明，其中：

图1为热压一次烧结装置示意图；

图2为GOS热压一次烧结体晶粒与气孔微观示意图；

图3为热等静压二次烧结示意图；

图4为GOS热等静压二次烧结体晶粒与气孔微观示意图；

图5为GOS热等静压二次烧结体内部结构剖面示意图。

具体实施方式

为了克服现有技术的一种或多种缺陷，本发明提供了一种GOS闪烁陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：