[发明专利]一种Ce3+掺杂硅酸镥(Lu2SiO5)多晶闪烁光学陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering) 快速制备多晶Lu₂SiO₅闪烁光学陶瓷的工艺方法，属稀土掺杂多晶光学陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

无机闪烁材料由于对高能射线（X射线、γ射线等）的吸收能力强、探测效率高以及抗辐射硬度高，已成功应用于现代核医学检测成像系统中。材料体系主要包括Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)、PbWO₄(PWO)，CsI(Tl)、NaI(Tl)、BaF₂和Lu₂SiO₅等。1992年C.L.Melcher和J.S.Schweitzer两人首次发现Lu₂SiO₅单晶是一种性能优越的闪烁体材料。其密度为7.4g/cm³, 光输出可达26300ph/Mev，其光产额是BGO单晶的4~5倍，铊掺杂NaI(Tl)的75%，发光衰减时间仅为40ns，远优于NaI(Tl)的230ns、 CsI(Tl)的700ns和BGO的300ns。近二十年来，Lu₂SiO₅单晶的制备方法已取得了巨大的进展，已发展出了提拉法、坩埚下降法和激光加热基座法（LHPG法）等行之有效的制备方法。但从Lu₂SiO₅的物理化学特性来看，其晶体结构属于单斜晶系，在不同方向上存在较大的各向异性，高质量大尺寸Lu₂SiO₅单晶制备困难，制作成本依然很高。此外，Ce在熔体中的分凝系数也限制了其在大尺寸Lu₂SiO₅单晶中的均匀分布，容易发生样品开裂和杂相的出现。采用多晶陶瓷制备工艺研制各向同性的Lu₂SiO₅光学陶瓷，有望较方便地实现Ce离子的均匀掺杂，在保证其发光性能的基础上，降低了Lu₂SiO₅的制备周期和成本，是解决这一难题的有效方法。制备的Lu₂SiO₅光学陶瓷有潜在的高发光效率和高探测效率，有望在一些应用方面逐渐代替单晶。

目前国际上对Lu₂SiO₅多晶陶瓷制备已经有了一定的研究报道，Yimin Wang etc.以纳米级多晶Lu₂SiO₅粉体为原料，通过热等静压工艺制备了在可见光波段透过率为11％的半透明Lu₂SiO₅闪烁光学陶瓷，陶瓷相对密度达99.8％；Lempicki etc.通过热压工艺在1700℃制备了多晶Lu₂SiO₅光学陶瓷，其光产额达到Ce: Lu₂SiO₅单晶的50-60％，但其制备过程普遍存在工艺难度大，烧结温度高等缺点。

本发明方法在采用溶胶-凝胶法制备纳米Lu₂SiO₅发光粉体的基础上，通过放电等离子烧结 (Spark Plasma Sintering) 技术，在较低的烧结温度下，实现Ce:Lu₂SiO₅闪烁光学陶瓷的快速制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ce³⁺掺杂硅酸镥(Lu₂SiO₅)多晶闪烁光学陶瓷的制备方法。通过Sol-gel方法在低温下合成制备纳米级Ce:Lu₂SiO₅粉体并结合放电等离子烧结 (Spark Plasma Sintering) 技术，实现了Ce:Lu₂SiO₅多晶闪烁光学陶瓷的快速制备。

本发明一种Ce³⁺掺杂硅酸镥多晶闪烁光学陶瓷，其特征在于具有以下的化学分子式：

(Lu_1-xCe_x)₂SiO_5,

其中：x为掺杂稀土Ce离子的摩尔含量，x=0.001~0.05。