[发明专利]镥铝石榴石透明闪烁陶瓷的低温真空烧结制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ce³⁺掺杂镥铝石榴石(Ce:Lu₃Al₅O₁₂）透明闪烁陶瓷的低温真空烧结制备方法，属光学功能陶瓷制备技术领域。

背景技术

近年来，随着X-CT、PET和心血管造影术（DSA）等医用成像技术的发展与普及对新型高密度、高光输出、快衰减无机闪烁体提出了日益迫切的需求。Ce掺杂的闪烁体材料集众多优点（如阻止本领大、衰减速度快、光产额高）于一身，其中Ce掺杂的镥基闪烁体如LuAlO₃ （LuAP）、Lu₃Al₅O₁₂（LuAG）、Lu₂SiO₅（LSO）都属于极有前途的快发光闪烁晶体。由于在镧系元素离子中Ce³⁺具有4f¹电子组态，它的发光性质不同于其他的三价稀土离子，属于4f-5d电偶极跃迁，其荧光寿命非常短，因此可以满足目前新型成像探测技术对新型无机闪烁材料的性能要求。

镥铝石榴石（Lu₃Al₅O₁₂，LuAG）属立方晶系，空间群为O_h¹⁰-Ia3d，每个晶胞中含8个化合式量，因此其结构是由一些相互连结着的正四面体和正八面体组成的。这些正四面体和正八面体的角上都是0^2-离子，而其中心都是Al³⁺，这些正四面体和正八面体连结起来构成较大的空隙，这些空隙呈畸变立方体，其中心由Lu³⁺占据着。稳定的立方晶格结构和优良的物理化学性质使LuAG成为一种性能优异的发光基体材料，如高密度,ρ=6.73g/cm³，快速闪烁响应，荧光寿命主成分为60-80ns（Ce³⁺的5d-4f辐射跃迁发射波长位于500-550nm），另外光输出也达到12-14,000 phot/MeV（BGO单晶闪烁体的150%）绝大多数LuAG闪烁体都是通过单晶生长的方式获得的，2003年Yoshikawa等人以高纯的（99.99%）Lu₂O₃，Al₂O₃和Y₂O₃为原料，用u-PD法生长出了Yb³⁺掺杂的LuAG单晶，并研究得出当T=80K时，在340nm发射波长处的快速发光衰减时间为24ns。随着温度的升高，Yb³⁺的电荷迁移（CT）发光强度和衰减发生严重猝灭。然而LuAG单晶几乎全部通过直拉法在Ir坩埚中慢速生长得到，很难有效地控制Ce³⁺在基质中的均匀有效掺杂、成本高、周期长。2006年上海硅酸盐研究所的李会利采用尿素作为沉淀剂的均相沉淀方法成功制备出了性能与单晶相当的Ce:LuAG多晶闪烁透明陶瓷，从而为LuAG闪烁体开辟了新的材料形态和制备途径。为了获得高透明性的LuAG多晶陶瓷来取代单晶，需要首先制备无团聚或极少团聚的超细粉体，目前常用的制备LuAG粉体的方法主要是采用直接混合Al₂O₃和Lu₂O₃的固相反应合成法，这种方法需要高于1600^oC的反应温度而且需要较长的反应时间。而共沉淀法作为一种湿化学法可以很方便地合成高烧结活性的陶瓷粉体。

利用制备出的高烧结活性的陶瓷粉体通过冷等静压和真空烧结技术以及合理的退火制度就可以制备出高光学质量的LuAG透明陶瓷，目前国际上采用真空烧结技术无烧结助剂的情况下制备稀土掺杂LuAG透明陶瓷的烧结温度一般在1800-1900℃。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种改进后的共沉淀方法结合真空烧结工艺在较低的烧结温度下（1750℃）制备Ce³⁺离子掺杂的镥铝石榴石（Lu₃Al₅O₁₂）多晶透明闪烁陶瓷。