[发明专利]一种具有石榴石结构的新型透明闪烁陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土透明陶瓷制品领域，具体涉及一种具有石榴石结构的闪烁陶瓷材料体系及其制备方法。

背景技术

闪烁材料是现代高能探测器的关键元件，它能将高能X射线转换成可见光，与光学传感器（比如光电倍增管等）相匹配，最后转换成电信号，将X射线携带的信息以数字信号（图片）呈现。

经过20多年的研究发展，目前多种闪烁陶瓷已取代单晶应用于核医学成像领域，闪烁陶瓷与单晶相比具有制备工艺简单、成本低、便于大批量生产、能够实现激活离子的高浓度掺杂等优势，具有广阔的商业应用前景。

1988年世界上第一块闪烁透明陶瓷（YGO）由美国GE公司制造，但是其衰减时间较长（约1ms），已不能满足目前医学CT对于快速扫描的要求；1990’s年代GE公司又致力于GGG（钆镓石榴石）闪烁陶瓷的研发，但是目前仍没有相关商业化的报道，主要由于这种材料较难制备，制备出的产品缺陷较多，会降低发光效率。

1998年，德国西门子、日本日立等公司相继开发了GOS（硫氧化钆）闪烁陶瓷应用于CT探测器，然而GOS为六方结构，光学非各向同性仅能做成半透明，光散射会降低探测效率；2008年，美国GE公司经过7年的努力开发出了(Lu,Tb)₃Al₅O₁₂:Ce闪烁陶瓷使得其最新X-CT产品Discovery CT750HD成功推出，材料制备成本很高是其最大的缺点。

近年来国内外对于具有石榴石结构的闪烁透明陶瓷的研究发展迅速，基于其属于立方晶系，各向同性有利地避免了对入射光的散射和双折射，使其有望实现优异的光学性能。因此，本领域尚需一种具有石榴石结构的高光学性能、快衰减、高密度能够应用于现代核医学诊断设备并且成本低廉的闪烁透明陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有石榴石结构的高光学性能、快衰减、高密度的闪烁透明陶瓷，成本低廉，能够应用于现代核医学诊断设备。

本发明的第一方面，提供一种闪烁透明陶瓷，所述闪烁透明陶瓷具有石榴石结构，通式为Re_x：(A_1-yB_y)_m-x(C_1-zD_z)_8-mO₁₂，其中，

Re选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm、Ti、Cr和Mn，作为激活离子；

A选自Y、La、Gd、Tb、Yb；

B为Lu；

C选自Ga、Sc；

D为Al；

x为0.00005-0.1；

y为0.1-1；

z为0-1；

m为2.5-3.5。

在另一优选例中，所述闪烁透明陶瓷具有一个或多个以下特征：

(1)平均晶粒尺寸：1微米-10微米；

(2)于发射波长处透过率：45%-80%；

(3)衰减时间：20-65ns；

(4)密度：6-8g/cm³。

在另一优选例中，Re选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm，作为激活离子；

A选自Gd、Y、Tb、Yb。

在另一优选例中，x为0.001-0.02。

在另一优选例中，y为0.1-0.5。

在另一优选例中，z为0.2-0.8。

在另一优选例中，衰减时间：45-65ns。

在另一优选例中，平均晶粒尺寸：4微米-10微米。

在另一优选例中，密度：6.3-7g/cm³。

本发明的第二方面，提供第一方面所述的闪烁透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(a)配料：在球磨罐内加入Re的氧化物、A的氧化物、B的氧化物、C的氧化物、D的氧化物及介质进行球磨混料，得到浆料，其中，所述Re、A、B、C、D及其配比如权利要求1所述，所述介质选自水、乙醇、丙酮、甘油或其组合；

(b)干燥：于60-100℃对步骤a)获得的浆料进行干燥得到粉体；

(c)灼烧：于600-900℃对步骤b)获得的粉体进行灼烧；

(d)研磨：对经步骤c)进行灼烧后的粉体进行研磨，过筛；

(e)成型：对步骤d)过筛后的粉体进行成型处理，得到素坯；