[发明专利]由金属卤化物制造大尺寸多晶光学闪烁平板的方法

说明书

本发明关于制造大尺寸的无机光学透明的、闪烁多晶平板的技术，通过对原材料进行加压处理。该方法可用于制造大的闪烁检测器和光学屏幕。

现已知有一种由光学闪烁材料制造大的多晶平板的方法，它通过切割大的高质量(没有瑕疵与裂缝)的单晶体，或者沿垂直于晶轴的方向切割以制造圆盘片。或者平行于晶轴，或沿着与晶轴成某角度而切割以制造大尺寸矩形平板。随后是机加工(研磨及抛光)，使切割下来的单晶平板的表面达到所需的大小和质量(苏联发明证书340441号)。

已知的这种方法有许多缺点：

-不可能制造任意形状的大尺寸的产品；

-呈单晶形式的闪烁平板对机械和热效应的抗力较低(低二至三倍)，其结果使切割时经常发生裂纹，使平板无法使用；

-大的单晶的特点是晶体内不均匀地进入了杂质(特别是铊)，其后果使这种基于单晶的闪烁平板的检测器，沿着检测器表面的光输出就不均匀。

还知道一种通过热机械的轴向压缩而由光学闪烁材料制造大尺寸多晶的平板的方法，(美国专利号3933970)。按该方法，从NaI(Tl)单晶体生长成的大晶锭，切割出50.8毫米直径、50.8毫米高、圆柱形的、原始晶坯，放在750吨液压机的涂有石墨层的平板之间。坯料周围有一加热并保温在500℃的电炉，该温度用自动记录仪记录，记录仪由热电偶控制，热电偶插入液压机压板中的一块。当温度达到500℃，压机的上压板以9毫米/分的速度下降，晶坯受垂直于圆柱体坯料的底部的轴向压缩而变形但径向没有加以限制。上述速度是用于压缩小尺寸的原晶坯。根据本文附表给出的数据，我们计算了晶坯的尺寸和压缩速度。

在压机压板之间的距离达到31.75毫米时(根据压机上的说明)，上压板就提升，所得的扁平状多晶的圆盘片直径为127毫米，高28.57毫米。从压机上取下。如果要做大尺寸的圆盘片就需要使用大的原料直径和高度高的坯料。

这种已知方法的缺点有：

-不能制造给定几何形状(例如，矩形)的多晶的光学闪烁平板，因为用这种方法得到的坯料的形状是圆盘片，因为晶体在受到通常的无径向限制的轴向压缩而变形，晶体总是自动成为最小表面面积的形状，那就是圆。

-为了得到所需几何形状的平板，例如矩形，则使用这种方法有大量的材料(约36.4％)要浪费掉。这样，材料的利用系数就大大降低；

-为了得到透明的闪烁盘片，必须从表面去掉被石墨沾污的表面层，因为在该方法的温度下压缩时，晶体接触石墨涂层的压机压板的成形表面(涂复石墨以防止被压缩材料和设备的压板材料相互作用)。这也导致机加工材料消耗增大，还需要增加时间和动力资源的耗费；

-用这种方法制造平板只能使用高质量(没有瑕疵和裂缝)的坯料。

因为呈圆盘形原坯料的约36.4％的体积在切割时要浪费掉以便得到矩形平板，这种方法没有得到广泛应用。

按这种方法加工时，为得到550×600×10毫米的平板，就需要9000立方厘米的原单晶材料(见附表)。

从光学闪烁材料制造大尺寸多晶的平板的已知方法还有，在垂直的方向上重复多次挤压的方法(美国专利号4044082)。该制造过程有两个阶段。第一阶段，挤压圆柱形原晶坯料而得到第一次的多晶的压出件，形状是平行六面体。第二阶段，(平板厚度由第一次压出件的材料体积所确定)平板经按垂直于初始压出件的纵轴的方向反复挤压而成。按照这种方法，将直径为76毫米，高100毫米的原单晶或多晶的NaI(Tl)坯料在温度约600℃下放在挤压机容器里，并用20吨的力加压使它通过直径76毫米的吐料口而获得直径76毫米、长266.7毫米的无孔隙的、紧密的多晶的坯料。取这第一多晶坯料的约79.5毫米长的一段，放入另一台挤压机的容器中，使它对矩形截面(25.4×50.8毫米)的吐料口的方向是纵向的。升温到600℃，用10吨的力把坯料压过吐料口，即得25.4×50.8×297毫米尺寸的第二个无孔隙的紧密多晶的挤出物。

使用一根直径127毫米、高177毫米的单晶坯料制造NaCl平板。制造过程类似于上述方法，得到尺寸为270×12.7×685毫米的平板。

上述方法有如下缺点：

-制造平板过程时间长(两次挤压所需的时间多一倍，因此劳力和动力耗费增至二倍)；

-在挤压的各阶段后，原材料有5-10％留在挤压机中，洗脱留在挤压机中的材料，并在回收阶段后可用于晶体生长，因此在制板过程结束后有10-20％的原料浪费，这种材料量的回收过程也需要额外的劳力和动力耗费；