專利名稱：Gd的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫氧化物功能陶瓷材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種Gd2O2S基陶瓷閃爍體制備方法。
背景技術(shù)：
閃爍晶體是制造輻射傳感器和探測器的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)診斷CT、工業(yè)CT、安全檢查和其它領(lǐng)域。目前單晶閃爍體的應(yīng)用非常廣泛，如CsI:TI、CdWO4等，但它們存在成像性能較差以及制備過程中穩(wěn)定性較差(易吸潮)、生長大尺寸單晶困難、光學(xué)加工時易解理、制造成本高等缺點。而制備和加工高致密的透明或半透明、均勻摻雜的多晶陶瓷閃爍體，可以大大降低成本，其成像性能卻與單晶閃爍體差別不大，因此成為新一代閃爍體的重要發(fā)展方向之一。
尋求高光輸出、高密度、快衰減的陶瓷閃爍體一直是新型閃爍體研究所追求的目標(biāo)。國外公司早在20世紀80年代中期就開始研究利用先進陶瓷工藝來制備陶瓷閃爍體，相繼用不同的化合物研制出了多種陶瓷閃爍體，其中最有代表性的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體具有相對光輸出高、密度大、余輝短等特性，已在美國、德國、日本等國家的醫(yī)用CT和安檢CT等探測器中獲得廣泛應(yīng)用，因此它是很重要的高性能多晶陶瓷閃爍體，具有很重要的開發(fā)價值。
目前，國外有兩種方法用于制備Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)粉末，即固相反應(yīng)法和濕化學(xué)沉淀法，固相反應(yīng)法是采用傳統(tǒng)的電阻爐加熱，粉末產(chǎn)物純度低、粒度粗大，不利于制取高性能的陶瓷閃爍體。濕化學(xué)沉淀法工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。而國內(nèi)研究較多的是單晶閃爍體，在多晶陶瓷閃爍體領(lǐng)域開發(fā)還是空白。國內(nèi)各種X-CT使用的陶瓷閃爍體都是從國外高價進口的，隨著國內(nèi)核醫(yī)學(xué)診斷以及高科技領(lǐng)域的高速發(fā)展，工業(yè)和醫(yī)用CT的需求量與日俱增，研究并掌握Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體的制備工藝，實現(xiàn)其國產(chǎn)化是非常必要和迫切的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種合成工藝簡單、生產(chǎn)周期短、制備成本低、粉末純度高、能耗低、不污染環(huán)境的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)超細粉末制備方法，并提供了一種用此粉末進一步獲取Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體的燒結(jié)工藝。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的該方法，包括將Gd2O3、S、Na2CO3、Pr6O11、CeO2等原料均勻混合，合成，酸洗、過濾、干燥、過篩，燒結(jié)等步驟，其特征在于，所述的原料Gd2O3、S、Na2CO3、按1∶1∶2～1∶1∶5摩爾比例混合；所述的合成工藝是在功率為700～4000瓦、時間為10～40分鐘的條件下微波合成；所述的燒結(jié)工藝是將過篩后的Gd2O2S:Pr，Ce粉末加入質(zhì)量百分比為0.05～0.5％LiF燒結(jié)助劑，混合燒結(jié)。
為了保證陶瓷的高純度和高透明度，對燒結(jié)助劑的選擇有嚴格的限制，本技術(shù)方案中選用的燒結(jié)助劑LiF的質(zhì)量百分比為1.5％。
所述燒結(jié)為真空熱壓燒結(jié)，溫度在1200～1500℃，壓力為40～80MPa，真空度為10-2～10-3Pa，時間為20～120分鐘。
摻雜激發(fā)離子的含量對Gd2O2S基陶瓷閃爍體的光學(xué)性能有很大影響。研究發(fā)現(xiàn)，在Gd2O2S基體中摻雜Pr和Ce離子對其發(fā)光強度有較大影響。在Gd2O2S:Pr，Ce閃爍體中，Pr離子是主要的激發(fā)離子，其含量對Gd2O2S:Pr，Ce陶瓷閃爍體的發(fā)光強度影響最大。Ce離子可改善陶瓷的光學(xué)性能，降低余輝，但同時也降低了陶瓷閃爍體的發(fā)光強度。所述的混合物中Pr的質(zhì)量百分比為0.01～0.5％，Ce的質(zhì)量百分比為0.001～0.1％。當(dāng)Pr離子的含量為0.25％時發(fā)光強度最高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在國內(nèi)外首次利用微波法合成Gd2O2S:Pr，Ce超細粉末。通過采用合適的Gd2O3、S、Na2CO3、Pr6O11、CeO2等原料配比和一定的微波功率，可以在10-40分鐘內(nèi)快速地制備出單一Gd2O2S六方晶相、中位粒度為0.115μm的Gd2O2S:Pr，Ce高純超細粉末。本方法具有合成工藝簡單、反應(yīng)時間短、制備成本低、粉末純度高、能耗低、不污染環(huán)境等優(yōu)點，是較為理想的制備稀土硫氧化物粉末的合成方法。
用微波合成的Gd2O2S:Pr，Ce粉末，加入LiF燒結(jié)助劑，進行熱壓燒結(jié)。Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷的相對密度達到99.9％。燒結(jié)劑LiF簡單易得，熱壓燒結(jié)溫度低，效果好，模具可多次使用、成本低。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1本實施例所用的裝置有混合機，微波爐，真空干燥箱，熱壓燒結(jié)爐，Al2O3坩堝，內(nèi)圓切片機。
分別稱取10molGd2O3、10molNa2CO3、20mol硫磺，以及0.532克Pr6O11、0.0532克CeO2等高純原料，用高效混合機混合均勻，裝入高純Al2O3坩堝內(nèi)。再置入微波爐內(nèi)進行微波合成反應(yīng)，微波功率700瓦，反應(yīng)時間40分鐘。用稀鹽酸溶解洗滌反應(yīng)副產(chǎn)物，過濾，干燥，過篩，即得到Gd2O2S:Pr，Ce超細粉末。往Gd2O2S:Pr，Ce粉末中加入2.66克LiF作為燒結(jié)助劑，混合均勻，裝入石墨模具，置入熱壓爐內(nèi)進行熱壓燒結(jié)，熱壓溫度1200℃，壓力40MPa，真空度10-2Pa，保溫保壓時間20分鐘，樣品隨爐冷卻，可得到相對密度為99.2％、單相Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷。用內(nèi)圓切片機將樣品切割成約1mm厚的薄片，經(jīng)研磨、拋光后，進行相關(guān)的光學(xué)性能測試。測得1mm厚Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體薄片的平均光透過率為31％。
實施例2本實施例同實施例1，其不同之處在于，分別稱取10molGd2O3、10molNa2CO3、25mol硫磺，以及5.32克Pr6O11、0.532克CeO2等高純原料，微波功率2000瓦，反應(yīng)時間為20分鐘進行微波合成。往Gd2O2SPr，Ce粉末中加入10.64克LiF作為燒結(jié)助劑，熱壓溫度1400℃，壓力70MPa，真空度8×10-2Pa，保溫保壓時間60分鐘，可得到相對密度為99.8％、單相Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷。1毫米厚陶瓷薄片的透光率為34％。
實施例3本實施例同實施例1，其不同之處在于，分別稱取10molGd2O3、10molNa2CO3、50mol硫磺，以及26.6克Pr6O11、5.32克CeO2等高純原料，微波功率4000瓦，反應(yīng)時間為10分鐘進行微波合成，往Gd2O2S:Pr，Ce粉末中加入26.6克LiF作為燒結(jié)助劑，熱壓溫度1500℃，壓力80MPa，真空度10-3Pa，保溫保壓時間120分鐘，可得到相對密度為99.9％、單相Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷。1毫米厚陶瓷薄片的透光率為32％。
權(quán)利要求
1.一種Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，包括將Gd2O3、S、Na2CO3、Pr6O11、CeO2等原料均勻混合，合成，酸洗、過濾、干燥、過篩，燒結(jié)等步驟，其特征在于，所述的原料Gd2O3、S、Na2CO3、按1∶1∶2～1∶1∶5摩爾比例混合；所述的合成工藝是在功率為700～4000瓦、時間為10～40分鐘的條件下微波合成；所述的燒結(jié)工藝是將過篩后的Gd2O2S:Pr，Ce粉末加入相對混合物中質(zhì)量百分比為0.05～0.5％LiF燒結(jié)助劑，混合燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，其特征在于，所述的混合物中Pr的質(zhì)量百分比為0.01～0.5％，Ce的質(zhì)量百分比為0.001～0.1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，其特征在于，所述的混合物中Pr的含量為0.25％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，其特征在于，所述的LiF的含量為1.5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，其特征在于，所述的燒結(jié)為真空熱壓燒結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Gd2O2S:Pr，Ce，F(xiàn)陶瓷閃爍體制備方法，其特征在于，所述的燒結(jié)溫度在1200～1500℃，壓力為40～80MPa，真空度為10-2～10-3Pa，時間為20～120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Gd
文檔編號C04B35/622GK1958513SQ200610144998
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者尹邦躍, 張東勛 申請人:中國原子能科學(xué)研究院