多晶透明陶瓷制品及其制造方法技术

提出一种包括镥的多晶透明陶瓷制品。该制品包括结构式为ＡＢＯ↓［３］、有Ａ型晶格位置和Ｂ型晶格位置的氧化物。晶格位置Ａ除镥之外还可进一步包括许多元素。Ｂ型晶格位置包括铝。提供包括镥基制品的图像装置、激光集合器和闪烁体。同时提供制造上述制品的方法。

Polycrystalline transparent ceramic product and process for producing the same

A polycrystalline transparent ceramic article including lutetium. The article includes a structural formula ABO: 3, A type oxide lattice position and B lattice position. The A sites in addition to lutetium may further comprise a plurality of elements. Type B lattice positions include aluminum. Image device, laser products including lutetium base collector and scintillator. A method of manufacturing the same is also provided.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般性地涉及多晶透明陶瓷制品，特别涉及用于光学应用的镥基组合物。
技术介绍
陶瓷材料，如镥基光学组合物，在闪烁体、激光和图像技术中有许多应用。光学应用经常需要材料的透明加工过的型态以减少由于散射和吸收的光损失。为此，加工过的型态一般要求有单相微结构。而且，在许多应用中要求材料在特殊波长范围内发射光或其它电磁辐射。通过一种或更多种掺杂物的选择性使用和通过调整材料中掺杂物的浓度，可以调节或“调谐”光学材料中例如发射的波长范围和光转化效率的光学特性。当前应用经常使用单晶光学材料，它的制造相当昂贵和耗时。而且，由于在晶体形成期间掺杂的难度，单晶中的光学可调谐性经常难于实现。一个替代的方法是使用多晶材料。与单晶材料相比多晶材料更容易掺杂。多晶材料的性能和应用部分取决于可以继而通过加工控制的组成材料的晶体的尺寸、形状和形态。获得透明形态的多晶陶瓷材料的加工可能需要暴露于高温，期间想要的微结构可能由于诸如晶粒长大、相变和其它相关的机理等热激活过程而劣化。因此，需要解决这些问题以提供一种有效、经济和坚固的多晶光学组合物。
技术实现思路
本专利技术的实施方案针对这些和其它需要。根据一种实施方案，制品包含含有A型晶格位置和B型晶格位置的具有多晶结构的氧化物。该氧化物有ABO3的结构式，其中A表示占据A型晶格位置的材料，B表示占据B型晶格位置的材料。这里，A包括包括镥在内的许多元素，镥以至少为氧化物的约0.5摩尔分数的量存在，B包括铝。在这里给出的其它实施方案包括具有包含所述制品的发射介质的激光集合器，和包含含所述制品的闪烁体的图像装置。附图说明当参考相应附图阅读下列详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更透彻，其中图1是Lu0.8Gd0.15Y0.05AlO3的XRD图；和图2是有大约200nm晶粒尺寸的Lu0.8Gd0.15Y0.05AlO3的典型SEM照片。具体实施例方式作为这里使用的冠词“一个”、“一种”和“该”应该被理解成表示“至少一个”。作为这里使用的术语“约”应该被理解成表示正或负0.001％(+/-0.001％)。作为这里使用的术语“辐射”指电磁辐射的整个光谱。作为这里使用的术语“光”指电磁光谱的可见区。根据一个实施方案，提供了包括有A型晶格位置和B型晶格位置的多晶结构的氧化物的制品。该氧化物有ABO3的结构式，A表示占据A型晶格位置的材料，B表示占据B型晶格位置的材料。在一个实施方案中，A除了镥(Lu)之外还包括许多元素，B包括铝(Al)。镥以至少为氧化物的约0.5摩尔分数的量存在。除非特别指明，此后将用到的术语“制品”应该被理解成表示上面描述过的制品。除非特别指明，此后术语“氧化物”应该被理解成表示上面描述过的氧化物。氧化物中镥的高浓度有助于给予制品所需程度的密度。在许多光学应用中，高密度有助于材料的辐射阻止能力，这提高例如闪烁体等产品的性能。在某些实施方案中，Lu的浓度在约0.5摩尔分数到约0.995摩尔分数的范围内。在特殊的实施方案中，Lu以在约0.8到约0.995摩尔分数的范围内的量存在。在一个实施方案中，具有所述氧化物的所述制品在A型晶格位置除镥之外还包括稀土元素(RE)。在特殊的实施方案中，稀土元素包括钆(Gd)、铽(Tb)和镱(Yb)中的一个或多个。下面将讨论，RE的加入可以帮助稳定想要的晶体结构。在一个实施方案中，RE的浓度大于约0.005摩尔分数。在某些实施方案中，RE以约0.005摩尔分数到约0.5摩尔分数的量存在。在某些实施方案中，含有氧化物的制品进一步包括例如钇(Y)的过渡金属在A型晶格位置。钇的加入可以帮助获得想要的晶体结构。更进一步，钇的存在可以降低制品的进一步加工需要的温度。在一个实施方案中，钇的浓度大于约0.005摩尔分数。在某些实施方案中，钇的浓度在约0.005摩尔分数到约0.5摩尔分数的范围内。在具体的实施例中，除了已经存在于晶格中的镥，含有氧化物的制品还有浓度在约0.0025摩尔分数到约0.5摩尔分数范围内的钇在A型晶格位置，和浓度在约0.0025摩尔分数到约0.5摩尔分数范围内的另一种稀土元素在A型晶格位置。在特殊的实施方案中，钇的浓度在约0.0025摩尔分数到约0.1摩尔分数的范围内。氧化物中镥的浓度可以在约0.5到约0.995摩尔分数的范围内。如上面描述过的，可以混合在ABO3中的合适稀土元素包括Gd、Tb、Yb和它们的组合。示例性组合物是Lu0.5Y0.25Gd0.25AlO3和Lu0.995Y0.0025Gd0.0025AlO3。制品的另一个示例性组合物包括Lu0.8Y0.05Gd0.15AlO3。在一个实施方案中，结构式为ABO3的多晶氧化物有钙钛矿结构。有钙钛矿结构的材料是某些光学应用想要的。例如，在闪烁体探测器中具有钙钛矿结构的基质材料的使用与例如具有石榴石结构的基质材料相比能改善分散于基质材料中的掺杂物的衰减时间。而且，具有钙钛矿结构的材料改善闪烁体的阻止能力。钙钛矿结构通常由有A型晶格位置和B型晶格位置的通式为ABX3的组合物形成。这里用到的“A位置”或“A晶格位置”指具有阴离子配位大于9(例如，举例来说，那些有配位数12的位置)的钙钛矿晶格内的位置，“B位置”或“B晶格位置”指阴离子配位为6的钙钛矿晶格内的位置。钙钛矿结构的形成和稳定性大部分取决于组分离子的离子尺寸。作为众所周知的镧系收缩现象的结果，镥阳离子有不易于使其本身形成钙钛矿结构的尺寸。在A型晶格位置的其它元素的存在给予钙钛矿结构稳定性。确定钙钛矿结构稳定性的因素是所谓的容许系数，它由方程式T=(RA+RX)RB+RX]]>给出。这里，RA，RB和RX分别表示在A晶格位置、B晶格位置和在X晶格位置的元素的平均离子半径。这里，X表示ABO3中的氧。一般地，钙钛矿结构在大约大于0.94的容许系数下是稳定的。下面的表格给出了在示例性组合物的不同摩尔分数下的容许系数，其中稀土元素Gd或过渡元素Y代替在A型晶格位置，和晶体结构中的Lu一起致力于稳定钙钛矿结构。 从以上的表格，基于容许系数的分析提出在钙钛矿结构中纯LuAlO3可能是不稳定的，而YAlO3和GdAlO3是稳定的。分析进一步提出添加Y和/或Gd到LuAlO3有利地可以用来稳定这种钙钛矿结构的材料。在高于室温(约25℃)和低于约2400℃的氧化物的熔融温度，包括具有钙钛矿结构相的多晶氧化物的制品是稳定的。氧化物ABO3的钙钛矿结构甚至在高压下得以保存。甚至在中等高的温度和压力下钙钛矿结构相的保存是有利的性质，因为它能减少加工期间制品中相反的结构转换的风险。在某些实施方案中，氧化物在约1个大气压力到约500MPa的范围内的压力下是稳定的。在特殊的实施方案中，氧化物在约1个大气压力到约500GPa的范围内的压力下是稳定的。具有氧化物的制品可包括碱土元素(AE)在A型晶格位置。在A型晶格位置包括碱土元素由于碱土元素的较大阳离子尺寸而给予钙钛矿结构稳定性。晶格中AE的加入可以降低加工需要的温度。在特殊的实施方案中，AE包括选自钙、锶、钡或镁的至少一种碱土元素。如果不加限制，在A型晶格位置包括不同于镥的价态的离子将导致电荷不均衡；这种情况通过在B型晶格位置的代替离子可以抵销。例如，在A型晶格位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，包含：具有多晶结构和包含Ａ型晶格位置和Ｂ型晶格位置的氧化物，该氧化物有结构式ＡＢＯ↓［３］，其中Ａ表示占据Ａ型晶格位置的材料，Ｂ表示占据Ｂ型晶格位置的材料；其中Ａ包括多种元素，该多种元素包括镥，其中镥以至少为氧化物的约０．５摩尔分数的量存在；和其中Ｂ包括铝。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KM克里斯纳，VS芬卡塔拉马尼，M马诺哈兰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]