本发明专利技术涉及一种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。本发明专利技术方法的特点是以碳酸氢铵作为沉淀剂，以高纯度Lu(NO3)3，Al(NO3)3，Ce(NO3)3的混合溶液为起始反应溶液，采用反滴定工艺，通过加入少量HPC作为分散剂同时对煅烧后的粉体采用球磨方法进一步减少粉体间的团聚从而获得了高烧结活性，分散性好、团聚少、粒径小的多晶纳米粉体，再利用上述粉体在真空条件下成功制备出了高质量的透明闪烁陶瓷。制备出的透明陶瓷透明性好，衰减时间达到纳秒级（30ns），闪烁性能优异，是一种很有前途的可应用于医学、高能物理、地质勘探等领域的闪烁材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种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
技术介绍
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4 ·1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測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0h1(l-Ia3d，每个晶胞中含8个化合式量，因此其结构是由ー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02_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成为ー种性能优异的发光基体材料，如高密度，P =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 (BG0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%)Lu203, 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吋，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°C的反应温度而且需要较长的反应时间。而共沉淀法作为ー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°C。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改进后的共沉淀方法结合真空烧结エ艺在较低的烧结温度下(1750°C)制备Ce3+离子掺杂的镥铝石榴石(Lu3Al5O12)多晶透明闪烁陶瓷。本专利技术主要以硝酸镥、硝酸铝、硝酸铈为原料，以碳酸氢铵为沉淀剂、以羟丙基纤维素(HPC)为分散剂，采用反滴定共沉淀方法结合真空烧结エ艺制备高光学质量、闪烁性能优异的Ce3+离子掺杂的镥铝石榴石(Ce = Lu3Al5O12)多晶透明闪烁陶瓷。本专利技术是ー种Ce3+掺杂镥铝石榴石(Ce = Lu3Al5O12)透明闪烁陶瓷的制备方法，其特征在 于该制备方法具有以下的制备过程和步骤 A.制备的材料组分具有以下的化学计量比(LUl_x Cex)3A15012其中X= (O. 001-0. 02) B.前驱体的制备将Lu(NO3)3, Al (NO3)3, Ce (NO3)3的混合溶液采用反滴定エ艺(即阳离子的母盐溶液滴加至沉淀剂溶液中)以l_5ml/min的速度滴加至室温下磁力搅拌的浓度为2M的NH4HCO3溶液中，加入O. 1-1. O wt%羟丙基纤维素(HPC)作为分散剂以减少在滴定过程中的前驱体团聚现象，滴定终点pH控制在7-9范围内，陈化24小时后，将沉淀过滤、用去离子水和无水こ醇洗涤多次后于80°C烘箱中干燥36h，烘干的饼块在高纯度Al2O3研钵中研磨后过200目筛。C.粉体的制备将上述前驱体放入高纯度Al2O3坩埚中在马弗炉中空气气氛下850-1300°C煅烧2h，降温为自然降温，然后将煅烧后的粉体按粉こ醇球磨子(质量比)I:(O. 6-1. 2) : (3. 5-5. 5)的比例按两种不同尺寸高纯度ZrO2球磨子配合的方式采用行星球磨法球磨4-24h，随后于80°C烘箱中干燥12h，过200目筛，将过筛后的粉体放入Al2O3坩埚中空气气氛下700°C煅烧4-20h，排除在球磨过程中可能引入的有机物杂质。D.陶瓷的制备将上述粉体经2_6MPa干压压制成直径20mm的圆片，此过程无需添加任何粘结剂，之后经150-250MPa等静压进ー步压制。素坯置于真空条件(真空度(5-0. 5) X I(T3Pa)常压烧结，烧结温度为1550°C_1850°C，保温时间4_40h。随后将烧结后的陶瓷在空气气氛中长时间退火，退火温度为1050-1550°C，保温时间5-100h以上，将退火处理后的陶瓷进行机械研磨加工和光学抛光。附图说明 图I为粉末前驱体以及前驱体在不同温度下煅烧2h后的粉末样品的XRD图及与标准镥铝石榴石(Lu3Al5O12) PDF卡片(JCPDS 73-1368)的对比。图2为1000°C温度下锻烧2h后的粉体经过球磨处理前后的SEM和TEM图。图3为不同温度下煅烧2h后粉体的比表面积和对应的颗粒尺寸图。图4为抛光后的的两类陶瓷样品的实物照片(Φ 14 mmXO. 7mm)其中A样品没有经过空 气中长时间高温退火处理，B样品经过了空气中长时间高温退火处理(1450X20h)。图5为1750°C温度下保温IOh烧结成型的Ce = LuAG陶瓷的XRD图。图6为样品A和样品B的透过率曲线对比。图7为抛光后的Ce = LuAG陶瓷的热腐蚀表面以及断ロ的SEM形貌。图8为样品A和样品B的X射线激发下的发射光谱图对比。图9为O. 5at%Ce:LuAG陶瓷的发光衰减与指数拟合曲线图。具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例详述于后 实施例I.①(制备O. 5at%Ce: LuAG粉末前驱体)将 Lu (NO3) 3，Al (NO3) 3，Ce (NO3) 3 的混合溶液按化学计量 Lu2.985Ce(l.Q15Al5012 进行配比，其中用量筒和滴定管量取 Lu (NO3) 3 =201. 69ml, Al (NO3)3 =253. 37ml, Ce(NO3)3=L 44ml,其中 Lu (NO3) 3 溶液的浓度为 O. 7400M、A1 (NO3) 3 浓度为 O. 9867M、Ce (NO3) 3 为 O. 5220M,随后加入去离子水1200ml保证Al3+的浓度为O. 15M，再加入O. 342g HPC作为分散剂，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.镥铝石榴石透明闪烁陶瓷的低温真空烧结制备方法，其特征在于该制备方法具有以下的エ艺步骤 A.制备的材料组分具有以下的化学计量比(LUl_xCex)3A15012其中X= O. 001-0. 02 ； B.前驱体的制备将浓度为O.7400M的Lu (NO3) 3，浓度为O. 9867M的Al (NO3) 3，浓度为O.5220M的Ce(NO3)3的混合溶液采用反滴定エ艺以l_5ml/min的速度滴加至室温下磁力搅拌的浓度为2M的NH4HCO3溶液中，加入O. 1-1. 0wt%羟丙基纤维素作为分散剂以减少在滴定过程中的前驱体团聚现象，滴定终点PH控制在7-9范围内，陈化24小时后，将沉淀过滤、用去离子水和无水こ醇洗涤多次后于80°C烘箱中干燥36h，烘干的饼块在高纯度Al2O3研钵中研磨后过200目筛； C.粉体的制备将上述前驱体放入高纯度Al2O3坩...
【专利技术属性】
技术研发人员：施鹰，许健，谢建军，雷芳，马飞中，范灵聪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。