一种Pr：LuAG闪烁陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Pr:LuAG闪烁陶瓷的制备方法；尤其涉及一种采用真空烧结工艺 制备掺杂Pr3+的镥铝石榴石（Pr:Lu3A15012,Pr=LuAG)的闪烁陶瓷的方法，制得光产额高，密 度大，X(Y)射线阻止本领强，余辉小，能量分辨率好的闪烁陶瓷。
【背景技术】
[0002] 随着医学的发展，X射线计算机断层扫描影像术（X-CT)、正电子发射计算机断层 扫描术（PET)运用得越来越普遍，新型高密度、高光输出、快衰减无机闪烁材料车位迫切的 需求。目前市场上的闪烁材料分为闪烁晶体和闪烁陶瓷两种。闪烁晶体相对于闪烁陶瓷， 其生长周期长，一般在10天到30天，对生长环境要求比较苛刻，且生长出直径比较大的晶 体很困难；而闪烁陶瓷只需要利用市场已有的原料，进过一定的工艺加工就能制得高性能， 透明的闪烁陶瓷。
[0003] 近十几年来，美国通用电器（GE)公司、德国西门子（Simens)和日本日立 (Hitachi)公司以及一些研究单位相继开展了医用陶瓷闪烁体的研究，开发出Eu3+/ Pr3+: (Y,GcO2O3(YGO)，Pr3+/Ce37r:Gd202S: (GSO)，Cr3+/Ce3+:Gd3Ga5012 (GGG)等稀土掺杂的氧 化物、硫氧化物和含氧酸盐陶瓷闪烁体，并成功将YGO,GSO陶瓷应用于医学X-CT上。
[0004]YG0、GS0闪烁陶瓷还存在着光产额小，X射线阻止本领不强的问题。目前有人提出 用LuAG做基底制备闪烁陶瓷。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，因此其结构是由一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〇 2_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成为一种性能优异的发光基体材料。
[0005] 在采用LuAG作为基底设备闪烁陶瓷方面，发明专利1 (201210182586. 9)采用共沉 淀和真空烧结的方法制备Ce:LuAG，其以碳酸氢铵为沉淀剂，以羟丙基纤维素（HPC)为分散 齐U。最终制备出的Ce=LuAG闪烁陶瓷光输出为12000?14000phot/MeV，衰变时间为纳秒级 (30ns)。发明专利2(201110192373.X)单以原硅酸四乙基酯为烧结助剂，制备出，衰变快， 密度高的掺杂稀土元素的LuAG闪烁陶瓷。文献I(Y.Shi,M.Niki,X.Feng,etc,J.Appl.Phys 109,013522(2011))，采用以0. 5wt%TEOS为烧结助剂，在真空烧结温度为1700?1830°C 制备出能量分辨率为15 %的Pr:LuAG闪烁陶瓷。上述发明专利1所采用的共沉淀法方法繁 琐，制备周期长，发明专利2和文献2所采用的方法，单以TEOS为烧结助剂，真空烧结温度 高（普遍在1700°C以上）。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种Pr:LuAG闪烁陶瓷的制 备方法。
[0007] 本发明的技术方案为：一种（Pr3+掺杂镥铝石榴石）Pr=LuAG闪烁陶瓷的制备方法， 其具体步骤为：
[0008] (1)粉体称量、球磨与干燥：按（LUl_xPrx)3A15012,0? 005彡X彡0? 05组成所需的金 属元素摩尔比称量原料粉体，并加入烧结助剂于球磨罐内，同时加入无水乙醇作为球磨介 质，将球磨罐放入球磨机上球磨；将球磨后的粉体取出，干燥过筛后的粉体放入马弗炉内煅 烧；
[0009] (2)陶瓷成型与预烧：待粉体冷却，将其压制成素坯，压强为20?40MPa，再将素坯 进行冷等静压，压强为160?250MPa，保压5?IOmin;将冷等静压后的素坯放入马弗炉内 进行煅烧，煅烧温度为800?1000°C，保温5?IOh;
[0010] (3)真空烧结与退火：将烧好的素坯放入真空烧结炉内进行烧结，真空度为KT3? KT4Pa;最后将真空烧结后的陶瓷放入高温马弗炉内退火，最后对陶瓷经行切割抛光得到闪 烁陶瓷。
[0011] 优选上述的原料粉体为为市售高纯a-Al2O3 (>99. 99% )、市售高纯 Lu2O3 (>99. 99% )，市售高纯Pr6O11 (>99. 99% );烧结助剂优选为正硅酸乙酯（TEOS)和氧化 硼（B2O3);共烧结助剂中B2O3和TEOS的所用质量分别为原料粉体（Pr、Al、Lu原料）质量 总和的0. 01?0. 10%和0. 01?0. 50%。球磨介质为无水乙醇；优选无水乙醇与原料粉体 (Pr、Al、Lu原料）质量比为1?3 :1。为避免杂质混入，磨球优选高纯氧化铝球，球磨罐优 选高纯氧化铝罐；优选原料粉体：球的质量比=I: (1?4)
[0012] 优选步骤（1)中球磨转速为140?200r/min，球磨时间为10?18h;干燥温度为 50?70°C，干燥时间为10?12h;马弗炉内煅烧温度为600?900°C，保温时间为3?6h。
[0013] 优选步骤（3)中真空烧结温度为1300?1650°C，保温10?24h;退火温度为 1100?1500°C，退火时间为4-10h。
[0014]本发明以商业a-Al2O3 (>"? " % )，Lu2O3 (>"? " % )和Pr6O11 (>"? " % )为原 料，以正硅酸乙酯（TEOS)和B2O3为烧结助剂，采用真空烧结工艺，在获得稳定性高、配比正 确、混合均匀的粉体压制的陶瓷素坯的基础上，制得光产额高、密度大、X(Y)射线阻止本领 强、余辉小、能量分辨率好的闪烁陶瓷。
[0015] 有益效果：
[0016] 1、本发明通过同时加入B2O3和TEOS作为烧结助剂，大大降低了烧结温度，加入烧 结助剂后，真空烧结降至1300?1650°C。同时晶粒生长充分，无明显晶界气孔。
[0017] 2、通过本发明的制备方法制备出的Pr=LuAG闪烁陶瓷，其光输出达16000? 20000phot/MeV，能量效率为9 %?11 %，对X射线的阻止本领很大，大大减少了X射线对人 体的伤害。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例1中0.5at%Pr=LuAG球磨后粉体的SEM图；
[0019] 图2为实施例1中Pr:LuAG闪烁陶瓷抛光前后样品照片。
【具体实施方式】
[0020] 现将本发明的具体实施例详述于后：表1为三个案例的配料表。
[0021] 表 1
【主权项】
1. 一种Pr:LuAG闪烁陶瓷的制备方法，其具体步骤为： (1) 粉体称量、球磨与干燥：按（LivxPrx)3Al5O 1^O. 005彡X彡0. 05组成所需的金属元 素摩尔比称量原料粉体,并加入烧结助剂于球磨罐内，同时加入球磨介质,将球磨罐放入球 磨机上球磨；将球磨后的粉体取出，干燥过筛后的粉体放入马弗炉内煅烧； (2) 陶瓷成型与预烧：待粉体冷却，将其压制成素坯，压强为20?40MPa，再将素坯进行 冷等静压，压强为160?250MPa，保压5?IOmin ;将冷等静压后的素坯放入马弗炉内进行 煅烧，煅烧温度为800?1000°C，保温5?IOh ; (3) 真空烧结与退火：将烧好的素坯放入真空烧结炉内进行烧结，真空度为KT3? KT4Pa;最后将真空烧结后的陶瓷放入高温马弗炉内退火，最后对陶瓷经行切割抛光得到闪 烁陶瓷。
2. 按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的原料粉体为高纯a -Al 203、高纯 Lu2O3和高纯Pr6O11;烧结助剂为正娃酸乙酯和氧化硼；球磨介质为无水乙醇；无水乙醇与原 料粉体质量比为1?3 :1。
3. 按权利要求2所述的制备方法，其特征在于共烧结助剂中B 203和TEOS的所用质量 分别为原料粉体质量的〇. 01?〇. 10%和〇. 01?〇. 50%。
4. 按权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1)中球磨转速为140?200r/min, 球磨时间为10?18h ;干燥温度为50?70°C，干燥时间为10?12h ;马弗炉内煅烧温度为 600?900°C，保温时间为3?6h。
5. 按权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3)中真空烧结温度为1300? 1650°C，保温10?24h ;退火温度为1100?1500°C，退火时间为4-10h。
【专利摘要】本发明涉及一种Pr：LuAG闪烁陶瓷的制备方法；按(Lu1-xPrx)3Al5O12，0.005≤x≤0.05组成所需的金属元素摩尔比称量原料粉体，并加入烧结助剂球磨，干燥过筛后的粉体放入马弗炉内煅烧；成型，将素坯进行煅烧，然后放入真空烧结炉内进行烧结，真空度为10-3～10-4Pa；最后将真空烧结后的陶瓷放入高温马弗炉内退火，得到闪烁陶瓷。通过本发明的制备方法制备出的Pr:LuAG闪烁陶瓷，其光输出达16000～20000phot/MeV，能量效率为9％～11％，对X射线的阻止本领很大，大大减少了X射线对人体的伤害。
【IPC分类】C04B35-50, C04B35-622, C04B35-44
【公开号】CN104557012
【申请号】CN201410797180
【发明人】张乐, 叶勇
【申请人】徐州市江苏师范大学激光科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月18日