YGO基闪烁陶瓷制备与性能研究

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闪烁材料是一类在高能射线或高能粒子作用下发出闪烁脉冲光的光转换功能材料。它与光电倍增管或光电二极管耦合制成的探测器已广泛应用于核物理、空间物理、核医学、工业无损探伤、地质探勘和安全检查等辐射探测领域。闪烁单晶和闪烁陶瓷是两类重要的闪烁材料。相比于闪烁单晶,闪烁陶瓷具有制备工艺简单、生产成本低、机械性能好等技术和经济优势,受到了越来越广泛的关注。计算机断层扫描成像仪(CT)是闪烁材料的主要应用方向之一,目前商用医疗CT均采用多晶透明陶瓷作为探测器材料。随着医疗影像技术的发展以及对人体辐射安全的考虑,要求闪烁材料需要具备以下几个特征:透明度高、密度大、衰减时间短,以及低余辉和良好的物理化学稳定性。  YGO透明陶瓷是最早的商用医疗CT探测材料,但由于密度较小,对X射线的阻挡能力相对较弱,应用范围受到了很大限制。本论文主要针对现有YGO透明陶瓷的不足,引入重稀土Lu元素改善性能;对纳米粉体制备、透明陶瓷烧结进行了研究,主要研究内容及结论如下:  1)YGO成相机理研究  采用尿素均相沉淀法制备了单分散Y2O3和Gd2O3纳米粉体,实验发现前驱体为碱式碳酸盐,经过700℃煅烧,能够形成较为均匀的单分散球形颗粒,粒径约为200nm。  采用固相法研究了不同原料比例和煅烧温度对YGO成相的影响规律,实验发现当Y3+/(Y3++Gd3+)为0.25时,经过700℃煅烧4小时后,两者能有效地形成固溶体,生成YGO粉体。  2)共沉淀法制备LuYGO∶Eu纳米粉体  采用草酸作为沉淀剂,研究了母液浓度、滴定速率等沉淀工艺参数对粉体形貌的影响规律,得到了粒径较为均匀,平均粒径约为40nm的陶瓷前驱粉体。  3) LuYGO∶Eu透明陶瓷的制备  选用共沉淀制备粉体进行烧结,在1850℃烧结10h后,陶瓷透过率约为23%,经过热等静压处理,透过率可达33%。  采用固相反应法制备粉体,研究了升温速率、烧结温度、保温时间等工艺参数对陶瓷性能的影响规律,发现1850℃烧结10h,升温速率为5℃/min时所得到的陶瓷性能较好,热等处理后透过率达到34%;若加入烧结助剂,无需热等处理透过率即可达到35%。
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