闪烁体在吸收高能射线或粒子后可以发出紫外或可见光,与后端的光电转换器件结合可以实现高能粒子及射线的探测。因此闪烁体被广泛地应用于医疗影像、高能物理、国土安全、地质勘查、空间探测等众多领域。近年来,尤其是医疗影像及高能物理领域迅猛发展,对闪烁体也提出了更多苛刻的要求。因此研发更高光输出、快衰减、高密度、耐辐照以及低成本的闪烁体成为近年材料科学家的重要任务之一。镨掺杂镥铝石榴石（Pr:LuAG）闪烁体具有较高的密度（ρ=6.7 g/cm³）,高的有效原子序数(Z_eff=63),以及20 ns的超短衰减时间,理论光产额较高,光产额线性极好,能量分辨率低。被西门子评估为实现TOF-PET技术品质因子最高的两种材料之一。但Pr:LuAG单晶中存在的慢分量限制了它的推广及应用。而透明陶瓷由于较低的制备温度被证明是解决慢分量提升闪烁性能的重要途径。此前的研究发现Pr:LuAG陶瓷闪烁性能对烧结助剂十分敏感,因此Pr:LuAG透明闪烁陶瓷的可控制备与性能调控十分重要。基于以上背景,本论文着眼于Pr:LuAG闪烁陶瓷的制备与性能调控。通过多种技术路径开展了Pr:LuAG透明陶瓷的可控制备工作。对制约其光学及闪烁性能的因素进行了系统研究,并在此基础上进行了性能调控与结构设计。本论文主要研究内容如下:（1）采用真空反应烧结技术制备了Pr:LuAG闪烁陶瓷,对烧结工艺进行了探索,确定了合适的烧结机制。以微量MgO为烧结助剂,制备了1 mm厚可见光透过率超过72%的Pr:LuAG透明陶瓷。Mg的加入会使Pr³⁺在空气退火过程中氧化成Pr⁴⁺,而配位氧到Pr⁴⁺的电荷转移吸收带与Pr³⁺发射带重叠,在材料中引起自吸收,严重恶化了Pr:LuAG陶瓷的闪烁性能。为避免Pr⁴⁺的产生,研究了SiO₂添加对Pr:LuAG光学及发光性能的影响,结果表明微量SiO₂添加的陶瓷难以实现透明化,但过多添加则会引入带电缺陷并恶化闪烁性能。（2）为了避免烧结助剂的影响,探索了不使用助剂进行真空反应烧结制备Pr:LuAG透明陶瓷的工艺。研究了化学计量对Pr:LuAG陶瓷致密化行为、光学性能和闪烁性能的影响。发现过量的Lu可以有效抑制晶粒长大,促进气孔排出,起到烧结助剂的作用,得到了1 mm厚可见光透过率超过55%的Pr:LuAG透明陶瓷。研究了掺杂浓度对Pr:LuAG陶瓷闪烁性能的影响,1μs门宽下最高光产额为6900 ph/MeV。同时发现高浓度Pr掺杂可以抑制闪烁慢分量,实现了Pr:LuAG陶瓷时间性能的有效调控。并采用低温热释光对其机理进行了深入分析。此外,首次提出并制备了用于Phoswich深度探测的双层结构石榴石陶瓷闪烁体。荧光和闪烁性能的结果表明石榴石结构复合陶瓷具备了深度探测性能,适合于波长岐离及脉冲形状岐离技术。同时这种结构可以推广到其它基质陶瓷闪烁体中。（3）为了进一步提升陶瓷光学质量,并避免过量Lu引起的反位缺陷,采用真空反应烧结结合热等静压烧结技术制备Pr:LuAG透明陶瓷。研究了真空预烧条件以及SiO₂添加量（低于200 ppm）对预烧及热等静压烧结后Pr:LuAG陶瓷微观结构的影响。发现微量的SiO₂能有效促进气孔排出,显著提升了陶瓷光学质量,1.2 mm厚陶瓷在可见光区透过率超过77%。150 ppmSiO₂添加的Pr:LuAG陶瓷1μs门宽下光产额超过13000 ph/MeV,这一水平已经超过部分Pr:LuAG单晶。微量SiO₂对Pr:LuAG陶瓷的光产额影响低于16%,且能量分辨率得到了优化。在此基础上,运用能带工程的思想使用Y部分取代Lu,制备了可见光透过率超过80%的Pr:LuYAG透明陶瓷,其光产额大幅提升57%。热释光结果表明导带底下降淹没部分浅缺陷能级是性能提升的主要原因。（4）为完全摒弃烧结助剂并追求更高的光学质量,采用共沉淀法制备了Pr:LuAG纳米粉体。研究了滴定过程中沉淀剂用量及前驱体煅烧温度对纳米粉体组成、形貌、分散性的影响。采用真空烧结法制备得到了1 mm厚可见光区透过率超过72%的Pr:LuAG透明陶瓷。过多或过少的沉淀剂都不利于Pr:LuAG纳米粉体分散性及纯度的提升;前驱体洗涤过程中沉淀物的非一致溶解会导致粉体化学计量的偏离,在陶瓷中形成富Al第二相。对制备条件进行优化后得到了1 mm厚可见光区透过率超过81%的Pr:LuAG透明陶瓷。得到的Pr:LuAG陶瓷的光产额为7086 ph/MeV,原料中的Ca²⁺杂质导致Pr⁴⁺出现从而影响了闪烁性能的提升。