热等静压烧结制备细晶粒Ce,Y:SrHfO3闪烁陶瓷

Ce:SrHfO₃陶瓷因具有高密度和高有效原子序数, 对高能射线具有很强的阻止能力。同时, Ce:SrHfO₃陶瓷还具有快衰减和高能量分辨率等优异的闪烁性能, 引起了研究人员的广泛关注。由于传统的烧结方法难以实现非立方结构Ce:SrHfO₃陶瓷的透明化, 本研究采用真空长时烧结和短时真空预烧结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP)方法制备Ce,Y:SrHfO₃陶瓷。以金属氧化物和碳酸盐为原料, 1200 ℃下煅烧8 h可以获得平均粒径为152 nm的纯相Ce,Y:SrHfO₃粉体。1800 ℃真空烧结20 h获得平均晶粒尺寸为28.6 μm的不透明的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷, 而两步烧结法可以制备光学透过率良好的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷。本研究详细分析了陶瓷致密化过程中微结构的演变, 探究了预烧结温度对Ce,Y:SrHfO₃陶瓷密度、显微结构和光学透过率的影响。真空预烧(1500 ℃×2 h)结合HIP后处理(1800 ℃×3 h, 200 MPa Ar)所获得的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在800 nm处的最高直线透过率为21.6%, 平均晶粒尺寸仅为3.4 μm。在X射线激发下, Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在400 nm处产生Ce³⁺ 5d-4f发射峰, 其XEL积分强度比商用锗酸铋(BGO)晶体高3.3倍, Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在1 μs门宽下的光产额约为3700 ph/MeV。良好的光学和闪烁性能可以拓宽Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在闪烁探测领域的应用。     

碳酸氢铵与金属阳离子摩尔比对共沉淀法合成铽镓石榴石纳米粉体及陶瓷性能的影响

本研究以碳酸氢铵(AHC)为沉淀剂, 采用共沉淀法制备了TGG粉体。以上述粉体为原料, 将素坯于1500 ℃空气预烧3 h, 然后于1550 ℃, 150 MPa氩气气氛下HIP后处理3 h获得TGG陶瓷。系统研究了碳酸氢铵与金属离子摩尔比(R值)对合成粉体的相组成、形貌以及TGG陶瓷的透光率和Verdet常数的影响。R=3.6, 4.0和4.4的前驱体在1100 ℃煅烧形成纯相TGG粉体, 而R=3.2的前驱体经相同温度煅烧后形成了TGG和Ga₂O₃的混合相粉体。R=4.0的TGG粉体分散性和均匀性最好, 故制备的陶瓷光学质量最佳。R=4.4的粉体具有较严重的团聚, 这与其前驱体形貌密切相关。以R=4.0的粉体为原料, 制备的TGG透明陶瓷在1064 nm处的直线透过率为80.1%。制备的TGG陶瓷在633 nm处的Verdet常数和商业TGG单晶(-134 rad·T ^-1·m ^-1)几乎相等。     

微量SiO2添加对Pr:Lu3Al5O12陶瓷光学及闪烁性能的影响

在制备透明陶瓷时, 广泛采用烧结助剂来提升陶瓷的光学质量。但烧结助剂的添加可能会恶化陶瓷的发光性能。本研究采用真空预烧结合热等静压烧结制备了0.25at%Pr:LuAG闪烁陶瓷, 研究了微量SiO₂烧结助剂对陶瓷光学及闪烁性能的影响。结果表明, 添加少于200 ppm的微量SiO₂(1 ppm表示添加量为1×10^-6 g/g)能有效促进热等静压过程中气孔的排出, 有效提升了Pr:LuAG陶瓷的光学性能。150 ppm SiO₂添加的Pr:LuAG陶瓷在400 nm处的直线透过率约为77%。同时研究了预烧温度及时间对Pr:LuAG陶瓷光学性能的影响。在实现完全闭气孔结构时, 进一步升高预烧温度或延长保温时间会降低热等静压过程中的致密化速率, 不利于气孔的排出, 从而降低了Pr:LuAG陶瓷的光学质量。此外, 添加微量SiO₂对Pr:LuAG陶瓷闪烁性能的影响较小。添加微量SiO₂结合热等静压烧结是制备Pr掺杂石榴石闪烁陶瓷的有效途径。     

石榴石闪烁材料的研究进展EI北大核心CSCD

稀土离子掺杂的石榴石闪烁材料是20世纪90年代以后发展出的新型氧化物闪烁体。以Ce^3＋为发光中心的YAG与LuAG晶体是性能优良的闪烁体,具有纳秒级快衰减、高光产额等特性。而Pr^3＋为发光中心的LuAG单晶以其更快的衰减时间,被认为是下一代的TOF-PET探测器用的关键材料之一。在此基础之上,由于YAG与LuAG陶瓷制备温度较低,有利于减少基质中的反位缺陷,从而实现对闪烁性能优化。而近年来,＂缺陷工程＂与＂能带工程＂两种新思想的提出,对石榴石单晶与陶瓷的优化提出新的思路,从而石榴石闪烁材料性能得到进一步提升。本文综合评述了石榴石单晶与陶瓷闪烁体的研究进展,着重介绍＂缺陷工程＂和＂能带工程＂两种思想在石榴石体系闪烁材料优化中的应用,最后对其发展前景进行了展望。     

石榴石闪烁材料的研究进展

稀土离子掺杂的石榴石闪烁材料是20世纪90年代以后发展出的新型氧化物闪烁体。以Ce~(3+)为发光中心的YAG与LuAG晶体是性能优良的闪烁体,具有纳秒级快衰减、高光产额等特性。而Pr~(3+)为发光中心的LuAG单晶以其更快的衰减时间,被认为是下一代的TOF-PET探测器用的关键材料之一。在此基础之上,由于YAG与LuAG陶瓷制备温度较低,有利于减少基质中的反位缺陷,从而实现对闪烁性能优化。而近年来,"缺陷工程"与"能带工程"两种新思想的提出,对石榴石单晶与陶瓷的优化提出新的思路,从而石榴石闪烁材料性能得到进一步提升。本文综合评述了石榴石单晶与陶瓷闪烁体的研究进展,着重介绍"缺陷工程"和"能带工程"两种思想在石榴石体系闪烁材料优化中的应用,最后对其发展前景进行了展望。