專利名稱：一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的制備方法，特別是涉及一種用于醫(yī)學(xué) 成像及無損檢測的摻鈰堿土二氧化鉿閃爍體的制備方法。
技術(shù)背景閃爍體是主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像及無損檢測系統(tǒng)，如平面X射線成像、X射線層析掃描(X-CT)，單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)層析掃描(SPECT) 和正電子發(fā)射層析掃描(PET)、工業(yè)CT等探測器中探測高能光子的 核心靈敏元件。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)閃爍體的數(shù)量和性 能都提出了更高的要求。理想的閃爍體應(yīng)具有高光輸出、高密度、快衰減、短余輝、成本 低廉等特點(diǎn)。其中高光輸出可以使光電檢測器具有較高的靈敏度，減 少患者服用發(fā)射性物質(zhì)的劑量。短衰變時(shí)間便于更迅速的掃描，更好 的觀察身體器官的運(yùn)動(dòng)。目前醫(yī)用和工應(yīng)用閃爍體主要有摻鉈碘化鈉 (Nal:Ti)、氟化銫(CsF)、 氟化鋇(BaF2)和鍺酸鉍(BGO)，這 些閃爍晶體都不是盡善盡美。Nal: Ti具有高阻止本領(lǐng)，但衰變常數(shù)大; CsF具有約0.43cm"較差的阻止本領(lǐng)且吸潮。BGO有較好的阻止本領(lǐng) 但光輸出較低、衰變常數(shù)大。BaF2阻止本領(lǐng)差、衰變常數(shù)更大。因此， 尋求性能更好的閃爍體用于醫(yī)學(xué)成像是目前研究的核心問題。陶瓷閃爍體與閃爍晶體相比，具有制備工藝簡單，易于性能裁減， 成本低等優(yōu)點(diǎn)，且陶瓷閃爍體由許多微小單晶組成，發(fā)光具有更好的一致性。因此陶瓷閃爍體將是閃爍晶體有力的競爭者。其中，鈣鈦礦型(AB03)氧化物堿土鉿酸鹽(MHf03 M=Ba， Ca， Sr)具有穩(wěn)定的 簡單立方結(jié)構(gòu)，光學(xué)各向同性，易實(shí)現(xiàn)透明，且密度高(8.35g/cm3)， 阻止本領(lǐng)強(qiáng)，衰變時(shí)間短(30ns)，是適應(yīng)于快速響應(yīng)探測器的一種 極有前途的陶瓷閃爍體基體材料。(^3+作為閃爍體激活離子，具有光 學(xué)電負(fù)性小，能實(shí)現(xiàn)5d—4f完全躍遷，符合閃爍體發(fā)光衰減〈100ns的 特征要求。目前，國內(nèi)外制備BaHf03:Ce粉體主要采用固相合成和燃 燒法，固相法合成溫度高，產(chǎn)物純度低，粒徑大，不適合制備高性能 的陶瓷閃爍體。燃燒法不適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)。目前國內(nèi)在研究陶 瓷閃爍體方面取得的成果較小，各種X-CT使用的陶瓷閃爍體都是從 國外高價(jià)進(jìn)口，極大的限制了國內(nèi)檢測技術(shù)的發(fā)展，研究并掌握 BaHf03: Ce陶瓷閃爍體的制備工藝，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是勢在必行的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于醫(yī)學(xué)成像及無損檢測的摻鈰堿 土二氧化鉿閃爍體的制備方法。該制備方法利用納米粉體鉿酸鋇，并 采用共沉淀法制得鉿酸鋇陶瓷閃爍體，其激活劑鈰(Ce)的摻雜濃度 為0.01 lmol%。該方法可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確摻雜，工藝簡單，成本低，適宜 大批量生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法，該制備方法包 括如下步驟(1)按Bai.xHf03: Cex稱取原料硝酸鋇Ba(NQ3)2、氯氧化鉿HfOCl2和硝酸鈰Ce(N03)3;(2) 采用共沉淀法合成粉體，其沉淀劑可取草酸或草酸鹽或氨 水或碳酸氫銨，沉淀劑的濃度為0.1 1M;(3) 選擇滴定方式正向滴定或反向滴定；(4) 控制滴定速度2 10ml/min、體系溫度0 40°C，酸性沉 淀劑滴定范圍控制在pH值為4 7，堿性沉淀劑滴定法為控制在pH 值為7 10;(5) 清洗，抽濾；(6) 恒溫干燥，干燥溫度為60 10(TC;(7) 研磨過120 200目篩；(8) 還原性氣氛下煅燒，煅燒溫度為400 130(TC，煅燒時(shí)間 為2 4小時(shí)；(9) 干壓成型，壓力控制在100 200MPa;(10) 真空燒結(jié)。 如上所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法，所述硝酸鈰在滴定過程中添加，其以硝酸鈰的形式摻雜的激活劑鈰 的摻雜濃度為0.01 lmol%。如上所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法， 其上述步驟(8)中采用活性炭維系煅燒過程中的弱還原性氣氛。如上所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法， 所述干壓成型為不添加任何粘結(jié)劑的干壓成型。如上所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法所述真空燒結(jié)，其真空度為1(T1 10.3，燒結(jié)溫度為1400 1800°C， 燒結(jié)時(shí)間為2 10小時(shí)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是1. 本發(fā)明采用的共沉淀法較固相合成法更易得到性能良好的納 米粉體，易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確摻雜，其工藝簡單，成本低，適宜大批量生產(chǎn)。2. 本發(fā)明C^+在煅燒過程中易氧化成Ce"，而C^+衰減時(shí)間長， 不宜做陶瓷閃爍體的激活劑，本發(fā)明采用活性炭營造弱還原性燒結(jié)氣 氛防止氧化發(fā)生。3. 本發(fā)明采用干壓成型法，其不添加任何塑化劑，模具可多次 使用，成本低。4. 本發(fā)明采用真空燒結(jié)，可降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，加 快氣孔的排除速度，加速燒結(jié)體致密化。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例所用的裝置有磁力加熱攪拌器、酸度計(jì)、恒溫干燥箱、 箱式電阻爐、壓力試驗(yàn)機(jī)、高溫真空碳管爐。分別稱取2.235克Ba(N03)2、 8.561克HfOCl2、0.0053克Ce(N03)3 配成陽離子濃度為O.lmol/L的混合溶液。配置O.IM草酸溶液做沉淀 劑，溫度0t:，滴定速度5ml/min，強(qiáng)力攪拌，正向滴定得到白色絮 狀沉淀。時(shí)效2小時(shí)后過濾，用去離子水清洗3次，再用無水乙醇清 洗2次，抽濾得到先驅(qū)沉淀物。放置在6(TC恒溫干燥箱中干燥24小 時(shí)，研磨過120目篩。將過篩后的粉體放入裝有活性炭的Al203坩堝中于70(TC箱式電阻爐中煅燒2小時(shí)得到粒徑為30 50nm，多邊形 片狀的BaHf03 : Ce。稱取2克樣品裝入模具中以200MPa壓制厚 3mm，直徑為16mm的圓片生坯，將生坯送入真空碳管爐中于1600°C 燒結(jié)5小時(shí)后隨爐冷卻。經(jīng)研磨、拋光后進(jìn)行相關(guān)的性能測試。測得 lmm厚陶瓷閃爍體的平均透光率為28%。 實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例l基本相同，其不同之處在于，采用氨水做沉 淀劑，配置pHd2.0的氨水溶液做沉淀劑，溫度2(TC，反向滴定得 到透明半膠狀沉淀。經(jīng)清洗，80'C干燥、煅燒得到粉體形貌為20 30nm，近似球狀的BaHf03:Ce。經(jīng)成型，燒結(jié)后進(jìn)行相關(guān)性能測試。 測得lmm厚陶瓷閃爍體的平均透光率為30%。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其不同之處在于，分別稱取2.438 克Ba(N03)2、 8.256克HfOCl2、 0.009克Ce(N03)3，經(jīng)滴定，成型， 燒結(jié)后得到透光率為29%的陶瓷閃爍體。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其不同之處在于，分別取2.432 克Ba(N03)2、 8.248克HfOCl2、 0.017克Ce(N03)3，經(jīng)滴定，成型， 燒結(jié)后得到透光率為25%的陶瓷閃爍體。
權(quán)利要求
1.一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟(1)按Ba1-xHfO3:Cex稱取原料硝酸鋇Ba(NO3)2、氯氧化鉿HfOCl2和硝酸鈰Ce(NO3)3；(2)采用共沉淀法合成粉體，其沉淀劑可取草酸或草酸鹽或氨水或碳酸氫銨，沉淀劑的濃度為0.1～1M；(3)選擇滴定方式正向滴定或反向滴定；(4)控制滴定速度2～10ml/min、體系溫度0～40℃，酸性沉淀劑滴定范圍控制在pH值為4～7，堿性沉淀劑滴定法為控制在pH值為7～10；(5)清洗，抽濾；(6)恒溫干燥，干燥溫度為60～100℃；(7)研磨過120～200目篩；(8)還原性氣氛下煅燒，煅燒溫度為400～1300℃，煅燒時(shí)間為2～4小時(shí)；(9)干壓成型，壓力控制在100～200MPa；(10)真空燒結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體 的制備方法，其特征在于，所述硝酸鈰在滴定過程中添加，其以硝 酸鈰的形式摻雜的激活劑鈰的摻雜濃度為0.01 lmol%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法，其特征在于，上述步驟中采用活性炭維系煅燒過程中 的弱還原性氣氛。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體 的制備方法，其特征在于，所述干壓成型為不添加任何粘結(jié)劑的干 壓成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體 的制備方法，其特征在于，所述真空燒結(jié)，其真空度為1(T1 10—3， 燒結(jié)溫度為1400 1800°C,燒結(jié)時(shí)間為2 10小時(shí)。
全文摘要
一種摻雜稀土鈰的鉿酸鋇陶瓷閃爍體的制備方法，涉及一種陶瓷材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟(1)按Ba_1-xHfO₃:Ce_x稱取原料硝酸鋇Ba(NO₃)₂、氯氧化鉿HfOCl₂和硝酸鈰Ce(NO₃)₃；(2)采用共沉淀法合成粉體；(3)選擇滴定方式；(4)控制滴定速度、體系溫度及滴定終點(diǎn)的pH值；(5)清洗，抽濾；(6)恒溫干燥；(7)研磨過120～200目篩；(8)還原性氣氛下煅燒；(9)干壓成型；(10)真空燒結(jié)。本發(fā)明的閃爍體可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像及無損檢測系統(tǒng)，該方法可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確摻雜，工藝簡單，成本低，適宜大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01T1/00GK101239822SQ200810010580
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者晶 劉, 凱 尹, 沈世妃, 王華棟, 郭易芬, 雷 聞, 馬偉民 申請(qǐng)人:沈陽化工學(xué)院