鋱鋁石榴石基新型陶瓷閃爍粉體的制備及性能表征.pdf

1、鋱鋁石榴石基(Tb3Al5O12,TAG)陶瓷閃爍體具有密度較高，抗輻射性能良好，光輸出高，衰退時間短等優(yōu)點，有望應用于高能物理、核醫(yī)學、地質勘探以及安檢等領域。TAG閃爍單晶存在生長條件苛刻、制備周期長、生產(chǎn)設備要求高、成本高、尺寸受限以及離子摻雜不均勻等問題，使得其應用受到限制。因此，研究和制備TAG多晶陶瓷閃爍體具有重大意義。作為制備TAG多晶陶瓷閃爍體的第一步，TAG粉體必須具有高純度、良好的分散性、均勻性以及良好的燒結活性。當

2、前TAG粉體的制備普遍存在粉體分散性差、粒徑不均一、活化能壘高等不足，導致了其燒結活性低、燒結溫度高、熒光強度低等缺陷，對于后續(xù)的制備帶來了限制。此外，對于TAG粉體制備的具體反應歷程也缺乏探究。
　　因此，為了降低TAG粉體的燒結溫度，本論文首先選取了兩種反應條件最為溫和的TAG粉體制備方法：共沉淀法與溶膠-凝膠法，成功制備出TAG粉體并對其微觀結構及相關性能進行了表征。發(fā)現(xiàn)溶膠-凝膠法制備的前驅體，TAG相的結晶溫度可降低到9

3、20℃遠低于共沉淀法(>1000℃)，最終熒光強度也高出共沉淀法約30％。由此可見，溶膠-凝膠法在TAG粉體制備方面更具有優(yōu)勢。
　　進一步從原子擴散速率角度出發(fā)，通過優(yōu)化溶膠-凝膠法制備TAG粉體的工藝參數(shù)，調節(jié)絡合劑檸檬酸的量改善粉體的微觀結構，為原子的短程擴散提供通道，提高了其原子擴散速率，有利于各相的晶化，從而降低其燒結溫度。在檸檬酸的摩爾量與金屬離子總的摩爾量的比例為1:1的情況下，制得的TAG粉體分散性、均勻性最為優(yōu)異

4、，帶來了良好的燒結活性，與第一章制備參數(shù)相比，TAG晶相的結晶溫度降低到了877.5℃，熒光強度提高了約32%；同時，對溶膠-凝膠法制備TAG粉體的具體反應歷程進行了探究。
　　在此基礎上，又從各相成核的活化能壘角度出發(fā)，通過引入金屬離子降低各相成核的活化能壘，從而進一步降低了TAG粉體的燒結溫度。本研究工作首次將Fe3+離子引入TAG體系，發(fā)現(xiàn)其能夠成為優(yōu)先成核位點從而降低各相成核的活化能壘，進一步提高TAG粉體的燒結活性。在其

5、最優(yōu)組成Tb3(Al0.95,Fe0.05)5O12條件下，TAG相的結晶溫度可降低到780℃，但是Fe3+離子的引入一定程度上降低了TAG體系的熒光強度。因此，為彌補Fe3+離子摻雜帶來的不足，利用Ce3+振動強度大等優(yōu)點，采用Fe3+、Ce3+兩種離子的共摻雜的方法制備了一種新型陶瓷閃爍粉體，與第一章制備參數(shù)相比，在其最優(yōu)組成Tb2.97(Al0.95Fe0.05)5O12:Ce0.03條件下保證其良好燒結活性的同時熒光強度提高了1