BaHfO3：Ce陶瓷闪烁体材料的制备与显微组织研究

论文摘要

BaHfO3:Ce是一种新型陶瓷闪烁体材料,具有简单立方结构,光学各向同性,密度高,阻止本领强,衰变时间短等优点,是适应于快速响应探测器的一种极有前途的陶瓷闪烁体材料,在医学成像系统,无损检测、高能物理等方面优广泛的应用。本文结合辽宁省科技攻关计划项目（2005222009）和辽宁省教育厅攻关计划项目（20040240）,对BaHfO3:Ce粉体材料的制备以及样品在烧结过程中的显微组织进行了系统的研究。采用草酸滴定得到草酸复合盐先驱沉淀物,在弱还原性气氛下于1000℃煅烧2h得到BaHfO3:Ce粉体。利用XRD、TG-DSC、SEM、TEM荧光分光光度计等分析手段表征了粉体煅烧过程中的物相变化,失重,微观形貌以及粉体的光学特性。研究了时效时间、煅烧温度、草酸浓度对粉体形貌及粒径的影响以及Ce3+掺杂浓度对晶体结构及粉体发光性能的影响。结果表明:时效时间的增加有利于沉淀颗粒发生Oswald熟化,形成较稳定的大颗粒;当草酸浓度为0.2mol/L时,粉体粒径约为0.25μm,粉体形貌最优。Ce3+的掺杂对晶体结构无影响;当Ce3+掺杂浓度在0.3 mol%时,粉体具有最优的光学性质,当大于0.3mol%时,出现浓度淬灭现象;粉体分别在393nm和445nm激发下均有较宽的谱带。在氨水共沉淀法实验中,采用不同的滴定方式（正、反向）,制备了氢氧化物先驱沉淀物,在弱还原性气氛下于900℃煅烧2h得到BaHfO3:Ce粉体。实验结果表明:采用反向滴定时,氨水起始pH值较大,能满足金属离子同时沉淀,达到离子级均匀混合沉淀。当Ce3+掺杂浓度为0.3mol%时,粉体形貌最优,晶粒尺寸约为60nm。Ce3+掺杂浓度为0.3mol%时,粉体光学性能最优。在393nm和445nm激发下,出现两个较宽的光谱带。分别采用草酸和氨水对比的湿化学共沉淀法制备出的粉体形貌存在较大的差异,前者为多边形,一次粒径约100nm,后者近似球形,一次粒径约30nm,而不同沉淀剂对合成出BaHfO3:Ce纳米粉体的晶粒结构和光学性质均未受到影响。表明优选的沉淀剂能合成出具有高烧结活性、无团聚、尺寸均匀的BaHfO3:Ce纳米粉体材料,对BaHfO3:Ce陶瓷闪烁体的制备具有重要的促进作用。本文研究了埋粉法烧结与直接裸烧对样品收缩率的影响,生坯密度对烧结致密化的影响,用真空烧结和常压烧结对比,研究了两种烧结方式对样品致密化,晶粒尺寸大小的影响。结果表明:埋粉法烧结时样品收缩率较平缓,致密化在1650℃,直接裸烧样品的线收缩主要集中在1550-1650℃,在1550℃时收缩突变,过烧易引起样品的开裂和变形。当生坯密度低于52%时,难以达到90%以上的高致密度。真空烧结在1650℃即可得到致密度达97%以上的样品,晶粒尺寸大量集中在50-60μm;而常压烧结则在1750℃才能达到基本相似的致密度。真空烧结优于常压烧结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 陶瓷闪烁体概况
• 1.2.1 陶瓷闪烁体的应用
• 1.2.2 陶瓷闪烁体材料性能
• 1.3 陶瓷闪烁体的制备
• 1.3.1 粉体制备方法
• 1.3.2 成型方法
• 1.3.3 烧结方法
• 3+的发光机理'>1.4 激活剂CE³⁺的发光机理
• 1.5 影响陶瓷闪烁体透光度的因素
• 1.5.1 化学成分的精确配比及纯度
• 1.5.2 显微结构
• 1.6 陶瓷超细粉应具有的特性
• 1.6.1 颗粒度细
• 1.6.2 颗粒尺寸分布窄
• 1.6.3 无团聚体
• 1.7 团聚对烧结行为的影响
• 3的结构特性'>1.8 BAHFO₃的结构特性
• 1.9 课题的提出及主要研究内容
• 第2章 实验过程与方法
• 2.1 实验原料及相关设备
• 2.2 实验工艺流程
• 2.3 实验装置
• 2.4 样品的制备
• 2.4.1 陶瓷生坯制备
• 2.4.2 烧结与分析
• 2.5 测试分析手段
• 2.5.1 X 射线衍射技术
• 2.5.2 热重-差示扫描（TG-DSC）分析
• 2.5.3 电镜（TEM、SEM）分析
• 2.5.4 光谱分析
• 2.5.5 样品相对密度的测量
• 第3章 草酸沉淀法制备BAHF03:CE 超细粉体
• 3.1 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 滴定温度的确定
• 3.2.2 先驱沉淀物煅烧过程中的物相变化
• 3.2.3 热重-差示扫描分析
• 3.2.4 时效对先驱沉淀物及粉体形貌的影响
• 3.2.5 草酸浓度对粉体形貌的影响
• 3+掺杂浓度对晶体结构的影响'>3.2.6 Ce³⁺掺杂浓度对晶体结构的影响
• 3+掺杂浓度对粉体光学特性的影响'>3.2.7 Ce³⁺掺杂浓度对粉体光学特性的影响
• 3.3 本章小结
• 3:CE 纳米粉体'>第4章 氨水沉淀法制备BAHFO₃:CE 纳米粉体
• 4.1 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 先驱沉淀物煅烧过程中的物相分析
• 4.2.2 热重-差示扫描分析
• 4.2.3 滴定方式对先驱沉淀物的影响
• 3+掺杂浓度对煅烧产物的影响'>4.2.4 Ce³⁺掺杂浓度对煅烧产物的影响
• 3+掺杂浓度对粉体光谱的影响'>4.2.5 Ce³⁺掺杂浓度对粉体光谱的影响
• 4.2.6 不同合成工艺的对比
• 4.3 本章小结
• 3:CE 陶瓷闪烁体的烧结及显微组织'>第5章 BAHFO₃:CE 陶瓷闪烁体的烧结及显微组织
• 5.1 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 生坯密度对烧结致密化的影响
• 5.2.2 烧结温度对样品显微组织的影响
• 5.2.3 烧结气氛对样品显微组织的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要