热等静压烧结制备细晶粒Ce,Y:SrHfO3闪烁陶瓷

摘要

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°C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°C真空烧结20 h获得平均晶粒尺寸为28.6μm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°C×2 h)结合HIP后处理(1800°C×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3.4μm.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1μs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.