«Получение и свойства сцинтилляционных керамик на основе сложных оксидов со структурой граната» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Карпюк Петр Викторович
Карпюк Петр Викторович
кандидат наук
2021
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 176
Оглавление диссертации кандидат наук Карпюк Петр Викторович
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Аналитический обзор литературы
1.1 Сцинтилляция и сцинтилляционные материалы
1.2 Технология керамических материалов
1.3 Связь микроструктуры и оптико-излучательных свойств керамических материалов
1.4 Выводы из обзора литературы
2 Экспериментальная часть
2.1 Реактивы, материалы и оборудование
2.2 Получение керамики
2.3 Аналитические методы исследования
3 Результаты и их обсуждение
3.1 Исходные порошки
3.2 Компактирование
3.3 Спекание и характеристики керамики
4 Заключение
5 Выводы
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А
Систематизация публикаций по тематике получения керамических материалов на основе оксидов со структурой граната
Приложение Б
Лабораторный технологический регламент получения сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната
Введение
Актуальность и степень разработанности темы исследования
^ожнооксидные соединения со структурой граната, активированные редкоземельными элементами, представляют большой интерес для получения люминесцентных и сцинтилляционных материалов. В частности, соединения общего состава (Gd,Y)з(Al,Ga)5Ol2, активированные церием (GYAGG:Ce), в последнее время привлекают всё больше внимания как перспективные сцинтилляторы ввиду сочетания достаточно высокой плотности и световыхода, быстрой кинетики сцинтилляции, а также химической и радиационной стойкости [1; 2]; подобные материалы представляют интерес для медико-диагностической техники, средств неразрушающего контроля, оборудования для научных исследований [3].
Большинство неорганических сцинтилляторов используются в форме монокристаллического материала, так как данная форма является наиболее оптически прозрачной и структурно совершенной, что считается важным для достижения наилучших сцинтилляционных характеристик. Однако, технология получения монокристаллов является значительно энерго- и ресурсозатратной, а выбор составов при её использовании ограничивается конгруэнтно плавящимися соединениями. Наиболее известными представителями данного класса материалов являются монокристаллы YзAl5Ol2:Ce (YAG:Ce) и GdзAl2GaзOl2:Ce (GAGG:Ce), которые имеют практическое применение и коммерчески доступны. Однако, более сложные по составу соединения GYAGG:Ce с превосходными сцинтилляционными характеристиками до последнего времени удавалось получать только в форме высокоплотной прозрачной или полупрозрачной керамики [1; 2] и монокристаллов малого размера [4]; возможность роста монокристаллов данного состава была показана в прошлом году [5], однако этот процесс пока является сложным технологически и дорогостоящим.
Изготовление керамики является потенциально более дешёвым методом получения сцинтилляционных материалов по сравнению с выращиванием монокристаллов (по крайней мере, для таких форм материалов, как пластины толщиной несколько миллиметров), однако, подходы, как правило используемые в настоящее время при получении прозрачной керамики, всё ещё являются энерго- и ресурсоёмкими (например, вакуумное спекание в сочетании с горячим изостатическим прессованием) [1; 2]. Альтернативные пути получения прозрачной керамики включают внесение специальных спекающих добавок, что является приемлемым для лазерной керамики, однако, в большинстве случаев негативно сказывается на сцинтилляционных свойствах, чрезвычайно чувствительных к присутствию многих примесей, и считается неподходящим для получения этого типа материалов [6]. В то же время, полупрозрачные
сцинтилляционные материалы в форме керамики, композитов или порошковых покрытий успешно используются для регистрации ионизирующих излучений с относительно малой глубиной поглощения [3], например, в вариантах рентгеновской компьютерной томографии, использующих излучение с энергией до 60 кэВ или для решения задач, не требующих полного поглощения потока излучения. Таким образом, полупрозрачная сцинтилляционная керамика представляет интерес для практического применения и исследование различных технологических подходов к ее получению является актуальной задачей. Материалы этого типа на основе оксидов со структурой граната в настоящее время вызывают большой исследовательский интерес в мире, в частности, у крупных технологических компаний, таких как General Electric и Philips. Однако в открытых источниках нет данных о наличии в России отработанной технологии получения этого типа сцинтилляторов. Данная диссертационная работа посвящена исследованию процессов получения сцинтилляционной полупрозрачной керамики на основании перспективного соединения - GYAGG:Ce, для будущего формирования технологии ее изготовления.
Цель и задачи работы
Исследование процессов получения керамики на основе сложных оксидов со структурой граната в системе (Gd,Y)3(Al,Ga)5Oi2:Ce для установления условий проведения основных технологических стадий, позволяющих получать пластины керамики (Gd,Y)3AhGa3Oi2:Ce толщиной 1 мм со сцинтилляционными характеристиками, близкими к монокристаллическому сцинтиллятору GAGG:Ce.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Исследовать изменение фазового состава и морфологии порошков в зависимости от температуры термообработки, а также зависимость гранулометрического состава от температуры термообработки и режима измельчения для порошков составов YAG:Ce и GYAGG:Ce, и на основании полученных данных выбрать условия проведения стадий термообработки и измельчения порошка для подготовки шихты для различных способов компактирования.
2. Исследовать зависимость плотности получаемых компактов от метода и условий компактирования и характеристик порошков составов YAG:Ce и GYAGG:Ce, выбрать условия компактирования.
3. Исследовать влияние атмосферы и режимов спекания на характеристики получаемой керамики составов YAG:Ce и GYAGG:Ce и выбрать режим, обеспечивающий максимальную плотность и пропускающую способность керамики обоих исследуемых составов.
4. Исследовать связь условий подготовки порошков, компактирования и спекания, а также наличия спекающих добавок и характеристик получаемой керамики составов YAG:Ce и GYAGG:Ce - плотности, пропускающей способности, люминесцентных и сцинтилляционных свойств.
Научная новизна работы
В рамках работы было исследовано влияние особенностей термообработки на характеристики получаемых порошков граната. В частности, впервые было уделено внимание способам обеспечения фазовой однородности порошков состава GYAGG, полученных методом совместного осаждения. Для устранения возможной неоднородности продукта совместного осаждения данной многокомпонентной системы и обеспечения однородной морфологии и однофазности получаемого порошка был использован комбинированный подход, включающий в себя помимо непосредственного совместного осаждения также дополнительную стадию твердофазного синтеза.
Проведены подробные исследования и установлена взаимосвязь микроструктуры синтезированного порошка, условий измельчения с использованием планетарной мельницы и гранулометрического состава порошков состава YAG:Ce и GYAGG:Ce, прошедших термообработку в разных температурных режимах. Подобных сведений в открытой литературе ранее не приводилось. На основании полученных данных предложена комбинация режимов термообработки и измельчения, позволяющая получать субмикронные порошки со средним размером вторичных частиц менее 400 нм за короткий промежуток времени. Предложено объяснение различного поведения порошков при измельчении в планетарной мельнице в зависимости от их удельной поверхности.
Впервые для состава GYAGG проведено исследование взаимосвязи микроструктуры и гранулометрического состава с наполнением и реологическими свойствами суспензий для шликерного литья на водной основе. Получены суспензии с наполнением более 50 об.%, что значительно превышает известные данные по наполнению суспензий для шликерного литья порошков граната.
Впервые системно исследовано влияние широкого ряда спекающих добавок на плотность, микроструктуру и сцинтилляционные свойства керамики состава GYAGG:Ce.
Основные положения, выносимые на защиту
- Гранулометрический порошков составов YAG:Ce и GYAGG:Ce, формируемый при их измельчении в планетарной мельнице, зависит от температуры их термообработки, и наименьший средний размер вторичных частиц, менее 400 нм, достигается при температуре термообработки порошка YAG:Ce при 1300 °С и GYAGG:Ce при 1200 °С.
- Плотность компактов, получаемых из порошков составов YAG:Ce и GYAGG:Ce методами одноосного прессования и шликерного литья, повышается при увеличении температуры термообработки порошков, что объясняется снижением внутренней пористости частиц; из порошков, подвергнутых термообработке при температуре 1300 °С для YAG:Ce и 1200 °С для GYAGG:Ce могут быть получены компакты плотностью >50%.
- Повышение плотности компактов, полученных методом шликерного литья, вследствие повышения температуры термообработки порошков приводит к повышению плотности спекаемой из них керамики, в то время как для компактов, полученных методом одноосного прессования, наблюдается противоположная тенденция, что свидетельствует о негативном влиянии внутренних напряжений в компактах последнего типа.
- Добавление спекающих добавок ZrO2 в концентрации до 0,01 масс.%, SiO2 в концентрации до 0,01 масс.% и B2Oз в концентрации до 0,5 масс.% позволяет повысить плотность и пропускающую способность керамики на ~1 и 5-10%, соответственно, без значительного влияния на её фотолюминесцентные свойства; добавление спекающих добавок ZrO2 в концентрации до 0,5 масс.% не имеет значительного негативного влияния на величину световыхода сцинтилляций.
- Совокупность условий проведения технологических стадий, выбранных на основании результатов, полученных в данной работе, а именно: термообработка порошка при 1200 °С, измельчение корундовым бисером в планетарной мельнице в отработанном режиме и спекание в среде кислорода, позволяет получать сцинтилляционные керамики, обладающие пропусканием до 45% при толщине до 1 мм и техническим световыходом более 30 тыс.фот/МэВ.
Практическая значимость работы
На основании выполненных исследований была предложена процедура подготовки шихты на основе порошков состава YAG:Ce и GYAGG:Ce, полученных методом осаждения, путём их термообработки и последующего измельчения в планетарной мельнице. Из данной шихты возможно получение высоконаполненных суспензий (>50 об.%) с последующим получением из них компактов методом шликерного литья.
Подобрана комбинация режимов измельчения порошков компактирования и спекания целевых заготовок, обеспечивающая путём свободного спекания без использования спекающих добавок получение керамических образцов состава GYAGG, активированных Се3+ или ТЬ3+, обладающих полным пропусканием Td 35 - 45%. Образцы GYAGG:Ce продемонстрировали световыход сцинтилляций более 30 тыс.фотонов/МэВ при возбуждении гамма-квантами с
энергией 662 кэВ (источник - l37Cs), сопоставимый со световыходом монокристаллов GAGG:Ce. Достигнутые характеристики позволяют в перспективе использовать данную керамику в качестве детектирующего материала ионизирующего излучения с ограниченной проникающей способностью.
На основании полученных результатов разработан лабораторный технологический регламент получения керамики GYAGG:Ce (см. Приложение Б).
Объекты исследования
Объектами исследований в данной работе являются порошки, соответствующие составам Y3-xCe0,03Al5Ol2 (YAG:Ce) и Gd3-x-yYxCeyAl2Ga3Ol2 (GYAGG:Ce), характеристики данных порошков (фазовый состав, микроструктура, гранулометрический состав и удельная поверхность), керамические материалы, полученные на их основе, и характеристики данных керамик (плотность, пропускающая способность в видимой области спектра, микроструктура, люминесценция и сцинтилляция).
Методы исследования
Элементный состав сырья, реактивов, полупродуктов и продуктов, включая содержание микропримесей, исследовали методом атомно-эмиссионной спектроскопии и масс-спектрометрии с ионизацией индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС и ИСП-МС) на приборах iCAP Duo 6300 фирмы Thermo Scientific и Elan DRC-e фирмы Perkin Elmer, соответственно.
Микроструктуру прекурсоров, получаемых на их основе порошков и конечных керамик исследовали методом сканирующей электронной микроскопии, JEOL JSM 7l00F; термический анализ проводили с использованием термического анализатора SDT Q 600, TA Instruments; гранулометрический состав прекурсоров и шихты исследовали методами лазерной дифракции и динамического светорассеяния на приборах Mastersizer 2000 и Zetasizer Nano фирмы Malvern, соответственно; значение электрокинетического потенциала порошков на различных стадиях процесса в суспензиях измеряли методом динамического светорассеяния в сочетании с электрофорезом на приборе Zetasizer Nano; фазовый состав порошков и размеры их кристаллитов исследовали методом порошковой рентгеновской дифракции, включая рентгенофазовый анализ, с использованием камеры Гинье с медным катодом (Cu, X = 1,54 Â) G670, Huber; удельную поверхность порошков измеряли методом капиллярной конденсации азота на приборе TriStar 3000, Micromeritics, а также методом ЯМР- релаксометрии сорбированной воды на приборе Acorn, Xigo.
Плотность керамики определяли методом гидростатического взвешивания; оптико-спектральные характеристики керамики определяли методами спектрофотометрии на спектрофотометре Specord Plus фирмы Analytik Jena, спектрофлуориметрии на
спектрофлуориметре Флюорат-02-Панорама фирмы Люмекс и путём записи амплитудных спектров сцинтилляций при возбуждении различными источниками ионизирующего излучения при помощи стенда на базе оборудования ORTEC стандарта NIM и ФЭУ Hamamatsu R1828-01 и п/о ORTEC Maestro; кинетику люминесценции исследовали на спектрометре PicoQuant FluoTime
Для реализации большинства аналитических методов исследования было использовано научное оборудование ЦКП НИЦ «Курчатовский институт» - ИРЕА при финансовой поддержке Российской Федерацией в лице Минобрнауки России, соглашение № 075-11-2021-070 от
Личный вклад автора
Все экспериментальные исследования, связанные с подготовкой шихты и получением керамических материалов на основе соединений YAG:Ce и GYAGG:Ce, были выполнены диссертантом самостоятельно, как и часть синтезов исходных прекурсоров методом обратного совместного осаждения; частично наработка прекурсора производилась сотрудниками лаборатории неорганических технологий.
Исследования методами лазерной дифракции, динамического светорассения, ЯМР-релак-сометрии и спектрофотометрии были выполнены диссертантом с использованием оборудования ЦКП НИЦ «Курчатовский институт» - ИРЕА, так же, как и часть исследований методом сканирующей электронной микроскопии и измерений люминесцентных и сцинтилляционных свойств. При исследованиях методами рентгеновской дифракции и капиллярной конденсации азота диссертантом была проведена предварительная пробоподготовка и обработка полученных данных.
Обработка данных исследований, их систематизация и интерпретация выполнены диссертантом самостоятельно.
Достоверность полученных результатов
Основанием достоверности результатов работы является значительное количество экспериментов, воспроизводимость результатов и использование современных методов исследования.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Процессы релаксации высокоэнергетических возбуждений в ZnO и других кислородосодержащих сцинтилляторах2011 год, кандидат физико-математических наук Ходюк, Иван Вячеславович
Химические основы технологии получения порошков YAG:Ce для люминесцентных материалов2020 год, кандидат наук Кузнецова Дарья Евгеньевна
Сцинтилляционные процессы в активированных церием керамиках со структурой граната2017 год, кандидат наук Ханин Василий Михайлович
Разработка технологии массового производства радиационно стойких монокристаллических сцинтилляторов вольфрамата свинца2005 год, кандидат технических наук Анненков, Александр Николаевич
Температурно-зависимые сцинтилляционные процессы в многокомпонентных алюмогранатах, легированных церием2021 год, кандидат наук Веневцев Иван Дмитриевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему ««Получение и свойства сцинтилляционных керамик на основе сложных оксидов со структурой граната»»
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на конференциях: Sixth International Conference "Engineering of Scintillation Materials and Radiation Technologies" ISMART 2018 (9-12 октября 2018 г., Минск, Республика Беларусь); VI Международная летняя школа для молодых учёных RACIRI-2018 "От фундаментальных и прикладных наук к природоподобным технологиям" (25 августа - 1 сентября 2018 г., Рюген, Германия); конференция молодых специалистов «Инновации в атомной энергетике» (1-3 октября 2019 г., Москва, Россия); пятый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и
перспективные технологии» (30 октября - 1 ноября 2019 г., Москва, Россия); VII Международная конференция «Функциональные материалы и высокочистые вещества» (5-9 октября 2020 г., Суздаль, Россия).
Кроме того, результаты работы вошли в доклады, в которых диссертант выступил соавтором, на следующих конференциях: Первый Российский кристаллографический конгресс «От конвергенции наук к природоподобным технологиям». (21-26 ноября 2016 г., Москва, Россия); 12th International Conference «Instrumentation for Colliding Beam Physics», INSTR-2017 (Февраль 27 - Март 3, 2017, Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия); 14th International Conference on Scintillating Materials and their Applications, SCINT 2017 (Сентябрь 18-22, 2017, Шамони, Франция); Совещание пользователей Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований. (20-23 ноября, 2017, Истра, Московская область, Россия); 2018 Position Sensitive Neutron Detectors Workshop - PSND 2018. (Май 15-17, 2018, Юлихский исследовательский центр, Германия); 10th International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, LumDeTr 2018 (Сентябрь 9-14, 2018, Прага, Чешская республика); 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, 2018 IEEE NSS / MIC (Ноябрь 10-17, 2018, Сидней, Австралия); 15th International Conference on Scintillating Materials and their Applications, SCINT 2019 (Сентябрь 29 - Октябрь 04, 2019, Сендай, Япония).
Часть исследований выполнялась в рамках следующих проектов: «Разработка состава сцинтиллятора с высоким световыходом для систем безопасности и медицинской техники» (ФЦП «Исследования и разработки», №14.625.21.0033); «Новое поколение неорганических сцинтилляционных материалов и детекторов на их основе для регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне» (Грант Правительства Российской Федерации в рамках постановления №220 от 09.04.2010, №14.W03.31.0004).
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей, входящих в перечень ВАК РФ или индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, из которых 1 в отечественном издании «Заводская лаборатория. Диагностика материалов» и 6 в иностранных журналах: «Journal of Instrumentation», «CrystEngComm», «Radiation Measurements», «Journal of Luminescence» и глава в сборнике Korzhik M., Gektin A. (ed.). Engineering of Scintillation Materials and Radiation Technologies: Selected Articles of ISMART2018. - Springer Nature, 2019. - Т. 227.
С использованием результатов исследований получен патент на изобретение: RU 2711318. Также тезисы докладов, перечисленных в разделе «Апробация работы», были опубликованы в соответствующих сборниках.
Объём и структура работы
Диссертационная работа включает в себя введение, литературный обзор, разделы «экспериментальная часть», «результаты и обсуждение», «заключение», «выводы», «список сокращений и условных обозначений», «список литературы» и два приложения: Приложение А «Систематизация публикаций по тематике получения керамических материалов на основе оксидов со структурой граната» и Приложение Б «Лабораторный технологический регламент получения сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната». Диссертация содержит 176 страниц машинописного текста, 79 рисунков, 7 таблиц и 172 литературных источника.
Соответствие диссертации специальности
Диссертация по своим целям, задачам, содержанию, научной новизне и методам исследования соответствует специальности 2.6.7 — Технология неорганических веществ (химические науки) по номенклатуре, принятой приказом МИНОБРНАУКИ России №118 от 24 февраля 2021 года.
1 Аналитический обзор литературы
1.1 Сцинтилляция и сцинтилляционные материалы
Физические основые люминесценции и сцинтилляции
В классическом виде явление люминесценции определяется как свечение тела при температурах значительно более низких, чем те, при которых свечение может быть объяснено переходом термической энергии в световую (т. н. «холодное свечение»). Сам термин был предложен Густавом Видеманом ещё в 19 веке, хотя само явление описывалось и ранее. Вещества способные к люминесценции (люминофоры) классифицируют по разным критериям, но основным является источник энергии возбуждения. Так наиболее известными являются виды люминесценции, возбуждаемой энергией химических и химико-биологических процессов (хеми-и биолюминесценция), а также энергией УФ и видимого спектра (фотолюминесценция). Вместе с открытием явления радиации, появилось и понятие радиолюминесценции, возникающей при возбуждении высокоэнергетическими частицами и квантами, испускаемыми нестабильными изотопами. Стоит так же отметить, что люминофоры могут быть различными по природе (органические и неорганические), а также по агрегатному состоянию (газообразные, жидкие, твёрдые). Так люминесценцию, возникающую при возбуждении газа потоком электронов, называют электролюминесценцией, а при возбуждении электронным потоком твёрдого тела-катодолюминесценцией. Независимо от источника возбуждения физическая суть явления люминесценции остаётся неизменной: при получении некоторого количества энергии люминофор, находящийся в основном состоянии, переходит в возбуждённое, после чего релаксирует с высвечиванием света определённой длины волны [7].
Твёрдые неорганические люминофоры могут представлять собой как кристаллические (монокристаллы, керамики), так и аморфные (стекла) тела, представляющие собой некую матрицу- основу материала, допированную атомами активных центров люминесценции. Чаще всего активными центрами являются атомы редкоземельных элементов. В такой системе большое влияние на характер люминесценции может влиять особенности строения и состава матрицы, так как данные факторы могут влиять на характер энергетических переходов в атомах активных центров [8]. На Рисунке 1 приведена схема энергетических переходов в ионе церия, находящегося в кристаллической матрице.
Рисунок 1 — Схема энергетических подуровней для иона Се3+ в кристаллическом поле [9]
Стоит отметить, что из всего ряда лантаноидов церий имеет наиболее простой механизм люминесценции, что связано со сравнительной простотой строения энергетических подуровней для трехвалентного иона данного металла по сравнению с прочими лантаноидами.
Сцинтилляция представляет собой процесс поглощения веществом ионизирующего излучения с последующим испусканием определённого количества квантов света (фотонов). При этом на каждый акт поглощения кванта ионизирующего излучения с определённой энергией для данного сцинтиллятора приходится определённое количество излучаемых фотонов, что позволяет использовать явление сцинтилляции для формирования спектров ионизирующего излучения. Единичный акт сцинтилляции состоит из трёх основных стадий: 1) поглощения кванта ионизирующего излучения (альфа, бета-частицы, гамма-квант и пр.) с образованием электрон-дырочных пар; 2) термолизация электрон-дырочных пар с последующей передачей энергии активным центрам; 3) испускание фотонов активными центрами. Схематичное отображение процесса сцинтилляции представлено на Рисунке 2.
10-15 10-12 10-9 10-6 сек
Рисунок 2 — Подробная схема процесса сцинтилляции [ 10]
Характеристики матрицы, влияющие на первую стадию акта сцинтилляции, это плотность и эффективный ядерный заряд ^ей): чем выше значения этих параметров для данной матрицы, тем выше вероятность поглощения ионизирующего излучения в определённом объёме вещества с возникновением электрон-дырочных пар. Эффективность световыхода сцинтилляции складывается из трёх основных параметров: эффективность возникновения электрон-дырочных пар при поглощении матрицей ионизирующего излучения, эффективность переноса энергии на активные центры люминесценции и квантовый выход люминесценции на активных центрах. Помимо световыхода важным параметром акта сцинтилляции является время затухания единичного акта высвечивания: времени, за которое интенсивность светового импульса падает в е-раз. Данный параметр важен, так как позволяет отделять сцинтилляционные сигналы друг от друга [11].
Таким образом, необходимо, чтобы матрица сцинтиллятора имела высокую плотность и эффективный ядерный заряд. Для эффективной конверсии энергии поглощенного ионизирующего излучения в подвижные электрон-дырочные пары сцинтиллятор при рассмотрении в рамках зонной теории твёрдого тела должен иметь сравнительно узкую запрещённую зону (меньшую или равную таковой для полупроводниковых материалов). Любые дефекты (внутренние или примесные) способны поглощать энергию электрон-дырочных пар без излучения или замедлять процесс переноса энергии на активные центры, что негативно влияет на световыход и кинетику сцинтилляции, соответственно. Активные же центры люминесценции так же должны обладать высоким квантовым выходом люминесценции и малыми временами
высвечивания. И, наконец, матрица сцинтиллятора не должна поглощать значительную часть излучаемого активным центром света, а в её структуре должны отсутствовать элементы структуры, приводящие к значительному рассеиванию данного света.
Области применения сцинтилляционных материалов
Сцинтилляционные материалы применяются для регистрации различных типов ионизирующих излучений в различных областях, и в зависимости от области применения формируются требования к конкретным характеристикам сцинтиллятора.
Одной из самых первых областей применения сцинтилляторов является мониторинг радиационной обстановки. Эта область применения распространяется как на предприятия, непосредственно вовлечённые в работу с радиоактивными веществами и высокоэнергетическими излучениями, так и в местах техногенных катастроф или повышенного природного радиационного фона. Данная область применения не всегда требует точного разделения сигнала от разных источников излучения, а в большей степени общей дозы излучения, поэтому в простейшем случае для данных целей используется даже не сцинтилляционные, а газоразрядные детекторы. Однако, при мониторинге больших территорий или незначительных количеств радиоактивных изотопов требуется высокая эффективность детектирования. В данном случае используются сцинтилляционные детекторы на основе сцинтилляторов с высоким световыходом [12; 13].
Говоря о радиационном мониторинге окружающей среды, особенно в местах техногенных катастроф, нельзя забывать о детектировании источников альфа-излучения в воде, почве и воздухе. Для этого используются сцинтилляторы, особенно чувствительные к альфа-излучению, которые должны непосредственно контактировать с исследуемым образцом, а значит материал сцинтиллятора должен быть инертен [14]. Иногда материал сцинтиллятора смешивают непосредственно с образцом в виде «жидкостного сцинтилляционного коктейля», в котором уровень свечения зависит от концентрации альфа-источника [15].
Гамма-спектроскопия - ещё одна область применения сцинтилляционных материалов. Так как излучение гамма-квантов определённой энергии является характерным для конкретного изотопа (например, гамма-кванты с энергией 662 кэВ, испускаемые 137Сб), существует возможность формировать спектры за счёт зависимости испускаемого за единичный акт сцинтилляции количества света от энергии поглощённого кванта для конкретного сцинтиллятора. Для более высокой разрешающей способности гамма-спектроскопии необходимо, чтобы у используемого сцинтиллятора был высокий световыход, также необходимыми характеристиками сцинтиллятора становятся энергетическое разрешение и высокая скорость высвечивания. Для снижения времени накопления полезного сигнала
необходимо или повышать линейные размеры детектора, или же использовать материалы с более высокой плотностью и эффективным ядерным зарядом [16].
Спектрометрия естественных гамма-излучений используется при гамма-каротаже нефтяных месторождений, так как позволяет с высокой точностью определять распределение пластов различных пород по глубине залегания, а также фиксировать наличие пустот и каверн, в которых могут находится залежи нефти или скопления природного газа [17].
Важной областью применения сцинтилляторов являются научные исследования. В 1990-е и 2000-е годя физика высоких энергия являлась одной из основных движущих сил развития сцинтилляторов [18; 19]. Как правило, сцинтилляционные кристаллы являются основным чувствительным элементом калориметров, задача которых - полностью зарегистрировать и определить энергию излучений с чрезвычайно высокими энергиями, для чего основными характеристиками становятся останавливающая способность и радиационная прочность. Детекторы рентгеновского и гамма-излучения на основе сцинтилляционных материалов устанавливают на космические телескопы, так как исследование фона различных излучений позволяет формировать общую картину развития Вселенной и характеристик космического пространства [20]. Сцинтилляционные детекторы используются в синхротронных исследовательских установках [21].
Отдельной областью применения сцинтилляторов является регистрация нейтронов, которые не производят прямой ионизации вещества. Для решения этой задачи детекторный материал должен содержать значительное количество ядер изотопов, способных поглощать нейтроны с испусканием характеристического вторичного излучения, которое и регистрируется сцинтиллятором. Детекторы нейтронов требуются в атомной энергетике, для исследований объектов и материалов на нейтронных реакторах, в космических исследованиях, для нейтронного каротажа при нефтеразведке [22; 23].
Важной и перспективной областью применения сцинтилляторов является медицинская визуализация. Так классическая рентгенография со сцинтилляционным экраном на основе вольфрамата кальция (CaWO4) плотно вошла в обиход медицинской диагностики. При этом как сцинтиллятор вольфрамат кальция имеет не самые лучшие характеристики [24]. Для нужд более современных методов медицинской визуализации, таких как компьютерная рентгеновская томография (КТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) требуются более совершенные материалы. Это связано с необходимостью высокой эффективности поглощения излучения с возможностью снижения дозы облучения, а также улучшения энергетического и временного разрешения для формирования изображения с повышенной детализацией. Так же не стоит забывать, что детекторы для КТ и ПЭТ зачастую имеют достаточно сложную форму, что так же накладывает определённые ограничения на способы формирования сцинтилляционных
материалов [25; 26]. Для обоих типов диагностики требуется высокий световыход сцинтилляций. ПЭТ-сканеры всегда требовали использования сцинтилляторов с быстрой кинетикой высвечивания, а для КТ это требование появилось в последние годы в связи с развитием концепции КТ со счетом фотонов. В ПЭТ регистрируемое излучение - это аннигиляционные у-кванты с энергией 511 кэВ, для чего требуется слой материала 15-20 мм. В случае же рентгеновской компьютерной томографии регистрируемое излучение - это гамма-кванты с энергиями 30-100 кэВ, и для их регистрации достаточно слоя материала 1-3 мм. Поэтому в данной области нашли свое применение полупрозрачные керамические сцинтилляторы, для которых прозрачность не является строго нормируемым параметром. Аналогичные требования предъявляются и к материалам для досмотрового оборудования.
Виды сцинтилляционных материалов и их характеристики
Органические сцинтилляторы бывают двух видов: твёрдые пластиковые и жидкие. Механизм сцинтилляции в органических сцинтилляторах несколько отличается от такового для неорганических: в то время как в неорганических сцинтилляторах процесс сцинтилляции идёт за счёт образования электрон-дырочных пар при поглощении ионизирующего излучения с последующей передачей энергии на активный центр, в случае органических сцинтилляторов поглощение излучения приводит к возбуждению всего молекулярного ансамбля сцинтиллятора, а высвечивание происходит за счёт серии энергетические переходов, иногда с дополнительным переизлучением на разных длинах волн. Стоит отметить, что при поглощении ионизирующего излучения возможна ионизация и разрушение энергетических молекул, с которым связан один из главных недостатков пластиковых сцинтилляторов- их постепенное старение при использовании [27].
Главным преимуществом органических сцинтилляторов является высокая скорость высвечивания, не превышающая десятков наносекунд (для терфенила не более 5 нс). Однако, низкая плотность и малый световыход (редко больше 10 000 фотонов/МэВ) заметно снижают эффективность детекторов на основе органических сцинтилляторов. Жидкие органические сцинтилляторы удобно использовать в качестве детектора альфа- и бета-излучения: при этом целевой образец растворяют в жидком сцинтилляторе и детектируют испускаемое излучение при помощи ФЭУ [28].
Не смотря на достаточно низкую останавливающую способность и низкий световыход органические сцинтилляторы за счёт своей сравнительной дешевизны и возможности использования в виде блоков больших геометрических размеров находят своё применение в детекторах нейтронов и гамма-квантов, в которых принципиальным является кинетика сцинтилляции [29; 30].
С химической точки зрения к неорганическим сцинтилляторам можно отнести как сцинтилляторы на основе инертных газов, так и на основе твёрдых тел. Однако, ввиду низкого световыхода при использовании газов в качестве сцинтилляторов детекторы на их основе не позволяют как-либо охарактеризовать детектируемое излучение, а лишь фиксировать события в режиме счётчика, аналогично газоразрядным детекторам [31]. Поэтому в данном разделе будут рассмотрены в первую очередь твёрдые неорганические сцинтилляторы, на основе которых разрабатываются наиболее перспективные решения в различных прикладных областях. Твёрдые неорганические сцинтилляторы можно для удобства разделить на три вида по особенностям микроструктуры на аморфные (стёкла), кристаллические (монокристаллы) и поликристаллические (керамики и порошки).
Сцинтилляционные материалы на основе литий-силикатных стёкол, активированных редкоземельными элементами (например, церием или тербием) [32] обладая быстрой кинетикой сцинтилляции (на уровне органических сцинтилляторов), имеют в то же время сравнительно низкие плотности и малый световыход, что заметно ограничивает возможность их использования для детектирования ионизирующих излучений [33]. Однако, возможность частично замещать природную смесь изотопов лития на смесь, обогащённую изотопом имеющим высоким сечением захвата по отношению к нейтронам (сечение захвата тепловых нейтронов 945 барн) позволяет использовать такие материалы в качестве эффективных детекторов нейтронов, что находит всё больше применения в современных технике и науке [34; 35].
В последнее время стали появляться сообщения о получении сцинтилляционных стёкол на основе смешанных литий-борных фаз [36; 37], что теоретически может повышать эффективность захвата нейтронов ещё больше, так как сечение захвата тепловых нейтронов для ядер стабильного изотопа 10Б составляет 3837 барн. Стоит так же отметить, что доля данного изотопа в природной смеси изотопов бора выше, чем содержания изотопа ^У (19,8% и 7,5%, соответственно), что потенциально может повысить рентабельность получения детекторов нейтронов на основе данных материалов. Не менее перспективной является возможность повышения эффективность стеклянных сцинтилляторов путём введения в объём атомов Оё, сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов которого составляет порядка 49000 барн [38].
Отдельного упоминания заслуживают активно развивающимся является направление композитных материалов на основе частично закристаллизованных стёкол — стеклокерамик. Для этого в объёме аморфного тела путём контролируемой термообработки формируют кристаллиты нано- и субмикронных размеров, которые не вызывают значительно рассеяния света, но улучшают сцинтилляционные свойства материала [39].
Неорганические кристаллические сцинтилляторы представляют собой обширный класс материалов, включающих в себя различные с химической точки зрения соединения. При этом заметно варьируются свойства и сцинтилляционные характеристики данных материалов: химическая и радиационная стойкость, плотность, эффективный ядерный заряд, световыход, длина волны высвечивания и время затухания сцинтилляции.
Одними из первых кристаллических неорганических сцинтилляторов были вольфрамат кальция (CaWO) и сульфид цинка, активированный серебром (2и8(Л§)) [40; 41]. Данные сцинтилляторы имеют сравнительно высокий световыход, который у вольфрамата кальция сочетается с высокой плотностью, однако, вместе с тем и медленную кинетику затухания сцинтилляции (порядка нескольких микросекунд). Комбинация свойств позволяет использовать CaWO4 и 2и8(Л§) в качестве материалов для радиационных экранов, например, сульфид цинка использовался в известном эксперименте Гейгера-Марсдена (под руководством Резерфорда), по детектированию альфа-частиц с малым углом отклонения [42].
Во второй половине 20 века появились сцинтилляторы на основе галогенидов щелочных металлов, которые в сочетании с совершенствовавшимися в то же время фотоумножителями, позволяли конструировать высокочувствительные детекторы ионизирующего излучения [43; 44]. Например, йодиды натрия и цезия, активирвоанные таллием [45]. Компонента времени затухания, на которую приходится основная доля излучаемого света, в данных сцинтилляторах составляет уже не несколько микросекунд, а доли микросекунды, что в сочетании с высоким световыходом и сравнительной простотой получения сделало их основными материалами для детекторов ионизирующего излучения в большинстве областей применения. Более быстрой кинетикой обладает йодид цезия, допированный европием [46], поэтому данный материал рассматривается в качестве альтернативы для допированных таллием галогенидов.
Наиболее быстрыми из известных неорганических сцинтилляторов являются другие галогениды- фториды. В качестве примера можно рассмотреть фторид цезия (СбБ) и бария (БаБ2) [47]: первый имеет время затухания сцинтилляции порядка 3 нс, а второй менее 1 нс. Однако, низкий световыход (порядка 2000 фотонов/МэВ) не позволяет использовать данные сцинтилляторы в качестве непосредственных детекторов частиц, но могут использоваться в схемах совпадений для кинетических исследований других сцинтилляторов.
Стоит так же упомянуть йодид стронция, активированный европием (8г12(Би)), который обладает рекордным значением световыхода порядка 120 000 фотонов/МэВ, который тем не менее, сочетается с большим временем затухания сцинтилляции (около 2 мкс) [48].
Общим недостатком для всех галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов является их высокая гигроскопичность, требующая дополнительного капсулирования материала перед интегрированием в рабочую схему детектора.
Говоря о сцинтилляционных материалах на основе галогенидов важно упомянуть и галогениды металлов лантаноидной группы, например ЬаБгз(Се) [49] и Ьи1э(Се) [50]. Данные материалы обладают высоким световыходом, достаточно быстрой кинетикой сцинтилляции и сравнительно высокой плотностью (если сравнивать с галогенидами ЩМ и ЩЗМ), что в комбинации делает их одними из самых лучших сцинтилляционных материалов. Однако, из-за использования редкоземельных металлов в качестве основного, а не только активирующего компонента, эти материалы весьма дорогостоящие в производстве, что может быть неприемлемо при широком массовом использовании.
Германат висмута ^40еэ012, Б00) является одним из эталонных сцинтилляционных материалов. Для своего времени (впервые получен в 1973 году) [51] это был один из самых лучших представителей данного типа детектирующих материалов за счёт своей высокой плотности, малого времени высвечивания и сравнительно высокого световыхода [52]. К тому же в отличие от галогенидов ЩМ и ЩЗМ БОО негигроскопичен. Однако, он не способен составить конкуренцию ряду более современных сцинтилляционных материалов (например, гранатов, активированных церием) ни по времени высвечивания, ни по значению световыхода.
Ещё одной группой неорганических сцинтилляционных материалов являются силикаты лантаноидов, например Gd2Si05 и LщSi05 [53]. Данные материалы сочетают в себе высокую плотность, высокий световыход и малое время высвечивания сцинтилляции. LS0 на данный момент является стандартным материалом позитронно-эмиссионных томографов (ПЭТ сканеров) [54]. Однако, как и в случае галогенидов лентаноидов большим недостатком данных соединений является их высокая стоимость.
Оксид лютеция, активированный церием (ЬщОэ(Се)) так же рассматривался для использования в медицинском оборудовании [55]. Однако, недостатком, ограничивающим применение данного материала, является большое время высвечивания сцинтилляции.
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Оптические свойства и дефектообразование в кристаллах Gd3AlxGa5-xO12 и Gd3Al2Ga3O12:Ce2022 год, кандидат наук Касимова Валентина Маратовна
Радиационно-оптические и сцинтилляционные свойства материалов для комбинированных радиационных детекторов2003 год, кандидат физико-математических наук Райков, Дмитрий Вячеславович
Магнитно-резонансные исследования электронной структуры примесных центров и рекомбинационных процессов в кристаллах и керамиках на основе гранатов2018 год, кандидат наук Успенская Юлия Александровна
Особенности рентгенолюминесценции композитов из неорганических и органических сцинтилляторов2011 год, кандидат физико-математических наук Шахрай, Оксана Анатольевна
Излучательные процессы при возбуждении импульсной катодолюминесценции конденсированных сред2022 год, кандидат наук Пестовский Николай Валерьевич
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Карпюк Петр Викторович, 2021 год
Список литературы
1 Cherepy N. J. et al. Transparent ceramic scintillator fabrication, properties, and applications //Hard X-ray, gamma-ray, and neutron detector physics X. - International Society for Optics and Photonics, 2008. - Т. 7079. - С. 70790X.
2 Cherepy N.J., Kuntz J.D., Seeley Z.M., Fisher S.E., Drury O.B., Sturm B.W., Hurst T.A., Sanner R.D., Roberts J.J., Payne S.A. Transparent ceramic scintillators for spectroscopy and radiography //in Proc. SPIE. Vol. 7805. 2010. pp. 7805-01.
3 Gektin A., Korzhik M. Inorganic scintillators for detector systems. - Springer: Berlin, Germany,
2017.
4 Kamada K. et al. Scintillator-oriented combinatorial search in Ce-doped (Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 multicomponent garnet compounds //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2011. - Т. 44. - №. 50. - С. 505104.
5 Korzhik M. et al. Engineering of a new single-crystal multi-ionic fast and high-light-yield scintillation material (Gd0.5-Y0.5)3AhGa3O12:Ce,Mg //CrystEngComm. - 2020. - Т. 22. - №. 14. - С. 25022506.
6 Shen Y. et al. The Harmful Effects of Sintering Aids in Pr: Lu AG Optical Ceramic Scintillator //Journal of the American Ceramic Society. - 2012. - Т. 95. - №. 7. - С. 2130-2132.
7 Жиров Н. Ф. Люминофоры. - М.: ГИОП. - 1940. - Т. 473. - №. 9. - С. 10.
8 Ronda C. R. (ed.). Luminescence: from theory to applications. - John Wiley & Sons, 2007, 251
p.
9 Ogieglo J. M. et al. Luminescence and energy transfer in garnet scintillators: дис. - Utrecht Univerity, 2012.
10 Васильев А.Н., Михайлин В.В. Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть II. Вторичные процессы - М.: Университетская книга, 2010. - 238 с.
11 Weber M. J. Inorganic scintillators: today and tomorrow //Journal of Luminescence. - 2002. -Т. 100. - №. 1-4. - С. 35-45.
12 Jiang J., Shimazoe K., Nakamura Y., Takahashi H., Shikaze Y., Nishizawa Y., et al., A prototype of aerial radiation monitoring system using an unmanned helicopter mounting a GAGG scintillator Compton camera //J. Nucl. Sci. Technol. 53(7), 1067-1075 (2016)
13 Hung D. T. et al. Gamma spectrum stabilization for environmental radiation monitoring stations using NaI(Tl) detector //Radiation protection dosimetry. - 2020. - Т. 189. - №. 1. - С. 48-55.
14 Kvasnicka J. et al. Alpha spectroscopy by the 025 mm* 0.1 mm YAlO3:Ce scintillation detector under atmospheric conditions //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2017. - T. 856. - C. 72-76.
15 Janda J. The comparison of scintillation properties of YAP:Ce, YAG:Ce and ZnO:Ga powders as a potential substitution of LSC cocktail //Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2017. - T. 314. - №. 2. - C. 573-582.
16 McGregor D. S. Materials for gamma-ray spectrometers: Inorganic scintillators //Annual Review of Materials Research. - 2018. - T. 48. - C. 245-277.
17 Vasilyev M., Khabashesku V. Demand for New Instrumentation for Well Logging and Natural Formations Monitoring //International Conference on Engineering of Scintillation Materials and Radiation Technologies. - Springer, Cham, 2016. - C. 303-324.
18 Moszynski M. et al. CdWO4 crystal in gamma-ray spectrometry //IEEE Symposium Conference Record Nuclear Science 2004. - IEEE, 2004. - T. 2. - C. 798-803.
19 Danevich F. A. et al. Application of PbWO4 crystal scintillators in experiment to search for 2p decay of 116Cd //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2006. - T. 556. - №. 1. - C. 259-265.
20 Bloser P. F. et al. A fast scintillator Compton telescope for medium-energy gamma-ray astronomy //Space Telescopes and Instrumentation 2010: Ultraviolet to Gamma Ray. - International Society for Optics and Photonics, 2010. - T. 7732. - C. 773222.
21 Martin T. et al. LSO-based single crystal film scintillator for synchrotron-based hard X-ray microimaging //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2009. - T. 56. - №. 3. - C. 1412-1418.
22 Bell Z. W. et al. Organic scintillators for neutron detection //X-Ray and Gamma-Ray Detectors and Applications IV. - International Society for Optics and Photonics, 2003. - T. 4784. - C. 150-163.
23 van Eijk C. W. E. Inorganic scintillators for thermal neutron detection //Radiation Measurements. - 2004. - T. 38. - №. 4-6. - C. 337-342.
24 Van Eijk C. W. E. Inorganic scintillators in medical imaging //Physics in Medicine & Biology. -2002. - T. 47. - №. 8. - C. R85.
25 Ronda C. et al. Scintillators for Medical Imaging: A Tutorial Overview //ECS Journal of Solid State Science and Technology. - 2016. - T. 5. - №. 1. - C. R3121-R3125.
26 Melcher C. L., Eriksson L. Scintillators for PET and SPECT //Physics of PET and SPECT Imaging. - CRC Press, 2017. - C. 65-84.
27 Birks J. B. Scintillation counters. - LWW, 1954. - T. 77. - №. 2. - C. 171.
28 Brooks F. D., Bell C. G., Hayes F. N. Liquid scintillation counting. - Pergamon, London, 1958. -Т. 268.
29 Pozzi S. A. et al. Recent advances in neutron detection with organic scintillators //Hard X-Ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XXI. - International Society for Optics and Photonics, 2019.
- Т. 11114.- С. 1111409.
30 Matej Z. et al. Comparison of neutron/gamma separation qualities of various organic scintillation materials //EPJ Web of Conferences. - EDP Sciences, 2020. - Т. 225. - С. 04028.
31 Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика //Физика.-М.: Физматлит. - 2001.
32 Tratsiak Y. et al. On the stabilization of Ce, Tb, and Eu ions with different oxidation states in silica-based glasses //Journal of Alloys and Compounds. - 2019. - Т. 797. - С. 302-308.
33 Pavan P. et al. Radiation damage and annealing of scintillating glasses //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 1991. - Т. 61. -№. 4. - С. 487-490.
34 Mizukami K. et al. Measurements of performance of a pixel-type two-dimensional position sensitive Li-glass neutron detector //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2004. - Т. 529. - №. 1-3. - С. 310312.
35 Dosovitskiy G. et al. Li-Based Glasses for Neutron Detection—Classic Material Revisited //Review Journal of Chemistry. - 2020. - Т. 10. - №. 1. - С. 1-11.
36 Aryal P. et al. Optical and luminescence characteristics of Eu3+-doped B2O3: SiO2: Y2O3: CaO glasses for visible red laser and scintillation material applications //Journal of Rare Earths. - 2018. - Т. 36.
- №. 5. - С. 482-491.
37 Pan L. et al. Scintillation, luminescence and optical properties of Ce-Doped borosilicate glasses //Optical Materials. - 2020. - Т. 104. - С. 109847.
38 Dormenev V. et al. Multipurpose Ce-doped Ba-Gd silica glass scintillator for radiation measurements //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2021. - Т. 1015. - С. 165762.
39 Struebing C. Design, Synthesis, Characterization and Application of Rare-Earth Doped Glass and Glass Ceramic Scintillators : дис. - Georgia Institute of Technology, 2019.
40 Zdesenko Y. G. et al. Scintillation properties and radioactive contamination of CaWO4 crystal scintillators //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2005. - T. 538. - №. 1-3. - C. 657-667.
41 https://eljentechnology.com/23-products/zinc-sulfide-coated.
42 Gegier H., Marsden E. On a diffuse reflection of the a-particles //Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. - 1909. - T. 82. - №. 557. - C. 495-500.
43 Persyk D. E., Moi T. E. State-of-the-art photomultipliers for Anger cameras //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1978. - T. 25. - №. 1. - C. 615-619.
44 Sakai E. Recent measurements on scintillator-photodetector systems //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1987. - T. 34. - №. 1. - C. 418-422.
45 De Haas J. T. M., Dorenbos P. Advances in yield calibration of scintillators //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2008. - T. 55. - №. 3. - C. 1086-1092.
46 Gektin A., Shiran N., Belsky A., Vasyukov S. Luminescence properties of CsI:Eu crystals //Optical Materials Vol. 34. 2012. P. 2017-2020.
47 Van Eijk C. et al. Experimental and theoretical studies of cross luminescence //Proceedings of the Conference on Heavy Scintillators for Scientific and Industrial Applications, Editions Frontieres, M. Schneegans. - 1993. - C. 161-166.
48 van Loef E. V. et al. Crystal growth and scintillation properties of strontium iodide scintillators //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2009. - T. 56. - №. 3. - C. 869-872.
49 De Haas J. T. M., Dorenbos P. Advances in yield calibration of scintillators //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2008. - T. 55. - №. 3. - C. 1086-1092.
50 Glodo J. et al. Mixed lutetium iodide compounds //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2008. - T. 55. - №. 3. - C. 1496-1500.
51 Weber M. J., Monchamp R. R. Luminescence of Bi4Ge3O12: Spectral and decay properties //Journal of Applied Physics. - 1973. - T. 44. - №. 12. - C. 5495-5499.
52 Grabmaier B. C. Crystal scintillators //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1984. - T. 31. -№. 1. - C. 372-376.
53 Melcher C. L. et al. Crystal growth and scintillation properties of the rare earth oxyorthosilicates //Proceedings of the International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications SCINT95, Delft University Press, The Netherlands. - 1996. - C. 309.
54 Van Eijk C. W. E. et al. Inorganic scintillators in medical imaging //Physics in medicine and biology. - 2002. - Т. 47. - №. 8. - С. R85-R106.
55 Kalyvas N., Liaparinos P., Michail C., David S., Fountos G., Wojtowicz M., Zych E., Kandarakis I. Studying the luminescence efficiency of Lu2O3:Eu nanophosphor material for digital X-ray imaging applications //Appl. Phys. A. Vol. 106. 2012. P. 131-136.
56 Moszynski M. et al. Absolute light output of scintillators //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1997. - Т. 44. - №. 3. - С. 1052-1061.
57 Zych E., Brecher C., Glodo J. Kinetics of cerium emission in a YAG:Ce single crystal: the role of traps //Journal of Physics: Condensed Matter. - 2000. - Т. 12. - №. 8. - С. 1947.
58 Santos J. C. A. et al. Effect of the Ce3+ concentration on laser-sintered YAG ceramics for white LEDs applications //Journal of the European Ceramic Society. - 2020.
59 Nishiura S. et al. Properties of transparent Ce:YAG ceramic phosphors for white LED //Optical Materials. - 2011. - Т. 33. - №. 5. - С. 688-691.
60 Mares J. A. et al. Scintillation response of Ce-doped or intrinsic scintillating crystals in the range up to 1MeV //Radiation Measurements. - 2004. - Т. 38. - №. 4-6. - С. 353-357.
61 Kamada K. et al. Composition engineering in cerium-doped (Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12 single-crystal scintillators //Crystal Growth & Design. - 2011. - Т. 11. - №. 10. - С. 4484-4490.
62 Kazemi J. et al. Highly-sensitive stoichiometric analysis of yag ceramics using laser-induced breakdown spectroscopy (libs). - 2014.
63 Nicolas J. et al. Sm2O3 - Ga2O3 and Gd2O3 - Ga2O3 phase diagrams //Journal of Solid State Chemistry. - 1984. - Т. 52. - №. 2. - С. 101-113.
64 Rossner W., Ostertag M., Jermann F. Properties and Applications of Gadolinium Oxysulfide Based Ceramic Scintillators //Electrochemical Society Prceeedings. Vol. 98. 1999. P. 187-94.
65 Горохова Е.И, Ананьева Г.В., Демиденко В.А., Еронько С.Б., Орещенко Е.А., Христич О.А., Родный П.А. Сцинтилляционные оптические керамики на основе Gd2O2S, легированного Pr, Tb, Eu // Оптический журнал Вып. 79. №1. 2012.
66 Seeley Z. M. et al. Transparent Lu2O3:Eu ceramics by sinter and HIP optimization //Optical Materials. - 2011. - Т. 33. - №. 11. - С. 1721-1726.
67 Wu Y. et al. Single crystal and optical ceramic multicomponent garnet scintillators: A comparative study //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2015. - Т. 780. - С. 45-50.
68 Singh G. et al. Effect of cerium doping on optical and scintillation properties of transparent YAG ceramic //Ceramics International. - 2017. - Т. 43. - №. 12. - С. 9032-9040.
69 Hirano S. et al. Scintillation properties of Ce-doped (Gdo.32Yo.68)3AbOi2 transparent ceramics //Optical Materials. - 2017. - Т. 66. - С. 410-414.
70 Yanagida T. et al. Scintillation properties of ceramic Ce-doped Gd3(Ga,Al)sOi2 //2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC). - IEEE. - С. 1-3.
71 Wieczorek H. et al. Band Gap Variation and Trap Distribution in Transparent Garnet Scintillator Ceramics //IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2020. - Т. 67. - №. 8. - С. 1934-1945.
72 Venevtsev I. D. et al. Temperature Quenching of Radio-and Photoluminescence of Y3(Ga,Al)5O12:Ce3+ and Gd3(Ga,Al)5O12:Ce3+ Garnet Ceramics //IEEE Transactions on Nuclear Science. -2018. - Т. 65. - №. 8. - С. 2090-2096.
73 Rodnyi P. A., Venevtsev I. D., Khanin V. M. Thermal quenching of luminescence in (Lu,Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce complex garnet ceramics at high and low temperatures //Physics of Complex Systems. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 3-8-3-8.
74 Venevtsev I. et al. Temperature dependence of photo-and radioluminescence of (Gd,Y)3Al5O12:Ce3+ mixed oxide garnet ceramics //2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS). - IEEE, 2017. - С. 2633-2636.
75 Geller S., Gllleo H.A. //J. Ptiys. Chem. Solids. Vol. 1. 1957. P. 30.
76 Batt A., Post B. //Acta Crystallogr. Vol. 15. 1962. P. 1266.
77 Euler F., Bruce J.A. Oxygen coordinates of compounds with garnet structure //Acta Crystal logr. Vol. 12. 1965. P. 971.
78 O'Kane D.F., Sadagopan V., Giess E.A. and Mendel E. Crystal growth and characterization of gadolinium gallium garnet //J. Eleetrochem. Sot. 1973. P. 1272 - 1275.
79 Marezio M., Remeika J. P., Dernier P. D. Cation distribution in Y3Ab-cGacO12 garnet //Acta Crystallographica Section B: Structural Crystallography and Crystal Chemistry. - 1968. - Т. 24. - №. 12. - С. 1670-1674.
80 Spassky D. et al. Spassky D. et al. Influence of the Sc cation substituent on the structural properties and energy transfer processes in GAGG: Ce crystals //CrystEngComm. - 2020.
81 Dai J. et al. Fabrication and properties of transparent Tb:YAG fluorescent ceramics with different doping concentrations //Ceramics International. - 2016. - Т. 42. - №. 12. - С. 13812-13818.
82 Geller S. Crystal chemistry of the garnets //Zeitschrift fur Kristallografie. Vol.125. 1967. P. 1-47.
83 Katelnikovas A. Synthesis and characterization of luminescent materials for solid state light sources //Doctoral dissertation in Physical Sciences, Chemistry. Vilnius. 2012. P. 124.
84 Кингери У. Д. Введение в керамику //М.: Стройиздат. - 1967. - Т. 500. - С. 0.
85 Huang Y. et al. Sintering of transparent yttria ceramics in oxygen atmosphere //Journal of the American Ceramic Society. - 2010. - T. 93. - №. 10. - C. 2964-2967
86 Chen X. et al. Highly transparent ZrO2-doped (Ce,Gd)3AbGa2Oi2 ceramics prepared via oxygen sintering //Journal of the European Ceramic Society. - 2015. - T. 35. - №. 14. - C. 3879-3883.
87 Chen S. et al. Effect of annealing atmosphere on scintillation properties of GYGAG: Ce, Mg scintillator ceramics //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2019. - C. 162360.
88 Kanai T., Satoh M., Miura I. Hot-Pressing Method to Consolidate Gd3(Al,Ga)5Oi2:Ce Garnet Scintillator Powder for use in an X-ray CT Detector //International Journal of Applied Ceramic Technology.
- 2013. - T. 10. - C. E1-E10.
89 Gu C. et al. Effect of boron carbide (B4C) on luminescent efficiency and thermal stability of Y3Al5O12: Ce3+ phosphors //Journal of Luminescence. - 2020. - T. 226. - C. 117515.
90 Polisadova E. et al. Time-resolved cathodoluminescence spectroscopy of YAG and YAG: Ce3+ phosphors //Optical Materials. - 2019. - T. 96. - C. 109289.
91 Zhang Y. et al. Pore-existing Lu3AbO12:Ce ceramic phosphor: An efficient green color converter for laser light source //Journal of Luminescence. - 2018. - T. 197. - C. 331-334.
92 Feng Y. et al. Fabrication, microstructure, and optical properties of Yb:Y3ScAl4O12 transparent ceramics with different doping levels //Journal of the American Ceramic Society. - 2020. - T. 103. - №. 1.
- C. 224-234.
93 Butkute S., Zabiliute A., Skaudzius R., Vitta P., Beganskiene A., Zukauskas A., Kareiva A. Solgel synthesis, characterization and study of substitution effects in different gallium containing garnets //J. Sol-Gel Sci. Technol. Vol. 76. 2015. P. 81 - 89.
94 Hassanzadeh-Tabrizi S.A., Taheri-Nassaj E., Sarpoolaky H. Synthesis of an alumina-YAG nanopowder via sol-gel method //J. All. Compd. Vol. 456. 2008. P. 282-285.
95 Katelnikovas A., Barkauskas J., Ivanauskas F. et al. Aqueous sol-gel synthesis route for the preparation of YAG: Evaluation of Sol-Gel process by mathematical regression model //J. Sol-Gel Sci. Techn. Vol.41. 2007. P. 193-201.
96 Lu Q.M., Dong W.S., Wang H.J., Wang X.K. A Novel Way to Synthesize Yttrium Aluminum Garnet from Metal — Inorganic Precursors //J. Amer. Ceram. Soc. Vol.85. №2. 2002. P. 490-492.
97 Drozdowski W. et al. Scintillation properties of Gd3AhGa3O12:Ce (GAGG:Ce): a comparison between monocrystalline and nanoceramic samples //Optical Materials. - 2018. - T. 79. - C. 227-231.
98 Zhang J. Y. et al. Sintering of GGAG:Ce3+, xY3+ transparent ceramics in oxygen atmosphere //Ceramics International. - 2017. - T. 43. - №. 17. - C. 16036-16041.
99 Luo Z. et al. Microstructure and optical characteristics of Ce:Gd3(Ga,Al)5Oi2 ceramic for scintillator application //Ceramics International. - 2015. - Т. 41. - №. 1. - С. 873-876.
100 Luo Z., Jiang H., Jiang J. Synthesis of Cerium-Doped Gd3(Al,Ga)5Oi2 Powder for Ceramic Scintillators with Ultrasonic-Assisted Chemical Coprecipitation Method //Journal of the American Ceramic Society. - 2013. - Т. 96. - №. 10. - С. 3038-3041.
101 Stevenson A. J. et al. Effect of SiO2 on densification and microstructure development in Nd:YAG transparent ceramics //Journal of the American Ceramic Society. - 2011. - Т. 94. - №. 5. - С. 1380-1387.
102 Malyavin F. F. et al. Influence of the ceramic powder morphology and forming conditions on the optical transmittance of YAG:Yb ceramics //Ceramics International. - 2019. - Т. 45. - №. 4. - С. 44184423.
103 Никова М. С. и др. Влияние сульфата аммония на характеристики нанопорошков и оптической керамики YAG:Yb //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2019. - Т. 19. - №. 3.
104 Tarala V. A. et al. Estimation of Sc3+ solubility in dodecahedral and octahedral sites in YSAG: Yb //Journal of the American Ceramic Society. - 2019. - Т. 102. - №. 8. - С. 4862-4873.
105 Maurice D. R., Courtney T. H. The physics of mechanical alloying: a first report //Metallurgical Transactions A. - 1990. - Т. 21. - №. 1. - С. 289-303.
106 https://energosteel.com/rezhim-raboty-sharovoj-melnicy/
107 Burgio N. et al. Mechanical alloying of the Fe - Zr system. Correlation between input energy and end products //Il nuovo cimento D. - 1991. - Т. 13. - №. 4. - С. 459-476.
108 Ю. Бёккер. Спектроскопия. - М.: Техносфера, 2009. - 528 с.
109 Dean J.R. Practical Inductively Coupled Plasma Spectroscopy. - UK: John Wiley & Sons Ltd, 2005. - 184 p.
110 Ewald P.P. Fifty years of X-ray diffraction. - 1962.
111 Choudhary R., Laishram K., Gupta R. K. Rapid synthesis of Nd:YAG nanopowder by microwave flash combustion //Materials Science-Poland. - 2009. - Т. 27. - №. 4/1.
112 Kostic S. et al. Study of structural and optical properties of YAG and Nd:YAG single crystals //Materials Research Bulletin. - 2015. - Т. 63. - С. 80-87..
113 Pan Y. X. et al. Correlation between structure variation and luminescence red shift in YAG:Ce //Journal of Alloys and Compounds. - 2009. - Т. 488. - №. 2. - С. 638-642.
114 Либенсон М. Н. Преодоление дифракционного предела в оптике //Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т. 6. - №. 3. - С. 99-104.
115 Sharma A. et al. Introduction to X-Ray Absorption Spectroscopy and its applications in material science //Handbook of Materials Characterization. - Springer, Cham, 2018. - С. 497-548.
116 https://studref.com/528356/tehnika/glubina_proniknoveniya_elektronov_tverdoe_telo
117 Carter C. B., Williams D. B. (ed.). Transmission electron microscopy: Diffraction, imaging, and spectrometry. - Springer, 2016.
118 Ходаков Г. С., Юдкин Ю. П. Седиментационный анализ высокодисперсных систем //Химия. - 1981. - Т. 192.
119 Xu R. Particle characterization: light scattering methods. - Springer Science & Business Media, 2001. - Т. 13.
120 https://wiki.anton-paar.com/ch-de/laserbeugung-zur-analyse-der-partikelgroesse/
121 Гузман И. Я. Химическая технология керамики. - 2003.
122 Mori M. et al. Comparative study of optical and scintillation properties of Ce:YAGG, Ce:GAGG and Ce:LuAGG transparent ceramics //Journal of the Ceramic Society of Japan. - 2016. - Т. 124. - №. 5. - С. 569-573.
123 Tel'Nova G. B. et al. Phase transformations upon the synthesis of Y3AbO12:Nd //Russian Journal of Inorganic Chemistry. - 2015. - Т. 60. - №. 2. - С. 127-136.
124 Лукьяшин К. Е. и др. Ce:YAG керамика: влияние особенностей технологии синтеза на люминесцентные и оптические свойства //Вестник Концерна ВКО Алмаз-Антей. - 2019. - №. 1 (28).
125 Vorona I. et al. Effect of MgO doping on the structure and optical properties of YAG transparent ceramics //Journal of the European Ceramic Society. - 2020. - Т. 40. - №. 3. - С. 861-866.
126 Chen X. et al. Microstructure evolution in two-step-sintering process toward transparent Ce:(Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 scintillation ceramics //Journal of Alloys and Compounds. - 2020. - Т. 846. - С. 156377.
127 Shi Y. et al. Dense Ce3+ doped Lu3AbO12 ceramic scintillators with low sintering adds: Doping content effect, luminescence characterization and proton irradiation hardness //Journal of Luminescence. -2020. - С. 117336.
128 Nikova M. S. et al. Temperature-related changes in the structure of YSAG:Yb garnet solid solutions with high Sc3+ concentration //Journal of the European Ceramic Society. - 2019. - Т. 39. - №. 15. -С. 4946-4956.
129 HUANG Y. et al. Sintering of transparent Nd:YAG ceramics in oxygen atmosphere //Journal of Rare Earths. - 2013. - Т. 31. - №. 2. - С. 153-157.
130 Zhou T. et al. MgO assisted densification of highly transparent YAG ceramics and their microstructural evolution //Journal of the European Ceramic Society. - 2018. - Т. 38. - №. 2. - С. 687-693.
131 Li J. et al. Fabrication, microstructure and properties of highly transparent Nd: YAG laser ceramics //Optical Materials. - 2008. - Т. 31. - №. 1. - С. 6-17.
132 Zhang J. Y. et al. Highly transparent cerium doped gadolinium gallium aluminum garnet ceramic prepared with precursors fabricated by ultrasonic enhanced chemical co-precipitation //Ultrasonics sono-chemistry. - 2017. - Т. 39. - С. 792-797.
133 Nikova M. S. et al. The scandium impact on the sintering of YSAG:Yb ceramics with high optical transmittance //Ceramics International. - 2021. - Т. 47. - №. 2. - С. 1772-1784.
134 Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия: учеб. для университетов и химико-технолог. вузов //М.: Высш. шк. - 2004. - С. 182-189.
135 Lewis J. A. Colloidal processing of ceramics //Journal of the American Ceramic Society. - 2000. - Т. 83. - №. 10. - С. 2341-2359.
136 Добровольский А. Г. Шликерное литье //М.: Металлургия. - 1977. - Т. 240. - С. 7.
137 Albano M. P., Garrido L. B. Influence of the slip composition on the properties of tape-cast alumina substrates //Ceramics international. - 2005. - Т. 31. - №. 1. - С. 57-66.
138 Appiagyei K. A., Messing G. L., Dumm J. Q. Aqueous slip casting of transparent yttrium aluminum garnet (YAG) ceramics //Ceramics International. - 2008. - Т. 34. - №. 5. - С. 1309-1313.
139 Li X. YAG ceramic processed by slip casting via aqueous slurries / X. Li, Q. Li //Ceram. Int. -2008. - Vol. 34, N 2. - P. 397-401.
140 Li X. et al. Preparation and properties of YAG nano-sized powder from different precipitating agent //Optical Materials. - 2004. - Т. 25. - №. 4. - С. 407-412.
141 Yao Q. et al. Viscoelastic behaviors and drying kinetics of different aqueous gelcasting systems for large Nd:YAG laser ceramics rods //Journal of the American Ceramic Society. - 2020. - Т. 103. - №. 6. - С. 3513-3527.
142 Ba X. et al. Comparison of aqueous-and non-aqueous-based tape casting for preparing YAG transparent ceramics //Journal of alloys and compounds. - 2013. - Т. 577. - С. 228-231.
143 Ba X. et al. Transparent Y3AbO12 ceramics produced by an aqueous tape casting method //Ceramics International. - 2013. - Т. 39. - №. 4. - С. 4639-4643.
144 Ma C. et al. Fabrication and planar waveguide laser behavior of YAG/Nd:YAG/YAG composite ceramics by tape casting //Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - Т. 640. - С. 317-320.
145 Kupp E. R. et al. Co-casting and optical characteristics of transparent segmented composite Er: YAG laser ceramics //Journal of Materials Research. - 2010. - Т. 25. - №. 3. - С. 476-483.
146 Chen Z. et al. 3D printing of ceramics: A review //Journal of the European Ceramic Society. -2019. - Т. 39. - №. 4. - С. 661-687.
147 Seeley Z. et al. 3D printed transparent ceramic YAG laser rods: Matching the core-clad refractive index //Optical Materials. - 2020. - Т. 107. - С. 110121.
148 Zhang G., Carloni D., Wu Y. 3D printing of transparent YAG ceramics using copolymer-assisted slurry //Ceramics International. - 2020.
149 Dosovitskiy G. A. et al. First 3D-printed complex inorganic polycrystalline scintillator //CrystEngComm. - 2017. - Т. 19. - №. 30. - С. 4260-4264.; Hu S. et al. 3D printed ceramic phosphor and the photoluminescence property under blue laser excitation //Journal of the European Ceramic Society. -2019. - Т. 39. - №. 8. - С. 2731-2738.
150 Hostasa J. et al. Transparent laser ceramics by stereolithography //Scripta Materialia. - 2020. -Т. 187. - С. 194-196.
151 Parker G. Encyclopedia of materials: science and technology. - 2001.
152 Мурашкевич А. Н. Химическая технология материалов и изделий электронной техники. Раздел I: Физико-химические основы и технология электронной керамики. - 2013.
153 Федосеев Б.В. Лекция по спеканию. Нижний Новгород. 2014.
154 Boulesteix R. et al. Mechanism of the liquid-phase sintering for Nd: YAG ceramics //Optical Materials. - 2009. - Т. 31. - №. 5. - С. 711-715.
155 Li J. et al. Co-precipitation synthesis route to yttrium aluminum garnet (YAG) transparent ceramics //Journal of the European Ceramic Society. - 2012. - Т. 32. - №. 11. - С. 2971-2979.
156 Baccaro S. et al. Influence of Si-codoping on YAG:Ce scintillation characteristics //IEEE transactions on nuclear science. - 2005. - Т. 52. - №. 4. - С. 1105-1108.
157 Haneda H., Miyazawa Y., Shirasaki S. Oxygen diffusion in single crystal yttrium aluminum garnet //Journal of crystal growth. - 1984. - Т. 68. - №. 2. - С. 581-588.
158 Li Z. et al. Mechanism of intrinsic point defects and oxygen diffusion in yttrium aluminum garnet: first-principles investigation //Journal of the American Ceramic Society. - 2012. - Т. 95. - №. 11. - С. 3628-3633.
159 Lee S. H. et al. Hot isostatic pressing of transparent Nd: YAG ceramics //Journal of the American Ceramic Society. - 2009. - Т. 92. - №. 7. - С. 1456-1463.
160 Qiu X. et al. Mechanical properties and machinability of GYGAG: Ce ceramic scintillators //Ceramics International. - 2020. - Т. 46. - №. 4. - С. 4550-4555.
161 Seeley Z. M., Cherepy N. J., Payne S. A. Expanded phase stability of Gd-based garnet transparent ceramic scintillators //Journal of Materials Research. - 2014. - Т. 29. - №. 19. - С. 2332-2337.
162 Seeley Z. M., Cherepy N. J., Payne S. A. Homogeneity of Gd-based garnet transparent ceramic scintillators for gamma spectroscopy //Journal of crystal growth. - 2013. - Т. 379. - С. 79-83.
163 Kleebe H. J. et al. Transmission electron microscopy of microstructures in ceramic materials //Journal of the European Ceramic Society. - 1996. - Т. 16. - №. 3. - С. 339-351.
164 Выдрик Г.А., Соловьева Т.В., Харитонов Ф.Я., Прозрачная керамика, Москва, «Энергия»,
1980.
165 Korjik M., Dosovitski G., Missevitch O., Mechinski V., Kachanov V., Potential of crystalline, glass and ceramic scintillation materials for future hadron calorimetry //IEEE NSS-MIC-RTSD-2010, Knoxville, Tennessee, USA, 30 Oct.-6 Nov. 2010.
166 Zhang W. et al. Assessment of light scattering by pores in Nd:YAG transparent ceramics //Journal of alloys and compounds. - 2012. - Т. 520. - С. 36-41.
167 Tang Y. et al. Composite phase ceramic phosphor of AhO3-Ce:YAG for high efficiency light emitting //Optics express. - 2015. - Т. 23. - №. 14. - С. 17923-17928.
168 Liu Z. et al. The effect of the porosity on the AhO3-YAG:Ce phosphor ceramic: microstructure, luminescent efficiency, and luminous stability in laser-driven lighting //Journal of Alloys and Compounds. - 2019. - Т. 785. - С. 125-130.
169 Khanin V. M. et al. Influence of 3d Transition Metal Impurities on Garnet Scintillator Afterglow //Crystal Growth & Design. - 2020. - Т. 20. - №. 5. - С. 3007-3017.
170 Lamoreaux R. H., Hildenbrand D. L., Brewer L. High-Temperature Vaporization Behavior of Oxides II. Oxides of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Zn, Cd, and Hg //Journal of physical and chemical reference data. - 1987. - Т. 16. - №. 3. - С. 419-443.
171 Li J. G. et al. Co-precipitation synthesis and sintering of yttrium aluminum garnet (YAG) powders: the effect of precipitant //Journal of the European Ceramic Society. - 2000. - Т. 20. - №. 14-15. - С. 2395-2405.
172 Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides //Acta crystallographica section A: crystal physics, diffraction, theoretical and general crystallography. - 1976. - Т. 32. - №. 5. - С. 751-767.
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
Систематизация публикаций по тематике получения керамических материалов на основе оксидов со структурой граната
Таблица 1 - Известные пути получения высокоплотных керамических материалов на основе соединений со структурой граната (номера ссылок см. в «Список литературы»)_
Публикация Состав(ы), добавки Синтез и изготовление шихты Компактирование Спекание Свойства керамики
[139, 140] YзAbOl2 совместное осаждение раствором мочевины из смесевого азотнокислого раствора металлов; 900 °С - 2 ч (нагрев 10 °/мин); измельчение в планетарной мельнице - 12 часов; диаметр частиц -40 нм, удельная поверхность - 16 м2/г шликерное литьё водной суспензии; ПАВ- полиакрилат аммония; максимальное объёмное наполнение - 60 масс.% (~24,5 об%); исследовано влияние различных рН и наличия ПАВ на величину дзета-потенциала 1700 °С - 5 часов демонстрируется возможность получения плотной керамики спеканием отлитых компактов
[138] YзAbOl2, добавка TEOS 0,5 масс% индивидуальные оксиды, смешение в процессе изготовления суспензии шликерное литьё; суспензии индивидуальных оксидов на водной основе с добавлением 0,1 -0,35 масс.% полиакрилата аммония (дисперсант), 0,5 масс.% полиэтиленгликоля (связующее), 0,6 масс.% лимонной кислоты (регулятор кислотности); объёмное наполнение 20%; литьё в гипсовые формы; обжиг на воздухе 600 °С -2 часа вакуум (5*106 Торр), 1800 °С -16 часов керамика с линейным пропусканием более 75% (X = 520 нм) при толщине 1 мм, достигаемое при добавлении 0,1 масс.% полиакрилата аммония, пропускание падает с увеличением концентрации ПАА
[131] YAG:Nd (1% Ш) добавка TEOS 0,5 масс смешение индивидуальных оксидов в шаровой одноосное прессование; изостатическое прессование - 250 МПа вакуум (10-3 Па); нагрев 5 °С/мин, 1550 - 1770 °С лазерная керамика; пропускающая способность >80% (X = 1064 нм);
мельницы в среде этанола 10 часов; сушка 80 °С - 24 часа, просев 200 мкм (разные режимы), 50 часов; охлаждение 10 °/мин; обжиг на воздухе, 1450 °С, 20 часов исследованы механические свойства (модуль Юнга, твёрдость по Викерсу, твёрдость на изгиб); механические и теплопроводные свойства полученной керамики очень близки к таковым для монокристаллов YAG
[154] Y2,94Nd0,06AbOl2 добавки наночастиц SiO2 от 0 до 0,3 масс.% твердофазный синтез из индивидуальных оксидов, смешение в среде воды в шаровой мельнице одноосное прессование с пластификатором (добавляется при помоле) 200 МПа обжиг для удаления остатков пластификатора; вакуум (10-2 Па), скорость нагрева 15 °/мин, 1450 - 1550 °С, разное время выдержки керамика для исследования процесса жидкофазного спекания; относительная плотность растёт с повышением температуры спекания, времени выдержки и содержания добавки SiO2; определена корреляция между относительной плотностью и размером зерна керамики
[159] YAG:Nd (1% Nd) добавка TEOS 0,02 - 0,14% 1) обратное совместное осаждение сульфатом аммония с добавлением аммиака (регуляция рН) из солянокислого раствора; сушка 80 °С -16 часов; термообработка 1150 °С - 2 часа (формирование фазы граната); 1250 °С -16 часов (увеличение первичного размера частиц порошка); 1) одноосное прессование -20 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа 2) литьё на ленту; исходные оксиды + дисперсионная среда, дисперсант шаровая мельница - 8 часов; + связующее, пластификатор, шаровая мельница - 16 часов; вакуумирование; 1) вакуум (5*103 Торр); 1600, 1650, 1700 °С (разные режимы), 2 часа; HIP, 1750 °С, 250 МПа, аргон, 2 часа; 2)1600,1675, 1700 °С (варьировалась в зависимости от содержания кремния), 4 часа; лазерная керамика; пропускание >80% (^ > 1064 нм); варьирование содержания SiO2 позволяет варьировать средний размер зерна керамики: меньше добавка -> меньше средний размер зерна
помол в шаровой мельнице 16 часов; сушка и измельчение в ступкеъ 2) смешение индивидуальных оксидов в процессе компактирования литьё, прессовка слоёв 20 МПа, 74 °С; выжигание связки, 600 °С, 12 часов HIP, 1675 -1725 °С (разные режимы), 100 и 200 МПа (разные режимы), аргон, 1,4 и 8 часов (разные режимы)
[59] Y2,997Ce0,003AbO12 добавка SiO2 0,2 масс.% прямое совместное осаждение гидрокарбонатом аммония из азотнокислого смесевого раствора, перемешивание 72 часа; сушка 80 °С, 12 часов; сушка 200 °С, 72 часа; термообработка 800 °С, 100 часов; 1200 °С, 90 минут; измельчение в этаноле с добавкой 0,4 масс.% ПАВ и средним размером части 200 -300 нм шликерное литьё; добавление связующего в суспензию; перемешивание 24 часа; литьё на гипс, сушка 72 часа на воздухе; обжиг в кислороде 800 °С, 100 часов вакуум, 1780 °С, 20 часов люминесцентная керамика; толщина образцов 0,1 -0,8 мм; пропускание 70 - 80% (X = 800 нм); определены люминесцентно-спектральные свойства керамики YAG:Ce
[101] YAG:Nd (1% Nd) добавка TEOS 0,035 - 0,28% 1) обратное совместное осаждение сульфатом аммония с добавлением аммиака (регуляция рН) из солянокислого раствора; сушка 80 °С -16 часов; термообработка 1) одноосное прессование -20 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа 2) литьё на ленту; исходные оксиды + дисперсионная среда, дисперсант вакуум (5*103 Торр), засыпка из YAG (1600 °C, 40 часов); нагрев 10 - 20 °/мин; 1484 - 1750 °С (разные режимы), 60 часов лазерная керамика; относительная плотность керамики зависит от времени и температуры спекания; повышение концентрации SiO2 ускоряет уплотнение керамики, но не влияет на её конечную плотность, а также повышает средний размер зерна
1150 °С - 2 часа (формирование фазы граната); 1250 °С -16 часов (увеличение первичного размера частиц порошка); помол в шаровой мельнице 16 часов; сушка и измельчение в ступке 2) смешение индивидуальных оксидов в процессе компактирования шаровая мельница -8 часов; + связующее, пластификатор, шаровая мельница - 16 часов; вакуумирование; литьё, прессовка слоёв 20 МПа, 74 °С; выжигание связки, 600 °С, 12 часов
[166] Y2,94Ш0,06AbOl2 добавка TEOS 0,5 масс.% обратное совместное осаждение; термообработка при 1100°С; измельчение в среде этанола в шаровой мельнице 24 часа; удаление следов органики при 800 С -20 часов одноосное прессование -20 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа в вакууме (103 Па), скорость нагрева 10 или 2 °С/мин, ^ = 1780 - 20 часов (печь с графитовыми нагревателями); обжиг на воздухе, 1450 °С - 20 часов лазерная керамика; пропускание (X = 520 нм) в зависимости от скорости нагрева при спекании: ~40% (10 °/мин) ~60% (2 °/мин); низкая пористость (0,0053 и 0,0022%), крупное зерно (>5 мкм)
[155] YзAl5Ol2 добавки 0,5 масс.% TEOS и 0,1 масс.% MgO прямое совместное осаждение гидрокарбонатом аммония (добавка сульфата аммония) из азотнокислого раствора; старение осадка 12 часов; одноосное прессование 10 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа вакуум (3*103 Па); нагрев 5 °/мин, 1730 - 1790 °С (разные режимы), 30 часов; охлаждение 10 °/мин; плотная керамика; пропускание в видимой области спектра 55%, что меньше, чем при твёрдофазном синтезе [см. следующий пункт] из-за наличия вторичных фаз
центрифугирование, промывка, сушка 70 °С - 24 часа; просев 200 мкм; термообработка (разные температуры) - 3 часа; измельчение в шаровой мельнице в среде этанола 10 часов; сушка -90 °С, просев 200 мкм обжиг 1450 °С, 20 часов
[142] YзAbOl2, добавки TEOS и MgO индивидуальные оксиды, смешение в процессе изготовления суспензии 1) изготовление водной суспензии; 2) изготовление неводной суспензии; прессовка слоёв 40 МПа; выжигание органических остатков 600 °С - 10 часов; изостатическое прессование 200 МПа вакуум (10-3 Па), 1750 °С, 10 -50 часов (разные режимы) керамика с линейным пропусканием 84% (^ = 1064 нм); размер зерна - 10 - 50 мкм при литье из водных суспензий; 20 - 60 мкм при литье из неводной суспензии
[85] YAG:Nd добавки TEOS от 0 до 1 масс.% твердофазный синтез из индивидуальных оксидов; измельчение и смешение в среде этанола в шаровой 5мельнице 12 часов (размольные тела из 2г02); сушка и просев через 200 мкм сито одноосное прессование -5 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа кислород (сравнивается с вакуумом и аргоном), ^ = 1550 - 1710 °С (разные режимы) - 8 часов лазерная керамика; пропускание (^ = 1064 нм) для наилучшего образца 80%; плотность и размер зерна керамики зависит от добавления TEOS и температуры спекания
[143] YзAl5Ol2, добавки TEOS и MgO индивидуальные оксиды, смешение в процессе изготовления суспензии литьё на ленту; суспензии индивидуальных оксидов на водной основе с добавлением полиакрилат аммония (дисперсант), поливинилакрилат (связующее) и вакуум (10-3 Па), 1750°С-10 часов керамика с линейным пропусканием 81,5% (^ = 1064 нм); размер зерна - 15 мкм
полиэтиленгликоль (пластификатор); помол в планетарной мельнице - 24 часа; уровень лезвия при формовании 300 - 500 мкм, скорость - 10 мм/с; выжигание органических остатков 600 °С - 48 часов; изостатическое прессование 200 МПа различного количества слоёв после литья на ленту
[130] Y3AI5O12 добавка MgO 0,02 -0,18 масс.% смешение индивидуальных оксидов в планетарной шаровой мельнице, 200 об/мин - 12 часов; сушка 70 °С -30 часов; просев 100 мкм одноосное прессование -20 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа; обжиг 1000 °С - 4 часа вакуум; нагрев 2 °/мин; 1) 1420 - 1780 °С (разные режимы), 4 часа; 2) 1780 - 1840 °С (разные режимы), 8 часов высокоплотная керамика; 1) относительная плотность достигает своего максимума при температуре 1700 °С независимо от содержания MgO, добавка MgO влияет на динамику роста относительной плотности с увеличением температуры термообработки; 2) наиболее высокую пропускающую способность (>80% при X = 1064 нм) демонстрируют образцы с добавкой MgO не больше 0,06 масс.% с температурой спекания от 1800 °С
[168] Композит YAG:Ce-AhO3 твердофазный синтез из индивидуальных оксидов; измельчение и смешение в шаровой мельнице 24 часа SPS (электроискровое спекание); нагрев 100 - 300 °С/мин; 1380 °С - конечная температура; давление - 10 МПа (до 900 °С), 40 - 90 МПа (после 900 °С); обжиг на воздухе 1200 люминесцентная керамика; пропускание (X = 520 нм) в зависимости от давления в процессе спекания: от ~50 до ~55%
[68] (Y1-xCex)3AbO12 (x=0,0015; 0,0030; 0,0050; 0,010; 0,015; 0,020) обратное совместное осаждение гидрокарбонатом из смесевого азотнокислого раствора; старение осадка -3 часа; сушка 90 °С, 12 часов; термообработка 1175 °С, 7 часов одноосное прессование; изостатическое прессование - 250 МПа вакуум (106 мбар); 1750°С-5 часов; обжиг на воздухе 1200 °С, 7 часов сцинтилляционная керамика; наличие вторичной фазы Се02 при содержании церия = 0,02; пропускание ~70% (^ > 500 нм) при содержании Се < 0,015; уменьшение времени затухания люминесценции с повышением концентрации Се
[149] AhO3/Y3AbO12: Cе (0,4 моль.% Ce); добавки TEOS и MgO смешение индивидуальных оксидов с шаровой мельнице в среде этанола; сушка 60 °С; просев 200 мкм; термообработка 900 °С, 2 часа 3D- печать методом DLP (digital lightning process); изготовление суспензии на основе фотополимеризируемого мономера, наполнение 77,8 масс.%; измельчение в шаровой мельнице в течение 12 часов; печать, выжигание органической связки вакуум, 1720 °С; обжиг на воздухе люминесцентная керамика; определён ряд параметров фото-люминесценции композита AhOз/YAG:Ce
[147] Y3AbO:2 (Nd 2%) коммерческие нано-порошки AhO3 и Y2O3 Nanocerox Inc.; смешивание в растворителе с дисперсантом и связующим робокастинг (direct ink writing, DIW); изостатическое прессование - 200 МПа; обжиг 1000 °С вакуум (106 Торр); 1600 °С, 8 часов; HIP, 1850 °С, 200 МПа, аргон, 4 часа лазерная керамика в виде стержней
[148] Y3Al5O12; добавки TEOS - 0,4 масс.% и MgO - 0,08 масс.% смешение индивидуальных оксидов в этаноле в течение 24 часов; сушка 70 °С, 24 часа; просев через 200 мкм сито 1) 3D- печать; изготовление суспензии на водной основе с наполнением 72 масс.% с добавлением Isobam104 в качестве дисперсанта и связующего; вакуум (в графитовой печи); 1750 °С, 20 часов; обжиг на воздухе, 1450 °С, 10 часов высокоплотная керамика; пропускающая способность полученных методом 3D-печати образцов близка, но несколько меньше пропускающей способности образца, полученного методом изостатического
печать, сушка в эксикаторе 48 часов; 2) изостатическое прессование - 250 МПа; выжигание органической связки при 1000 °С прессования (60 и 65% при X = 520 нм, соответственно)
[150] Yb0,3Y2jAbO12 добавка TEOS 0,5 масс.% смешение индивидуальных оксидов 3D- печать методом DLP (digital lightning process); изготовление суспензии на основе фотополимеризируемого мономера, наполнение 42 об.%; печать; выжигание путём медленного нагрева до 600 °С выдержкой 1 час вакуум; 1750 °С, 16 часов; обжиг 1100 °С, 50 часов высокоплотная керамика; пропускающая способность 50% (X > 1000 нм) при толщине образца 1,2 мм
[125] Y3AI5O12; добавка MgO 0,01 -0,15 масс.% смешение индивидуальных оксидов в шаровой мельнице в среде этанола, 15 часов; сушка 60 °С, 24 часа, просев 200 мкм одноосное прессование -50 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа; обжиг на воздухе 800 °С, 4 часа вакуум (10-3 Па); нагрев 400 °/час, 1750 °С, 10 часов; охлаждение 500 °/час высокоплотная керамика; добавление MgO снижается пористость керамики и увеличивает средний размер зерна; наибольшая пропускающая способность достигается при содержании MgO 0,03 и 0,06 масс.% (>75% при X >350 нм)
[89] Y(3-3y)AbO12:yCe (y = 2,5 моль%); добавка B4C 0 - 0,2 масс.% смешение индивидуальных оксидов в шаровой мельнице мельнице атмосфера 5%Ш95%^ 1350 - 1550 °С, 4 часа керамический порошок; отмечено повышение интенсивности фотолюминесценции при добавлении карбида бора
[141] Y2,94Nd0,06AbO12, добавка 0,5 масс.% TEOS твердофазный синтез из индивидуальных оксидов; смешивание в шаровой мельнице - 15 часов; сушка 55 °С, 24 часа; гель-кастинг; 1) цитрат-аммонийная система (PIBM); 2) акрил-амидная система (AM); вакуум (10-3 Па); скорость нагрева 2 °/мин, 1800 °С, 10 часов лазерная керамика; стержни толщиной 8 мм с линейным пропусканием 83% (X = 1064 нм)
просев через 200 мкм сито; термообработка 800 °С - 8 часов выжигание органических компонентов 900 °С, 8 часов (система 1); 24 часа (система 2)
[123] Y2.97Ш0.0зAbOl2 обратное совместное осаждение водным раствором гидрокарбоната аммония и аммиака из солянокислого смесевого раствора; термообработка 1100 и 1200 °С (разные режимы), 2 часа одноосное прессование -100, 200 МПа (разные режимы) вакуум; 1500, 1600, 1700 °С (разные режимы), 1 час плотная керамика; с повышением температуры спекания повышается относительная плотность керамики вплоть до 4,56 г/см3 (при 1700 °С) и уменьшается параметр кристаллической решётки от 1,2024 А (800 °С) до 1,2011 А (1700 °С)
[102] YзAbOl2(Yb) добавка Sc обратное совместное осаждение водным раствором аммиака (с добавлением сульфата аммония) из смесевого солянокислого раствора одноосное прессование 50 и 200 МПа (разные режимы); изостатическое прессование - 200 МПа (для части образцов); 800 °С, 4 часа вакуум; 1820°С, 20 часов; обжиг на воздухе 1300 °С, 30 часов высокоплотная керамика; ~80% (Я, = 500 нм) при толщине образца 1 мм; падение пропускания при увеличении удельной поверхности порошка с 2 до 12 м2/г; наличие растрескиваний керамики при отсутствии изостатического прессования
[90] YзAl5Ol2:xCe (х = 0,02; 0,04; 0,08; 0,1 масс.%) добавка BaF2 5 масс.% смешение индивидуальных оксидов 6 часов; термообработка 800 °С, 2 часа 1600 °С, 12 часов; измельчение в ступке керамические порошки; результаты исследования катодолюминесцентных свойств керамических порошков YAG:Ce
[103] (Y,Yb)3Al5O12 добавка TEOS 0,8 масс.% обратное совместное осаждение водным раствором аммиака (с разными добавками сульфата аммония) из смесевого солянокислого раствора; измельчение в планетарной мельнице; термообработка 1100 °С, 2 часа; измельчение в планетарной мельнице одноосное прессование; изостатическое прессование; обжиг на воздухе вакуум; 1820 °С, 20 часов высокоплотная керамика; пропускающая способность зависит от наличия сульфата аммония при синтезе исходного порошка: 70% при наличии сульфата аммония 30% без сульфата аммония (X = 500 - 800 нм)
[124] Y3AbO12:Ce (Ce 0,1 и 1,0 ат.%) добавка TEOS 0,5 масс.% лазерная абляция мишени для получения исходных порошков высокой чистоты; обжиг А12О3 1200 °С, 3 часа; обжиг Y2Oз 900 °С, 3 часа; твердофазный синтез; смешение оксидов с шаровой мельнице в среде этанола 48 часов; сушка в роторном испарителе, просев 200 мкм 1) термообработка 600 °С, 3 часа; 2) нет термообработки одноосное прессование -200 МПа; обжиг на воздухе 800 °С, 3 часа вакуум (5*105 мбар); 1700 и 1780 °С (разные режимы), 20 часов; обжиг 1300 °С, 5 часов высокоплотная керамика; пропускающая способность 80% (X = 500 - 900 нм); при наличии термообработки порошка при 600 °С пропускающая способность сильно зависит от содержания церия и падает при её повышении (падение с 80 до 60%); если термообработки нет, то пропускающая способность не столь значимо зависит от содержания церия
[88] Gd3(1 -x)Ce3xAl2. sGa2.2O12, x = 0.002-0.004 твердофазный синтез из индивидуальных одноосное прессование -49 МПа HIP, 29 -39 МПа, 1475 °C, 4 часа, вакуум; сцинтилляционная керамика; пропускание зависит от температуры обжига
оксидов и оксалата церия; смешение в шаровой мельнице в водной среде с добавлением акрилата и метакрилата аммония, 12 часов; сушка, грануляция, термообработка 1500 °С, 4 часа обжиг 1200 -1400 °С, 4 часа, кислород керамики (максимально 33% при 1250 °С и толщине образца 1,8 мм); при температуре обжига меньше 1250 °С имеется значительное послесвечение
[99; 100] Gd2,98Ce0,02AhGa3O12 обратное совместное осаждение аммиаком и гидрокарбонатом аммония из азотнокислых растворов с воздействием ультразвука; термообработка при 800 - 950 °С одноосное прессование -4 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, t° = 1600 - 1650 °C (разные режимы); горячее изостатическое прессование (HIP), 200 МПа, 1450 °С - 2 ч; обжиг на воздухе 1350 °С - 10 ч. сцинтилляционная керамика; размер зерна после спекания в кислороде растёт, если при синтезе к раствору прикладывали УЗ-воздействие; после HIP у керамики снижается пористость, но не меняется размер зерна; имеет световыход в 4 раза больше, чем эталонный кристалл BGO (34400 и 8500 фотонов/МэВ, соответственно) при возбуждении гамма-квантами 137Cs (662 кэВ)
[86] Gd2,985Ce0,015AbGa2O12 добавка ZrO2 0 - 0,72 ат.% твердофазный синтез из индивидуальных оксидов; смешение в шаровой мельнице в среде спирта в течение одноосное прессование; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, 1650 °С, 10 часов люминесцентная керамика: пропускающая способность меняется при варьировании добавки ZrO2 и достигает максимума в >70% (^ > 500 нм) при добавлении 0,045 ат.%;
12 часов на скорости 300 об/мин; термическая обработка с увеличением концентрации Zr4+ уменьшается средний размер зерна; интенсивность люминесценции керамики растёт при добавлении ZrO2 до 0,36 ат.%
[132] Gd2,97Ceo,oз(Al,Ga)5Ol2 добавка Y2Oз от 0 до 0,9 ф..е. Y обратное совместное осаждение гидрокарбонатом аммония и раствором аммиака (с добавкой сульфата аммония) из смесевого азотнокислого раствора с (и без) воздействием ультразвука; сушка, термообработка 800 - 950 °С одноосное прессование -5 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, 1650 °С - 2 часа; HIP сцинтилляционная керамика; воздействие УЗ при синтезе приводит к более мелкозернистой керамике и повышает пропускающую способность; добавка 0,9 Y также приводит к повышению пропускающей способности керамики; максимальная пропускающая способность достигается для образца из УЗ- порошка с добавлением Y (>80% при X > 500 нм)
[97] GdзAl2GaзOl2 (1 ат.% Се) метод Печини холодное изостатическое прессование - 200 МПа холодное спекание; 2000 - 8000 МПа (разные режимы), 500 -800 °С (разные режимы) сцинтилляционная керамика; авторами установлено преимущество монокристаллической формы GAGG:Ce перед керамикой аналогичного состава, полученной методом холодного прессования
[130] ^2^0,02^2^2,2012 Gdl,49Yl,49Ce0,02Al2,8Ga2,2Ol2 Gdl,49Yl,49Ce0,02Al2,5Ga2,5Ol2 в рамках каждого из трёх базовых составов варьировалось содержание Ga и Y в рамках общего пиролиз распылением в пламени (flame spray pyrolysis, FSP); перемешивание с добавлением ПЭГ и полиметакрилатом аммония (Darvan C-N) одноосное прессование -35 МПа; изостатическое прессование - 205 МПа; плотность 50%; обжиг 900 °С вакуум (2*106 Торр), 1600 °С -2 часа; HIP, 200 МПа, 1650 °С, 4 часа сцинтилляционная керамика; плотность 97% после спекания в вакууме; после HIP прозрачные керамики; световыход сцинтилляции в сравнении с эталонным монокристаллом YAG:Ce:
состава (Gd,Y,Ce)3(YxGai-x)2(Ga,Al)3Oi2 Gd2,98Ce0,02Al2,8Ga2,2Ol2 170% Gdl,49Yl,49Ce0,02Al2,8Ga2,2Ol2 180% Gdl,49Yl,49Ce0,02Al2,5Ga2,5Ol2 200%
[98] Gd2,98Ceo,o2AhGa3Oi2 Gd2,o8Yo,9Ceo,o2Al2Ga3Oi2 Gdi,78Yi,2Ceo,o2Al2Ga3Oi2 обратное совместное осаждение аммиаком и гидрокарбонатом аммония из азотнокислых растворов (с добавлением сульфата аммония) с воздействием ультразвука; термообработка при 800 - 950 °С одноосное прессование -4 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, t° = i600, i650, i700 °C (разные режимы) - 0, 2 и i0 ч; горячее изостатическое прессование (HIP), 200 МПа, i450 °С - 2 ч; обжиг на воздухе i350 °С - i0 ч. сцинтилляционная керамика; пористость уменьшается, а размер зерна растёт с повышением температуры термообработки и времени выдержки; линейное пропускание (X = 520 нм): 0 ф.е. Y - 50% 0,9 ф.е. Y - 75% Ь2 ф.е. Y - ~3%
[161] Gdl,49Yl,49Ce0,02Ga2,2Al2,8Ol2 пиролиз распылением в пламени (flame spray pyrolysis, FSP) гель-кастинг; литьё водной суспензии с полиэтиленгликолем и полиметакрилатом аммония С-К) в стальные формы, сушка при 50 °С в течение 24 часов; 30% по плотности компакты обжигали на воздухе при 1050 °С вакуум (2*i0-6 Торр или ~ 2*i0-4 Па), i600 °С - 2 часа; HIP, аргон, 200 МПа, i650 °С - 4 часа сцинтилляционная керамика; высокая прозрачность; авторами отмечается заметный градиент Ga2Oз в объёме керамики и наличие послесвечения (вплоть до 24 часов) после спекания в вакууме; обжиг в атмосфере кислорода позволяет нивелировать фосфоресценцию; световыход 55000 фотонов/МэВ
[69] Gd0,96Y2,04Al5Oi2 (Ce 0,35; 0,50 и 0,65%) коммерческая керамика производства Konoshima Chemical Co., полученная спеканием в вакууме сцинтилляционная керамика; световыход сцинтилляции меньше, чем для эталонного монокристалла и керамики YAG:Ce;
исследована кинетика для различных содержаний Ce
[87] (Ce^Gd2-2%Y1-x)Ga3Al2O12 (x = 0,002); добавка MgO 0,3 моль.% смешение индивидуальных оксидов в среде спирта 12 часов; сушка, просев одноосное прессование; изостатическое прессование - 210 МПа кислород, 1650 °С, 5 часов; HIP, 200 МПа, 1700 °С, аргон; 1) обжиг в кислороде, 1300 °С, 10 часов; 2) обжиг в смеси N2 и H2 (95+5%), 1300 °С, 10 часов сцинтилляционная керамика; повышение интенсивности фото-люминесценции при обжиге в смеси азота и водорода; снижение интенсивности фото-люминесценции при обжиге в кислороде; обратная зависимость для радиолюминесценции; наибольший световыход (38400 фотонов/МэВ) после обжига в кислороде
[126] Gd2YAhGa30:2(0,2 at.% Ce) обратное совместное осаждение гидрокарбонатом аммония из смесевого азотнокислого раствора (с добавлением сульфата аммония); старение 1 час, сушка при 70 °С, просев 200 мкм одноосное прессование -20 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, t° = 1450 - 1700 °C (разные режимы) 2 часа; 1525 °C - 4, 10, 20 часов (разные режимы); 1550 °С - 0,5; 1; 4 часа (разные режимы) HIP, 1600 °С, 150 МПа, Ar, 3 часа сцинтилляционная керамика; повышение плотности керамики до HIP с температурой спекания и временем выдержки; после HIP наибольшее пропускание (60% на X = 520 нм) у керамики, спечённой в кислороде при 1600 °С
[160] Gd2,07Y0,9Ce0,03Al2Ga3O12 обратное совместное осаждение раствором гидрокарбоната аммония и аммиака из смесевого азотнокислого раствора (с добавлением сульфата аммония); одноосное прессование; изостатическое прессование - 250 МПа кислород, 1550 -1700 °С (разные режимы); HIP сцинтилляционная керамика в виде ряда пикселей; рост зерна керамики с увеличением температуры спекания; определён ряд механических свойства керамики (модуль Юнга, твёрдость по Викерсу,
сушка, просев через 200 мкм сито; 850 °С - 2 ч твёрдость на изгиб) от размера зерна керамики; различия в интенсивности люминесценции от температуры спекания (максимальная при 1650 °С)
[91] Lu2,97Ce0,0зAbOl2 добавки TEOS 0,5 масс.% и MgO 0,1 масс.% твердофазный синтез из индивидуальных оксидов; измельчение и смешение в среде этанола в шаровой мельнице 12 часов изостатическое прессование - 200 МПа предварительный обжиг на 800 °С - 6 часов; вакуум, ^ = 1600 - 1750 °С (разные режимы) - 3 часа; обжиг на воздухе 1400 °С - 3 часа люминесцентная керамика; интенсивность люминесценции зависит от температуры спекания; средний размер зерна меняется в зависимости от температуры спекания от <1 до >6 мкм (от 1600 до 1750 °С, соответственно)
[127] (CexLul-x)зAl5Ol2 (х = 0; 0,001; 0,003; 0,005); добавка MgO 0,03 масс.% смешение индивидуальных оксидов в шаровой мельнице в спиртовой среде, 200 об/мин, 10 -12 часов; сушка 70 °С, 1 -2 часа; просев 200 мкм; термообработка 600 °С, 4 часа одноосное прессование -4 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа вакуум (10-3 - 104 Па); 1550 - 1890 °С (разные режимы), 10 часов; обжиг 1450 °С, 10 часов сцинтилляционная керамика; пропускающая способность 80% (видимый спектр) при толщине образца 1 мм; исследованы люминесцентные свойства керамических образцов в зависимости от содержания Се
[122] Y2,96Ceo,o4AhGaз 012 (YAGG:Ce) Gd2,96Ceo,o4Al2Gaз 012 ^АШ:Се) Lu2,96Ceo,o4Al2Gaз0l2 ^и- AGG:Ce) добавка 0,8 - 1,2% TE0S смешение индивидуальных оксидов в среде спирта в течение нескольких часов с добавлением 0,8 - 1,5% ПАВ; сушка 80 °С, 36 часов одноосное прессование 50 МПа; изостатическое прессование обжиг для удаления органических остатков, 800 °С 60 часов; вакуум, 1600 -1650 °С (разные режимы), 10 -20 часов сцинтилляционная керамика; пропускающая способность 75 - 80% (X > 450 нм; исследована кинетика люминесценции и сцинтилляции всех трёх составов (близкая для всех трёх составов);
световыход: YAGG:Ce - 13,7 фотонов/КэВ GAGG:Ce - 15,5 фотонов/КэВ LuAGG:Ce -18,7 фотонов/КэВ
[104] Y3Sc2AbOi2(Yb) обратное совместное осаждение водным раствором аммиака (с добавлением сульфата аммония) из солянокислого смесевого раствора; сушка при 60 °С до 5% влажности; измельчение в планетарной мельнице в водной среде с добавлением сульфата аммония; сушка при 60 °С; термообработка П00 °С, 2 часа; измельчение в планетарной мельнице одноосное прессование -50 МПа; изостатическое прессование - 250 МПа; обжиг 1300 °С, 2 часа вакуум (5*Ю" 5 Па), П50 °С, 20 часов; обжиг на воздухе 1300 °С, 30 часов высокоплотная керамика; 83% (в видимой и близкой ИК-области); подробно исследована растворимость Sc в структуре граната
[128] (Y,Sc)3AbOi2(Yb) добавка MgO совместное осаждение водным раствором аммиака (с добавлением сульфата аммония); сушка 60 °С до 5% влажности; измельчение в планетарной мельнице, сушка при 60 °С; термообработка П50 °С, 2 часа; одноосное прессование -50 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа вакуум (5*Ю" 5 Па); 1750 - Ш0 °С (разные режимы), 20 часов; обжиг на воздухе !300°С высокоплотная керамика; резкое падение пропускания при !800 °С из-за вторичной фазы; максимальное пропускание при Ш0 °С, ~80% (в видимой области спектра)
измельчение в планетарной мельнице в спиртовой среде
[92] YbxY3-xScAl4Oi2 (x = 0,05; 0,i; 0,i5; 0,2) добавки TEOS и MgO твердофазный синтез; смешение индивидуальных оксидов в шаровой мельнице, !2 часов; сушка 70 °С, 2 часа, просев 200 мкм; термообработка 600 °С, 4 часа одноосное прессование; изостатическое прессование - 250 МПа вакуум; i820°С, 30 часов; HIP, i750 °С, 200 МПа, аргон, 3 часа; обжиг на воздухе i450 °С, 20 часов высокоплотная керамика; наибольшая пропускающая способность максимальная при 5 и Ю% содержании Yb, >75% (видимый спектр); падение пропускания при больших концентрациях Yb, <75% (видимый спектр)
[i33] Y2,i5Yb0,25SCi,00Al4,6Oi2, Y2,35Yb0,25SCi,00Al4,4Oi2, Y2,55Yb0,25SCi,00Al4,2Oi2, Y2,52Yb0,25SC0,38Al4,85Oi2 добавка MgO i,5 моль.% совместное осаждение водным раствором аммиака (с добавлением сульфата аммония); сушка 60 °С до 5% влажности; измельчение в планетарной мельнице, сушка при 60 °С; термообработка П00 °С, 2 часа; измельчение в планетарной мельнице в спиртовой среде одноосное прессование -50 МПа; изостатическое прессование - 200 МПа; обжиг на воздухе !300 °С вакуум; i725 - i800 °С (разные режимы), 20 часов высокоплотная керамика; пропускающая способность ~80% (видимая область спектра); имеется зависимость пропускающей способности от состава керамики
[i69] LuGd2Ga3Al2O i2:Ce LuGd2Ga2AbOi2:Ce (Ce 0,2 моль.%) добавки TiO2, V2O5, Cr2O3, MnO, Fe2O3, CoO, NiO, CuO, ZnO керамика производства Philips из оксидов 5N и 6N чистоты сцинтилляционная керамика; подробно исследуется влияние примесей 3d-металлов на сцинтилляционные и люминесцентные свойства керамики
[71] (Lu,Gd)s(Ga,Al)5Oi2:Ce керамика производства Philips (ниже некоторые подробности) сцинтилляционная керамика; пропускающая способность 83% (X > 450 нм); авторы утверждают, что высокая пропускающая способность достигается исключительно подбором правильного соотношения компонентов в соединениях общего состава LuyGd3-yGaxAl5-xO12:Ce with y = 0-2, x = 0-4
смешение индивидуальных оксидов в воде с добавлением дисперсанта в шаровой мельнице 100 часов; добавление связующего, сушка, просев 500 мкм прессование i700°С; обжиг в атмосфере кислорода i550°С
[72] Y3GaxAl5-xOi2:Ceo.oo6 (x = 1, 2, 3, 4) Gd3GaxAi5- xOi2:Ceo.oo6 (x = 1, 2, 3) Y2GdiGaxAl5-xOi2:Ceo.oo6 (x=2,0; 2,5; 3,0) керамика производства Philips из оксидов 4N чистоты сцинтилляционная и люминесцентная керамика; авторы исследуют влияние температуры на люминесцентные характеристики керамик, указанных составов
[73] Y2GdiGaxAl5-xOi2:Ceo.oo6 (x=2,0; 2,5; 3,0) керамика производства Philips сцинтилляционная и люминесцентная керамика; авторы исследуют влияние температуры на люминесцентные характеристики керамик, указанных составов
[74] GdxY3-xAl5 012: Ce0. ооб керамика производства Philips
(x = 0; 0,15; 0,45; 0,75; 1,2)
сцинтилляционная и
люминесцентная керамика;
авторы исследуют влияние
температуры на
люмине сцентные
характеристики керамик,
указанных составов
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Лабораторный технологический регламент получения сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната
Оглавление
1. Общее описание метода получения....................................................................................162
2. Характеристика готового продукта....................................................................................162
3. Характеристика сырья, реактивов, материалов и оборудования.....................................163
4. Общее описание технологического процесса....................................................................165
5. Постадийное описание технологического процесса.........................................................166
6. Контроль технологического процесса................................................................................170
7. Контроль характеристик получаемой продукции.............................................................172
8. Нормы расхода основных видов сырья и материалов......................................................174
9. Нормы образования отходов...............................................................................................174
10. Требования безопасности....................................................................................................175
Список сокращений...............................................................................................................175
1. Общее описание метода получения
1.1. Полное наименование метода: метод получения сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната общего состава Уз-х-у0ёхСеуАЬ-20а2012.
1.2. Метод(ы) получения: компактирование предварительно подготовленной шихты методами одноосного полувлажного прессования (Метод А) или литья шликера (Метод Б) с последующим свободным спеканием.
1.3. Процесс получения керамики предусматривает использование порошка, полученного в соответствии с Лабораторным технологическим регламентом получения порошка алюмоиттриевого граната, легированного церием, от 07.07.2020 (далее - ЛТР 07.04.2021), или в соответствии с его модификацией. Процесс состоит из одного основного технологического потока: усреднение гранулометрического состава шихты путём механического измельчения ^ компактирование ^ свободное спекание ^ дополнительная обработка.
1.4. Данный технологический регламент предусматривает получение керамических образцов цилиндрической формы с диаметром 17 мм и толщиной 1 мм в количестве ... шт. за однократную реализацию всех технологических операций. При увеличении количества получаемых образцов процессы могут быть масштабированы или воспроизведены многократно. При увеличении размеров целевых изделий может возникнуть необходимость в оптимизации одной или нескольких стадий получения.
2. Характеристика готового продукта
2.1. Получаемые продукты представляют собой изделия из поликристаллического материала общего состава Уз-х-у0ёхСеуАЬ-20а2012, а именно, У2,97Сео,озАЬ012 (Продукт УАО:Се) и Оё1,485У1,485Сео,озА120аз012 (Продукт ОУАОО:Се).
2.2. Данный ЛТР предусматривает получение изделий двух типов:
1) Керамика состава УАО:Се представляет собой цилиндры толщиной 1 мм насыщенно жёлтого цвета с интенсивной фотолюминесценцией и полным пропусканием от 25 до 30% (X = 550 нм).
2) Керамика состава ОУАОО:Се представляет собой цилиндры толщиной 1 мм бледно-жёлтого цвета с выраженными фото-люминесцентными и сцинтилляционными свойствами с полным пропусканием от 40 до 45% (X = 550 нм).
Назначение: использование в качестве люминесцентного фотопреобразователя и/или сцинтиллятора.
3. Характеристика сырья, реактивов, материалов и оборудования
3.1. Требования к сырью в зависимости от получаемого продукта и реализуемого метода в рамках данного ЛТР приведены в Таблице 1. В качестве исходного сырья для получения продукта УЛО:Се используют порошок, полученный в соответствии с ЛТР 07.04.2021. Для получения продукта ОУЛОО:Се используют полупродукт ЛТР 07.04.2021, который представляет собой соединение или смесь соединений гидроксидов и основных карбонатов элементов, входящих в состав Продукта, на микроскопическом уровне состоящую из агрегатов частиц с размерами от 50 до 100 нм (далее - прекурсор УЛО:Се или прекурсор ОУЛОО:Се соответственно).
Таблица 1 - Характеристика сырья
Вариант реализации ЛТР Наименование сырья, материалов Контролируемые показатели Значение показателя
Продукт УЛО:Се Порошок состава УЛО:Се, полученный согласно ЛТР 07.04.2021, порошок YAG:Ce тип 2 Суммарное недооса-ждение компонентов Микроструктура Спекаемость не более 0,2 масс.% первичные частицы округлой формы с размерами не более 100 нм плотность получаемой керамики не ниже 98% от теоретической*
Продукт ОУЛОО:Се Прекурсор ОУЛОО:Се, полученный аналогично ЛТР 07.04.2021, порошок YAG:Ce тип 2, стадии (1)-(8) Суммарное недооса-ждение компонентов Микроструктура Спекаемость не более 0,5 масс.% первичные частицы округлой формы с размерами не более 100 нм плотность получаемой керамики не ниже 98% от теоретической**
*теоретическое значение плотности УЛв:Се составляет 4,56 г/см3 **теоретическое значение плотности вУЛОв:Се составляет 6,00 г/см3
3.2. Список необходимых реактивов и материалов для получения керамики состава УЛО:Се и ОУЛОО:Се согласно данному ЛТР, а также их требуемые характеристики приведены в Таблице 2.
Таблица 2 - Характеристика реактивов и материалов
Наименование реактивов / материалов Контролируемые показатели Значение показателя
Вода высокочистая Соответствие квалификации ос. ч. 27-5
Корундовые тигли Доля Л12О3 не менее 99,7% Температура эксплуатации до 1800 °С НТД поставщика
Наименование реактивов / материалов Контролируемые показатели Значение показателя
Размольная ёмкость с футеровкой из АЬОз Истираемость <0,0005%, Примеси не более 7% НТД поставщика
Размольные тела из АЬОз
Сетки из полиамидных нитей с размером ячеек 200 мкм ± 10 мкм Соответствие НТД поставщика Целостность ткани при визуальном осмотре Соответствует Отсутствуют видимые дефекты
Гипс Соответствие квалификации ГОСТ 4746-49
Лимонная кислота Соответствие квалификации х.ч. ГОСТ 3652-69
Гидрокарбонат аммония Соответствие квалификации х.ч. ГОСТ 3762-78
Молибденовый лист Толщина 0,з мм
Шлифовальные круги (Б1С) Зернистость Р120, Р320, Р600, Р1200, Р2400 (величины, характеризующие число частиц SiC на квадратный дюйм круга)
Алмазные суспензии для полировки Размер частиц 0,50 мкм; 0,25 мкм; 0,10 мкм
3.3.Характеристики технологического оборудования приведены в Таблице 3.
Таблица 3 - Характеристики технологического оборудования
Тип оборудования Основные характеристики оборудования Марка и модель оборудования
Мельница шаровая планетарная Масса барабана с навеской от 1000 до 7000 г Максимально допустимая скорость вращения ведущего диска, не менее -500 об./мин. Retsch PM 100 или аналогичная
Шкаф сушильный Интервал рабочих температур от 40 до 120 °С Binder FD23 или аналогичный
Пресс гидравлический одноосный Предельная нагрузка, не менее 12 тонны Labtools ПЛГ-20 или аналогичный
Миксер лабораторный планетарный Максимальная скорость вращения, не менее 1500 об/мин Hauschild DAC 400 или аналогичный
Возможность вакуумирова-ния рабочего пространства до 20 мбар
Высокотемпературная печь для термообработки прекурсора Максимальная рабочая температура, не менее 1300 °С «Накал» ПЛ5/12,5
Высокотемпературная печь для спекания керамики - в вакууме (для продукта УЛО:Се) - в кислороде (для продукта ОУЛОО:Се) Максимальная рабочая температура, не менее 1700 °С -давление в рабочей области не более 10-5 мбар -система подачи кислорода СШВЭ-1.2,5/25 И3 или аналогичные ШЬетЛегш ЯИТИ 80/300-18 или аналогичные
Шлифовальный станок Скорость вращения основного круга от 50 до 100 об/мин Скорость вращения держателя проб не менее 50 об/мин Полилаб П12Сб+ или аналогичный
4. Общее описание технологического процесса
4.1. Подготовка шихты:
- термическая обработка прекурсора; температура термообработки зависит от получаемого продукта и реализуемого метода в рамках данного ЛТР;
- механическое измельчение порошка в планетарной мельнице;
- сушка;
- просев.
4.2. Компактирование:
4.2.1. Метод А - одноосное полувлажное прессование:
- пропитка шихты;
- прессование;
- сушка компактов.
4.2.2. Метод Б -литьё шликера:
- приготовление суспензии;
- литьё;
- сушка и предварительный отжиг компактов.
4.3. Спекание
4.4. Дополнительная обработка (шлифовка и полировка)
5. Постадийное описание технологического процесса
5.1. Подготовка шихты
1) Термическая обработка прекурсора
YAG:Ce. В корундовый тигель помещают 75 грамм прекурсора YAG:Ce, загружают в печь, нагревают со скоростью 10 °/мин до целевой температуры и выдерживают в течение 2 часов. Целевая температура зависит от последующего метода компактирования:
- для Метода А - 900 - 1100 °С;
- для Метода Б - 1200 - 1400 °С.
GYAGG:Ce. Прекурсор предварительно формуют в виде плотных брикетов суммарной массы 100 г с использованием стальной пресс-формы диаметром 3 см и приложением давления в 14 МПа. Брикеты помещают в корундовый тигель 100 грамм и проводят термообработку аналогично прекурсору YAG:Ce, с заданными целевыми температурами:
- для Метода А - 800 - 1000 °С;
- для Метода Б - 1100 - 1300 °С.
2) Механическое измельчение порошка в планетарной мельнице
Продукт YAG:Ce. В размольную ёмкость объёмом 250 мл помещают раствор 0,5 г цитрата аммония в 150 мл воды1, затем 100 г размольных тел из оксида алюминия диаметром 10 мм и вносят навеску порошка граната массой 50 г, после чего проводят помол в течение 30 минут на скорости 300 об/мин. Размольные тела диаметром 10 мм отделяют от суспензии на полиамидной сетке и заменяют на размольные тела диаметром 1 мм общей массой 100 г, после чего проводят помол в течение 30 минут на скорости 300 об/мин. Полученную суспензию отделяют от размольных тел путём их отсева на полиамидной сетке и переносят в ёмкость для сушки.
Продукт GYAGG:Ce. В размольную ёмкость объёмом 250 мл помещают раствор 0,65 г цитрата аммония в 195 мл воды1, затем 130 г размольных тел из оксида алюминия диаметром 10 мм
1 Цитрат аммония получают путём растворения 0,49 г гидрокарбоната аммония и 0,43 г лимонной кислоты воды (продукт УАв:Се) или 0,64 г гидрокарбоната аммония и 0,56 г лимонной кислоты (продукт ОУАвв:Се) в указанных объёмах воды
и вносят навеску порошка граната массой 50 г. Режим измельчения идентичен описанному для продукта YAG:Ce.
3) Емкость с суспензией помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 70 °С в течение 4 ч., проводят взвешивание, сушат дополнительно 1 час и проводят повторное взвешивание. В случае, если результаты различаются более чем на 0,05 г проводят сушку до постоянной массы, выполняя взвешивание каждый час.
4) Полученный порошок просеивают через полиамидную сетку с размером ячеек 200 мкм.
5.2. Компактирование
5.2.1. Метод А - одноосное прессование
5.2.1.1. Продукт YAG:Ce
1) Пропитка шихты
В навеску порошка массой 50 г при тщательном перемешивании полипропиленовым шпателем добавляют воду в количестве 15 г и оставляют в герметично закрытой емкости на 8-16 часов.
2) Прессование
Навеску шихты массой 1,3 г помещают в разъёмную пресс-форму круглого сечения диаметром 20 мм, выравнивают слой при помощи шпателя и при помощи лабораторного пресса прикладывают нагрузку 12 т, обеспечивая давление 380 МПа. Приложенную нагрузку удерживают в течение 10 с, снимают нагрузку постепенным откручиванием винта стравливания. Полученный компакт извлекают из пресс-формы, выпрессовывая с использованием выпрессовочного кольца и мягкой подложки. При необходимости тщательно очищают пресс-форму от остатков шихты. Повторяют необходимое количество раз.
3) Сушка компактов
Компакты сушат в сушильном шкафу при температуре 100 °С в течение 2 ч, проводят взвешивание, сушат дополнительно 1 час и проводят повторное взвешивание. В случае, если результаты различаются более чем на 0,001 г, то проводят сушку до постоянной массы, выполняя взвешивание каждый час.
5.2.1.2. Продукт GYAGG:Ce
1) Пропитка шихты
В навеску порошка массой 65 г при тщательном перемешивании полипропиленовым шпателем добавляют воду в количестве 19,5 г и оставляют в герметично закрытой емкости на 8-16 часов.
2) Прессование
Прессование шихты проводят идентично п.5.2.1.1.(2), однако навеску шихты берут равной
1,7 г.
3) Сушка компактов
Идентично п.5.2.1.1.(3).
5.2.2. Метод Б - шликерное литьё
5.2.2.1. Продукт YAG:Ce.
1) Приготовление суспензии
В пластиковую емкость для планетарного миксера добавляют 16,5 г воды. Затем туда же вносят навеску порошка массой 50 г, после чего перемешивают в лабораторном планетарном миксере на скорости 1500 об/мин в течение 6 минут с вакуумированием до давления 20 мбар. Получают суспензию с наполнением 40 об.%.
2) Литье
Полученную суспензию выливают в предварительно подготовленные известными способами гипсовые формы для получения образцов требуемой геометрии.
3) Сушка и предварительный отжиг компактов
Отлитые компакты сушат при комнатной температуре в течение 2 часов в гипсовой форме, после чего извлекают и сушат при 95 °С в сушильном шкафу в течение 2 часов, проводят взвешивание, сушат дополнительно 1 час и проводят повторное взвешивание. В случае, если результаты различаются более чем на 0,001 г, то проводят сушку до постоянной массы, выполняя взвешивание каждый час.
5.2.2.2. Продукт GYAGG:Ce.
1) Приготовление суспензии
Приготовление суспензии для получения продукта GYAGG:Ce проводят идентично п.5.2.2.1.(1), с навеской шихты массой 65 г.
2) Литье
Идентично п.5.2.2.1.(2).
3) Сушка
Идентично п.5.2.2.1.(3).
5.3. Спекание
5.3.1. Продукт YAG:Ce
В короб из молибдена с толщиной стенки 0,5-1 мм помещают подложки из керамики YAG, приготовленной из порошка, полученного согласно ЛТР 07.04.2021, порошок YAG тип 1, на которых размещают компакты. Затем коробку помещают в вакуумную печь и скачивают её рабочее пространство до 4-10-6 Торр. Нагрев проводят со скоростью 5°/мин до 1700 °С, выдерживают
8 часов, затем проводят контролируемое охлаждение со скоростью 3°/мин до температуры 800 °С, и далее - свободное остывание печи до температуры не более 200 °С.
5.3.2. Продукт GYAGG:Ce
В корундовый тигель помещают подложки из керамики YAG, приготовленной из порошка, полученного согласно ЛТР 07.04.2021, порошок YAG тип 1, на которых размещают компакты. Затем тигель помещают в печь с возможностью работы в атмосфере кислорода и скачивают её рабочее пространство спиральным насосом до 4-10-2 Торр, после чего производят напуск кислорода до атмосферного давления. Нагрев проводят со скоростью 5°/мин до 1650 °С, выдерживают 4 часа, по окончанию режима проводят контролируемое охлаждение на скорости 10°/мин до температуры 750 °С. Полученные керамические образцы дополнительно отжигают в атмосфере аргона. Для этого рабочее пространство печи с возможностью работы в атмосфере аргона скачивают до 4-10-2 Торр, производят напуск аргона до атмосферного давления и нагревают со скоростью 5°/мин до 1500 °С с последующей выдержкой в 2 часа, после чего проводят контролируемое охлаждение на скорости 10°/мин до температуры 750 °С.
5.4. Дополнительная обработка керамики
1) Шлифовка
Образцы после спекания помещают в пластиковые разъемные формы и фиксируют при помощи безусадочной эпоксидной смолы согласно инструкции. Шлифование проводят на водостойких карбид-кремниевых кругах, вращающихся на скорости 100 об/мин, в течение 5 минут для каждого типа круга. Зернистость шлифовальных кругов последовательно повышают в следующей очередности: 120Р, 320Р, 600Р, 1200Р, 2400Р.
2) Полировка
Прошедшие стадию шлифовки образцы полируют для полного удаления микроцарапин и формирования зеркально гладкой поверхности. Для этого используют алмазные суспензии с размером частиц 500, 250 и 100 нм. Суспензии последовательно, начиная с самой грубодисперсной, наносят на поверхность круга с искусственным ворсом и полируют образцы на скорости 100 об/мин в течение 10 минут, после чего использованную суспензию смывают потоком воды и наносят следующую.
5.5. Упаковка и маркировка
Полученные образцы для хранения помещают в индивидуальные полиэтиленовые конверты, соответствующие размеру образца, в индивидуальные боксы или упаковывают другим образом, обеспечивающим отсутствие соударения и трения образцов друг с другом и с другими твердыми объектами. Каждому образцу присваивают уникальный номер, который может включать буквенное
сокращение, соответствующее его составу, год/месяц/дату получения или номер партии, и/или порядковый номер образца. Параметры, характеристики и данные результатов исследований образцов также заносят в электронную таблицу.
6. Контроль технологического процесса
6.1. Точки контроля технологического процесса
Точки контроля технологического процесса получения керамики составов УАв:Се и ОУАОв:Се приведены в Таблице 4.
Таблица 4 - Точки контроля технологического процесса получения керамики составов УАв:Се и
ОУАОО:Се
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.