一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的间接硫源制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的间接硫源制备方法，包括：先称量碳、硫酸钠和氧化钆粉体均匀混合后得到原料粉末，然后将原料粉末在惰性气氛、600-1400℃下煅烧，再去除杂质得到硫氧化钆，其中，碳与硫酸钠反应生成的硫化钠作为硫源，与氧化钆反应生成硫氧化钆，碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量比为1:1:0.05～1:7:2，优选1:1:0.05～1:6:2，更优选地1:5.875:0.05～1:7:2。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及到一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的间接硫源制备方法，硫氧化钆这类高发光的荧光粉可以用于烧结闪烁陶瓷和用作X射线增强屏用材料。

技术介绍

稀土硫氧化合物是宽带隙半导体，具有很多优异的特性，如化学稳定性好，环境友好、很高的发光效率，因此，它们被广泛使用于荧光基质材料，如作为高效率的红色荧光粉体应用于彩色显像管、X射线计算机断层成像技术、激光材料。在一系列的硫氧化合物中，硫氧化钆属于六方晶系,具有很高的密度(7.34g/cm3)，Gd的原子序数是60，对X射线有很高的阻止能力，尤其制备成陶瓷后，硫氧化钆陶瓷有很好的闪烁性能，光产额是钨酸镉的2倍多，所以目前CT使用的主要是硫氧化钆陶瓷闪烁体。硫氧化物由于其很高的饱和蒸汽压，而且硫元素很容易挥发，不容易控制比例，同时其熔点高达2200℃以上，需要昂贵的耐高温高纯坩埚，所以很难长出晶体。目前长出来的晶体尺寸、性能等各个方面都不能符合实际使用(GorokhovaEI,RodnyiPA,Anan’evaGV,etal.ScintillationopticalceramicsbasedonGd2O2SdopedwithPr,Tb,orEu[J].JournalofOpticalTechnology,2012,79(1):41-45.)。
目前制备Gd2O2S粉体主要是助熔剂法(PopoviciEJ,MuresanL,Hristea-SimocA,etal.Synthesisandcharacterisationofrareearthoxysulphidephosphors.I.StudiesonthepreparationofGd2O2S:Tbphosphorbythefluxmethod[J].Opticalmaterials,2004,27(3):559-565.)，该方法是用硫磺和碳酸盐等混合在一起，高温煅烧获得，需要较高的温度，浪费能源。硫粉在440℃时，就达到沸点，硫粉挥发，增加成本，污染大气。高温条件下Gd2O2S很容易与氧发生化学反应(HaynesJW,BrownJJ.PreparationandLuminescenceofSelectedEu3+ActivatedRareEarth-Oxygen-SulfurCompounds[J].JournaloftheElectrochemicalSociety,1968,115(10):1060-1066)，反应条件控制不当，很容易过烧和产生杂相，制备的粉体一般颗粒尺寸都比较大，具有规则的几何外形，显然在制备闪烁陶瓷时，这种粉体烧结活性差，需要较高的烧结温度，同时该方法很难控制粉体的形貌。
因此，如何通过简便的方式制备硫氧化钆闪烁陶瓷粉体，仍然是本领域技术人员致力于解决的技术难点。

技术实现思路

本专利技术旨在克服现有硫氧化钆闪烁陶瓷粉体制备方法的缺陷，本专利技术提供了一种闪烁陶瓷粉体闪烁陶瓷粉体的间接硫源制备方法。
本专利技术提供了一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的制备方法，包括：
先称量碳、硫酸钠和氧化钆粉体均匀混合后得到原料粉末，然后将原料粉末在惰性气氛、600-1400℃下煅烧，再去除杂质得到硫氧化钆，其中，碳与硫酸钠反应生成的硫化钠作为硫源，与氧化钆反应生成硫氧化钆，碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量比为1:1:0.05～1:7:2，优选1:1:0.05～1:6:2，更优选地1:5.875:0.05～1:7:2。
在烧结过程中，会发生以下反应：
Na2SO4+2C→Na2S+2CO2Na2S+Gd2O3→Gd2O2S+Fluxresidue
前一个反应在600～900℃发生，是放热反应，放出的热量可以为下一个反应提供反应的动力，从而可以降低反应温度，节约能源。反应放出惰性气体二氧化碳，形成天然的保护气氛，防止生成的硫氧化钆氧化，同时二氧化碳也是一种天然的发泡剂，可以阻止生成的产物团聚，获得纳米尺寸的粉体。反应完全后，最终产物除了反应的主要产物硫氧化钆外，还有碳和硫酸钠反应生成的硫化钠和过量的硫酸钠，硫酸钠过量主要是将所有加入的活性炭完全反应，活性炭如果过量，将严重影响硫氧化钆粉体的纯度，造成碳污染。硫酸钠和硫化钠都溶于水，可以通过水洗将其去除。
较佳地，原料粉末中还含有为碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量和0.0001％～1％的稀土元素源，所述稀土元素源包括稀土氧化物、稀土元素的硫酸盐、稀土元素的硝酸盐、稀土元素的碳酸盐中的至少一种。
较佳地，碳包括活性炭、木炭和/或石墨烯。
较佳地，均匀混合的方式包括：
将原料粉末的组成混合，经湿法球磨、干燥、过筛得到所述原料粉末。
较佳地，原料粉末压制成饼状、柱状，再进行烧结。
较佳地，煅烧的升温速率为2-10℃/分钟，优选5℃/分钟，保温时间为10分钟-10小时。
较佳地，煅烧的加热方式包括微波加热，等离子体加热以及紫外加热。
较佳地，去除杂质的方式包括：破碎烧结后的粉体，依次经过酸洗、纯净水洗涤，并干燥。
较佳地，所述硫氧化钆的粒径为10纳米-20微米(粒径分布较宽，有十几纳米的小颗粒，也有长度为十几微米的草叶状粉体)。
本专利技术的有益效果：
活性炭和硫酸钠反应开始温度为800℃～1000℃，是放热反应。这和Na2S与氧化钆开始反应的温度很接近，可以一边生成硫化钠，一边生成Gd2O2S。该方法大幅度降低了反应温度，普通的固相反应生成纯相Gd2O2S粉体在1000℃以上，而本方法在900℃就可以生成纯相。该方法粉体形貌可控，同时避免了硫磺的使用，有利于保护环境。
附图说明
图1示出了本专利技术的一个实施方式中制备方法的流程图；
图2示出了实施例1的XRD图谱；
图3示出了实施例1的光致发光图谱；
图4示出了实施例2的X射线激发下的发光光谱；
图5示出了实施例2的生成的粉体颗粒形貌。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
本专利技术的目的在于提供一种闪烁陶瓷粉体间接硫源制备方法，该方法以高纯的活性炭、氧化钆、硫酸钠为原料，通过间接硫源固相反应来制备荧光粉体。可控制粉体的形貌，易于进行大规模的工业生产。
本专利技术公开了一种闪烁陶瓷粉体间接硫源制备方法，包括：
按1:1:0.05～1:6:2的比例称量碳、硫酸钠和氧化钆粉体，加入为氧化钆粉体的质量1％～0.0001％的稀土激活离子，所得原料球磨、干燥、过筛、煅烧、洗涤即可得到Gd2O2S:X粉体。
稀土激活离子X包括Ce，Tb，Nd等稀土元素，即可以是其中一种，也可以是其中几种不同比例的混合。可以以氧化物的形式引入，同时也包括该类稀土元素的硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐等。
混合料干压后放入氧化铝坩埚中，马弗炉600～1400℃高温煅烧，保温时间10min～10h。
煅烧后的粉料取出破碎后，酸洗1次，纯净水洗3次，最后酒精洗涤。
酸洗溶液浓度为5％～20％的稀硫酸、稀硝酸、稀盐酸中的一种。酸洗的容器是烧杯，过程是放在磁力搅拌器上加热到30℃～40℃保持10min，并一直匀速搅拌。
碳源包括活性炭、木炭、石墨烯等。
煅烧的加热方式包括微波加热，等离子体加热以及紫外加热。
水洗、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括：先称量碳、硫酸钠和氧化钆粉体均匀混合后得到原料粉末，然后将原料粉末在惰性气氛、600‑1400℃下煅烧，再去除杂质得到硫氧化钆，其中，碳与硫酸钠反应生成的硫化钠作为硫源，与氧化钆反应生成硫氧化钆，碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量比为1:1:0.05～1:7:2，优选1:1:0.05～1:6:2，更优选地1:5.875:0.05～1:7:2。

【技术特征摘要】
1.一种硫氧化钆闪烁陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括：
先称量碳、硫酸钠和氧化钆粉体均匀混合后得到原料粉末，然后将原料粉末在惰性气氛、600-1400℃下煅烧，再去除杂质得到硫氧化钆，其中，碳与硫酸钠反应生成的硫化钠作为硫源，与氧化钆反应生成硫氧化钆，碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量比为1:1:0.05～1:7:2，优选1:1:0.05～1:6:2，更优选地1:5.875:0.05～1:7:2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料粉末中还含有为碳、硫酸钠和氧化钆粉体的质量和0.0001%～1%的稀土元素源，所述稀土元素源包括稀土氧化物、稀土元素的硫酸盐、稀土元素的硝酸盐、稀土元素的碳酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，碳包括活性炭、木炭和/或石墨烯。
4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，寇华敏，刘秉龙，李超宇，刘书萍，潘裕柏，郭景坤，石云，李江，冯锡琪，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31