阅读说明：本技术 一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构及其制备方法 (Metallized isolated scintillating ceramic array structure and preparation method thereof ) 是由 肖贵遐 于 2020-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构及其制备方法,所述闪烁陶瓷阵列结构包括闪烁陶瓷块,所述闪烁陶瓷块上设有多条纵横交错连通的切槽,切槽将闪烁陶瓷块的上表面分割为阵列分布的闪烁陶瓷阵元,各条切槽内填充烧结型高密度金属化隔离层；还公开了闪烁陶瓷阵列结构的制备方法：在闪烁陶瓷块的表面切割出纵横交错连通的切槽,形成闪烁陶瓷阵列结构；接着将闪烁陶瓷阵列结构浸入高密度金属化浆料中；再进行高温烧结；高温烧结后取出闪烁陶瓷阵列结构进行冷却；最后闪烁陶瓷阵列结构的阵列面进行研磨处理。本发明能够减少X射线的散射以及二次荧光散射,能够防止阵元的信息失真,从而提高了探测器的分辨率。(The invention discloses a metallized isolated flash ceramic array structure and a preparation method thereof, wherein the flash ceramic array structure comprises a flash ceramic block, a plurality of criss-cross communicated cutting grooves are arranged on the flash ceramic block, the cutting grooves divide the upper surface of the flash ceramic block into flash ceramic array elements distributed in an array, and a sintered high-density metallized isolation layer is filled in each cutting groove; also discloses a preparation method of the scintillating ceramic array structure: cutting grooves which are communicated in a criss-cross mode on the surface of the scintillating ceramic block to form a scintillating ceramic array structure; then immersing the scintillating ceramic array structure into the high-density metallization slurry; then high-temperature sintering is carried out; taking out the scintillation ceramic array structure after high-temperature sintering and cooling; and finally, grinding the array surface of the scintillation ceramic array structure. The invention can reduce the scattering of X-rays and secondary fluorescence scattering, and can prevent the information distortion of array elements, thereby improving the resolution of the detector.)

一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构及其制备方法。

背景技术

随着现代工业以及医疗技术的不断发展，新型数字工业诊断、医疗影像技术，如X射线计算机断层扫描影像术(X-CT)，正电子发射计算机断层扫描术(PLT)，心血管造影术(DSA)等的出现和发展，对应用于这些技术中的闪烁材料阵元,对于高清晰度以及高分辨率结构和性能提出了越来越高的要求。

高清晰度、高分辨率的CT应用，需要高隔离度的阵列接收阵元，阵元之间没有散射，可以使得数字影像更清晰，是应用驱动的动力。此类探测器单元，散射线的存在，成为制约探测器高清晰度的主要因素。传统的探测器组件，也通过设置防散射滤线栅，实现阵元间的隔离，借助于滤线栅，可以在很大程度上优化射线质量，但滤线栅的厚度及工艺都没有使得探测器的组装强度、工艺完整性以及探测器的几何效率达到最优的状态。

高清晰度、高分辨的影像技术的关键点在于需要高隔离度、高密度的阵列接收阵元，相邻阵元无散射的结构。由此，高散射隔离度的阵元结构以高填充因子阵列结构，成为实现高分辨影像的核心要素。

出于对于人体安全的考虑，必须尽可能降低辐射强度和检测时间，以减少人体对各种射线的吸收，这就要求闪烁材料具备透明性好、密度高、衰减时间短(小于0.1ms)、余辉短等性能以及良好的物理化学稳定性。透明闪烁陶瓷制备技术的进步使研制这类闪烁体成为可能。由于闪烁陶瓷在粉体制备过程中容易实现掺杂元素的分子级均匀掺杂，制备工艺简单、成本低廉，以及闪烁陶瓷本身具有良好的机械加工性能等，已成为X-CT用闪烁探测材料的首选对象。

影响CT清晰度的重要因素在于散射，共有两类散射，一类是X射线的散射，第二类是X射线在闪烁陶瓷内部所激发的荧光散射；实际工作中，X射线照射到闪烁陶瓷材料上，被闪烁材料吸收，并产生二次荧光；X射线在闪烁陶瓷材料中的传播是随着传播距离逐渐衰减的，有一定的传播距离，如果阵元间没有X射线隔离阻挡材料，则X射线会穿越阵元间的隔断，串扰到相邻阵元，特别是在X射线和闪烁陶瓷面不垂直的情况下，X射线的串扰，将导致阵元间的辐射强度串扰，导致信息失真；X射线所激发的二次荧光，将在有一定光透过率的材料中传播，如若无高的二次荧光隔离，必将产生二次荧光在闪烁陶瓷材料中的传播，形成光的串扰干扰，也将导致阵元的信息失真，影响探测器的清晰度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构及制备方法，该闪烁陶瓷阵列结构能够防止阵元间的光散射，减少阵元的信息失真，从而提高了探测器的分辨率。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下。

一种金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构，包括闪烁陶瓷块，所述闪烁陶瓷块上设有纵横交错连通的切槽，所述切槽的两端连通所述闪烁陶瓷块的周面，纵横切槽将闪烁陶瓷块的上表面分割为阵列分布的闪烁陶瓷阵元，其特征在于：各条所述切槽内填充有用于隔离各所述闪烁陶瓷阵元的烧结型金属化隔离层。

本发明所述切槽的深度至少为所述闪烁陶瓷块总厚度的1％；切槽的宽度为10～300μm；纵横切槽之间的正方形闪烁陶瓷阵元尺寸为60～3000μm。

本发明所述烧结型金属化隔离层由含有银、铜、钼、锰、钨或铅高密度金属的浆料烧结而成；浆料按常用滤波器用导电银浆来配置。

本发明还提供金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备闪烁陶瓷块；

步骤2：在闪烁陶瓷块的上表面切割出纵横交错连通的切槽，切槽的两端连通所述闪烁陶瓷块的周面，切槽将闪烁陶瓷块的上表面分割为阵列分布的闪烁陶瓷阵元，形成闪烁陶瓷阵列；

步骤3：将闪烁陶瓷阵列结构浸入高密度金属化浆料中，使切槽内填满高密度金属化浆料；

步骤4：将闪烁陶瓷阵列结构从高密度金属化浆料中取出，擦除闪烁陶瓷阵列结构表面的高密度浆料，并放入加热设备中进行高温烧结以使切槽内的高密度金属化浆料烧结而成，形成高密度烧结型金属隔离层；

步骤5：高温烧结后取出闪烁陶瓷阵列结构进行冷却；

步骤6：对冷却后的闪烁陶瓷阵列结构的阵列面进行研磨处理，形成高密度烧结型金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构。

本发明采用激光切割刀或金刚石切割刀进行切割。

本发明所述高温烧结的温度为500℃～1500℃。

本发明所述金属化浆料按常用滤波器用导电银浆来配置，由高密度金属材料、陶瓷玻璃相材料、有机载体材料配制而成。

与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：

(1)本发明的闪烁陶瓷阵列结构的切槽内填充有高密度烧结型金属材料，高密度烧结型金属材料具有较强的X射线吸收及隔离能力，从而增强了阵元间X光以及二次荧光的散射隔离能力，提高了探测器的信噪比和分辨率；

(2)本发明的闪烁陶瓷阵列结构的切槽内填充的高密度烧结型金属化浆，经过烧结冷却后，形成高强度的烧结型金属化固结体，该金属化固结体是基于金属化层中所含陶瓷玻璃相材料，形成闪烁材料阵元-金属化层中的陶瓷玻璃相-金属材料层-金属化层中的陶瓷玻璃相-闪烁材料阵元的构造，具有高强度和高可靠性；选取与闪烁陶瓷材料相容的陶瓷材玻璃相料作为中间相，闪烁材料与金属化层中的陶瓷玻璃相材料实现高强度固结，同时金属化层中的金属材料微溶于金属化层中陶瓷玻璃相材料，从而在高温烧结后实现高强度以及高隔离度的结构，改善探测器的使用能力，适合工业化应用；

(3)本发明中烧结型金属化隔离层，具有大于2MPa的陶瓷材料粘结强度，闪烁体陶瓷材料阵元在强度粘结作用下，形成闪烁材料探测单元，并且易于实现球面阵元排列，在探测器上的每一个阵元均垂直于X射线光线，硬件上消除散射线伪影，改善了图像的清晰度，更显著降低了为克服清晰度降低所额外付出的射线剂量。

(4)本发明通过机械切割刀片，能够切割出宽度较细的切槽，使闪烁陶瓷块形成高密度和高填充系数的阵列，提高了探测器的空间分辨率；

(5)本发明通过研磨工艺，保持了阵列面的高平整性，有利于探测器系统集成；

(6)本发明的各闪烁陶瓷阵元尺寸一致性高，降低了各阵元间的探测影像误差，提高了影像的辨识度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明

图1为发明的具有烧结型金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构的俯视结构示意图；

图2为图1的A处局部放大示意图；

图3为发明的具有烧结型金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构的侧视结构示意图；

图4为图3的B处局部放大示意图；

附图上的标记：1-闪烁陶瓷块、2-切槽、3-高密度烧结型金属化隔离层、4-闪烁陶瓷阵元。

具体实施方式

实施例一

如图1～4，本实施例中的金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构，包括闪烁陶瓷块1，闪烁陶瓷块1上设有纵横交错连通的切槽2，切槽2的两端连通闪烁陶瓷块1的周面，切槽2将闪烁陶瓷块1的上表面分割为多个大小一致的正方形阵列分布的闪烁陶瓷阵元4，各条切槽2内填充有用于隔离各闪烁陶瓷阵元的高密度烧结型金属化隔离层3，本实例中的高密度烧结型金属化隔离层由银浆料烧结而成，银浆料按常用滤波器用导电银浆来配制。通过该高密度烧结型金属材料能够减少X射线的散射以及二次荧光散射，因此，本实例中的具有烧结型金属化隔离层的闪烁陶瓷阵列结构能够防止阵元的信息失真，增强阵元间的散射隔离，信噪比得到提高，从而提高了探测器的分辨率。

制备本实例中的闪烁陶瓷阵列结构的步骤如下：

步骤1：按照现有技术中配比制备闪烁陶瓷粉体浆料，将闪烁陶瓷料粉体浆料倒入模具中制作成生闪烁陶瓷坯；将生闪烁陶瓷坯进行一次高温烧结，一次高温烧结的温度为1450℃，保温10小时，一次高温烧结后冷却形成闪烁陶瓷块；

步骤2：使用激光刀在闪烁陶瓷块的上表面切割出多条纵横交错连通的切槽，切槽的深度为闪烁陶瓷块总厚度的50％，切槽的宽度为20μm，切槽的两端连通闪烁陶瓷块的周面，纵横切槽之间的正方形阵元尺寸为1000μm，纵横切槽将闪烁陶瓷块的上表面分割为多个矩形阵列分布的闪烁陶瓷阵元，形成闪烁陶瓷阵列结构；

步骤3：将闪烁陶瓷阵列结构浸入银浆料中，使切槽内填满银浆料；该银浆料按现有技术中滤波器导电银浆来配置，具体如下：

a、准备原材料包括：

功能相(银粉)：球形银粉(纯度大于99.9％，粒径小于1μm)、片状银粉(纯度大于99.9％，过600目筛)；

陶瓷玻璃相：含PB/B/Si等氧化物的低温玻璃，依次经过：粉碎→过筛(100目)→加入各种适量的氧化物→湿磨至小于3μm→烘干备用；

有机载体：树脂或松油醇体系加入各种助剂以保证浆料的流平性、触变性以及浆料对基板的良好润湿性等性能；

b、将银粉、陶瓷玻璃相、有机载体按其常用比例混合，其中银含量为60％-80％；

c、通过三辊研磨机研磨至浆料细度小于6μm，粘度(25℃)8～12×10⁴mPa·s；

步骤4：将闪烁陶瓷阵列结构从金属银浆料中取出，擦除闪烁陶瓷阵列结构表面的银浆料，并放入加热设备中进行二次高温烧结以使切槽内的银浆料烧结固结，二次高温烧结的温度为850℃，形成高密度烧结型金属隔离层；；

步骤5：二次高温烧结后取出闪烁陶瓷阵列结构进行冷却；

步骤6：使用双断面行星研磨机对冷却后的闪烁陶瓷阵列结构的阵列面进行研磨抛光处理，形成具有烧结型金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构。

实施例二

制备本实例中的闪烁陶瓷阵列结构的步骤如下：

步骤1：按照现有技术中配比制备闪烁陶瓷粉体浆料，将闪烁陶瓷料粉体浆料倒入磨具中制作成生闪烁陶瓷坯；将生闪烁陶瓷坯进行一次高温烧结，一次高温烧结的温度为1700℃，保温9小时，一次高温烧结后冷却形成闪烁陶瓷块；

步骤2：将闪烁陶瓷块通过粘胶固定在基板上，使用金刚石切割刀在闪烁陶瓷块的上表面切割出多条纵横交错连通的切槽，切槽的深度与闪烁陶瓷块总厚度相同，即完全切穿闪烁陶瓷块，切槽的宽度为200μm，切槽的两端连通闪烁陶瓷块的周面，纵横切槽之间的阵元尺寸为2000μm，切槽将闪烁陶瓷块的上表面分割为多个矩形阵列分布的闪烁陶瓷阵元，形成闪烁陶瓷阵列结构；

步骤3：将闪烁陶瓷阵列结构浸入铜浆料中，使切槽内填满铜浆料；铜浆料的制备与实施例一银浆料相同，只是用铜取代银。

步骤4：将闪烁陶瓷阵列结构从金属铜浆料中取出，擦除闪烁陶瓷阵列结构表面的铜浆料，并放入加热设备中进行二次高温烧结以使切槽内的铜浆料烧结固化，二次高温烧结的温度为700℃，形成高密度烧结型金属隔离层；

步骤5：二次高温烧结后取出闪烁陶瓷阵列结构进行冷却；

步骤6：分离基板，使用双断面行星研磨机对冷却后的闪烁陶瓷阵列结构的阵列面进行研磨抛光处理，形成烧结型金属化隔离的闪烁陶瓷阵列结构。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，切槽可以切成不同的深度，深度至少为闪烁陶瓷块总厚度的1％；切槽的宽度也可以根据切割的机器精度性能来选择宽度10-300μm，如选用激光切割,则范围在10-150um范围，如选用金刚石刀具切割，范围在150-300um；这些切槽深度和宽度范围内填充烧结型金属化隔离层，填充的金属化浆料还可以选用钼、锰、钨或铅等其他高密度金属取代银来烧结，烧结温度可在500℃～1500℃范围内选择，均可达到发明目的；另外，正方形阵元的具体尺寸也可以根据产品的需要来选择大小，在60～3000μm，高分辨平板探测器的阵元大小目前最低的可以到60um，对于天体物理探测器，阵元的尺寸也会达到3000um，医用多排CT的阵元尺寸在300-1000um均可。凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。