專利名稱：一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及閃爍晶體封裝領域，特別是涉及一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法
背景技術：
閃爍晶體是當高能射線(如X射線，Y射線)或其他放射性粒子通過時，因射線或粒子的激發(fā)，發(fā)出熒光脈沖(閃爍光)的晶體。閃爍晶體廣泛應用于核醫(yī)學、高能物理、安全檢查、工業(yè)無損探傷、空間物理及核探礦等領域，是相關聞科技廣業(yè)不可或缺的一種材料。近年來研發(fā)出的高性能閃爍晶體很多都容易發(fā)生潮解或者開裂，需要精密封裝才能滿足外界苛刻的使用條件，如摻鈰溴化鑭晶體，溴化鈰晶體等。其中摻鈰溴化鑭晶體作為近年發(fā)展起來的新型閃爍晶體，相對于傳統(tǒng)閃爍晶體一碘化納(NaI:TI)和碘化銫(CsI:TI)，具有高光輸出、優(yōu)異的能量分辨率及快的衰減時間等優(yōu)良特性，使其成為替代傳統(tǒng)閃爍晶體的最佳選擇?，F(xiàn)有技術只注重防外力沖擊，沒有涉及怎樣提高摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的光收集效率，以及怎樣減小外界溫度變化對閃爍晶體的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決摻鈰鹵化鑭閃爍晶體耐溫度沖擊差、使用性能不高、易潮解的難題，本發(fā)明提供了一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法，其特征在于閃爍晶體在低氧干燥環(huán)境中依次進行打磨(去除腐蝕層)、拋光和表面粗化；晶體的反光面與反射材料構(gòu)成漫反射面，出光面與高折射率光耦合膠構(gòu)成高光口，晶體出光面的最佳狀態(tài)為鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)；設計一種耐震蕩，耐溫度沖擊、防潮的閃爍晶體封裝結(jié)構(gòu)三層復合保護結(jié)構(gòu)(剛性套管+發(fā)泡隔熱緩沖層+外殼)；晶體前端的光耦合劑和后端的彈性墊片是軟彈性材料；后蓋與剛性墊片之間有空隙，改善隔熱效果；采用雙道復合密封膠粘結(jié)外殼接縫處。與現(xiàn)有技術或?qū)＠啾?，如《具有低能量探測能力的抗震閃爍探測器》(專利號CN1680827 B)和《閃爍探測器以及制造方法》(申請?zhí)?00980112194· 1)，本發(fā)明的有益效果是得到使用性能優(yōu)良的閃爍晶體封裝產(chǎn)品。具體優(yōu)勢在于a.對晶體的表面粗化處理及采用高折射率光耦合劑，提高反光面的光反射率和出光面的光子提取效率，從而改善高折射率閃爍晶體的光收集效率，相對光輸出提高10%，能量分辨率改善幅度達到1%左右。；b.三層復合保護結(jié)構(gòu)(剛性套管+發(fā)泡隔熱緩沖層+外殼)的發(fā)泡隔熱緩沖層，可以有效將局部沖擊力快速均勻地傳遞給剛性套筒，避免局部受力造成的晶體損壞，提高耐沖擊性，發(fā)泡形態(tài)有較好的隔熱作用，減緩外界溫度劇烈變化造成的溫度沖擊，不小于5°C /min ；c.采用雙道復合密封膠，氣密性好，水汽滲透率低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，提高使用年限(至少3年以上)。


圖I為晶體處理、封裝和固化的真空手套箱。圖2為晶體出光面的鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)。
圖3為摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的一個封裝結(jié)構(gòu)實例。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。以下實施案例是對本發(fā)明創(chuàng)新性內(nèi)容進行說明的一些實例，不能簡單將該實施案例視為對本發(fā)明的限制。圖I揭露了一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的加工環(huán)境和方法。具體步驟為將晶體加工和封裝工具分別置于濕度3ppm，氧氣含量不超過5ppm的真空手套箱的兩個腔室中。晶體從過渡艙104中進入小型拋光研磨機103所在的腔室11中進行打磨和拋光，去除晶體表面腐蝕層，再用320目砂紙無規(guī)則打毛晶體的側(cè)面和背面。出光面用120目砂紙打毛，方向必須具有單一性，打磨3次。附圖2是晶體出光面的鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)，為理想狀態(tài)。打毛清潔過的晶體由過渡艙102進入封裝工具105所在的艙室12中，操作人員雙手套入操作手套101,進行手工封裝。
附圖3展示了摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的一個封裝結(jié)構(gòu)實例。晶體200朝向后蓋206的后端及其側(cè)面被氧化鎂粉210包裹，前端通過光學硅膠與光學窗口 201耦合，使閃爍光子集中于光學窗口透過被光電倍增管的光陰極收集而產(chǎn)生光電信號。具體封裝過程如下
1、將合金鋁制成的剛性套筒203與合金鋁制得的外殼202通過定位槽211配合，并在套筒和外殼之間灌上發(fā)泡聚氨酯，加熱固化成型后清潔備用；
2、晶體200通過彈性光學娃膠212與光學窗口201稱合,值得一提的是,光學窗口最好采用石英玻璃，也可以采用耐高溫的高硼硅酸鹽玻璃，用于石油測井等；
3、在后蓋的螺紋處204涂上有機硅膠，旋緊帶螺紋的后蓋206作用于夾有彈性墊片205的兩個剛性墊片207，通過后端反射層施加給晶體200，從而使晶體200與彈性耦合層緊密貼合；
4、后蓋206與外殼202的表觀縫隙處208填充環(huán)氧密封膠，形成雙道密封結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法，其特征在于閃爍晶體在低氧干燥環(huán)境中依次進行打磨(去除腐蝕層)、拋光和表面粗化；晶體的反光面與反射材料構(gòu)成漫反射面，出光面與高折射率光耦合膠構(gòu)成出光口，晶體出光面的最佳狀態(tài)為鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)；設計一種耐震蕩，耐溫度沖擊、防潮的閃爍晶體封裝結(jié)構(gòu)三層復合保護結(jié)構(gòu)(剛性套管+發(fā)泡隔熱緩沖層+外殼)；晶體前端的光耦合劑和后端的彈性墊片是軟彈性材料；后蓋與剛性墊片之間有空隙，改善隔熱效果；采用雙道復合密封膠粘結(jié)外殼接縫處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法，摻鈰鹵化鑭閃爍晶體為摻鋪氯化鑭(LaCl3: Ce)晶體、摻鋪溴化鑭(LaBr3: Ce)晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法，進一步要求適用于碘化納晶體(NaI )，溴化鈰(CeBr3)晶體和氯化鈰(CeCl3)晶體。
4.如權(quán)利要求I所述的低氧干燥環(huán)境，濕度不超過5ppm，氧氣濃度不超過8ppm。
5.如權(quán)利要求I所述的表面粗化，對閃爍晶體的各個表面都進行表面粗化，晶體的反光面與反射材料構(gòu)成漫反射面，出光面與高折射率的光耦合劑構(gòu)成出光口，其中出光面的最佳狀態(tài)為鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I中所述的反射材料為白色粉末，選自硫酸鋇、二氧化鈦、氧化鎂，氧化鋁和聚四氟乙烯中一種或幾種的混和物，或者帶狀反射材料，選自聚四氟乙烯薄膜，鋁箔，鍍鋁塑料薄膜，或者真空鍍膜、白色涂料。
7.如權(quán)利要求I所述的高折射率光耦合膠，為折射率在I.40以上軟彈性光學有機材料，選自硅膠，硅凝膠。
8.如權(quán)利要求I所述的緩沖隔熱層，位于剛性套筒與外殼之間，選自彈性有機硅膠、發(fā)泡聚氨酯、橡膠。
9.如權(quán)利要求I所述的后蓋，內(nèi)側(cè)有O.5^5mm的圓形凸起，與剛性墊片接觸，在后蓋和剛性墊片之間形成空隙。
10.如權(quán)利要求I所述的彈性墊片，選自彈性有機硅、聚氨酯、聚烯烴、橡膠、塔簧、波形彈黃。
11.如權(quán)利要求I所述的封裝結(jié)構(gòu)，通過螺紋，密封膠保證閃爍晶體軸向固定。
12.如權(quán)利要求I所述的封裝結(jié)構(gòu)，外殼粘結(jié)處使用雙道密封膠，密封膠選自有機硅膠、環(huán)氧膠、聚異丁烯膠、聚硫膠、熱熔丁基膠、聚氨酯膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻鈰鹵化鑭閃爍晶體的封裝方法，其特征在于閃爍晶體在低氧干燥環(huán)境中依次進行打磨(去除腐蝕層)、拋光和表面粗化；晶體的反光面與反射材料構(gòu)成漫反射面，出光面與高折射率光耦合膠構(gòu)成出光口，晶體出光面的最佳狀態(tài)為鋸齒狀光學微觀結(jié)構(gòu)；設計一種耐震蕩，耐溫度沖擊、防潮的閃爍晶體封裝結(jié)構(gòu)三層復合保護結(jié)構(gòu)(剛性套管+發(fā)泡隔熱緩沖層+外殼)；晶體前端的光耦合劑和后端的彈性墊片是軟彈性材料；后蓋與剛性墊片之間有空隙，改善隔熱效果；采用雙道復合密封膠粘結(jié)外殼接縫處。
文檔編號G01T1/202GK102944891SQ20121047780
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者鄒本飛, 張春生, 桂強, 杭利軍, 張明榮 申請人:北京一輕研究院