Способ изготовления экрана для преобразования изображения

 

Использование: изготовление экранов для преобразования радиационного изображения в видимое, а именно рентгеновских усиливающих экранов. Сущность изобретения: формирование люминесцентного и защитного слоев происходит при воздействии вибрации частоты 80 - 60 Гц и амплитудой 0,2 - 26 мм в течение 3 - 10 мин, что позволяет увеличить плотность упаковки люминофора в слое.

Изобретение относится к изготовлению экранов с преобразованием радиационного изображения в видимое, а именно рентгеновских усиливающих экранов.

Рентгеновские экраны получают обычно методом полива, который состоит в том, что суспензию порошкового рентгенолюминофора в растворе органического высокомолекулярного вещества, выполняющего функцию связующего, или выливают на ограниченную рамкой ровную поверхность и получающуюся после улетучивания растворителей люминофорную пленку наклеивают на бумажную или пластмассовую подложку, или пропускают через узкую щель специального поливочного устройства (фильеру) на движущуюся ленту, проходящую через короб, в котором происходит удаление растворителей и образование пленки [1] .

В качестве связующего применяют вещества, используемые для формирования воднорастворимых пленок - производные целлюлозы, сополимер хлорвинил - винилацетат, поливинилбутираль, поливинилацетат и т. д. Рентгенолюминофор смешивают со связующим в соотношении 1: 0,01-1. для защиты люминесцентного слоя от химического и механического воздействия на поверхность рентгеновского экрана наносят защитный слой, например раствор полихлорвиниловой смолы.

Однако в связи с тем, что неорганические рентгенолюминофоры относятся к гидрофильным материалам и не смачиваются гидрофобными растворителями и связующими, происходит неравномерное распределение частиц люминофора в суспензии, что приводит к недостаточному уровню плотности упаковки люминофорных частиц и ухудшению качества экрана, в частности уменьшение интенсивности рентгенолюминесценции, снижению гидролитической устойчивости. Этот недостаток наиболее проявляется в экранах на основе редкоземельных люминофоров.

Известные технические решения, решающие задачу достижения равномерности распределения частиц в суспензии и повышение плотности упаковки люминофора в пленке, направлены в основном на совершенствование способов приготовления люминофорной суспензии и механическое воздействие на формирование пленки.

Например, при изготовлении рентгеновских экранов на основе оксибромида лантана, активированного тулием, и смеси люминофора с растворителем (метилкетон и метанол) при соотношении 1: 1 добавляют 0,5 мас. % стеарата магния, суспензию размалывают в течение 1 ч, добавляют трибутилфосфат и связующее-поливинилбутералевый полимер и повторно размалывают в течение 4 ч, суспензию фильтруют через сито 250 меш и наносят методом полива на подложку [3] .

При этом способе приготовления суспензии длительный помол суспензии приводит к потере интенсивности рентгенолюминесценции, а наличие большого объема мелкой фракции - к ускорению процессов агломерации частиц, в результате плотность упаковки частиц люминофора в пленке недостаточна.

Известен способ изготовления рентгеновского экрана, согласно которому для улучшения качества люминофорного слоя и повышения плотности упаковки частиц в суспензии в связующее добавляют диспергатор - окись кремния в количестве 0,1-0,2 мас. % с размером частиц 10-100 нм. При этом используют люминофор с узким распределением частиц по размерам и средним размером 3,4-3,6 мкм. Соотношение связующего и люминофора 1: 1-80 [4] .

Недостаток этого способа заключается в том, что не достигается необходимый уровень плотности упаковки частиц люминофора в слое.

Наиболее близким по существу и достигаемому эффекту и заявляемому техническому решению является способ изготовления рентгеновских экранов с использованием люминесцентных материалов из фторгалогенидов двухвалентных металлов, активированных европием [5] . Способ включает приготовление люминофорной суспензии смешиванием люминофора со связующим, в качестве которого используют производные нитроцеллюлозы (нитроцеллюлоза) в соотношении 1: 0,01-1, добавление в смесь растворителя (смешанный раствор ацетона, этилацетата и бутилацетата) до достижения вязкости жидкости 50 сСт, нанесение суспензии с помощью ножевого устройства на поверхность носителя (полиэтилентерефталатная пленка) равномерным слоем толщиной 300 мкм, сушку слоя при температуре 50^оС, нанесение на поверхность люминесцентного слоя защитной пленки (ацетоновый раствор ацетата целлюлозы) толщиной 8 мкм и последующую сушку. Механическое воздействие ножевого устройства способствует повышению плотности упаковки частиц люминофора в пленке, однако в связи с образованием агломератов она недостаточна, что приводит к снижению интенсивности рентгенолюминесценции и гидролитической устойчивости экрана.

Целью изобретения является повышение интенсивности рентгенолюминесценции и гидролитической устойчивости экрана путем увеличения плотности упаковки люминофора в слое.

Гидролитическая устойчивость экрана характеризуется остаточной интенсивностью рентгенолюминесценции экрана, выдержанного в течение 30 сут в эксикаторе с относительной влажностью 90% при комнатной температуре.

Плотность упаковки люминофора в слое характеризуется процентным отношением плотности люминофорного слоя к плотности материала.

Цель достигается тем, что люминофорную суспензию готовят смешиванием рентгенолюминофора независимо от его состава (оксибромид лантана, активированный тулием; флюорхлорид бария, активированный европием, вольфрамат кальция, сульфид цинка, кадмия) со связующим (производные целлюлозы) в соотношении 1: 0,01-1, доведением суспензии до вязкости 50 сСт путем добавления растворителей. Суспензию наносят на подложку (полиэтилентерефталевая пленка) с помощью ножевого устройства слоем толщиной 300 мкм, подложку подвергают низкочастотной вибрации при частоте 8-60 Гц и амплитуде 0,2-2,0 мм в течение 3-10 мин, слой сушат при 50^оС, затем на поверхность люминесцентного слоя наносят защитную пленку (ацетоновый раствор ацетата целлюлозы) толщиной 8 мкм, экран повторно подвергают вибрации при частоте 8-60 Гц и амплитуде 0,2-2,0 мм в течение 3-10 мин, после этого экран сушат.

При формировании жидкого люминофора и защитного слоя под воздействием низкочастотной вибрации происходит механическое разрушение агломератов, уплотнение частиц люминофора в слое, удаление газовой фазы из объема суспензии, что способствует повышению интенсивности рентгенолюминесценции. Кроме того, при воздействии вибрации происходит испарение растворителя и частичная сушка слоев, что способствует получению более прочного полимера с упорядоченной структурой и повышает влагостойкость рентгеновских экранов, содержащих особенно гидролитически неустойчивые люминофоры на основе редкоземельных элементов. Эффект воздействия вибрации на люминофорный и защитный слой не зависит от выбора разновидностей высокомолекулярных соединений в качестве связующего.

Таким образом, достигаемый положительный эффект обусловлен тем, что под воздействием вибрационных импульсов отдельным частицам люминофора сообщаются индивидуальные скорости и ускорения, в результате чего происходит компактная укладка частиц люминофора с вытеснением части раствора связующего в верхний слой, что в свою очередь способствует образованию дополнительного защитного слоя с более упорядоченной структурой и меньшей влагопроницаемостью.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного дополнительным механическим воздействием на формирование люминофорного и защитного слоев низкочастотной вибрацией при частоте 8-60 Гц, амплитуде 0,2-2,0 мм в течение 3-10 мин. Таким образом, техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

В других известных технических решениях заявленная совокупность отличительных признаков не выявлена, что дает основание для вывода о соответствии технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

Более подробно техническое решение иллюстрируется примерами, подтверждающими возможность осуществления изобретения с получением положительного эффекта при использовании всей совокупности существенных признаков, указанных в формуле изобретения.

П р и м е р 1 (по прототипу). 8 г рентгенолюминофора состава LaOВr: Jm смешивали в 6,13 мл раствора ацетобутирата целлюлозы в смеси хлористого метилена и этанола. Соотношение люминофор: связующее составляло 8: 1. К полученной смеси добавляли 3,2 мл смеси хлористого метилена и этанола. 0,1 мл н-бутанола и 0,4 мл дибутилфтала. Суспензию тщательно перемешивали. Вязкость суспензии - 50 сСт регулировали добавлением растворителя - смеси хлористого метилена и этанола.

Суспензию наносили на плотную бумагу равномерно с помощью ножевого устройства. Полученный слой сушили при комнатной температуре в течение 15 мин и при температуре -50^оС до полного высыхания слоя. Затем на полученный люминофорный слой равномерно наносили ацетоновый раствор ацетата целлюлозы для формирования защитного слоя. Слой сушили аналогично люминофорному слою. После сушки измеряли интенсивность рентгенолюминесценции рентгеновского экрана при напряжении 70 кВ, которая принята за 100% . Плотность упаковки люминофорных частиц - 38% .

Остаточная интенсивность рентгеновского экрана, выдержанного в течение 30 сут в эксикаторе с относительной влажностью 90% при комнатной температуре - 90% .

П р и м е р 2. Суспензию люминофора на основе LaOВr: Jm и изготовление рентгеновского экрана готовили аналогично примеру 1, за исключением того, что после нанесения на бумагу ровного слоя с помощью ножевого устройства люминофорный слой подвергался вибрации частотой 50 Гц и амплитудой 0,2 мм в течение 10 мин, а также вибрации с этой же частотой и амплитудой подвергался защитный слой в течение 10 мин. Сушку люминофорного и защитного слоя проводили аналогично примеру 1.

Интенсивность рентгенолюминесценции рентгеновского экрана, измеренная относительно экрана, полученного по примеру 1, составляет 118% . Плотность упаковки частиц в слое - 46% . Остаточная интенсивность экрана, выдержанного в течение 30 сут в эксикаторе с относительной влажностью 90% , - 97% .

П р и м е р 3. Суспензию люминоформа на основе ВаFCl: Еu и изготовление рентгеновского экрана готовили аналогично примеру 1, за исключением того, что отношение люминофор: связующее составляло 11,6: 1. Интенсивность рентгенолюминесценции полученного экрана принята за 100% . Плотность упаковки частиц в слое - 42% , остаточная интенсивность рентгеновского экрана, выдержанного в течение 30 сут в эксикаторе с относительной влажностью 90% при комнатной температуре, -93% .

П р и м е р 4. Суспензию люминофора ВаFCl: Еu и изготовление рентгеновского экрана готовили аналогично примеру 3, за исключением того, что после нанесения на бумагу ровного слоя с помощью ножевого устройства люминофорный слой и защитный слой подвергался вибрации частотой 8 Гц и амплитудой 0,2 мм в течение 10 мин. Интенсивность рентгенолюминесценции рентгеновского экрана, измеренная относительно экрана, полученного по примеру 3, составляет 107% , плотность упаковки частиц - 42% и остаточная интенсивность после выдержки влажности 80% в течение 30 суток - 94% .

П р и м е р 5. Суспензию люминофора на основе ВаFCl: Eu и изготовление рентгеновского экрана готовили аналогично примеру 3, за исключением того, что после нанесения на подложку ровного слоя с помощью ножевого устройства люминофорный слой подвергался вибрации с частотой 60 Гц и амплитудой 2,0 мм в течение 10 мин. Интенсивность рентгенолюминесценции 117% , плотность упаковки частиц - 45% , остаточная интенсивность после выдержки при влажности 90% в течение 30 суток - 93% .

П р и м е р 6. Аналогично примеру 1, за исключением того, что люминофорный и защитные слои формировали воздействием вибрации в течение 10 мин с частотой 5 Гц и амплитудой 0,2 мм. Интенсивность экрана - 100% , плотность упаковки частиц - 38,2% , остаточная интенсивность - 90% .

П р и м е р 7. Аналогично примеру 1, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали воздействием вибрации в течение 10 мин с частотой 65 Гц и амплитудой 0,2 мм. Интенсивность экрана - 98% , плотность упаковки частиц - 37% , остаточная интенсивность - 88% .

П р и м е р 8. Аналогично примеру 1, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали воздействием вибрации в течение 10 мин с частотой 50 Гц и амплитудой 0,1 мм. Интенсивность экрана - 104% , плотность упаковки - 40% , остаточная интенсивность - 95% .

П р и м е р 9. Аналогично примеру 1, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали воздействием вибрации в течение 10 мин с частотой 50 Гц и амплитудой 0,05 мм, интенсивность экрана - 98% , плотность упаковки - 38% , остаточная интенсивность - 89% .

П р и м е р 10. Аналогично примеру 1, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали воздействием вибрации в течение 15 мин с частотой 40 Гц и амплитудой 2,5 мм. Относительная интенсивность экрана - 97% , плотность упаковки частиц - 36% , остаточная интенсивность - 85% .

П р и м е р 11. Аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве рентгенолюминофора применяли кальций-вольфраматный люминофор. Интенсивность рентгенолюминесценции принята за 100% . Плотность упаковки частиц - 52% . Остаточная интенсивность экрана, выдержанного при влажности 90% , составляет 97% .

П р и м е р 12. Аналогично примеру 11, за исключением того, что люминофорный слой и защитный слой формировали воздействием вибрации в течение 3 мин с частотой 40 Гц и амплитудой 0,2 мм, интенсивность экрана по отношению экрана, полученного по примеру 11, составляла 108% , плотность упаковки частиц - 56% . Остаточная интенсивность - 99% .

П р и м е р 13. Аналогично примеру 12, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали вибрацией в течение 2 мин с частотой 50 Гц и амплитудой 0,2 мм. Интенсивность экрана относительно экрана, полученного по примеру 11, - 100% , плотность упаковки частиц в слое - 53% , остаточная интенсивность 97% .

П р и м е р 14. Аналогично примеру 1, за исключением того, что в качестве рентгенолюминофора применяли цинк-кадмийсульфидный люминофор. Яркость рентгенолюминесценции экрана принята за 100% , плотность упаковки частиц в слое - 46,5% . Остаточная интенсивность экрана, выдержанного в течение 30 сут при влажности 90% , составила 97% .

П р и м е р 15. Аналогично примеру 14, за исключением того, что люминофорный и защитный слои формировали вибрацией в течение 10 мин с частотой 50 Гц и амплитудой - 0,2 мм. Яркость свечения экрана относительно экрана, полученного по примеру 14, - 118% , плотность упаковки частиц - 54,4% , остаточная яркость - 99% .

Особенность люминофорных суспензий заключается в том, что межфазная поверхность сильно развита и концентрация твердой фазы в жидкой среде достаточно велика. Вследствие увеличения концентрации и дисперсности люминофора в жидкой дисперсионной среде соответственно возрастает величина активной межфазной поверхности, а вместе с тем растет и свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз. В результате появления молекулярных сил сцепления частиц друг с другом в такой суспензии самопроизвольно возникают агрегаты из частиц и пространственные трехмерные структуры, приводящие к получению слоя с низкой плотностью упаковки в нем люминофорных частиц, что ведет к уменьшению светоотдачи рентгеновского экрана.

В результате воздействия вибрации на люминофорный слой контакты между частицами разрушаются и частицы равномерно распределяются по всему объему, причем крупные частицы, приобретая больший импульс энергии, поднимаются в верхнюю часть слоя.

При частоте вибрации меньше 8 Гц не достигается разрушение образовавшихся в результате взаимодействия частиц друг с другом агрегатов, что не изменяет плотность упаковки частиц в слое и эффективность рентгенолюминесценции не изменяется, а в случае вибрации с высокой частотой - 60 Гц отмечено уменьшение эффективности рентгенолюминесценции и понижение плотности упаковки частиц в слое возможно из-за перехода системы из псевдоожиженного состояния к виброкипящему.

Увеличение амплитуды вибрации выше 2,0 мм приводит к полному отрыву особенно крупных частиц от слоя, и суспензия приобретает свойство кипения, что также понижает плотность установки частиц в слое и уменьшает эффективность рентгенолюминесценции.

При уменьшении амплитуды колебаний менее 0,1 мм импульс, получаемый частицами при вибрации, недостаточен, чтобы разрушить контакты между частицами. Люминофорный слой не переходит в псевдоожиженное состояние, что не способствует повышению плотности установки частиц в слое. Интенсивность рентгенолюминесценции не увеличивается.

При уменьшении времени воздействия вибрации на люминофорный слой менее 3 мин суспензия не успевает достигнуть такой вязкости, при которой прекращается хаотичное движение частиц под воздействием силы тяжести, и в результате возникновения релаксационного взаимодействия друг с другом качество слоя ухудшается. При уменьшении времени воздействия вибрации на защитный слой менее 3 мин процесс гелеобразования органического высокомолекулярного слоя происходит неполностью.

Увеличение времени воздействия вибрации на люминофорный и защитный слои более 10 мин нецелесообразно, так как в заявленных интервалах полностью происходит их формирование.

Технико-экономические преимущества заявляемого технического решения заключаются в возможности повышения качества рентгеновских экранов, а именно в повышении интенсивности рентгенолюминесценции на 7-18% , влагостойкости экранов на 3-7% за счет увеличения плотности упаковки частиц люминофора в слое. (56) 1. Гурвич А. М. Рентгенолюминофоры и рентгеновские экраны. Атомиздат. М. , 1976, с. 150.

2. Патент США N 4780376, кл. С 09 К 11/61, 1988.

3. Патент США N 4360571, кл. С 09 К 11/475, 1982.

4. ЕР N 0282803, кл. С 09 К 11/02, 1988.

5. Заявка Японии N 63-183981, кл. С 09 К 11/61, G 21 К 4/00, 1988.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭКРАНА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, включающий приготовление суспензии рентгенолюминофора в растворе связующего при соотношении 1 : 0,01 - 1,0, доведение суспензии до вязкости 50 сСт добавлением в нее растворителей, нанесение суспензии на подложку с помощью ножевого устройства, сушку при 50^oС, нанесение на поверхность люминесцентного слоя защитной пленки, сушку, отличающийся тем, что на люминофорный и защитный слои воздействуют вибрацией при частоте 8 - 60 Гц и амплитуде 0,2 - 2,0 мм в течение 3 - 10 мин.