范榮華， 劉 斌

（公安部第一研究所 安檢產(chǎn)品制造部， 北京 102200）

0 引言

閃爍材料是一種在X 射線或原子核粒子作用下產(chǎn)生脈沖光現(xiàn)象的材料。 由閃爍材料制成的探測(cè)器可用于安檢、工業(yè)探傷、油井勘探、核物理及高能物理等方面，目前這一類探測(cè)器用的主要是無(wú)機(jī)閃爍晶體[1-3]。 相比無(wú)機(jī)閃爍晶體， 陶瓷閃爍晶體由于在其粉體制備過(guò)程中可以較容易地實(shí)現(xiàn)摻雜離子分子級(jí)別的均勻混合、 制備工藝簡(jiǎn)單、成本低及良好的機(jī)械加工性能等，成為了近年來(lái)新型閃爍材料研究的熱點(diǎn)和前沿。

GOS 是一種氧化物透明陶瓷閃爍晶體，它具有約為60 的有效原子序數(shù)、1.8 倍于CdWO4的光輸出、＜0.01%的余輝值、與硅光電二極管匹配的峰值波長(zhǎng)、安全無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、 不易潮解、 機(jī)械加工性能好等一系列特性，是非常一種優(yōu)秀的新型閃爍材料[4-5]。 在具體應(yīng)用中，GOS 材料在晶體生長(zhǎng)成為坯件之后，為滿足下一步的具體應(yīng)用領(lǐng)域，需對(duì)其進(jìn)行外形深加工。 在安檢領(lǐng)域中，由于圖像處理的特殊性，GOS 閃爍陣列中需保證16 個(gè)獨(dú)立像素的加工精度，其加工工藝十分復(fù)雜，效率較低。

1 在安檢領(lǐng)域的應(yīng)用

應(yīng)用在安檢領(lǐng)域時(shí)，需將GOS 晶體坯件加工成擁有16個(gè)獨(dú)立像素位置的長(zhǎng)條狀GOS 陣列。 應(yīng)用時(shí)GOS 陣列需與硅光電二極管配合組成探測(cè)器模塊，X 射線首先使GOS閃爍陣列發(fā)光，之后硅光電二極管將其轉(zhuǎn)化成微弱的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)積分放大處理，得到A/D 轉(zhuǎn)換電路可以處理的模擬電壓信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換后，這些表征著圖像信息的數(shù)字信號(hào)被引入FPGA 芯片，進(jìn)而傳輸給工控機(jī)，經(jīng)過(guò)圖像軟件的處理就可以顯示出來(lái)了[6-8]。 其工作流程，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)工作流程Fig.1 System workflow

現(xiàn)階段隨著反恐形勢(shì)的嚴(yán)峻，安檢領(lǐng)域?qū)Π矙z機(jī)的需求量不斷增大，同時(shí)也對(duì)安檢機(jī)的穿透能力、分辨能力等技術(shù)指標(biāo)的要求也不斷提高[9]。 GOS 閃爍陣列大量應(yīng)用與安檢機(jī)之中， 且其性能直接影響到安檢機(jī)的核心指標(biāo)[10]。為了高效的生產(chǎn)安檢機(jī)， 安檢機(jī)探測(cè)器中GOS 閃爍陣列的加工工藝成為制約生產(chǎn)效率的一大難點(diǎn)。

2 加工工藝研究

為進(jìn)一步提高GOS 閃爍陣列的生產(chǎn)效率，現(xiàn)提出改進(jìn)加工工藝，在保證加工精度同時(shí)，提高生產(chǎn)效率、且整個(gè)加工工藝簡(jiǎn)單易行。

以某款需加工成陣列的矩形GOS 坯件為例，其外形尺寸為25.5mm×3mm×3mm。首先將待加工的GOS 坯件通過(guò)工裝和UV 膠精確固定在玻璃板的指定位置上。GOS 坯件的間距為兩邊晶體反射膠的厚度加上一個(gè)加工刀具的刀厚，X 代表GOS 坯件短邊反射膠厚度，Y 代表刀厚，Z 代表GOS 坯件長(zhǎng)邊反射膠厚度。排列的數(shù)量以劃片機(jī)的可用工作范圍確定，一般可以以8 個(gè)為一組排布，見(jiàn)圖2。最大可排列每排30 個(gè)共5 排， 共計(jì)150 個(gè)，見(jiàn)圖3。

圖2 一組GOS 坯件排布Fig.2 A set of GOS blanks

圖3 最大加工排布Fig.3 Maximum machining layout

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，GOS閃爍陣列改進(jìn)加工工藝流程分為以下步驟。

2.1 切出獨(dú)立像素

先將GOS 晶體坯件一個(gè)一個(gè)擺放并粘貼到定位工裝里， 然后在坯件頂面涂敷適量的UV 膠，把底托板壓放到定位工裝里并與GOS陶瓷坯件進(jìn)行粘貼，待整個(gè)粘貼組件固化后，通過(guò)劃片機(jī)切出16 個(gè)獨(dú)立像素。 劃片機(jī)在GOS 上的切深為2.9mm，留出一個(gè)0.1mm 的梳子背，之后通過(guò)清洗機(jī)清洗。

2.2 灌封坯件

將玻璃板上加工好的一組GOS 坯件，通過(guò)工裝灌封反射膠，形成一個(gè)GOS 和反射膠的矩形塊，若使用浸入式灌封工裝，則需要先將定量的反射膠倒入工裝內(nèi)，然后開(kāi)槽組件的底托板在上面、將晶體緩慢的放入灌封工裝內(nèi)，待反射膠有溢出時(shí)停下待固化，固化后拆下灌封工裝。 若使用框封式灌封工裝，則需將開(kāi)槽組件與工裝組裝，檢查底托板面是否密封好，然后將反射膠倒入灌封腔體內(nèi)。灌封的厚度約3.6～3.8mm，即GOS 的上表面留有0.6～0.8mm 厚的反射膠，灌封的長(zhǎng)寬為晶體尺寸加上四周所需的白膠厚度。 灌封后的一組GOSS 灌封坯件，見(jiàn)圖4。

圖4 一組GOS 灌封坯件Fig.4 A group of GOS potting blank

2.3 銑磨上表面

將GOS 矩形塊從灌封工裝中取出，通過(guò)銑磨機(jī)加工GOS 大整塊的上表面，保證其平面度＜0.05，加工后GOS大整塊的厚度從3.6～3.8mm 減為3.5mm。

2.4 分離GOS 矩形塊

通過(guò)LED 燈或烘箱加熱到130℃以上，使UV 膠失去粘性，之后停止加熱。 待溫度下降到80℃時(shí)，將GOS 矩形塊與粘接的玻璃板分離。

2.5 銑磨下表面

通過(guò)銑磨機(jī)加工GOS 矩形塊的下表面， 磨去0.1mm厚的梳子背，使GOS 晶體的厚度為2.9mm，GOS 矩形塊的厚度為3.4mm。

2.6 切割成獨(dú)立陣列

依照?qǐng)D紙，使用劃片機(jī)將GOS 矩形塊切割開(kāi)。 再切成獨(dú)立的一個(gè)一個(gè)GOS 閃爍陣列。

3 結(jié)論

目前GOS 閃爍陣列已經(jīng)安檢領(lǐng)域中的高端安檢機(jī)、CT 和平板探測(cè)器中廣泛應(yīng)用。 未來(lái)隨著技術(shù)不斷成熟、GOS 閃爍陣列的制備成本將不斷下降。 同時(shí)隨著加工工藝的改進(jìn)， 其加工成本也將下降， 進(jìn)而可以代替CsI 材料，應(yīng)用于低端安檢領(lǐng)域，占有更大市場(chǎng)份額。

GOS 閃爍陣列改進(jìn)加工工藝， 將現(xiàn)有工藝中每一個(gè)GOS 獨(dú)立進(jìn)行開(kāi)槽、灌封、切割等加工工藝，改進(jìn)為先形成一個(gè)GOS 矩形塊，再以組為單位進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率提高了2 倍以上。通過(guò)光學(xué)影像儀檢測(cè)，該改進(jìn)工藝加工的GOS 閃爍陣列精度滿足要求。 同時(shí)，該工藝也適用于加工CsI、GAGG、CdWO4等應(yīng)用于安檢領(lǐng)域的閃爍陣列。