一种发光陶瓷材料及其制备方法和应用技术

一种发光陶瓷材料及其制备方法和应用，涉及发光陶瓷材料。红色荧光陶瓷为在具有与CaAlSiN3结晶相相同的晶体结构中固溶有活化剂Eu而形成，其化学式为Ca1‑x‑y‑zMyEuxAl1‑zSi1+zN3‑zOz的荧光粉为原料，加压烧结或者常压烧结制得致密的发光陶瓷；或所述红色荧光陶瓷为与CaAlSiN3结晶相具有相同晶体结构的红色荧光粉体为原料，通过添加Si3N4、SiO2、Al2O3、MgO、Y2O3、Li2CO3、LiSi2N3、CaF2、SrF2、MgF2、AlF3、LiF等的氧化物、氟化物或氯化物助熔剂中的至少一种，加压烧结或常压烧结制得致密的发光陶瓷。可在制备照明或显示器具中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光陶瓷材料，尤其是涉及具有与CaAlSiN3结晶相相同晶体结构的透明和(或)半透明的一种发光陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
与传统光源相比，LED(发光二极管，是LightEmittingDiode的缩写)具有高发光效率、节能、环保、寿命长、体积小、响应快、可靠性高、无辐射等优点，而受到广泛重视。LED技术虽然不断进步，但散热问题仍然是大功率白光LED面临的严峻考验。此外，LED虽然能提供较大的光通量，但受限于较大的光学扩展量，其亮度不能满足高亮度显示的要求。相比之下，激光具有很好的方向性，激光光斑可聚焦成一个微小(最低可到几个微米直径)的光斑，它的亮度比LED有100～1000倍的提升。目前兴起的APLD(先进的激光荧光显示技术，是AdvancedLaserPhosphorDisplay的缩写)利用GaN蓝光激光激发荧光材料来产生一种或多种基色用于图像显示，它既延续了LED的高可靠性和长寿命的优点，又保留了激光的固有高亮度，是高亮度图像显示的最核心技术。虽然该技术创新性地专利技术了远程旋转荧光器件，但是在高密度激光的照射下，荧光材料表面仍会有大量热量产生，为了避免热淬灭的发生，对该荧光材料的热稳定性提出了较高的要求。因此，无论对于大功率白光LED，还是新兴起的APLD，开发出热稳定性好的荧光材料都是亟待解决的问题。为了解决现行的封装材料硅胶在高温环境下工作能力差的问题，荧光玻璃和荧光陶瓷应运而生，它们既是封装材料，又是发光材料，同时玻璃和陶瓷的热导率远远大于有机物硅胶。荧光玻璃一般是将荧光粉体与高折射率的透明玻璃粉体混合均匀然后共烧形成。此工艺对基质玻璃的要求较高，同时要避免荧光粉体与基质玻璃在烧结过程中的界面反应，以及基质玻璃中的有害元素进入荧光粉晶格中导致发光淬灭，而且荧光粉体在基质玻璃的均匀分布也是需要解决的问题。因此，荧光玻璃的制备并不适合所有的荧光粉体。与荧光玻璃相比，将荧光粉体直接烧结成均匀致密的荧光陶瓷，不仅能解决上述问题，且陶瓷的热导率与玻璃相比，也有极大的提高。目前关于荧光陶瓷制备的文献主要集中在氧化物陶瓷方面，尤其以Ce活化的钇铝石榴石和镥铝石榴石居多，虽然将蓝光激发光源和Ce活化的钇铝石榴石黄色荧光陶瓷结合可以得到白光，但这种方式得到的白光光谱中缺少红色成分，若要得到高显色指数的白光，必须加入红色成分。CaAlSiN3:Eu2+红色荧光粉体凭借其高量子效率和良好的热稳定性成为商用红粉中的重要一员，但是除了I.Pricha(I.Pricha,etal.“J.Ceram.Sci.Tech.”2015；06(01):63-68)通过无压烧结法于≥1700℃制备了最高致密度仅为80％的CaAlSiN3:Eu2+红色荧光陶瓷之外，鲜有关于该荧光粉体的陶瓷制备的报道，因此，致密的CaAlSiN3:Eu2+红色荧光陶瓷的制备及其性能表征仍是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于针对目前透明和(或)半透明红色荧光陶瓷的缺乏，提供热稳定性好、量子效率高的一种发光陶瓷材料。本专利技术的第二目的在于提供合成温度低、制备快速、工艺简单的一种发光陶瓷材料的制备方法。本专利技术的第三目的在于提供所述发光陶瓷材料在制备大功率照明或显示器具中的应用。所述发光陶瓷材料为透明或/和半透明红色荧光陶瓷，所述红色荧光陶瓷为在具有与CaAlSiN3结晶相相同的晶体结构中固溶有活化剂Eu而形成，其化学式为Ca1-x-y-zMyEuxAl1-zSi1+zN3-zOz的荧光粉为原料，其中0<x≤0.2，0≤y<1，0≤z<3，M＝Sr,Ba,Mg,Li,La等金属元素中的至少一种，在氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下加压烧结或者常压烧结制得致密的发光陶瓷；或所述红色荧光陶瓷为与CaAlSiN3结晶相具有相同晶体结构的红色荧光粉体为原料，通过添加Si3N4、SiO2、Al2O3、MgO、Y2O3、Li2CO3、LiSi2N3、CaF2、SrF2、MgF2、AlF3、LiF等的氧化物、氟化物或氯化物助熔剂中的至少一种，在氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下加压烧结或者常压烧结制得致密的发光陶瓷。本专利技术的红色荧光陶瓷的化学式为Ca1-x-y-zMyEuxAl1-zSi1+zN3-zOz，其中x反映了活化剂Eu的掺杂浓度，y反映了M金属取代Ca的浓度，z反映了O取代N的浓度，通过掺入金属M和(或)O，可以制备得到一系列色坐标位置可调的红色荧光陶瓷。本专利技术中，所述红色荧光陶瓷在300～500nm波长的紫外光或者蓝光激发下发出波长在550～750nm范围的波长具有峰值的荧光，优选地，发出波长在600～680nm范围的波长具有峰值的荧光。所述红色荧光陶瓷的结晶以包含其它结晶或非结晶化合物的混和物的方式被生成，在该混和物中，所述红色荧光陶瓷结晶的质量含量不少于40％。所述红色荧光陶瓷的致密度不低于80％。所述发光陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：1)按照所述化学式的化学计量比，以氮化物、氧化物或合金化合物，作为起始原料，在手套箱中混合制得原料混合物，于1600～1800℃温度下保温烧结制得红色荧光粉体；2)将所制得的红色荧光粉体与至少一种助熔剂混合后，转移至石墨模具中，其中石墨模具、上压头、下压头都通过石墨纸与原料粉体隔离开，然后将石墨模具置于放电等离子体烧结炉中，于氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下，单轴压力30～60MPa，升温速率300℃/min，烧结温度1400～1550℃，保温时间3～10min，烧结制得发光陶瓷材料。在步骤1)中，所述氮化物、氧化物或合金化合物可选自Ca3N2、Sr3N2、Ba3N2,Mg3N2,Li3N、EuN、Si3N4、AlN、SiO2、CaO、CaAl、CaSi、SrAl、SrSi、EuSi、Ca1-x-y-zMyEuxAl1-zSi1+z等中的一种，其中M＝Sr,Ba,Mg,Li,La等金属元素中的至少一种；所述氮化物、氧化物或合金化合物的粒径为微米、亚微米或纳米级。在步骤2)中，所述红色荧光粉体、原料粉体的粒径为微米、亚微米或纳米级；所得红色荧光陶瓷可采用研磨、抛光或热处理对所得红色荧光陶瓷的厚度和表面粗糙度进行调整，以利于后续的性能表征；所述热处理的温度可大于1000℃且小于所述烧结温度，热处理的时间可为1～10h，以改善荧光陶瓷的发光性能。本专利技术采用放电等离子体法制备CaAlSiN3基荧光陶瓷，烧结温度低，快速(升温速率300℃/min，整个烧结过程仅需十几分钟)，且工艺简单。...

【技术保护点】
一种发光陶瓷材料，其特征在于为透明或/和半透明红色荧光陶瓷，所述红色荧光陶瓷为在具有与CaAlSiN3结晶相相同的晶体结构中固溶有活化剂Eu而形成，其化学式为Ca1‑x‑y‑zMyEuxAl1‑zSi1+zN3‑zOz的荧光粉为原料，其中0<x≤0.2，0≤y<1，0≤z<3，M＝Sr,Ba,Mg,Li,La金属元素中的至少一种，在氮气气氛或者氮气‑氢气混合气氛下加压烧结或者常压烧结制得致密的发光陶瓷；或所述红色荧光陶瓷为与CaAlSiN3结晶相具有相同晶体结构的红色荧光粉体为原料，通过添加Si3N4、SiO2、Al2O3、MgO、Y2O3、Li2CO3、LiSi2N3、CaF2、SrF2、MgF2、AlF3、LiF的氧化物、氟化物或氯化物助熔剂中的至少一种，在氮气气氛或者氮气‑氢气混合气氛下加压烧结或者常压烧结制得致密的发光陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种发光陶瓷材料，其特征在于为透明或/和半透明红色荧光陶瓷，所述红色荧光陶
瓷为在具有与CaAlSiN3结晶相相同的晶体结构中固溶有活化剂Eu而形成，其化学式为Ca1-x-y-zMyEuxAl1-zSi1+zN3-zOz的荧光粉为原料，其中0<x≤0.2，0≤y<1，0≤z<3，M＝
Sr,Ba,Mg,Li,La金属元素中的至少一种，在氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下加压烧结
或者常压烧结制得致密的发光陶瓷；或
所述红色荧光陶瓷为与CaAlSiN3结晶相具有相同晶体结构的红色荧光粉体为原料，通过
添加Si3N4、SiO2、Al2O3、MgO、Y2O3、Li2CO3、LiSi2N3、CaF2、SrF2、MgF2、AlF3、LiF的氧化
物、氟化物或氯化物助熔剂中的至少一种，在氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下加压烧结
或者常压烧结制得致密的发光陶瓷。
2.如权利要求1所述一种发光陶瓷材料，其特征在于所述红色荧光陶瓷的结晶以包含
其它结晶或非结晶化合物的混和物的方式被生成，在该混和物中，所述红色荧光陶瓷结晶的
质量含量不少于40％。
3.如权利要求1所述一种发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按照所述化学式的化学计量比，以氮化物、氧化物或合金化合物，作为起始原料，
在手套箱中混合制得原料混合物，于1600～1800℃温度下保温烧结制得红色荧光粉体；
2)将所制得的红色荧光粉体与至少一种助熔剂混合后，转移至石墨模具中，其中石墨
模具、上压头、下压头都通过石墨纸与原料粉体隔离开，然后将石墨模具置于放电等离子体
烧结炉中，于氮气气氛或者氮气-氢气混合气氛下，单轴压力30～60MPa，升温速率
300℃/min，烧结温度1400～1550℃，保温时间3～10min，烧结制得发光陶瓷材料。
4.如权利要求3所述一种发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述
氮化物、氧化物或合金化合物选自Ca...

【专利技术属性】
技术研发人员：解荣军，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35