低温固相合成独居石型荧光粉的方法技术

一种低温固相合成独居石型荧光粉的方法，是在现有方法的基础上加入模板剂并采用分段加热方式，包括混合研磨、烘干装样、分段预烧、灼烧还原、后处理等步骤。该方法可以在６００～９００℃条件下获得各种独居石型荧光粉，既节省能源、降低成本，又降低了对生产设备配置的要求。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于化工合成领域。(二)技术背景独居石型结构(具有单斜结构)的荧光粉的分子式为LnPO4:R3+(磷酸稀土Ln掺稀土发光离子R3+。R3+＝Ce3+-Tb3+；Ce3+；Sm3+；Yb3+；Dy3+；Eu3+Ho3+；Er3+等。Ln＝La和Gd)。不同的独居石型荧光粉具有不同的用途，其中，磷酸镧铈铽(LaPO4:Ce3+，Tb3+)为绿色荧光粉，已应用于低压汞线荧光灯、霓虹灯制造行业，作为低压三基色节能灯中绿色组分或作为户外霓虹灯单色广告显示材料；而磷酸镧铈(LaPO4:Ce3+)紫外线荧光粉已应用于低压汞线紫色荧光灯，作为户内外蚊蝇灯、舞台及娱乐场所装饰用灯的发光材料。目前，上述发光材料的制备通常借助于高温固相合成的办法，如①磷酸镧铈铽(LaPO4:Ce3+，Tb3+)的制备以(NH4)2HPO4(磷酸氢二铵)或NH4H2PO4(磷酸二氢铵)与La2O3(氧化镧)、CeO2(二氧化铈)、Tb4O7(七氧化四铽)或与草酸镧铈铽反应；②磷酸镧铈(LaPO4:Ce3+)的制备以(NH4)2HPO4或NH4H2PO4与La2O3、CeO2或草酸镧铈反应。上述反应辅以矿化剂在1150-1250℃高温下反应数小时，同时还原或经二次研磨后，最后还原来完成。通常包括以下四个步骤(1)混合研磨；(2)烘干装样；(3)灼烧还原；(4)后处理。以磷酸镧铈铽(LaPO4:Ce3+，Tb3+)的制备为例，合成的详细步骤如下(1)混合研磨准确称取反应量的(NH4)2HPO4(磷酸氢二铵)或NH4H2PO4(磷酸二氢铵)与Ln2O3(Ln＝La和Gd，氧化镧和氧化钆)、CeO2(二氧化铈)、Tb4O7(七氧化四铽)、矿化剂，将上述反应物混合，加入研磨助剂，在玛瑙研钵中研磨均匀。(2)烘干装样将上述研磨好的混合物烘干后装入刚玉坩埚中压实；(3)灼烧还原将装有反应混合物的坩埚放入加热容器中，预烧后在1150～1250℃加热反应数小时，同时使用还原气氛，或者取出后二次研磨、装样，最后再在1150～1250℃灼烧反应还原数小时，趁热取出冷却、研磨；(4)后处理将产物放在紫外灯下选粉，研磨，用溶剂或去离子水洗掉矿化剂烘干即得产品。其它独居石型荧光粉的制备也基本相似。上述制备过程需要消耗大量能源，生产中的加热设备配置要求较高。(三)专利技术的内容本专利技术的目的在于提供一种，该方法可以在600～900℃较低温度下发生固相反应，得到独居石型荧光粉，既降低能耗，又降低对设备配置的要求，有利于更好的推广应用。本专利技术方法的反应原理跟上述的现有技术无显著差异，不同之处在于反应中加入了模板剂或加入能生成模板剂的A、B两种反应物，在600～900℃较低温度下发生固相反应，得到独居石型荧光粉。具体的讲，本专利技术方法与现有技术一样包括(1)混合研磨；(2)烘干装样；(3)灼烧还原；(4)后处理四个步骤，其特征在于在步骤(1)——混合研磨中，加入反应物总量(不包括模板剂)10％～200％比例(重量百分数，Wt％)的模板剂；步骤(3)——灼烧还原中，采用分段预烧既将装有反应混合物的坩埚放入加热容器中，在140℃、160℃、200℃、300℃、400℃各加热0.5～2小时，然后在600～900℃条件下灼烧还原1～4小时。在上述方法中，所述的模板剂可以是(i)一种或多种卤化物，即碱金属、碱土金属的氟化物和/或氯化物，碱金属为通常所说的Li、Na、K、Rb、Cs(锂、钠、钾、铷、铯)，碱土金属则是Mg、Ca、Sr、Ba(镁、钙、锶、钡)；或(ii)反应物A与B按化学计量比反应形成的具有一维链状特征的无机聚合物TA是X2O5(X＝P、V)、NH4H2PO4、NH4VO3、(NH4)2HPO4或SiO2(二氧化硅)、H3BO3(硼酸)、硼砂中的一种或两种以上物质，B是MOH、MHCO3、M2CO3、M2O2中的一种或两种以上物质，其中M＝Li、Na、K、Rb、Cs；由A和B混合生成T的反应条件为在140℃、160℃、200℃、300℃、400℃各加热0.5～2小时；模板剂的加入方式可以是将上述的原料A和B直接加入反应混合物中，也可以是先合成模板剂T后再加入反应混合物中；或(iii)化学计量比的含MI、EII、XO43-反应物反应而成的通式为MEXO4的无机化合物UMI源于MOH、MHCO3、M2CO3、M2O2中的一种或两种以上物质，其中M＝Li、Na、K、Rb、Cs；XO43-源于X2O5(X＝P、V)、NH4H2PO4、NH4VO3、(NH4)2HPO4中的一种或两种以上物质；EII源于EO、E(OH)2、E(HCO3)2、ECO3中的一种或两种以上物质，其中E＝Mg、Zn、Ca、Sr；生成U的反应条件为在140℃、160℃、200℃、300℃、400℃各加热0.5～2小时；模板剂的加入方式可以是将上述的各种反应原料加入反应混合物中，也可以是先合成无机化合物(U)后再加入反应混合物中；或(iv)上述(i)中一种或两种以上卤化物与(ii)中无机聚合物T和/或(iii)中化合物U按任意比例混合而成。在上述方法中，反应物中各组分的选择和用量、模板剂中各组分的选择和用量根据所合成的独居石型荧光粉的不同而确定，如合成独居石型La0.64Ce0.30Tb0.06PO4绿色荧光粉时，采用反应物总量50％比例(重量百分数，Wt％)的模板剂，模板剂为MgCl2、LiF按摩尔比MgCl2∶LiF＝1∶2混合而成；合成独居石型La0.54Gd0.10Ce0.20Tb0.16PO4绿色荧光粉时，添加反应物总量10％模板剂，模板剂为MgF2、Li2CO3、(NH4)2HPO4、H3BO3、SiO2按摩尔比MgF2∶Li2CO3∶(NH4)2HPO4∶H3BO3∶SiO2＝1∶3.05∶2∶0.1∶1混合而成；合成独居石构型La0.64Ce0.20Tb0.16PO4绿色荧光粉时，添加反应物总量200％比例(Wt％)的模板剂，模板剂为MgF2、Na2CO3、(NH4)2HPO4、H3BO3、SiO2按摩尔比MgF2∶Na2CO3∶(NH4)2HPO4∶H3BO3∶SiO2＝1∶3.05∶2∶0.1∶1混合而成；合成独居石构型La0.40Ce0.50Tb0.10PO4绿色荧光粉时，添加反应物总量150％比例(Wt％)的模板剂，模板剂为LiCl、Na2CO3、NH4H2PO4、H3BO3、SiO2按摩尔比LiCl∶Na2CO3∶NH4H2PO4∶H3BO3∶SiO2＝1∶2∶2∶0.1∶1混合而成；合成独居石型La0.60Ce0.40PO4紫色荧光粉时，添加反应物总量60％比例(Wt％)的模板剂，模板剂为LiF、K2CO3、(NH4)2HPO4、H3BO3按摩尔比LiF∶K2CO3∶(NH4)2HPO4∶H3BO3＝1∶1∶3∶0.1混合后在140、160、200、300、400℃各加热1小时反应而成；合成独居石型La0.6Gd0.2Ce0.20PO4紫色荧光粉时，添加反应物总量的80％比例(Wt％)的模板剂，模板剂为CaCl2、Na2CO3、(NH4)2HPO4、SiO2、硼砂按摩尔比CaCl2∶Na2CO3∶(NH4)2HPO4∶SiO2∶硼砂＝1∶1∶1∶1∶0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温固相合成独居石型荧光粉的方法，包括混合研磨、烘干装样、灼烧还原和后处理四个步骤，其特征在于：在步骤（１）－混合研磨中，加入反应物总量（不包括模板剂）１０％～２００％比例（重量百分数）的模板剂；步骤（３）－灼烧还原中，采用分段预烧：即将装有反应混合物的坩埚放入加热容器中，在１４０℃、１６０℃、２００℃、３００℃、４００℃各加热０．５～２小时，然后在６００～９００℃条件下灼烧还原１～４小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：铁绍龙，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]