一种LED照明用荧光粉材料及其制备方法技术

一种LED照明用荧光粉材料及其制备方法。本发明专利技术围绕LED用氮化物和氮氧化物荧光粉，采用二段燃烧合成新技术，制备Si3N4、AlN两种高品质原料粉体，进而制备氮化物和氮氧化物荧光粉。本发明专利技术系统研究了配方与工艺参数对所制备的原料粉体和荧光粉的成分、结构与性能的影响规律，在此基础上，通过工艺优化，制备出低氧含量、高活性的Si3N4、AlN原料粉体，和晶型完整、发光性能优良的氮化物和氮氧化物荧光粉。

A phosphor material for LED lighting and its preparation method

The invention relates to a phosphor material for LED lighting and a preparation method thereof. Around the nitride and nitrogen oxide phosphor used for LED, the invention adopts a two-stage combustion synthesis technology to prepare two kinds of high quality raw material powders, namely Si3N4 and AlN, and then to prepare nitride and nitrogen oxide phosphor. The invention systematically studies the influence of formula and technological parameters on the composition, structure and properties of raw material powder and phosphor powder. On this basis, through technological optimization, the raw material powders Si_3N_4 and Al_N with low oxygen content and high activity are prepared, and the nitrides and fluorescence of nitrogen oxides with intact crystal form and excellent luminescent properties are prepared. Powder.

【技术实现步骤摘要】
一种LED照明用荧光粉材料及其制备方法
本专利技术涉及节能环保新材料领域，具体的说是一种LED照明用荧光粉材料及其制备方法。
技术介绍
LED光源与传统白炽灯泡和荧光灯管相比，具有节能环保、体积小、寿命长等优势，被认为是极具前途的新一代照明技术。在今天将控制全球气候变暖、节能减排作为科技发展第一主题的大背景下，LED照明技术蕴含着巨大的创新空间，属于高成长、高带动的战略性新兴产业生长点。从国家战略需求来看，白光LED半导体固态照明，是我国重点发展的高新技术产业，对于经济发展和社会进步具有重要意义。我国照明用电在整体用电量中的比例约为12％，如果以白光LED光源替代白炽灯，则每年可节电1680亿度，这相当于节约6720万吨标准煤，减排二氧化碳1.68亿吨。由此可见，推进LED固态照明产业的发展，在节能环保方面具有显著的经济和社会效益。就技术而言，白光LED光源主要采用荧光粉配合LED单芯片驱动的实现方式。通过引入荧光粉，只需要一种芯片(蓝光LED芯片或紫外光LED芯片)就可以产生白光，大大简化了白光LED光源的装置结构，节约了软硬件成本。荧光粉作为关键材料，其发光特性直接决定着白光LED光源的亮度、显色指数、相关色温及发光效率等性能。因此，LED照明产业的发展，对荧光粉提出了更新、更高的要求。目前绝大部分白光LED光源采用“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”的方式实现，其中的黄色荧光粉多为石榴石型(如YAG:Ce)系列荧光粉。该系列荧光粉具有较高的发光效率，但由Ce3+的发射在红光部分严重短缺，很难实现色温在4000K以下的暖色调白光，且显色指数偏低，难以作为通用照明光源进入千家万户。为了获得低色温、高显色性以满足普通照明需要的白光LED光源，必须从开发和应用新型荧光粉、改进发光性能入手。目前的技术趋势主要有三种:(1)采用“蓝光LED芯片+绿、红色荧光粉”的方式来代替“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”。这种方式在色温和显色性方面都有所改善，然而其光效与“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”方式相比仍存在较大差距。为了提高光效，有些公司采用硫化物体系的绿、红色荧光粉，但硫化物的稳定性差，导致白光LED的寿命大幅度缩短。(2)采用“紫外光LED芯片+红、绿、蓝三色荧光粉”方式来代替“蓝光LED+黄色荧光粉”。这种方式得到的白光显色性好，色域较宽，色温可在2500-10000K范围内调控，从而满足暖白光LED照明的需要。但目前用于该种方式的荧光粉主要是传统三基色荧光粉的改性品，这些荧光粉对370-410nm紫外光的转换效率普遍较低，与紫外光LED芯片的匹配性欠佳。(3)在“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”基础上，添加红色荧光粉，以得到低色温、高显色指数的白光LED光源。这种方式有“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”的成熟技术作为支撑，并且光效相对较高。不难看出，在上述三种实现暖白光LED的方式中，技术关键都在于高性能荧光粉的开发。具体来说，除了继续提升黄色荧光粉的转换效率之外，当务之急是开发出性能稳定、光效高、色度匹配的绿色和红色荧光粉。目前来看，氮化物和氮氧化物系列的荧光粉(绿粉如SiAlON:Eu，红粉如(Ca,Sr)2Si5N8:Eu)的前景较好。目前，国内外报道的氮(氧)化物荧光粉合成方法包括高温固相法、气体还原氮化法、碳热还原氮化法、试剂还原氮化法等。这些现有合成方法大多反应条件苛刻，需要使用专门的气压烧结炉在高温高压条件下进行长时间热处理，生产成本较高，且工艺重复性和产品性能稳定性不够理想。
技术实现思路
本专利技术为了要解决上述现有技术中存在的不足，提供一种LED照明用荧光粉材料及其制备方法。本专利技术围绕LED用氮化物和氮氧化物荧光粉，采用二段燃烧合成新技术，制备Si3N4、AlN两种高品质原料粉体，进而制备氮化物和氮氧化物荧光粉。本专利技术系统研究了配方与工艺参数对所制备的原料粉体和荧光粉的成分、结构与性能的影响规律，在此基础上，通过工艺优化，制备出低氧含量、高活性的Si3N4、AlN原料粉体，和晶型完整、发光性能优良的氮化物和氮氧化物荧光粉。本专利技术提供了一种LED照明用荧光粉材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Si3N4燃烧制备步骤，取硅粉、Si3N4、NaN3粉末作为原料，其中硅粉在原料中的质量百分比为62.5wt％-68.5wt％，Si3N4粉末在原料中的质量百分比为13wt％-22wt％,NaN3粉末在原料中的质量百分比为15.5wt％-18.5wt％；其中，所述硅粉、NaN3、Si3N4粉末的纯度均大于等于98％，Si3N4粉末中α-Si3N4占全部Si3N4粉末的质量百分比大于等于94.6wt％；将上述原料充分混合均匀后加入真空高压燃烧器，抽真空后通入纯度大于等于99％的氮气，充气压力为大于等于2.0MPa且小于等于2.5MPa，加入Ti粉末作为引燃剂点燃上述原料，通过燃烧反应制备α-Si3N4原料粉体；AlN燃烧制备步骤，取Al粉、AlN粉末、NH4Cl、NH4F作为原料混合，其中Al粉在原料中所占的质量百分比为40wt％-55wt％，AlN粉末在原料中所占的质量百分比为40wt％-50wt％，所述NH4Cl在原料中所占的质量百分比为3wt％-10wt％,所述NH4F在原料中所占的质量百分比为2wt％-10％wt；将以上原料充分混合后过120目筛，然后在5MPa-8MPa压力的氮气下燃烧反应，制备AlN原料粉体；二段燃烧步骤，取以上步骤制备的α-Si3N4、AlN原料粉体，并且与硅粉、Al粉、Eu2O3、Ca2O3混合充分后进行研磨，过200目筛，其中α-Si3N4在混合后粉体中的质量百分比为44.5wt％-50wt％，AlN在混合后粉体中的质量百分比为14.05wt％-24.16wt％，硅粉在混合后粉体中的质量百分比为15.35wt％-29.1wt％，Eu2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.85wt％-3.0wt％，Al粉在混合后粉体中的质量百分比为10.6wt％-22.95wt％,Ca2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.79wt％-13.65wt％；取以上混合后粉体，并且取占混合后粉体总质量1.5wt％-1.8wt％的粘结剂，将上述混合后粉体与粘结剂加入叔丁醇溶剂后充分搅拌混合后，置于-30至-80摄氏度低温氮气环境下冷冻固化，然后真空干燥25小时，形成多孔固化结构；将所述多孔固化结构放入真空环境后充入氮气至5-6.5MPa，点燃Ti粉引燃，燃烧后制得Ca-SiAlON:Eu荧光粉。优选的是，在所述二段燃烧步骤中，在所述多孔固化结构的表面包裹所述Ti粉与C粉的混合粉末。进一步优选的是，所述Ti粉与C粉的质量比为1:1。优选的是，在所述二段燃烧步骤中，在所述多孔固化结构的表面还进一步包覆α-Si3N4粉末。优选的是，α-Si3N4粉末与Ti-C混合粉末的质量比为1:1。优选的是，在所述二段燃烧步骤中，所述混合后粉体与叔丁醇的体积比为1:5至1:8。优选的是，二段燃烧步骤中制得的多孔固化结构的气孔率为65％-70％。优选的是，二段燃烧步骤中，控制燃烧时间为0.5分钟-3分钟。优选的是，二段燃烧步骤中，α-Si3N4在混合后粉体中的质量百分比为49.5wt％，AlN在混合后粉体中的质量百分比为4.05本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED照明用荧光粉材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Si3N4燃烧制备步骤，取硅粉、Si3N4、NaN3粉末作为原料，其中硅粉在原料中的质量百分比为62.5wt％‑68.5wt％，Si3N4粉末在原料中的质量百分比为13wt％‑22wt％,NaN3粉末在原料中的质量百分比为15.5wt％‑18.5wt％；其中，所述硅粉、NaN3、Si3N4粉末的纯度均大于等于98％，Si3N4粉末中α‑Si3N4占全部Si3N4粉末的质量百分比大于等于94.6wt％；将上述原料充分混合均匀后加入真空高压燃烧器，抽真空后通入纯度大于等于99％的氮气，充气压力为大于等于2.0MPa且小于等于2.5MPa，加入Ti粉末作为引燃剂点燃上述原料，通过燃烧反应制备α‑Si3N4原料粉体；AlN燃烧制备步骤，取Al粉、AlN粉末、NH4Cl、NH4F作为原料混合，其中Al粉在原料中所占的质量百分比为40wt％‑55wt％，AlN粉末在原料中所占的质量百分比为40wt％‑50wt％，所述NH4Cl在原料中所占的质量百分比为3wt％‑10wt％,所述NH4F在原料中所占的质量百分比为2wt％‑10％wt；将以上原料充分混合后过120目筛，然后在5MPa‑8MPa压力的氮气下燃烧反应，制备AlN原料粉体；二段燃烧步骤，取以上步骤制备的α‑Si3N4、AlN原料粉体，并且与硅粉、Al粉、Eu2O3、Ca2O3混合充分后进行研磨，过200目筛，其中α‑Si3N4在混合后粉体中的质量百分比为44.5wt％‑50wt％，AlN在混合后粉体中的质量百分比为14.05wt％‑24.16wt％，硅粉在混合后粉体中的质量百分比为15.35wt％‑29.1wt％，Eu2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.85wt％‑3.0wt％，Al粉在混合后粉体中的质量百分比为10.6wt％‑22.95wt％,Ca2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.79wt％‑13.65wt％；取以上混合后粉体，并且取占混合后粉体总质量1.5wt％‑1.8wt％的粘结剂，将上述混合后粉体与粘结剂加入叔丁醇溶剂后充分搅拌混合后，置于‑30至‑80摄氏度低温氮气环境下冷冻固化，然后真空干燥25小时，形成多孔固化结构；将所述多孔固化结构放入真空环境后充入氮气至5‑6.5MPa，点燃Ti粉引燃，燃烧后制得Ca‑SiAlON:Eu荧光粉。...

【技术特征摘要】
1.一种LED照明用荧光粉材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Si3N4燃烧制备步骤，取硅粉、Si3N4、NaN3粉末作为原料，其中硅粉在原料中的质量百分比为62.5wt％-68.5wt％，Si3N4粉末在原料中的质量百分比为13wt％-22wt％,NaN3粉末在原料中的质量百分比为15.5wt％-18.5wt％；其中，所述硅粉、NaN3、Si3N4粉末的纯度均大于等于98％，Si3N4粉末中α-Si3N4占全部Si3N4粉末的质量百分比大于等于94.6wt％；将上述原料充分混合均匀后加入真空高压燃烧器，抽真空后通入纯度大于等于99％的氮气，充气压力为大于等于2.0MPa且小于等于2.5MPa，加入Ti粉末作为引燃剂点燃上述原料，通过燃烧反应制备α-Si3N4原料粉体；AlN燃烧制备步骤，取Al粉、AlN粉末、NH4Cl、NH4F作为原料混合，其中Al粉在原料中所占的质量百分比为40wt％-55wt％，AlN粉末在原料中所占的质量百分比为40wt％-50wt％，所述NH4Cl在原料中所占的质量百分比为3wt％-10wt％,所述NH4F在原料中所占的质量百分比为2wt％-10％wt；将以上原料充分混合后过120目筛，然后在5MPa-8MPa压力的氮气下燃烧反应，制备AlN原料粉体；二段燃烧步骤，取以上步骤制备的α-Si3N4、AlN原料粉体，并且与硅粉、Al粉、Eu2O3、Ca2O3混合充分后进行研磨，过200目筛，其中α-Si3N4在混合后粉体中的质量百分比为44.5wt％-50wt％，AlN在混合后粉体中的质量百分比为14.05wt％-24.16wt％，硅粉在混合后粉体中的质量百分比为15.35wt％-29.1wt％，Eu2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.85wt％-3.0wt％，Al粉在混合后粉体中的质量百分比为10.6wt％-22.95wt％,Ca2O3在混合后粉体中的质量百分比为2.79wt％-13.65wt％；取以上混合后粉体，并且取占混合后粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培信，杨传仕，杨杰，刘天凯，姚晨，赵德强，
申请(专利权)人：山东亿昌照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37