一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法，涉及发光材料技术领域。该透明陶瓷化学式如(Ⅰ)：(Ca

A blue-green light emitting fluorescent transparent ceramic and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及发光材料
，具体涉及一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法。
技术介绍
陶瓷荧光体作为一种基于透明陶瓷的新型发光材料，不仅具备优异的机械和力学性能，更具有很高的热导性(热导率＞3W/m/K)和热稳定性。利用陶瓷荧光体合成的单色绿光LED/LD，其光电转换效率和热稳定性明显优于直接发射相应颜色的LED/LD；而由其合成的白光LED具有更好的热稳定性和颜色角度分布的均匀性，能够在更高的功率密度下工作，是一种解决目前LED/LD效率低、稳定性差且无法满足高功率应用领域缺陷的有效方案。由于透明陶瓷制备技术要求苛刻，目前，我国能够制备出高致密陶瓷并且能够应用于白光LED或者LD领域的材料仅限于个别的铝酸盐材料(Y,Gd,Tb)3Al5O12)，但是由于YAG峰值发射535nm左右宽带，即缺少红光成分(650nm左右)，又缺少蓝绿光成分(500nm左右)。获得的单色绿光LED色域低(NTSC90％)；制作的白光LED光源中，蓝-绿光之间存在“沟壑”，难以达到兼顾显色指数、色温等光色性能的“高品质”照明光源需求。硅酸盐绿色荧光粉Ca3-xCexSc2Si3O12(CSS:Ce)，可被410～470nm的蓝光有效激发，发射峰值为505nm的蓝绿光，发光效率高(η内﹥90％)，且热稳定性优于商用的YAG:Ce3+，尤其在150℃以后。该材料可以在蓝光LD的泵浦下作为高功率绿光光源制作LED/LD其色域高(≥NTSC100％)，可很好的弥补目前白光LED在蓝-绿光波段的不足，其光源在460nm-650nm可见光范围内为连续光谱，无任何颜色缺失，具有极大的应用前景。然而，由于该体系中Ce3+离子与被取代的基质晶格中的Ca2+离子存在着电荷失配，使其进入晶格的浓度较低，导致荧光粉对蓝光的吸收较弱，外量子效率较低(η外≈50％)，且荧光粉颗粒对入射的激发光存在很强的散射。此外，将荧光粉作为光的转换材料时，我们需要使用环氧树脂或有机物介质，而这种有机物不耐高温、易老化，因而相应的白光LED器件存在色漂移、寿命短等缺点，因此，目前该材料尚不能应用于白光LED领域。如果将其成功制备成荧光陶瓷，我们就可以通过改变烧结条件(烧结助剂种类及用量、烧结温度和时间等)来精确控制陶瓷内部的气孔率来调节基质对激发光散射的强弱；在气孔率极低的情况下，我们还可以提高陶瓷荧光体的厚度来增加对激发光的吸收。从而解决因基质晶格中有效Ce3+离子浓度低而对激发光吸收较弱的问题，同时也避免了因荧光粉颗粒间的散射而造成的能量损失。此外，与荧光粉比荧光陶瓷不需要树(硅)脂等载体，所以致密度高、热导率高，更耐高温，耐腐蚀，可避免由于持续点亮下温度升高(150℃及以上)造成的发光效率下降、色彩漂移和老化等问题(特别是高密度LED激发或者LD激发下)。我们可以使用更大的激发光密度来激发CSS:Ce荧光陶瓷，制备出高功率的单色绿光LED/LD；在此基础上，我们还可以在陶瓷荧光体表面涂覆一层适当的黄/红色荧光粉，制备出高功率、高品质的白光LED，有望应用于投影显示、汽车前灯、道路照明和交通信号灯等高功率、高亮度、高品质照明和显示等领域。但是，由于硅酸盐与铝酸盐基质组成不同，铝酸盐中Al-O键为六面体，Al3+离子和其它离子均可自由移动；而硅酸盐中Si-O键为四面体网状结构，化学键强，非常稳定，所以Si4+不能迁移，其它离子嵌入非常困难，所以铝酸盐陶瓷的制备方法不适合于硅酸盐陶瓷。经过多年努力，2016年，我们在国际上首次报道了硅酸盐荧光陶瓷的制备方法(ZL：2016109571708)，但是，由于该荧光陶瓷的组分复杂，所需要的原料种类较多，传统球磨法获得前驱粉体的可控性差，同时因长时间球磨混合，原料中会引入杂质，使得晶相不纯，无法获得透明陶瓷(只能称之为荧光陶瓷)，故不能满足高功率激发密度情形。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的陶瓷致密度低和透过率低的问题，而提供一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法。本专利技术首先提供一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，化学式如(Ⅰ)：(Ca1-x-yCexRy)3(Sc2-zLz)2(Si1-mKm)3O12(Ⅰ)；其中，R为元素Y、Gd、La、Lu、Tb、Li、Na中的一种或多种，L为元素Zr、Hf、Mg中的一种或多种，K为元素Al、P中的一种或两种，x、y、z、m为元素摩尔分数，且满足：0.0002≤x≤0.02，0≤y≤0.02，0≤z≤0.03，0≤m≤0.02，0＜y+z+m＜0.05。优选的是，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷具有石榴石晶体结构，属于立方晶系，空间群为Ia3d。优选的是，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷在410～470nm的蓝光激发下，发射出505nm绿光。优选的是，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷的厚度为0.1-2mm。本专利技术还提供一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷的制备方法，包括：步骤一：按照化学通式(Ⅰ)中各元素的化学计量比，分别称取含有Ca、Ce、R、Sc、L、Si、K的氧化物或其相应的盐，进行研磨，得到混合粉体；步骤二：将步骤一得到的混合粉体放入模具中干压成薄片型，薄片在高温炉中退火，获得片状坯体；步骤三：截取片状坯体样品，放入配有双光束二氧化碳激光器的气悬浮炉中，用高纯氧气作为载气，对样品进行悬浮熔炼，使样品在熔融状态下保持20-40s，获得相应组分的玻璃球体，将熔炼好的玻璃球体迅速投入去离子水中，让玻璃球因骤冷而爆裂成小碎片；步骤四：将步骤三中若干小碎片干燥后放入洁净的球磨罐中，乙醇作为球磨介质，在球磨机上进行混合球磨至颗粒，干燥、过筛，得到玻璃体微粉前驱体，将前驱体粉末干压成型，进行冷等静压处理得到陶瓷坯体；步骤五：将步骤四中陶瓷坯体放入真空炉中高温晶化，首先在900～950℃下保温3～6h，然后升至1400～1500℃保温10-60h，得到陶瓷；步骤六：将步骤五中得到的陶瓷经过抛光处理，得到蓝绿光发射的荧光透明陶瓷。优选的是，所述的步骤一的研磨方式为手动研磨或者球磨。优选的是，所述的球磨条件为：乙醇为球磨介质，使用二氧化锆、刚玉或玛瑙球和二氧化锆或刚玉球磨罐，在球磨机上进行球磨混合0.5-5h，待粉体混合均匀将其取出，先后进行干燥、过筛，得到混合粉体。优选的是，所述的步骤二退火温度为1000-1100℃，退火时间为4～6h。优选的是，所述的步骤四的颗粒为0.2μm。优选的是，所述的步骤四中冷等静压处理的压力为100-300Mpa。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷及其制备方法，该透明陶瓷的制备结合玻璃晶化和真空烧结两种技术，一；使用玻璃粉体作为前驱体，使原料实现了原子级别的混合，解决了传统烧结过程中，因长时间球磨混合，原料中引入杂质而使得晶相不纯，不能获得透明陶瓷的问题，也避免了因使用碳酸钙分解产生的CO2气泡。二；因悬浮获得玻璃球在5mm左右，直接玻璃晶化，获得的透明陶瓷尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，其特征在于，化学式如(Ⅰ)：/n(Ca

【技术特征摘要】
1.一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，其特征在于，化学式如(Ⅰ)：
(Ca1-x-yCexRy)3(Sc2-zLz)2(Si1-mKm)3O12(Ⅰ)；
其中，R为元素Y、Gd、La、Lu、Tb、Li、Na中的一种或多种，L为元素Zr、Hf、Mg中的一种或多种，K为元素Al、P中的一种或两种，x、y、z、m为元素摩尔分数，且满足：0.0002≤x≤0.02，0≤y≤0.02，0≤z≤0.03，0≤m≤0.02，0＜y+z+m＜0.05。


2.根据权利要求1所述的一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，其特征在于，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷具有石榴石晶体结构，属于立方晶系，空间群为Ia3d。


3.根据权利要求1所述的一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，其特征在于，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷在410～470nm的蓝光激发下，发射出505nm绿光。


4.根据权利要求1所述的一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷，其特征在于，所述的蓝绿光发射的荧光透明陶瓷的厚度为0.1-2mm。


5.权利要求1所述的一种蓝绿光发射的荧光透明陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：按照化学通式(Ⅰ)中各元素的化学计量比，分别称取含有Ca、Ce、R、Sc、L、Si、K的氧化物或其相应的盐，进行研磨，得到混合粉体；
步骤二：将步骤一得到的混合粉体放入模具中干压成薄片型，薄片在高温炉中退火，获得片状坯体；
步骤三：截取片状坯体样品，放入配有双光束二氧化碳激光器的气悬浮炉中，用高纯氧气作为载气，对样品进行悬浮熔炼，使样品在熔融...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家骅，肖文戈，张霞，武华君，潘国徽，张亮亮，吴昊，郝振东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22