一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，步骤是：将准确称量的原料粉体及烧结助剂球磨混合、干燥过筛后煅烧，将煅烧后的混合粉体、分散剂球磨混合，加入黏结剂和增塑剂，继续球磨，分别制备含有不同陶瓷基质的混合浆料，分别除泡后再进行流延，得到不同厚度的不同陶瓷基质流延膜片；将流延膜片按照折射率由大到小原则自下而上依次叠加得到流延片，将流延片温等静压成型，得陶瓷素坯；将陶瓷素坯排胶后真空烧结，退火并双面抛光，即得。本发明专利技术采用流延法制备出梯度折射率结构荧光陶瓷，在发光波长为450～480nm的蓝光LED芯片激发下，光光转换效率可达260～300lm/W。

A preparation method of high light efficiency and high index fluorescent ceramics with gradient refractive index structure

【技术实现步骤摘要】
一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法
本专利技术涉及荧光陶瓷
，具体涉及一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法。
技术介绍
白光LED具有小型固体化，瞬时启动和快响应，节能，寿命长，绿色高效等许多优点，广泛应用于各种建筑与景观照明，汽车照明，医疗以及各种便携式照明等，已经发展成为第四代新照明光源。目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是GaN基蓝光芯片加黄色荧光粉(掺铈钇铝石榴石，Ce:Y3Al5O12)技术，它是通过GaN芯片激发蓝光，部分蓝光激发Ce:Y3Al5O12荧光粉产生黄光，黄光与剩余的蓝光混合形成白光。采用Ce:YAG透明荧光陶瓷替代“Ce:YAG荧光粉+硅胶”，可以有效解决上述问题。荧光透明陶瓷导热性能好，不但可以抗光衰，减少光散射，还可以提高亮度和光谱的稳定性。然而，陶瓷荧光材料也存在着一些不足。Ce:YAG中的荧光光谱中缺少红光成分，使得与GaN蓝光芯片混合后得到的白光色温较高，红光的缺失也使得LED的显色指数较低。要解决这个问题，可以通过在荧光陶瓷材料中掺稀土元素使得Ce3+发射峰红移或者引入红光波段的发射峰来改善。但多掺杂的荧光陶瓷材料诱发的新问题是不同掺杂离子之间的相互作用、能量转移等较为复杂，并且由于能量传递对发光效率有负面影响。为此，CN102531564A，CN102501478A，CN102249660A均公开了一种白光LED复合透明陶瓷及其制备方法，该复合结构荧光陶瓷是由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过光胶粘合构成，所述复合透明陶瓷为Ce:YAG陶瓷片分别与Eu3+，Pr3+，Cr3+掺杂的YAG陶瓷复合得到。通过不同稀土的掺杂，增加了LED光谱中红光成分，提高了显色指数和温和的色温。但是，上述方法存在的问题是：上下两层陶瓷片界面之间存在着一定厚度的空气夹层且层与层之间折射率相差过大，根据全反射角sinθ＝n1/n2，陶瓷与空气间巨大的折射率差异导致光出射角过小，大量的荧光被损耗在陶瓷内部，使得发光效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，采用流延成型法，具体包括以下步骤：(1)按照荧光陶瓷的化学式中各元素的化学计量比称量原料粉体；以无水乙醇作为球磨介质，将准确称量的原料粉体及烧结助剂置于球磨罐内球磨14～16h，得到混合浆料，再将球磨后的浆料干燥后过筛，并置于马弗炉中煅烧；(2)将煅烧后的混合粉体、分散剂、无水乙醇按一定比例混合，调节浆料的pH为10～12，球磨6～12h后加入黏结剂和增塑剂，继续球磨6～12h，分别制备含有不同陶瓷基质的混合浆料；分别除泡10～60min；(3)将除泡后的浆料再进行流延，得到不同厚度的不同陶瓷基质流延膜片；将流延膜片按照折射率由大到小原则自下而上依次叠加得到流延片，将流延片置于150～300Mpa压力下温等静压成型，保压1～10min，得陶瓷素坯；(4)将陶瓷素坯置于马弗炉中进行排胶处理，之后将素坯置于真空炉中烧结，最后将陶瓷置于马弗炉中在空气气氛下退火并双面抛光，即得。优选的，所述荧光陶瓷的最下层为(CexY1-x)3Al5O12，其中，0.0005≤x≤0.04，其余层的陶瓷基质为、MgAl2O4、MgO、AlON、Al2O3、MgF2、CaF2、Gd2O3中至少两种，且陶瓷基质折射率满足1.82>n>1。优选的，最外层的陶瓷基质中掺杂红光发射离子包括Pr3+、Sm3+、Mn3+、Cr3+中的一种或两种。优选的，步骤(1)中，所述烧结助剂的添加量为原料粉体总质量的0.1～1％；马弗炉煅烧温度为600～1000℃，保温时间为4～9h。优选的，步骤(2)中，所述分散剂为鲱鱼油、鱼油、油酸、柠檬酸铵、聚醚酰亚胺(PEI)或NP-10中任意一种或几种；分散剂的添加量为混合粉体总质量的2～10％。优选的，步骤(2)中，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)；粘结剂的添加量为混合粉体总质量的3～10％。优选的，步骤(2)中，所述增塑剂为邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP)、过氧化特戊酸特丁酯(BPP)、甘油中的一种或两种；增塑剂的添加量为混合粉体总质量的2～7％。优选的，步骤(3)中，所述真空除泡机的真空压力为1～2Torr。优选的，步骤(3)中，所述流延层的总厚度为1.4～3.0mm。优选的，步骤(4)中，所述排胶温度为600～900℃；真空烧结温度为1650～1870℃，炉腔中真空度保持在10-3～10-4Pa；陶瓷退火温度为1200～1600℃。通过流延成型法制备具有不同折射率以及红光波段发射的荧光陶瓷素坯，并且基于折射率递减原则，自下而上流延素坯叠3～5层，且流延素坯厚度d依次增大，满足1.5≤dx/dx-1≤2(2≤x≤5)，x为自下而上叠层序数；最上层流延素坯掺杂红光发射离子。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)梯度折射率结构荧光陶瓷与非梯度低折射率结构荧光陶瓷相比，由于折射率呈现梯度降低，造成前置光出射角明显提升，光光转换效率明显提高，在发光波长为450～480nm的蓝光LED芯片激发下，光光转换效率可达260～300lm/W。(2)仅在最外层折射率最小的流延素坯中掺杂红光波段发射离子，自下而上基于折射率递减原则流延素坯按比例增大，这种结构设计优势在于，最上层流延素坯厚度最大，掺杂的红光波段发射离子浓度高，显色指数可达85-95。附图说明图1为本专利技术荧光陶瓷的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。除另有说明，以下实施例中所用的原料均为市售产品。本专利技术荧光陶瓷的结构如图1所示，该荧光陶瓷分为3～5部分，图中荧光陶瓷体最下层部分的化学组成为(CexY1-x)3Al5O12，其中，0.0005≤x≤0.04，其余部分从下向上折射率依次减小，陶瓷基质可以为MgAl2O4(n＝1.720)、MgO(n＝1.736)、AlON(n＝1.660)、Al2O3(n＝1.768)、MgF2(n＝1.730)、CaF2(n＝1.450)、Gd2O3(n＝1.800)等，最上层部分掺杂的红光发射离子可以为Pr3+、Sm3+、Mn3+或Cr3+中的一种或两种，掺杂量为m，其中0.001≤m≤0.006。该荧光陶瓷是通过流延成型、温等静压、排胶、真空烧结制备得到。实施例1(1)按照化学式(Ce0.0005Y0.9995)3Al5O12，MgAl2O4、(Al0.999Cr0.001)ON中各元素的化学计量比称量原料粉体，各60g；以无水乙醇作为球磨介质，将准确称量的原料粉体及0.06gMgO、0.33ml的TEOS置于球磨罐内以180r/min球磨15h，得到混合均匀的浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，采用流延成型法，具体包括以下步骤：/n(1)按照荧光陶瓷的化学式中各元素的化学计量比称量原料粉体；以无水乙醇作为球磨介质，将准确称量的原料粉体及烧结助剂置于球磨罐内球磨14～16h，得到混合粉体，再将球磨后的粉体干燥后过筛，并置于马弗炉中煅烧；/n(2)将煅烧后的混合粉体、分散剂、无水乙醇按一定比例混合，调节浆料的pH为10～12，球磨6～12h后加入黏结剂和增塑剂，继续球磨6～12h，分别制备含有不同陶瓷基质的混合浆料；分别除泡10～60min；/n(3)将除泡后的浆料再进行流延，得到不同厚度的不同陶瓷基质流延膜片；将流延膜片按照折射率由大到小原则自下而上叠加后得到流延片，将流延片置于150～300Mpa压力下温等静压成型，保压1～10min，得陶瓷素坯；/n(4)将陶瓷素坯置于马弗炉中进行排胶处理，之后将素坯置于真空炉中烧结，最后将陶瓷置于马弗炉中在空气气氛下退火并双面抛光，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，采用流延成型法，具体包括以下步骤：
(1)按照荧光陶瓷的化学式中各元素的化学计量比称量原料粉体；以无水乙醇作为球磨介质，将准确称量的原料粉体及烧结助剂置于球磨罐内球磨14～16h，得到混合粉体，再将球磨后的粉体干燥后过筛，并置于马弗炉中煅烧；
(2)将煅烧后的混合粉体、分散剂、无水乙醇按一定比例混合，调节浆料的pH为10～12，球磨6～12h后加入黏结剂和增塑剂，继续球磨6～12h，分别制备含有不同陶瓷基质的混合浆料；分别除泡10～60min；
(3)将除泡后的浆料再进行流延，得到不同厚度的不同陶瓷基质流延膜片；将流延膜片按照折射率由大到小原则自下而上叠加后得到流延片，将流延片置于150～300Mpa压力下温等静压成型，保压1～10min，得陶瓷素坯；
(4)将陶瓷素坯置于马弗炉中进行排胶处理，之后将素坯置于真空炉中烧结，最后将陶瓷置于马弗炉中在空气气氛下退火并双面抛光，即得。


2.根据权利要求1所述的一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，所述荧光陶瓷的最下层为(CexY1-x)3Al5O12，其中，0.0005≤x≤0.04，其余层的陶瓷基质为MgAl2O4、MgO、AlON、Al2O3、MgF2、CaF2、Gd2O3中至少两种，且陶瓷基质折射率满足1.82>n>1。


3.根据权利要求1所述的一种具有梯度折射率结构的高光效、高显指荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，最外层的陶瓷基质中掺杂红光发射离子包括Pr3+、Sm3+、Mn3+、Cr3+中的一种或两种。


4.根据权利要求1所述的一种具有梯度折射率结构的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，郗晓倩，孙炳恒，康健，陈东顺，邵岑，黄国灿，李明，陈浩，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32