一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，按照一定比例将氟磷灰石粉体与Ce

Preparation of fluorapatite multiphase fluorescent ceramic material for LED / LD lighting

【技术实现步骤摘要】
一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法
本专利技术涉及固体发光材料领域，具体涉及一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法。
技术介绍
作为照明光源的白光LED相较于荧光灯和白炽灯，其具有光效高、能耗低、使用寿命长、环保无污染等特点，因此得到各国政府的极力推广，且目前已逐渐成为主要的照明光源之一。白光LED目前主要采用蓝光LED芯片与黄色荧光粉组合的方式，这种封装方式需要将荧光粉分散在有机树脂或硅胶中。随着人们的照明需求不断提高，这种有机物封装荧光粉的方式已不能满足高功率高显色性能的白光LED的需求。高功率以及高能量密度激发荧光粉将产生大量热量，大量热量致使有机物加速老化，从而导致白光LED的色温色坐标漂移，大大缩短使用寿命。为了解决上述问题，提出白光LED的荧光转换材料的“去有机化”概念，因此高性能的荧光玻璃、荧光晶体以及荧光陶瓷得到广泛研究。其中，透明陶瓷作为一种新兴材料，无论是其制备技术还是材料性能等方面都具有传统单晶材料和玻璃材料无可比拟的优势，能够完全克服单晶材料的缺陷，发展极为迅速，已经成为白光LED/LD领域研究的热点和重点，并已经在许多重要领域中获得初步应用，其取代单晶材料而成为下一代白光LED/LD材料正逐步成为现实。在所有的透明陶瓷材料体系中，铈离子掺杂钇铝石榴石(Ce:YAG)透明陶瓷以其易于制备和良好的物理化学性能等优势，是白光LED/LD发光介质研究领域的热点和重点，目前已经成为研究成果最为丰硕、应用最为广泛的透明陶瓷材料体系，发展前景十分广阔。然而，Ce:YAG单相荧光陶瓷与蓝光LED芯片组合得到的白光LED，其发光效率与荧光粉点胶形成的白光LED相比并无明显优势。这是因为如果陶瓷具有良好光学透过率，则大部分蓝光会透过陶瓷而不会被陶瓷吸收掉，造成陶瓷光效的降低。尽管向陶瓷内部引入气孔能够提升其对蓝光的吸收率，但同时也会极大地降低陶瓷热导率，损害发光性能。为了克服上述问题，常用的方法是通过向YAG晶格中引入具有高热导率、高折射率的材料(如Al2O3，MgAl2O4、Y2O3等)来增强对蓝光的散射，从而让Ce离子吸收更多的蓝光，从而起到光成分调节的作用，提升发光效率。贺龙飞，雷牧云等利用热压烧结制备MgAl2O4/Ce：YAG复合荧光陶瓷，该方法目的是打破光在陶瓷中的全反射，来提高发光效率(贺龙飞，范广涵，雷牧云，娄载亮，郑树文，苏晨，张涛.发光学报，2013，34(02)：133-138)。但是，MgAl2O4原料通过化学沉淀法制备，且在获得陶瓷过程中又采用热压烧结，因此，该方法需要对实验条件要求极高，不利于工业化生产。公开号为CN108863317A的专利公开了一种荧光复合陶瓷及其制备方法和应用，该方法采用放电等离子烧结制备Al2O3-Ce:YAG复合荧光陶瓷，然而Al2O3作为第二相掺入荧光陶瓷中，无法有效调节自身以及YAG相的晶粒大小，从而限制了复合相结构的可调节性，导致最终获得的陶瓷色度学参数并不理想。公开号为CN102501478A和CN104609848A的专利设计了含Al2O3第二相的多层复合结构，这两篇专利文献在引入第二相的同时加入了红光发射离子，从而实现对陶瓷色度学参数的改良。对光效的提升仅仅靠两相结构的散射，且红光发射势必导致出光效率下降。尽管以上文献所报道的Ce:YAG复相陶瓷方案能够有效调节蓝光吸收率，促进光效提升，但是所加入的复相在陶瓷中均是大量存在于晶界上，其会作为光散射中心(晶间相)降低陶瓷的透光性能及机械性能，从而造成输出光强的大幅衰减，同样也不利于光效提升。只有进一步增大蓝光LED芯片的输出功率才能够提升输出光强，这样不仅造成能源浪费，也会进一步降低输出光效。因此，如何在不降低Ce:YAG透明陶瓷光学质量的前提下，实现其对蓝光的高提取率，从而实现陶瓷的高光效输出，是本领域发展的主要瓶颈之一。目前，本领域尚未开发出同时满足高透过率、高光效Ce:YAG透明陶瓷材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，该方法使制备得到的复相荧光陶瓷材料在具有高透过率性能的同时，还能提升其发光效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，按照一定比例将氟磷灰石粉体与Ce3+:Y3Al5O12粉体混合后一同置于球磨罐中，并加入一定量的分散剂、球磨介质，配制成固含量为35～60vol.％的浆料，将浆料依次经过烘干、研磨、过筛处理后，置于空气气氛中煅烧得到氟磷灰石-Ce3+:Y3Al5O12混合粉体，将得到的混合粉体置于石墨模具中，然后一同置于放电等离子烧结炉中进行SPS烧结，将烧结好的陶瓷置于马弗炉内，在氧气气氛中进行退火处理，退火后进行双面研磨抛光，得到氟磷灰石进入到陶瓷晶粒内部的氟磷灰石复相荧光陶瓷材料。进一步的，所述Ce3+:Y3Al5O12粉体采用共沉淀法制备而成，具体步骤如下：(1)按分子式(CexY1-x)3Al5O12中对应元素的化学计量比分别精确称取Y原料粉体、Al原料粉体和Ce原料粉体材料，其中0.0005≤x≤0.01，将三种粉体材料均溶解于浓度为10～18mol/L的硝酸中形成含有Y3+、Al3+、Ce3+离子的母液，以Y3+、Al3+、Ce3+三种离子的总摩尔量为标准，将母液稀释至0.06～0.28mol/L；以硫酸铵作为分散剂加入到母液中，其添加量为Y3+摩尔量的2～8mol％；(2)按照摩尔比1：1.5～4将氨水和碳酸氢铵混合均匀，配制沉淀剂混合溶液，其中氨水的质量分数为25～28％，碳酸氢铵的浓度为0.3～1.2mol/L；(3)在搅拌条件下，将步骤(1)中配制的母液喷射至步骤(2)中配制的沉淀剂混合溶液中，以沉淀剂混合溶液的pH值为7.0～8.5作为喷射终点，喷射结束后继续搅拌4～10h，随后静置陈化8～36h，过滤得到沉淀物；(4)采用去离子水冲洗沉淀物2～4次，再用无水乙醇继续冲洗1～3次，冲洗后的沉淀物置于烘箱中干燥后得到Ce3+:Y3Al5O12粉体。优选的，步骤(1)中Y原料粉体、Al原料粉体和Ce原料粉体分别选用Y2O3粉体、Al2O3粉体、CeO2粉体。进一步的，步骤(3)中采用蠕动泵将母液以1～10ml/min的速率由T型接头输送至传送管内，传送管一端连接空压机提供0.4～1.5MPa的定向气压，另一端连接雾化喷头，母液经雾化喷头喷射至步骤(2)中配制的沉淀剂混合溶液中。优选的，所述氟磷灰石为高纯氟磷灰石粉末，且具有多孔的长棒状结构，其长度为50～300nm，直径为15～30nm，比表面积为52～68m2/g，其添加量为Y原料粉体和Al原料粉体质量总和的2.0～20.0wt.％。优选的，球磨罐的球磨转速为50～80rpm，球磨时间为4～10h；球磨介质为无水乙醇。优选的，所述分散剂为DS005，分散剂的添加量为Y原料粉体和Al原料粉体质量总和的0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按照一定比例将氟磷灰石粉体与Ce

【技术特征摘要】
1.一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按照一定比例将氟磷灰石粉体与Ce3+:Y3Al5O12粉体混合后一同置于球磨罐中，并加入一定量的分散剂、球磨介质，配制成固含量为35～60vol.％的浆料，将浆料依次经过烘干、研磨、过筛处理后，然后置于空气气氛中煅烧得到氟磷灰石-Ce3+:Y3Al5O12混合粉体，将得到的混合粉体置于石墨模具中，然后一同置于放电等离子烧结炉中进行SPS烧结，将烧结好的陶瓷置于马弗炉内，在氧气气氛中进行退火处理，退火后进行双面研磨抛光，得到氟磷灰石进入到陶瓷晶粒内部的氟磷灰石复相荧光陶瓷材料。


2.根据权利要求1所述的一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述Ce3+:Y3Al5O12粉体采用共沉淀法制备而成，具体步骤如下：
(1)按分子式(CexY1-x)3Al5O12，0.0005≤x≤0.01中对应元素的化学计量比分别精确称取Y原料粉体、Al原料粉体和Ce原料粉体材料，将三种粉体材料均溶解于浓度为10～18mol/L的硝酸中形成含有Y3+、Al3+、Ce3+离子的母液，以Y3+、Al3+、Ce3+三种离子的总摩尔量为标准，将母液稀释至0.06～0.28mol/L；以硫酸铵作为分散剂加入到母液中，其添加量为Y3+摩尔量的2～8mol％；
(2)按照摩尔比1：1.5～4将氨水和碳酸氢铵混合均匀，配制沉淀剂混合溶液，其中氨水的质量分数为25～28％，碳酸氢铵的浓度为0.3～1.2mol/L；
(3)在搅拌条件下，将步骤(1)中配制的母液喷射至步骤(2)中配制的沉淀剂混合溶液中，以沉淀剂混合溶液的pH值为7.0～8.5作为喷射终点，喷射结束后继续搅拌4～10h，随后静置陈化8～36h，过滤得到沉淀物；
(4)采用去离子水冲洗沉淀物2～4次，再用无水乙醇继续冲洗1～3次，冲洗后的沉淀物置于烘箱中干燥后得到Ce3+:Y3Al5O12粉体。


3.根据权利要求2所述的一种高光效LED/LD照明用氟磷灰石复相荧光陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中Y原料粉体、Al原料粉体和Ce...

【专利技术属性】
技术研发人员：周天元，邵岑，康健，陈东顺，郗晓倩，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