一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用，该荧光陶瓷化学式为：(Y

A single structure fluorescent ceramic with low color temperature and high index and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用
本专利技术涉及荧光陶瓷
，具体涉及一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用。
技术介绍
以LED/LD为激发源的固态照明技术具有节能、环保、使用寿命长等优点，被广泛应用于室内照明、投影、显示器件等产品中。这种照明技术的实施路径是利用蓝光LED/LD芯片激发荧光转换材料(铈掺杂钇铝石榴石)，未被利用的蓝光与荧光转换材料发出的光混合形成白光。目前，在众多荧光转换材料(荧光玻璃、荧光薄膜、单晶、荧光陶瓷)中，荧光陶瓷以其导热系数高、机械性能好、易实现高掺杂浓度等优点成为主流发展对象及国内外研究的热点。然而，在蓝光半导体芯片/蓝光激光器激发下，Ce3+:Y3Al5O12(Ce:YAG)荧光陶瓷发射出的光颜色比例失调，导致制备的照明器件显色指数偏低、相对色温偏高等缺陷，无法满足使用要求。为了解决Ce:YAG荧光陶瓷相对色温高、显色指数低的难题，必须要对Ce:YAG荧光陶瓷进行掺杂、改性。虽然已有多篇关于关于铈掺杂钇铝石榴石、镥铝石榴石、钆铝石榴石的文献报道。但是，其结果并不十分理想。专利CN108503352A公开了一种化学式为RE3Al5-x-yMnxRyO12石榴石基红色荧光陶瓷。其中RE为Y,Lu,La,Ga中的至少一种，R为Mg,Ca,K,Li中的一种，0.001≤x≤0.05,0≤y≤0.1,x为发光离子Mn4+掺杂的摩尔分数。虽然其能被蓝光激发，但是，因其只能发射红光，不能单独做为照明用荧光转换材料。专利CN108530071A公开的荧光陶瓷，在Al3+格位(八面体格位和四面体格位)进行了多离子掺杂，但是忽略了溶解度及半径相近掺杂原则，因此得到的陶瓷未提及显色指数上的数据。CN107384398A公开了一种YAG荧光粉及其制备方法和由其制备的YAG荧光陶瓷方法，其制备过程包括配料、混料、烘干、高温合成YAG基粉体、球磨破碎YAG基粉体，成型、烧结、后处理等步骤，具体步骤包括以氧化铝粉、氧化钇、氧化铈、三氧化二铬为反应原料，以常压下沸点不高于120℃的低沸点的有机溶剂为媒介，通过湿法混料，使得氧化铝、氧化钇、氧化铈、三氧化二铬充分混合，得到均匀的料浆；将所得浆料烘干，过筛，得到混合粉体；将得到的混合粉体装入坩埚中，置于高温炉中，通入流动N2/H2混合气，高温保温，合成高纯YAG基粉体；将合成的YAG基粉体过筛，球磨，加入适量的烧结助剂，烘干得到组分均匀超细YAG基粉体；将得到的超细YAG基粉体经成型得到YAG基陶瓷素坯；将YAG基素坯装入坩埚中，置于真空钨丝炉中，高温下保温，真空烧结制得YAG基陶瓷；将得到的YAG基陶瓷进行研磨抛光，得到高品质YAG基荧光陶瓷。对实验条件要求高，步骤繁琐，耗费时间长，不利于工业化生产。非专利文献(CeramicsInternational,40(2014)7043-7047)设计了Ce:YAG/Ce,Cr:YAG复合结构用来提高荧光陶瓷的显色指数，发现结果并不理想且制备过程复杂。究其原因是Cr发射范围超过了CIE1931视觉函数x的值，该值截止波长700nm。非专利文献(CeramicsInternational,45(2019)21520-21527)采用旋涂法将红色荧光粉CaAlSiN3:Eu2+涂覆在YAG:Ce3+荧光陶瓷上，实现85显色指数发射光，但是，该红色荧光粉极易分解且制备工艺复杂。因此该方法不利于工业化生产。有此可见，复合结构制备高显色指数荧光陶瓷工艺复杂且极具技术挑战性，不利于工业化生产和获得高显色指数荧光陶瓷。通过研究各个时段的太阳光中可见光光谱，高显色指数荧光陶瓷必须具备合适的发射光比例，目前虽然已有多篇关于对Ce:YAG荧光陶瓷进行红光离子掺杂的文献报道，但是由于其是在追求高显色指数的同时提升发光效率的研究，且显色指数仅停留在70以下，与高功率LED/LD照明用低色温高显指荧光陶瓷的实际应用仍有巨大差距。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷，色温低，显色指数高。本专利技术的目的之二是提供上述荧光陶瓷的制备方法，制备工艺简单，易于(半)工业化生产。本专利技术的目的之三是提供上述荧光陶瓷的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷，其化学式为：(Y1-x-y-z-aLuxGdyPr3+aCe3+z)3(Al1-bMn2+b)5O12，其中x为Lu3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，y为Gd3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，a为Pr3+掺杂Y3+十二面体格位的摩尔百分数，b为Mn2+掺杂Al3+八面体格位的摩尔百分数，z为Ce3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，0≤x≤1,0≤y<1,0.001≤a≤0.005,0.001≤z≤0.01,0.001≤b≤0.02,1≤(b:a)≤10。具体来说，所述Pr3+离子掺杂在十二面体格位上，Mn2+掺杂在八面体格位上，且两者为同步协同掺杂。本专利技术还提供上述单一结构式高功率LED/LD照明用低色温高显指荧光陶瓷的制备方法，采用固相反应法烧结，具体包括以下步骤：(a)按照化学式(Y1-x-y-z-aLuxGdyPr3+aCe3+z)3(Al1-bMn2+b)5O12中各元素的化学计量比分别称取氧化铝、氧化钇、氧化钆、氧化镥、十一氧六镨、碳酸锰和氧化铈作为原料粉体，将原料粉体、电荷补偿剂、分散剂、球磨介质按一定比例混合球磨，获得平均粒径在1nm～10μm之间的混合浆料；(b)将步骤(a)球磨后的混和浆料进行干燥，干燥后的混合粉体过80～100目筛，过筛2～3遍，然后在氩气气氛下煅烧除去残留有机物；(c)将步骤(b)煅烧后的粉体放入模具中干压成型，干压成型后再进行冷等静压成型，所述冷等静压的压力为220MPa～300MPa，保压时间为500s～600s，冷等静压成型后素坯的相对密度为50％～55％；(d)将成型后素坯在氩气气氛下煅烧，煅烧温度600℃～700℃，煅烧时间2h～4h；(e)将步骤(d)得到的陶瓷素坯放入管式炉内，在还原气氛或者氩气气氛中烧结，烧结温度为1500℃～1650℃，保温时间为4h～8h，升温速率为1～2℃/分钟，烧结完毕后降温速率为2～4℃/分钟；或者将步骤(d)得到的陶瓷素坯放入真空烧结炉内烧结，真空烧结温度为1500℃～1750℃，保温时间为1h～8h，烧结真空度不低于10-1Pa，升温速率为2～3℃/分钟，烧结完毕后降温速率为2～8℃/分钟；(f)将烧结后的陶瓷进行双面抛光，得到低色温高显指荧光陶瓷。优选的，步骤(a)中，所述氧化钆、氧化镥、碳酸锰、氧化铈、氧化铝、氧化钇的质量百分纯度为≥99.9％，平均粒径10nm～50μm；所述十一氧六镨的质量百分纯度为≥99.99％，平均粒径10nm～5μm；所述氧化铈的质量百分纯度为≥99.99％，平均粒径50nm～5μm。优选的，步骤(a)中，所述电荷补偿剂为SiO2或者SiF4，电荷补偿剂的加入量为碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷，其特征在于，其化学式为：/n(Y

【技术特征摘要】
1.一种单一结构式低色温高显指荧光陶瓷，其特征在于，其化学式为：
(Y1-x-y-z-aLuxGdyPr3+aCe3+z)3(Al1-bMn2+b)5O12，
其中x为Lu3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，y为Gd3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，a为Pr3+掺杂Y3+十二面体格位的摩尔百分数，b为Mn2+掺杂Al3+八面体格位的摩尔百分数，z为Ce3+掺杂Y3+位的摩尔百分数，0≤x≤1，0≤y<1，0.001≤a≤0.005，0.001≤z≤0.01，0.001≤b≤0.02，1≤(b:a)≤10。


2.一种权利要求1所述的单一结构式低色温高显指荧光陶瓷的制备方法，采用固相反应法烧结，其特征在于，具体包括以下步骤：
(a)按照化学式(Y1-x-y-z-aLuxGdyPr3+aCe3+z)3(Al1-bMn2+b)5O12，0≤x≤1，0≤y<1，0.001≤a≤0.005，0.001≤z≤0.01，0.001≤b≤0.02，1≤(b:a)≤10中各元素的化学计量比分别称取氧化铝、氧化钇、氧化钆、氧化镥、十一氧六镨、碳酸锰和氧化铈作为原料粉体，将原料粉体、电荷补偿剂、分散剂、球磨介质按一定比例混合球磨，获得平均粒径在1nm～10μm之间的混合浆料；
(b)将步骤(a)球磨后的混和浆料进行干燥，干燥后的混合粉体过80～100目筛，过筛2～3遍，然后在氩气气氛下煅烧除去残留有机物；
(c)将步骤(b)煅烧后的粉体放入模具中干压成型，干压成型后再进行冷等静压成型，所述冷等静压的压力为220MPa～300MPa，保压时间为500s～600s，冷等静压成型后素坯的相对密度为50％～55％；
(d)将成型后素坯在氩气气氛下煅烧，煅烧温度600℃～700℃，煅烧时间2h～4h；
(e)将步骤(d)得到的陶瓷素坯放入管式炉内，在还原气氛或者氩气气氛中烧结，烧结温度为1500℃～1650℃，保温时间为4h～8h，升温速率为1～2℃/分钟，烧结完毕后降温速率为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，马跃龙，孙炳恒，康健，邵岑，陈东顺，周天元，黄国灿，李明，陈浩，
申请(专利权)人：徐州凹凸光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32