高浓度掺杂荧光粉的玻璃陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高荧光粉掺杂浓度的荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用。荧光玻璃陶瓷由二氧化硅和YAG:Ce黄色荧光粉或二氧化硅和LuAG:Ce绿色荧光粉组成；制备是将胶体二氧化硅溶液加入可聚合有机粘结剂中并搅拌均匀，再加入聚合引发剂充分搅拌，然后加入荧光粉YAG:Ce或LuAG:Ce并充分搅拌和除泡获得前驱体；将前驱体导入模具通过光照射固化成型获得胚体；将坯体进行低温排脂、高温烧结，从而得到致密化的荧光玻璃陶瓷。本发明专利技术所制备的高荧光粉掺杂浓度的荧光玻璃陶瓷的物理化学性质稳定、热导率高、对环境友好，具有高的量子效率和蓝光吸收率，在高功率LED或者LD照明领域具有良好的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高浓度掺杂荧光粉的玻璃陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于发光材料领域的一种荧光玻璃陶瓷制备方法和应用，具体涉及一种高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，蓝光LED芯片结合“有机粘结剂+黄色荧光粉”的荧光转换白光发光二极管(pc
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wLED)因其效率高、颜色可调、工艺简单等显著优势被广泛商用化。然而因其不耐高温，难以应用于需要在高功率下工作的高端照明领域，如激光显示和汽车大灯。为了进一步提高pc
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wLED的稳定性，并将其拓展到高功率照明领域，学者们提出了以全无机荧光转换材料(如单晶、透明陶瓷和玻璃陶瓷)来替代传统荧光粉的方案。荧光玻璃陶瓷由于兼具合成简单、成本低、物理化学稳定性较好等优点，是目前发光材料领域的研究重点。此外，蓝光LED芯片在高功率密度下存在不可避免的“效率骤降”问题，而激光二极管(LD)在高功率密度下具有更高的光电转换效率，且与全无机荧光转换材料相容。因此，与传统LED相比，LD是半导体行业未来发展的重要方向之一，有望取代LED照明并应用于高端照明领域。
[0003]目前荧光玻璃陶瓷的主要制备方法是将母体玻璃粉末与荧光粉按一定比例混合，然后低温共烧(如中国专利技术专利CN107176791B、CN103496852B)。但由于其母体玻璃为低温烧制，物理化学稳定性远不如石英玻璃。中国专利(CN110128019A和CN110272208A)提出基于无压烧结法结合光聚合增材制造成型技术制备得到YAG:Ce PiG@SiO2和LuAG:Ce PiG@SiO2荧光玻璃。然而其内量子效率不高(<80％)，且荧光粉含量较低(<20wt％)，不利于蓝光转换，因此与大功率蓝光LED或LD结合时难以获得高的流明效率和光通量。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中同时兼具高功率、高量子效率、高转换效率LED/LD照明技术的不足，本专利技术提供了一种高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷及其制备方法，在高浓度下，该荧光玻璃陶瓷有更高的内量子效率和吸收率，从而封装所得LED/LD器件的发光效率和光通量更高，更利于照明应用。该方法结合光固化成型技术，可实现尺寸大、表面光洁、内量子效率高、物理化学稳定性优异的荧光玻璃陶瓷的快速制备及批量化生产。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一、一种高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷
[0007]主要由YAG:Ce黄色荧光粉和LuAG:Ce绿色荧光粉其中之一与二氧化硅组成，且其中荧光粉的质量占比为30～80％。
[0008]二、一种高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷的制备方法
[0009]1)前驱体浆料制备：加入可聚合有机粘结剂、胶体二氧化硅溶液、光聚合引发剂制备获得包裹着荧光粉的二氧化硅玻璃前驱体浆料；
[0010]2)除泡：将包裹着荧光粉的二氧化硅玻璃前驱体浆料放入真空干燥箱中连续抽真空一段时间，具体为5～120分钟；
[0011]3)固化成型：将步骤2)获得的前驱体浆料倒入模具中，然后将模具放置在灯下照射5～200秒进行固化成型，得到具有一定厚度的荧光玻璃陶瓷胚体；
[0012]4)低温排脂：将步骤3)中的荧光玻璃陶瓷胚体放入高温炉中，缓慢加热到500～800℃，在空气中保温3～20小时，使荧光玻璃陶瓷胚体内部的有机物充分排出，获得包裹着荧光粉的多孔二氧化硅玻璃前驱体；
[0013]5)高温烧结：将4)中得到的包裹着荧光粉的多孔二氧化硅玻璃前驱体放入高温管式炉中进行致密化烧结0.5～6h，从而得到致密化的荧光玻璃陶瓷。
[0014]所述步骤1)具体为：
[0015]首先将可聚合有机粘结剂加入溶剂后在常温下磁搅拌2～20分钟，然后在磁搅拌下缓慢加入胶体二氧化硅溶液，形成混合物；
[0016]接着在混合物变得澄清透明后，将混合物在40～100℃的干燥箱中保存1～10小时，使溶剂完全蒸发；
[0017]然后在蒸发后混合物中加入光聚合引发剂，超声10～60分钟，直到混合物变得透明；
[0018]最后再加入荧光粉并充分搅拌获得包裹着荧光粉的二氧化硅玻璃前驱体。
[0019]所述的可聚合有机粘结剂、胶体二氧化硅溶液、光聚合引发剂的质量比例为25～50：50～75：0.1～1。
[0020]所述步骤1)中的可聚合有机粘合剂为小分子丙烯酸酯，如单丙烯酸酯和/或二丙烯酸酯和/或三丙烯酸酯中的至少一种。
[0021]所述步骤1)中的可聚合有机粘结剂至少一种在常温下以液态形式存在，具有可用于聚合反应的官能团，例如双键；具有在硬化状态下在200
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700℃范围高温下分解的特性。
[0022]所述步骤1)的胶体二氧化硅溶液中，二氧化硅固含量不小于40％且平均粒径小于30nm，且二氧化硅表面经改性处理，改性处理种类为甲基丙烯酸型活性改性；所用溶剂为脂肪族醇、酯、酮、醚或者二甲基甲酰胺的溶剂。
[0023]所述的荧光粉与胶体二氧化硅溶液中的二氧化硅质量比为30:70～80:20。
[0024]所述步骤1)中的光聚合引发剂，通过提供光引发至少一种可聚合有机粘结剂的聚合，从而形成固体粘结剂基质。
[0025]光聚合引发剂在本专利技术中不受任何特定限制。上述组合物可包含任何期望的、优选可商业获得的光聚合引发剂，使用时与所用光源波长匹配即可。
[0026]所述步骤3)中的玻璃陶瓷胚体厚度小于2mm。
[0027]所述步骤5)中，烧结的工艺条件为在950～1150℃和体积比N2:H2＝95:5氛围下进行还原的条件。
[0028]三、一种高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷的应用
[0029]高浓度掺杂荧光玻璃陶瓷在基于高功率、高亮度的白光发光二极管、激光照明等固态照明领域的应用。
[0030]具体实施中，将本专利技术的荧光玻璃陶瓷片耦合商用蓝光激光手电筒，可直接获得便携式高亮度白光激光手电筒。如图7所示，将本专利技术制成的荧光玻璃陶瓷片放置在发光器件中照明处理。例如手电筒中电池、蓝光LD、透镜和聚光镜，电池和蓝光LD电连接，蓝光LD发出光束透过透镜后照射到荧光玻璃陶瓷片，荧光玻璃陶瓷片产生荧光出射到聚光镜，经聚
光镜汇聚后照明。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术的荧光玻璃陶瓷薄片的基质材料为纯石英玻璃，与其他玻璃基质制备的荧光陶瓷片相比，其成本低、成分环保，物理化学稳定性更佳，可耐受更高的蓝光功率密度。
[0033]与其他纯石英玻璃基质所制备的荧光玻璃陶瓷相比，其荧光粉固含量更高，在高密度蓝光辐照下有更高的流明效率和光通量，更适用于大功率照明器件。此外，其烧结条件更加温和，能在相对较低温下(≤1150℃)烧结成型，可有效抑制玻璃基质与荧光粉的界面反应，使荧光粉原有性能不受破坏。
[0034]本专利技术所制备的高荧光粉掺杂浓度的荧光玻璃陶瓷的物理化学性质稳定、热导率高、对环境友好，具有高的量子效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高浓度掺杂荧光粉的玻璃陶瓷，其特征在于，主要由YAG:Ce黄色荧光粉和LuAG:Ce绿色荧光粉其中之一与二氧化硅组成，且其中荧光粉的质量占比为30～80％。2.应用于权利要求1所述的高浓度掺杂荧光粉的玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：1)前驱体浆料制备：加入可聚合有机粘结剂、胶体二氧化硅溶液、光聚合引发剂制备获得包裹着荧光粉的二氧化硅玻璃前驱体浆料；2)除泡：将包裹着荧光粉的二氧化硅玻璃前驱体浆料放入真空干燥箱中连续抽真空一段时间；3)固化成型：将步骤2)获得的前驱体浆料倒入模具中，然后将模具放置在灯下照射进行固化成型，得到荧光玻璃陶瓷胚体；4)低温排脂：将步骤3)中的荧光玻璃陶瓷胚体放入高温炉中，加热到500～800℃，在空气中保温3～20小时，使荧光玻璃陶瓷胚体内部的有机物充分排出，获得包裹着荧光粉的多孔二氧化硅玻璃前驱体；5)高温烧结：将4)中得到的包裹着荧光粉的多孔二氧化硅玻璃前驱体放入高温管式炉中进行致密化烧结0.5～6h，从而得到致密化的荧光玻璃陶瓷。3.根据权利要求2所述的高浓度荧光粉的玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：首先将可聚合有机粘结剂加入溶剂后在常温下磁搅拌2～20分钟，然后在磁搅拌下加入胶体二氧化硅溶液，形成混合物；接着在混合物变得澄清透明后，将混合物在40～100℃的干燥箱中保存1～10小时，使溶剂完全蒸发；然后在蒸发后混合物中加入光聚合引发剂，超声10～60分钟，直到混合物变得透明；最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琪，肖文戈，邱建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：