一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷及其制备方法，该荧光陶瓷的化学式为：(Y1‑

【技术实现步骤摘要】
一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及荧光陶瓷
，具体涉及一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]白光LED(white light emitting diodes)作为第四代照明光源，在固态照明与显示领域中已经得到了长时间的发展与应用。相比于LED，基于激光二极管(Laser diode，LD)的激光照明技术在高功率照明领域下仍能维持较高的发光效率，并兼具亮度更高、体积更小、寿命更长、探照距离更远等显著优势。以单颗芯片为例，蓝光LD的亮度最高是LED亮度的1000倍，耗能却只有LED的2/3。LD固态照明技术已成为照明领域的重点发展方向。
[0003]目前，白光LD光源主流实现方案仍为蓝光LD激发石榴石Y3Al5O
12
:Ce(YAG:Ce)黄色荧光材料。相对于荧光粉，荧光陶瓷具有良好的热学、机械以及物化稳定性，但是YAG:Ce的发射光谱主要覆盖为黄绿光，缺乏足够的红光成分，因此白光LD光源也同样面临着显色性能较差(CRI～60)，色温偏高(＞6000K)，光色品质低下的难题。
[0004]目前已有大量文献报道了对Ce:YAG荧光陶瓷的改性处理，以期实现对Ce:YAG荧光陶瓷进行发光行为的调控。文献(Thermostability and reliability properties studies of transparent Ce:GdYAG ceramic by Gd substitution for white LEDs.Optical Materials,2019,94,172
‑
181)报道了通过共掺杂Gd
3+
可以使Ce
3+
离子的发光峰位产生红移，但是移动范围十分有限，且色温改善效果不明显。CN110218085A公开了通过设计复合结构荧光陶瓷，实现了红绿黄三色耦合发光，获得了暖白光，但是其热稳定性也逐渐下降，且制造成本更高，工艺更复杂。CN108264899A公开了一种替代荧光粉用于LED照明的多元素掺杂透明陶瓷，通过蓝光芯片激发后发出白光，但是，这种陶瓷的余辉时间较长，极大的限制了其发光效率，使器件的光量损失严重。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷，可实现暖白光、白光或浅红光的发射。
[0006]本专利技术的目的之二是提供上述激光照明用高显色指数荧光陶瓷的制备方法，易于实现工业化生产。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷，该荧光陶瓷的化学式为：
[0009](Y1‑
x
Ce
x
)2Mg(Sc
0.5
Al
0.5
‑
y
Mn
y
)1Al2SiO
12
[0010]其中x为Ce
3+
掺杂Y
3+
位的摩尔百分数，y为Mn
2+
掺杂Al
3+
位的摩尔百分数，0.002≤x≤0.02，0.001≤y≤0.015。
[0011]本专利技术提供的荧光陶瓷在460nm波长激发下，发射光谱主峰在566～585nm之间，半
高宽在105～120nm之间。在蓝光LD(1～5W)激发下，实现暖白光的发射，色温3800～4250K，显色指数在80～85之间。当环境温度为150℃时，所述荧光陶瓷的发光强度保持在80％～90％。
[0012]第二方面，本专利技术还提供上述激光照明用高显色指数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：
[0013](1)按照化学式(Y1‑
x
Ce
x
)2Mg(Sc
0.5
Al
0.5
‑
y
Mn
y
)1Al2SiO
12
，0.002≤x≤0.02，0.001≤y≤0.015，中各元素的化学计量比分别称取氧化钇、氧化铝、氧化铈、氧化镁、二氧化硅、氧化钪、碳酸锰作为原料粉体；将原料粉体和球磨介质按一定比例混合球磨，获得混合料浆；
[0014](2)将步骤(1)得到的混合料浆置于干燥箱中干燥，再将干燥后的混合粉体过筛；
[0015](3)将步骤(2)过筛后的粉体放入磨具中干压成型，再进行冷等静压成型，得到相对密度为50％～55％的素坯；
[0016](4)将步骤(3)所得素坯置于真空炉中烧结，烧结温度1550～1650℃，保温时间1～24h，烧结真空度不低于10
‑3Pa，得到荧光陶瓷；
[0017](5)将步骤(4)所得荧光陶瓷在空气中退火处理，退火温度1300～1450℃，保温时间8～24h，得到相对密度为99.5％～99.9％的荧光陶瓷。
[0018]优选的，步骤(1)中，所述球磨转速为180～200r/min，球磨时间为15～20h。
[0019]优选的，步骤(1)中，所述球磨介质是无水乙醇，原料粉体与球磨介质的质量体积比为1g：(1.5～3.5)mL。
[0020]优选的，步骤(2)中，所述干燥时间为20～30h，干燥温度为80～90℃。
[0021]优选的，步骤(2)中，所述过筛的筛网目数为50～200目，过筛次数为1～3次。
[0022]优选的，步骤(3)中，所述冷等静压保压压力为150～200Mpa，保压时间为200～400s。
[0023]优选的，步骤(4)中，真空烧结阶段的升温速率为1～10℃/分钟，烧结完毕后降温速率为1～10℃/分钟。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025]1、本专利技术通过控制化学配比和固相反应法获得了纯石榴石相的荧光陶瓷，在460nm波长激发下，荧光陶瓷的发射光谱主峰在566～585nm之间，半高宽在105～120nm之间；在蓝光LD(1～5W)激发下，实现暖白光的发射，色温3800～4250K，显色指数在80～85之间。
[0026]2、本专利技术采用的氧化镁既是荧光材料的原料，又发挥了助溶剂的作用，避免了因另加助溶剂而导致杂质离子的引入，也省略了除杂步骤；
[0027]3、本专利技术参考离子半径匹配原则以及晶体场的调控原则，采用Mg
2+
‑
Si
4+
离子对非等价取代Al
3+
‑
Al
3+
离子对，增加了离子的晶格畸变，使Ce
3+
离子的5d1和5d1的能级劈裂程度增大，导致Ce
3+
的5d1能级降低，使得Ce
3+
离子的电子跃迁到基态的能量相对减少，从而产生Ce
3+
发射光的红移，且发射峰值得到有效展宽,制备的荧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光照明用高显色指数荧光陶瓷，其特征在于，该荧光陶瓷的化学式为：(Y1‑
x
Ce
x
)2Mg(Sc
0.5
Al
0.5
‑
y
Mn
y
)1Al2SiO
12
其中x为Ce
3+
掺杂Y
3+
位的摩尔百分数，y为Mn
2+
掺杂Al
3+
位的摩尔百分数，0.002≤x≤0.02，0.001≤y≤0.015。2.一种权利要求1所述的激光照明用高显色指数荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，采用固相反应法烧结，具体包括以下步骤：(1)按照化学式(Y1‑
x
Ce
x
)2Mg(Sc
0.5
Al
0.5
‑
y
Mn
y
)1Al2SiO
12
，0.002≤x≤0.02，0.001≤y≤0.015中各元素的化学计量比分别称取氧化钇、氧化铝、氧化铈、氧化镁、二氧化硅、氧化钪、碳酸锰作为原料粉体；将原料粉体和球磨介质按一定比例混合球磨，获得混合料浆；(2)将步骤(1)得到的混合料浆置于干燥箱中干燥，再将干燥后的混合粉体过筛；(3)将步骤(2)过筛后的粉体放入磨具中干压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，杨聪聪，张曦月，康健，周天元，王忠英，黄国灿，魏帅，李延彬，陈浩，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
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