一种复合结构荧光陶瓷及制备方法技术

本发明专利技术公开的一种复合结构荧光陶瓷及制备方法，涉及发光材料技术领域。复合结构荧光陶瓷包括上下设置的Al2O3‑

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构荧光陶瓷及制备方法


[0001]本专利技术涉及发光材料
，具体涉及一种复合结构荧光陶瓷及制备方法。

技术介绍

[0002]激光照明具有高功率、高亮度、高准直等优良特性，在汽车前照灯、机场照明、探照灯和投影等新技术方面具有巨大的应用潜力。激光照明技术中，一般包括反射式照明结构和透射式照明结构。反射式机构最典型应用是激光投影仪，它通常是由一个准直蓝色激光二极管(LD)远程激发黄色发光材料组成。这些黄色发光材料要求具备不透明、高反射的特性，以提高其光提取效率；此外，为保证其稳定工作，黄色发光材料需通过焊料封装在紫铜衬底上。反射照明结构可以获得高亮度；然而，由于蓝色激光和黄色荧光之间的路径不一致，反射结构暴露出很多问题，例如光束整形复杂、照明均匀性差和体积大等。
[0003]相比之下，透射结构中，蓝色激光的传输方向与荧光方向一致，这使它成为激光照明主要的结构形式。透射式采用的荧光材料一般包括硅胶封装的荧光粉、荧光玻璃和荧光陶瓷。众所周知，硅胶封装的荧光粉热导率最低，一般在0.1～0.4W
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‑1，这会使激光光斑处呈现热聚焦，致使运行温度过高。此外，在高功率密度激光激发下，硅胶很容易碳化(超过150℃)。因此，荧光玻璃和荧光陶瓷成为主要的研究材料。荧光玻璃由透明玻璃和荧光粉制成，其制备过程非常简单，且色度参数(包括CCT和CRI)通过选择不同的荧光粉非常方便调谐。然而，它的导热系数也不是很高(1.0～3.0W
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‑1)，不能承受高功率(≥5.0W)和高密度(≥10W/mm2)的激光激发。荧光陶瓷具有较高的热稳定性和导热性(9.0～14.0W
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‑1·
K
‑1)，成为高功率激光照明的理想选择。
[0004]除了发光材料要求具备高导热性外，优秀的光学系统和优异的散热系统在透射结构中也是必不可少的。首先，由于激光束高度准直，荧光陶瓷通常被制作成半透明的并用于光散射。也就是说，第二相作为散射中心，降低荧光陶瓷的透射率，改变蓝光的传播方向，以获得更有效、更均匀的白光。此外，第二相对于热稳定性的提高有很大的益处，如Al2O3(32～35W m
‑1K
‑1)、MgO(47.2～53.5W m
‑1K
‑1)、AlN(320W m
‑1K
‑1)，高的热导率有利于提高荧光陶瓷的散热能力。其次，荧光陶瓷的尺寸通常为毫米级，用于控制白色光源的光斑直径。最后，封装材料应具有高透明度和高导热性，并且对发光材料的吸收和发射没有影响。
[0005]然而，一般用于反射式结构的焊料和其他连接材料大多是不透明的，不能用于透射式结构。专家学者们只能开展其他的设计：例如，论文Co
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sintered ceramic converter for transmissivelaser
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activated remote phosphor conversion，国外Lenef团队设计了一种新的结构，即Al2O3多孔陶瓷与复相陶瓷共烧(Al2O3‑
YAG:Ce/Al2O3)。通过将复相陶瓷放置在高散射的Al2O3衬底内(简单理解为“包边机构”)，共烧结陶瓷可以在4.3W激光激发下稳定运行。光通量最高为600lm，相应的峰值亮度为500cd/mm2。这种封装方法可将芯片级的陶瓷进行有效的封装。然而，受限于热致光衰，镀膜后仅150lm/W。这主要是由于发光材料的底部要确保蓝色激光入射，不能用Al2O3多孔材料进行封装，这会导致只有边缘处的陶瓷被Al2O3粘结，荧光陶瓷底部属于“悬空”状态，严重限制了散热的有效面积。此
外，蓝宝石由于其具有高导热性、高透明度(～86％)特性，被认为是发光材料的最佳衬底材料。Xie等人(论文Unique Color Converter Architecture Enabling Phosphor
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in
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Glass(PiG)Films Suitable for High
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Power and High
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Luminance Laser
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Driven White Lighting)开发了一种结构，将荧光玻璃薄膜直接烧结在高导热蓝宝石衬底上。这种荧光玻璃薄膜可以在11.2W mm2激光下稳定发光，且发光效率高达210lm/W。但是，对于荧光陶瓷而言，很难与蓝宝石进行结合。这主要是由于荧光陶瓷和蓝宝石之间的热粘合困难以及烧结条件的差异，到目前为止还没有报道。部分学者采用玻璃粉作为两者的连接材料，但这毫不疑问会降低散热性能。因此，必须寻找一种具有高导热性的透明材料来封装发光陶瓷，并弥补激光照明光学系统和散热系统的缺陷。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术公开了一种复合结构荧光陶瓷及制备方法，采用高透明度的、高热导率的YAG陶瓷作为基底材料，散热面积大幅度增大，散热性能更加优异，可承受更高功率密度的蓝光激发。
[0007]根据本专利技术的目的提出的一种复合结构荧光陶瓷，包括上下设置的Al2O3‑
YAG:Ce复相陶瓷和YAG透明陶瓷以及包边的Al2O3陶瓷。
[0008]本专利技术另外公开的上述复合结构荧光陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：制备Al2O3‑
YAG:Ce/YAG复合荧光陶瓷；
[0010]S1
‑
1、配料：按照Al2O3‑
YAG:Ce中各元素的化学计量比分别称量氧化铝、氧化钇、氧化铈；按照YAG中各元素的化学计量比分别称量氧化铝、氧化钇；
[0011]S1
‑
2、球磨：采用氧化铝球为介质，酒精为溶剂，分别对两组原料粉体进行混合；
[0012]S1
‑
3、过筛：对混合后粉体进行烘干、过筛；
[0013]S1
‑
4、压片：采用干压机先对YAG粉体进行压制成型；随后将Al2O3‑
YAG:Ce粉体倒入磨具进行二次压制；
[0014]S1
‑
5、冷等静压：采用冷等挤压机对压制后的素坯进一步压实；
[0015]S1
‑
6、真空烧结：将压实后的素坯放入真空烧结炉中，对素坯进行烧结；
[0016]S1
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7、切割：使用切割机将烧结后的陶瓷进行切割；
[0017]步骤二：制备复合结构荧光陶瓷器件；
[0018]S2
‑
1、压片：采用干压机对Al2O3粉体进行压制成型；随后，将得到的素坯与步骤S1
‑
7中得到的陶瓷方片再次压制成型；
[0019]S2
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2、冷等静压：采用冷等挤压机对压制后的素坯进一步压实；
[0020]S2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合结构荧光陶瓷，其特征在于，包括上下设置的Al2O3‑
YAG:Ce复相陶瓷(1)和YAG透明陶瓷(2)，以及包边的Al2O3陶瓷(3)。2.如权利要求1所述的复合结构荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：制备Al2O3‑
YAG:Ce/YAG复合荧光陶瓷；S1
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1、配料：按照Al2O3‑
YAG:Ce中各元素的化学计量比分别称量氧化铝、氧化钇、氧化铈；按照YAG中各元素的化学计量比分别称量氧化铝、氧化钇；S1
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2、球磨：采用氧化铝球为介质，酒精为溶剂，分别对两组原料粉体进行混合；S1
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3、过筛：对混合后粉体进行烘干、过筛；S1
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4、压片：采用干压机先对YAG粉体进行压制成型；随后将Al2O3‑
YAG:Ce粉体倒入磨具进行二次压制；S1
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5、冷等静压：采用冷等挤压机对压制后的素坯进一步压实；S1
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6、真空烧结：将压实后的素坯放入真空烧结炉中，对素坯进行烧结；S1
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7、切割：使用切割机将烧结后的陶瓷进行切割；步骤二：制备复合结构荧光陶瓷器件；S2
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1、压片：采用干压机对Al2O3粉体进行压制成型；随后，将得到的素坯与步骤S1
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7中得到的陶瓷方片再次压制成型；S2
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2、冷等静压：采用冷等挤压机对压制后的素坯进一步压实；S2
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3、烧结及退火：将压实后的素坯放入马弗炉中烧结；S2
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4、洗磨和抛光：用铣磨机和抛光机进行表面处理，得到Al2O3‑
YAG:Ce/YAG/Al2O3复合结构荧光陶瓷。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1
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1中，Al2O3‑
YAG:Ce中的Al2O3质量比为10.0～40.0wt.％，Ce掺杂度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，康健，陈东顺，陈士卫，贺凌晨，陈浩，
申请(专利权)人：江苏锡沂高新材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：