本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料的制备方法及应用该陶瓷复合材料的波长转换器。
背景技术：
：现有技术中，已知的波长转换器通常用在透射操作中，用于制造波长转换器的陶瓷材料通常为透明或半透明状态，缺少对激发光的散射，导致光转换效率低。比如对于yag:ce单晶或者透明陶瓷，由于缺少散射中心，当一个光斑很小的蓝光激发光垂直照射yag:ce单晶或者透明陶瓷薄片时，会导致发射光光斑扩大，并且由于陶瓷出射面的全反射作用，会导致发射光有很大一部分从侧面出射，而不是从单晶或者陶瓷薄片上表面出射，这在一定程度上会降低光的收集效率。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种陶瓷复合材料，旨在提供一种光转换效率高的陶瓷复合材料。为实现上述目的，本发明提供的陶瓷复合材料，包含陶瓷本体，所述陶瓷本体为铈掺杂石榴石结构发光陶瓷，所述铈作为所述陶瓷复合材料的光学活性中心。所述陶瓷复合材料还包含若干间隔设置且均匀分布的离子注入件，所述离子注入件通过离子注入的方式形成并容纳于所述陶瓷本体中，所述离子注入件中为气孔和/或固体颗粒，所述气孔内含有氢气、氮气或稀有气体中的至少一种，所述固体颗粒为光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒。优选地，所述陶瓷本体为ce:y3al5o12、ce:lu3al5o12，ce:gd3al5o12、ce:tb3al5o12、ce:y3ga5o12、ce:lu3ga5o12、ce:gd3ga5o12和ce:tb3ga5o12中的至少一种。优选地，所述离子注入件为氧化钛或氧化铝。优选地，所述若干离子注入件占陶瓷复合材料体积的比例为3～5％。优选地，所述离子注入件的平均直径为0.8～2μm。优选地，所述离子注入件分布于所述陶瓷本体中，形成一分布区域，所述离子注入件于所述分布区域内均匀分布。本发明还提供了一种所述陶瓷复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一陶瓷本体，所述陶瓷本体为铈掺杂石榴石结构发光陶瓷；离子注入：对所述陶瓷本体进行离子注入处理，在所述陶瓷本体内形成若干离子注入件，所述离子注入件为气孔和/或固体颗粒，该离子注入件在所述陶瓷本体内部为散射中心。优选地，所述气孔内含有氢气、氮气或稀有气体中的至少一种，所述固体颗粒为光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒；所述离子注入件的平均直径为0.8～2μm。优选地，所述离子注入的步骤包括：在6～7mev的能量范围内，以至少两种不同的离子注入能量依次向所述陶瓷本体中注入离子。优选地，所述离子注入步骤中，离子注入深度为40～60μm。优选地，在所述离子注入步骤之后，还包括退火步骤。优选地，所述离子注入步骤中，注入离子为氢离子、氦离子、氮离子或氖离子中的一种，所述离子注入件为包括氢气、氮气、氦气或氖气的气孔；所述退火步骤后，所述气孔的体积增大。优选地，所述离子注入步骤包括第一离子注入步骤和第二离子注入步骤，所述第一离子注入包括将第一离子注入到所述陶瓷本体内，所述第二离子注入包括将氧离子注入到所述陶瓷本体内，所述第一离子注入步骤的离子注入深度与所述第二离子注入步骤的离子注入深度相同，所述第一离子为钛离子或铝离子；在所述退火步骤中，钛或铝与氧发生氧化反应生成氧化物颗粒。本发明还提供了一种波长转换器，包含所述陶瓷复合材料。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明技术方案的陶瓷复合材料含有若干间隔设置且均匀分布的离子注入件，该离子注入件为气孔和/或固体颗粒，其中气孔内含有氢气、氮气或稀有气体中的至少一种，固体颗粒为光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒。离子注入件作为陶瓷复合材料的光散射中心，改变入射到陶瓷复合材料中的激发光的传播方向，避免激发光直接透射陶瓷复合材料，从而增加了陶瓷复合材料的发光中心被激发光照射的概率，提高陶瓷复合材料的光转换效率。本发明还包括如下有益效果：通过以预定注入能量离子注入的方式在铈掺杂石榴石结构的发光陶瓷本体内部形成离子注入件，该离子注入件为气孔或固体颗粒，在陶瓷复合材料内部为散射中心。该以离子注入的方式形成散射中心的方法可以有效的控制离子注入件的气孔或固体颗粒在陶瓷本体内的深度、分布范围以及离子注入件的尺寸，避免了利用孔相形成剂在陶瓷内形成的气孔的位置、大小不可控的缺陷，有利于提高产品生产效率和降低后续加工难度。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明一较佳实施例的陶瓷复合材料的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100陶瓷复合材料30离子注入件10陶瓷本体50分布区域11表面本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提供的陶瓷复合材料100，陶瓷复合材料100包括陶瓷本体10和若干间隔设置且均匀分布的离子注入件30，陶瓷本体10为铈掺杂石榴石结构发光陶瓷，铈作为陶瓷复合材料100的光学活性中心。离子注入件30通过离子注入的方式形成并容纳于陶瓷本体10中，离子注入件中为气孔和/或固体颗粒，气孔内含有氢气、氮气或稀有气体中的至少一种，固体颗粒为光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒。此处的惰性气体包括氦、氖、氩、氪、氙。在本发明中，离子注入件既可以为气孔，也可以为固体颗粒，也可以为两者的结合，无论气孔还是固体颗粒，都作为陶瓷复合材料内的散射中心存在，实现对入射光进行散射的功能。根据本发明实施例的铈掺杂石榴石结构发光陶瓷作为陶瓷本体10，使得陶瓷复合材料100结构较稳定、导热率高。三价铈离子替代石榴石结构中的元素，用于将入射于陶瓷的第一波长的激发光转换为第二波长的受激光。离子注入件30间隔设置于陶瓷本体10内，并于陶瓷本体10中均匀分布，使得陶瓷本体10具有均匀分布且间隔设置的离子注入件30。均匀分布且间隔设置的离子注入件30可作为陶瓷本体10的散射中心，激发光射入至该离子注入件30时，发生散射，使得激发光在该陶瓷本体10中产生较长的光程，更多的激发光能够被光学活性中心吸收而产生受激光，从而提高陶瓷复合材料100的光转换效率。进一步地，所述陶瓷本体10为ce3+取代石榴石结构陶瓷内的元素得到的ce：a3b2(xo4)3晶体(其中a、b、x指代阳离子)，比如ce:y3al5o12、ce:lu3al5o12、ce:gd3al5o12、ce:tb3al5o12、ce:y3ga5o12、ce:lu3ga5o12、ce:gd3ga5o12和ce:tb3ga5o12中的至少一种。当然，本发明的陶瓷本体也可以为其他稀土元素取代石榴石结构陶瓷内的元素得到的发光陶瓷。在本发明的实施方式中，离子注入件30的光吸收系数小于0.01cm-1。可以理解的，光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒都可作为离子注入件30。如果离子注入件30光吸收系数过大，则会导致激发光被大量吸收，使得被吸收的光转换成热能而导致陶瓷温度升高。本发明实施例的离子注入件30的光吸收系数小于0.01cm-1，使得避免了激发光在离子注入件的热损失，使得陶瓷复合材料100的光转换率高。在本发明的实施方式中，离子注入件30优选地为氧化铝或氧化钛，该氧化物颗粒呈白色，对可见光的吸收系数低。在本发明的实施方式中，全部的离子注入件30占陶瓷复合材料100体积的比例为3～5％。当若干离子注入件30占陶瓷复合材料100体积分数较高时，会导致陶瓷复合材料100中的离子注入件30过多，导致入射至陶瓷复合材料100的激发光的光散射比例过高，从而降低光利用率；而离子注入件30占陶瓷复合材料100总体积分数过低时，会导致陶瓷复合材料100中的离子注入件30过少，不能实现所需的散射效果。本发明实施例的离子注入件30占陶瓷复合材料100体积的分数为3～5％时，陶瓷复合材料100中含有适量的离子注入件30，使得陶瓷复合材料100具有较佳的光转换效率。可以理解的，该陶瓷复合材料100具有较高的激发光转换效率，仅有少量的射入陶瓷复合材料100的激发光转换成热量，从而降低能量消耗，提高陶瓷复合材料100的热稳定性。在本发明的实施方式中，离子注入件30的平均直径为0.1～2μm。进一步的，离子注入件30的平均直径为0.8～2μm，该尺寸下，离子注入件30对可见光主要表现为米氏散射，使得光能够被散射呈均匀分布的光，并入射到陶瓷本体内的光学活性中心，有利于提高陶瓷的光转换效率。在一更优选的实施例中，离子注入件30的平均直径为1μm，离子注入件30的直径分布宽度设置为小于等于100nm，由于离子注入件30的直径波动范围较小，可以更进一步提高陶瓷复合材料100的光转换效率。陶瓷复合材料中的离子注入件30的形状可以为球形或非球形。根据本发明实施例的离子注入件30的注入深度为40～60μm，避免距离陶瓷本体10表面11至少40μm范围内形成离子注入件30，以免离子注入件30在使用过程中被磨损，造成表面11凹凸不平。可以理解地，还可从其他陶瓷本体10的其他表面进行离子注入。离子注入件30分布于陶瓷本体10中，形成一分布区域50，离子注入件30于分布区域50内均匀分布。根据本发明实施例的分布区域50内具有间隔设置的离子注入件30，且离子注入件30于分布区域50中均匀分布，使得分布区域50具有均匀分布且间隔设置的离子注入件30。该均匀分布且间隔设置的离子注入件30可作为分布区域50的散射位点，激发光射入至该的离子注入件30时，发生散射，使得激发光在该分布区域50中产生较长的光程，从而提高陶瓷复合材料100的光利用率。进一步地，离子注入件30均匀分布于陶瓷本体10的分布区域50内，分布区域50以外的部分不含离子注入件30，避免离子注入件30在使用过程中被磨损，导致陶瓷复合材料100的表面11凹凸不平。本发明还要求保护一种上述各实施方式中的陶瓷复合材料的制备方法。在现有技术的制备方法(如cn101405368a)中，一般通过改变烧结温度、烧结时间、助溶剂、在烧结期间气氛的压力来改变发光陶瓷中孔尺寸和浓度，或者通过添加孔相形成剂来形成气孔。还有一些现有技术通过将固体颗粒与发光陶瓷原料一同烧结来获得内部包含该固体颗粒的陶瓷复合材料。然而无论哪种方法，产生的气孔或固体颗粒都大致均匀的分布于陶瓷复合材料内。当需要对陶瓷复合材料进行抛光、镀膜时，无可避免的会在陶瓷复合材料表面形成凹凸不平的结构，大大影响了成膜质量。因此，本发明提出通过离子注入的方式在陶瓷本体中形成离子注入件，并能够控制离子注入件的位置和数量，从而控制了散射中心的分布和尺寸。在本发明的实施方式中，陶瓷复合材料的制备方法包括以下步骤：提供一陶瓷本体，陶瓷本体为铈掺杂石榴石结构发光陶瓷；离子注入，以预定离子注入能量对陶瓷本体进行离子注入处理，在陶瓷本体内形成若干离子注入件，离子注入件为气孔和/或固体颗粒，该离子注入件在陶瓷本体内为散射中心。其中，气孔内含有氢气、氮气或稀有气体中的至少一种，固体颗粒为光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒。其中，氢气、氮气或稀有气体不易与铈掺杂石榴石结构的发光陶瓷反应，能够在陶瓷复合材料内部形成稳定的气泡，该气泡(折射率趋近于1)与铈掺杂石榴石结构的发光陶瓷的折射率差别大，利用折射率差，在气泡表面容易使得大角度光发生全反射，从而达到散射的效果。而光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒一般为白色的固体颗粒，该固体颗粒对光具有反射功能，能够将入射到其表面的光反射从而改变入射光的方向，达到对光的散射效果，从而提高入射光的利用率。在本发明的实施方式中，离子注入件的平均直径为0.1～2μm。进一步的，离子注入件30的平均直径为0.8～2μm，该尺寸下，离子注入件30对可见光主要表现为米氏散射，使得光能够被散射呈均匀分布的光，并入射到陶瓷本体内的光学活性中心，有利于提高陶瓷的光转换效率。在一更优选的实施例中，离子注入件30的平均直径为1μm，离子注入件30的直径分布宽度设置为小于等于100nm，由于离子注入件30的直径波动范围较小，可以更进一步提高陶瓷复合材料100的光转换效率。在本发明的实施方式中，离子注入的步骤包括，在6～7mev的能量范围内，以至少两种不同的离子注入能量依次向所述陶瓷本体中注入离子。例如，可以选择分别以6mev和7mev的注入能量注入离子。在本发明实施例中，以一些列不同能量依次进行离子注入处理，能够在陶瓷本体中不同深度位置形成离子注入件。选取的离子注入能量种类越多，离子注入件的分布深度范围越大，为了形成均匀的离子注入件层，可以在允许情况下选择较多的离子注入能量。在本发明是优选实施方式中，在6～7mev的能量范围内，每隔0.1mev设置一离子注入能量。在本发明的一实施方式中，离子注入步骤中，离子注入深度为40～60μm。该离子注入深度下得到的陶瓷复合材料，靠近离子注入表面的部分不含有离子注入件，为均匀的铈掺杂石榴石结构的发光陶瓷，这样使得在抛光时不会产生凹凸不平的表面结构。在本发明的一实施方式中，离子注入步骤之后还包括退火步骤。退火步骤既可以促进离子注入件的形成，还可以控制离子注入件的大小。经退火步骤后，离子注入件的平均直径为0.8～2μm。在本发明的一实施例中，离子注入步骤中，注入离子为氢离子、氦离子、氮离子或氖离子中的一种，因此离子注入件为包括氢气、氮气、氦气或氖气的气孔。在退火步骤中，气孔受热体积膨胀增大。由于初始离子注入后，形成的气孔较小，通过退火步骤能够使得气孔尺寸变为适于对可见光进行米氏散射的大小。在本实施例中，离子注入件为气孔，其优势在于，可以通过注入单一元素的离子得到气孔，便于制备过程的简化。在本发明的另一实施方式中，离子注入步骤包括第一离子注入步骤和第二离子注入步骤，第一离子注入包括将第一离子注入到陶瓷本体内，第二离子注入包括将氧离子注入到所述陶瓷本体内。其中，第一离子为阳离子，能够与氧形成光吸收系数小于0.01cm-1的氧化物颗粒。优选地，第一离子为钛离子或铝离子。在本实施例中，第一离子注入步骤的离子注入深度与第二离子注入步骤的离子注入深度相同，这样使得第一离子能够便于与氧发生反应。在所述退火步骤中，钛或铝与氧发生氧化反应生成氧化物颗粒，退火温度大于等于该氧化反应的发生温度。本实施例中，离子注入件为固体氧化物颗粒，其优势在于，固体氧化物颗粒在具备良好的散射能力的同时，热导率远大于气孔，而且固体氧化物颗粒作为离子注入件有利于陶瓷复合材料的机械性能。本发明还提出一种波长转换器，包含所述陶瓷复合材料100。波长转换器可以应用于投影显示、照明灯具(如汽车大灯、舞台灯)。由于该波长转换器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。在本发明的一种实施例中，波长转换器为发光色轮，包括作为发光层的上述陶瓷复合材料，该发光色轮在驱动装置(如马达)的驱动下进行旋转，激光照射到该发光色轮的表面，从而产生不同于该激光波长的出射光。实施例1将烧结得到的陶瓷本体ce:gd3al5o12用双面碳导电胶粘到离子注入机的样品台上。对陶瓷本体10进行铝、氧离子共注入。离子注入处理中，注入剂量为5×1017ions/cm2，注入速率为1×1013ions/cm2/s，将陶瓷本体10加热至离子注入件700℃，以不同的能量，如6.0mev、6.1mev、6.2mev、6.3mev、6.4mev、6.5mev、6.6mev、6.7mev、6.8mev、6.9mev、7.0mev，依次对陶瓷本体10进行离子注入处理。将经离子注入处理后的陶瓷本体10放入退火炉，在400℃、真空条件下退火3小时，得到半透明的陶瓷复合材料100，离子注入件30的总体积占陶瓷复合材料100总体积的分数为3％。计算得到铝的浓度为2c％，则氧化铝分子的浓度为c％。基体yag的摩尔质量为594g/mol，密度为4.55g/cm3，则单位体积内基体的原子个数为n1＝4.55/594×na×20。则基体内单位体积内氧化铝分子数n2＝n1×c％。假设氧化铝颗粒的晶体结构为α氧化铝，则其密度为3.96g/cm3，摩尔质量为102g/mol，则单位体积氧化铝含有的分子数n3＝3.96/102×na＝2.34×1022/cm3。设氧化铝颗粒的等效半径为r，则每个氧化铝颗粒内含有的氧化铝分子数为n4＝4/3πr3×n3。则氧化铝颗粒的密度为离子注入件30于陶瓷复合材料100中均匀分布且间隔设置。离子注入件30的平均直径为1.0～2μm。靠近陶瓷本体10表面11的离子注入件30与表面11的距离为50μm。离子注入件30的总体积占陶瓷复合材料100总体积的分数为3％。实施例2将烧结得到的陶瓷本体ce:y3al5o12用双面碳导电胶粘到离子注入机的样品台上。对陶瓷本体10进行钛、氧离子共注入。离子注入处理中，注入剂量为5×1017ions/cm2，注入速率为1×1013ions/cm2/s，将陶瓷本体10加热至800℃，以不同的能量，如6.0mev、6.1mev、6.2mev、6.3mev、6.4mev、6.5mev、6.6mev、6.7mev、6.8mev、6.9mev、7.0mev，依次对陶瓷本体10进行离子注入处理。注入完成后取出陶瓷本体10，去除导电碳胶。经离子注入处理后的离子注入件30的平均直径为10～100nm。将经离子注入处理后的陶瓷本体10放入退火炉，在1000℃、真空条件下退火8小时，得到半透明的陶瓷复合材料100。计算得到钛的浓度为c％，陶瓷基体10的摩尔质量为594g/mol，密度为4.55g/cm3，则单位体积内基体的原子个数为n1＝4.55/594×na×20。则单位体积内钛原子个数为n2＝n1×c％，即二氧化钛分子数。假设二氧化钛颗粒的晶体结构为金红石相，则其密度为4.23g/cm3，摩尔质量为80g/mol，则金红石相二氧化钛单位体积内的分子数n3＝4.23/80×na＝3.18×1022/cm3。设二氧化钛颗粒的等效半径为r，则每个二氧化钛颗粒内含有的二氧化钛分子数为n4＝4/3πr3×n3。则二氧化钛颗粒的密度为离子注入件30于陶瓷复合材料100中均匀分布且间隔设置，其平均直径为0.1～1μm，直径分布宽度等于90nm。靠近陶瓷本体10表面11的离子注入件30与表面11的距离为40μm。离子注入件30的总体积占陶瓷复合材料100总体积的分数为5％。实施例3将烧结得到的陶瓷本体10，陶瓷本体10为铈掺杂钇铝石榴石陶瓷ce:y3al5o12，用双面碳导电胶将陶瓷本体10粘到离子注入机的样品台上。对陶瓷本体10进行氦离子注入处理，从而于陶瓷本体10中形成若干容纳孔，离子注入件30容纳于容纳孔中，该离子注入件30含有氦，离子注入件30于陶瓷复合材料100中均匀分布且间隔设置。离子注入处理中，将陶瓷本体10加热至600℃，注入剂量为5×1017ions/cm2，注入速率为1×1013ions/cm2/s时，以不同的能量，如6.0mev、6.1mev、6.2mev、6.3mev、6.4mev、6.5mev、6.6mev、6.7mev、6.8mev、6.9mev、7.0mev，依次对陶瓷本体10进行离子注入处理。注入完成后取出陶瓷本体10，去除导电碳胶。经离子注入处理后的离子注入件30的平均直径为10～100nm。将经离子注入处理后的陶瓷本体10放入退火炉，在400℃、氮气条件下退火6小时，得到半透明的陶瓷复合材料100。氦原子的平均浓度为5.3％，即氦原子和陶瓷复合材料100内原子个数比为5.3％。陶瓷基体10的摩尔质量为594g/mol，密度为4.55g/cm3，则单位体积内陶瓷基体10的原子个数为n1＝4.55/594×na×20/cm3(na为阿伏伽德罗常数)。则单位体积内氦原子个数为n2＝n1×5.3％＝4.9×1021/cm3个。由相图可知孔内氦的密度为60atoms/nm3，设退火前的小孔的平均直径为10nm，则孔内的氦原子个数为n3＝4/3πr3×60＝3.14×104，单位体积1mm3内孔的数量即孔的密度为离子注入件30于陶瓷复合材料100中均匀分布且间隔设置。离子注入件30的直径直径为0.8～2μm。靠近陶瓷本体10表面11的离子注入件30与表面11的距离为60μm。离子注入件30的总体积占陶瓷复合材料100总体积的分数为4％。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12