O微晶玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种稀土掺杂微晶玻璃，尤其是涉及一种稀土掺杂Ca4Y6(SiO 4)6O微晶 玻璃及其制备方法。
【背景技术】
[0002] Ca4Y6 (SiO4) 60晶体为六方晶系，其空间群为P63/m，晶格常数为a = 9. 356nm，b = 9. 356nm c = 6. 793nm. Ca4Y6(SiO4)6O晶体比较适合用二价和三价稀土离子替换Ca 2+、Y3+掺 杂，而没有电价不平衡的问题。Ca4Y6(SiO 4)6O晶体在荧光粉中已有大量应用，得益于它有 二价和三价两个阳离子可以和稀土离子进行替换，进行多种形式的稀土掺杂，得到各种波 段的发光。
[0003] 微晶玻璃是一种由基质玻璃严格控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分 布的材料，通过组分设计和热处理条件控制可使掺杂的稀土离子在微晶玻璃制备过程中优 先沉积于微晶中，提供了类似晶体的局域环境，降低稀土离子的能量无辐射弛豫几率，从而 提高其量子效率和发光效率。微晶玻璃兼有玻璃材料优良的成纤性能和晶体材料优良的量 子效率的优点，另外还具有机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀和热稳定 性能好等优越的综合性能，通过控制析出晶相和尺寸可以使微晶玻璃仍保持高度透明，已 成为稀土离子掺杂基质材料的研宄热点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种生产周期短、成本低、易于批量生产的稀土离子 掺杂的C a4 Y6 (S i O4) 6 0微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃稳定结构且具有与稀土掺杂 Ca4Y6(SiO4)60晶体相似的光谱特性以及良好的物理特性。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0006] 一种稀土离子掺杂的Ca4Y6(SiO4) 6O微晶玻璃，摩尔百分比组成为：Si02:30? 50%，H3B0 3:5 ?10%，Y 203:10 ?20%，A1 203:5 ?10%，Na2C03:5 ?10%，K2C03:5 ?12%， CaC03:5 ?12%，KF :0.5 ?L 5%，Re :0.05 ?5% ;其中 Re 为 Re3+或 Re2+中的至少一种。
[0007] 作为优选，Re3+为 Tb 3+、Yb3+、Ce3+、Tm3+、Dy 3+、Ho3+、Nd3+中的任意一种。
[0008] 作为优选，Re2+为 Mn 2+。
[0009] 本发明的稀土离子掺杂Ca4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃的制备方法，包括下列具体步骤：
[0010] (I) Sio2-H3BO3-Y2O3-Al 2O3-Na2CO3-K2CO 3-CaCO3-KF-Re 系玻璃基体的熔制：
[0011] 按以下摩尔百分比的配方：Si02:30?50%，H3B0 3:5?10%，Y2O3JO?20%， Al2〇3：5 ~ 10%,Na2C03：5 ~ 10%,K2C03：5 ~ 12%,CaC03：5 ~ 12%,KF ：0. 5 ~ I. 5%, Re ： 0. 05?5%，称量分析纯原料，将原料混合均匀后倒进石英坩锅或铂金坩锅中熔化，熔化温 度1400?1500°C，保温1?2小时，将玻璃熔体倒入铸铁模内，然后置于马弗炉中进行退 火，于玻璃转变温度！；温度保温1-4小时后，关闭马弗炉电源自动降温至室温，取出玻璃， 用于微晶化热处理； _2] (2)Ca4Y6(SiO4) 6O 微晶玻璃制备：
[0013] 根据玻璃的热分析（DTA)测试数据，将制得的玻璃在其第一析晶峰附近于马弗炉 炉中热处理1?4小时，然后关闭马弗炉电源自动降至室温，得到透明的稀土离子掺杂的 Ca4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃样品。
[0014] 与晶体制备技术相比，本发明的优点在于把稀土离子掺杂到合适配方的玻璃母体 中，通过对玻璃材料的加热微晶化处理，使得稀土离子掺杂到结晶相的格位中，从而获得具 有高的发光效应的均匀透明的大块微晶玻璃。这类微晶玻璃兼玻璃与晶体的优点，同时具 有晶体基质优异的光谱特性和玻璃基质的生产周期短、成本低、易于批量生产，在制备工艺 上能实现大尺寸、高掺杂等特点，可拉制成微晶玻璃光纤。经实验证明：按本发明配方和制 备方法，析出稀土离子掺杂到Ca 4Y6(SiO4)6O晶相，制得的稀土离子掺杂Ca 4Y6(SiO4)6O微晶 玻璃透明，且物化性能优良，具有与稀土离子掺杂Ca 4Y6 (SiO4) 60晶体相似的光谱特性。且材 料制备方法简单，生产成本较低，可用于LED三基色、三维立体显示等领域。
【附图说明】
[0015] 图1是实施例1微晶化热处理后样品的X射线衍射（XRD)图；
[0016] 图2是实施例1用荧光光谱仪对Tb3+ = Ca4Y6(SiO4)6O微晶玻璃的荧光光谱；
[0017] 图3是实施例2用荧光光谱仪对Dy3+ = Ca4Y6(SiO4)6O微晶玻璃的荧光光谱；
[0018] 图4是实施例3用荧光光谱仪对Ce3+ = Ca4Y6(SiO4)6O微晶玻璃的荧光光谱。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图1-4和实施例对发明作进一步详细描述。
[0020] 表1为本发明稀土离子掺杂的Ca4Y6(SiO4) 6O微晶玻璃的各实施例的玻璃配方、熔 制温度、熔制保温时间、玻璃转变温度、热处理温度及时间的具体数值，单位是摩尔百分比。
[0021] 本发明的稀土离子掺杂Ca4Y6(SiO4) 6O微晶玻璃的制备方法，包括下列具体步骤：
[0022] (I)Sio2-H3BO3-Y 2O3-Al2O3-Na2CO 3-K2CO3-CaCO3-KF-Re 系玻璃基体的熔制：
[0023] 按各实施例的玻璃配方称量分析纯原料，将原料混合均匀后倒进石英坩锅或铂金 坩锅中熔化，熔化温度1400?1500°C，保温1?2小时，将玻璃熔体倒入铸铁模内，然后置 于马弗炉中进行退火，于玻璃转变温度1；温度保温1-4小时后，关闭马弗炉电源自动降温 至室温，取出玻璃，用于微晶化热处理；
[0024] (2) Ca4Y6 (SiO4) 60 微晶玻璃制备：
[0025] 根据玻璃的热分析（DTA)测试数据，将制得的玻璃在其第一析晶峰附近于马弗炉 炉中热处理1?4小时，然后关闭马弗炉电源自动降至室温，得到透明的稀土离子掺杂的 Ca4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃样品。
[0026] 上述熔化温度、保温时间、玻璃转变温度Tg、于马弗炉炉中热处理的时间和温度详 见表1中的具体数值详见表1中的熔制温度、熔制保温时间、玻璃转变温度、热处理温度和 热处理时间。
[0027]表 1
[0028]
【主权项】
1. 一种稀土离子掺杂的Ca 4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃，其特征在于摩尔百分比组成为：SiO2: 30 ?50%，Η3Β03:5 ?10%，Υ 203:10 ?20%，Α1 203:5 ?10%，Na2C03:5 ?10%，K2C03:5 ? 12%，CaC03:5 ?12%，KF :0· 5 ?L 5%，Re :0· 05 ?5% ;其中 Re 为 Re 3+或 Re 2+中的至少 一种。
2. 根据权利要求1所述的稀土离子掺杂Ca J6(SiO4)6O微晶玻璃，其特征在于Re3+为 Tb3+、Yb3+、Ce3+、Tm3+、Dy 3+、Ho3+、Nd3+中的任意一种。
3. 根据权利要求I所述的稀土离子掺杂Ca J6(SiO4)6O微晶玻璃，其特征在于Re2+为 Mn2+〇
4. 一种如权利要求1所述的稀土离子掺杂Ca 4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃的制备方法，其特征 在于包括下列具体步骤： (I) Sio2-H3BO3-Y2O3-Al 2O3-Na2CO3-K2CO 3-CaCO3-KF-Re 系玻璃基体的熔制： 按以下摩尔百分比的配方：Si02:30?50%，Η3Β03:5?10%，Y 2O3JO?20%，Al 203: 5 ?10 %，Na2C03:5 ?10 %，K 2C03:5 ?12 %，CaCO 3:5 ?12 %，KF :0· 5 ?1. 5 %，Re : 0. 05?5%，称量分析纯原料，将原料混合均匀后倒进石英坩锅或铂金坩锅中熔化，熔化温 度1400?1500°C，保温1?2小时，将玻璃熔体倒入铸铁模内，然后置于马弗炉中进行退 火，于玻璃转变温度！；温度保温1-4小时后，关闭马弗炉电源自动降温至室温，取出玻璃， 用于微晶化热处理； ⑵Ca4Y6 (SiO4) 60微晶玻璃制备： 根据玻璃的热分析测试数据，将制得的玻璃在其第一析晶峰附近于马弗炉炉中热处理 1?4小时，然后关闭马弗炉电源自动降至室温，得到透明的稀土离子掺杂的Ca4Y6 (SiO4)60 微晶玻璃样品。
【专利摘要】本发明涉及一种稀土掺杂微晶玻璃。一种稀土离子掺杂的Ca4Y6(SiO4)6O微晶玻璃，摩尔百分比组成为：SiO2：30～50％，H3BO3：5～10％，Y2O3：10～20％，Al2O3：5～10％，Na2CO3：5～10％，K2CO3：5～12％，CaCO3：5～12％，KF：0.5～1.5％，Re：0.05～5％。该微晶玻璃透明，物理化学性能优良；本发明生产成本较低，具有与稀土掺杂Ca4Y6(SiO4)6O晶体相似的光谱特性，良好的物理特性，可用于LED三基色、三维立体显示等领域。
【IPC分类】C03C10-04
【公开号】CN104609732
【申请号】CN201510035880
【发明人】邓德刚, 黄君, 徐时清, 王焕平, 华有杰, 黄立辉, 戴剑
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月23日