一种led用荧光透明陶瓷薄片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED用荧光透明陶瓷薄片的制备方法，采用简单的一次成型凝胶注模技术和两层板组合模具制备厚度可控的LED用荧光透明陶瓷薄片，属于LED荧光透明材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]白光LED，作为一种新颖的半导体光源，具有效率高、功耗小、寿命长、固态节能以及绿色环保等显著优点，广泛应用于液晶显示器背光源、交通信号灯、市内照明、广场照明等，具有巨大的市场潜力。
[0003]传统的白光LED主流技术是荧光粉转换，即将荧光粉与灌封胶混合后，通过涂覆或者点胶方式，涂抹在蓝光LED芯片上，图层厚度约I?2mm，通过波长转换为白光。荧光粉的粒度、尺寸分布以及其在胶体中的分散性决定着LED的质量，均匀性较差。因此存在光提取率不高、耐热性差、散热性能差的缺点。
[0004]为了克服上述技术缺陷，美国专利[6630691B1]报道了用Ce:YAG单晶取代蓝宝石或者碳化硅作为衬底，使蓝光LED晶粒外延生长在上面。单晶不仅作为芯片的衬底材料，同时具有荧光转换的功能。中国专利[CN 1815765A]报道了一种YAG晶片式白光发光二极管，将稀土掺杂的YAG晶片用作荧光材料代替荧光粉。但是大尺寸YAG单晶材料的制备需要特殊设备和复杂工艺，周期长、成本高，广泛的推广应用受到了限制。
[0005]相比于单晶，YAG透明陶瓷有很多优势如:大尺寸透明陶瓷较易于制备，形状可控；制备快捷，成本低廉;容易实现高浓度的掺杂;且相比于玻璃、环氧树脂或硅胶等材料，YAG陶瓷材料的热导率更高，利于热量散发;熔点高，能够承担更高辐射功率，单色性较好，利于激光的连续输出。中国专利[CN 101697367A]和中国专利[CN 201576698U]等先后报道了用荧光YAG透明陶瓷制备LED，将发光体直接放在LED芯片上，经芯片激发后，激发光与受激发射光混合，形成白光。钇铝石榴石(YAG)是一种理想的激光材料和高温结构材料，其作为荧光粉的应用非常广泛。由于Y〈，3+>的离子半径的与价稀土离子非常接近，稀土掺杂的YAG被广泛研究和应用。稀土掺杂的YAG用RE: YAG表示，式中RE为Sc ,La,Ce,Tm,Ho,Sm,Gd,Dy, Lu和Pr中的任意一种或几种组合。已经有很多制备稀土掺杂钇铝石榴石(RE:YAG)粉体的方法被公开出来。如湿化学法:化学沉淀法[非专利文献1、2]、溶胶凝胶法[非专利文献4、5]、醇盐水解法[非专利文献3]、水热法[非专利文献6]制备RE:YAG粉体和高温固相法[非专利文献7]制备RE: YAG粉体。
[0006]LED用荧光透明陶瓷形状特征为薄片状，尺寸通常为:I?1cmX I?1cmX0.01?
0.2cm。通常薄片状陶瓷采用干压或者流延成型。中国专利[CN 102924072A]采用了压片和冷等静压的方式成型，烧结后通过磨制抛光得到Imm厚的荧光YAG透明陶瓷。这两种工艺对设备模具要求高，工艺相对复杂，而且对于大尺寸薄片样品不易成型。相比之下，凝胶注模成型技术可以成型各种复杂形状的陶瓷素坯，工艺简单、成本低，而且素坯具有很好的均匀性和机械强度。目前为止，没有直接采用凝胶注模一步成型方法制备LED用荧光透明陶瓷薄片的报道。
[0007]现有技术文献:
[非专利文献I]刘景和，朴贤卿，卢利平，等.碳酸盐共沉淀法制备Er:YAG透明激光陶瓷粉体[J].人工晶体学报，2004，33(3): 407-410.[非专利文献2]杨勇.共沉淀法制备YAG粉体及其透明陶瓷的研究[D].长春理工大学，
2010.[非专利文献3]仝世红.醇水溶剂共沉淀法制备Nd:YAG粉体及透明陶瓷的研究[D].四川大学，2007.[非专利文献4]王海丽，田庭燕，袁雷，等.溶胶-凝胶和冷冻干燥法制备Nd: YAG纳米粉体及透明陶瓷的制备[J].硅酸盐通报，2013，(12):2564-2567.[非专利文献5]张大江，刘立强.高分子网络凝胶法制备纳米YAG粉体[J].山东陶瓷，2007,30(3):22-24.[非专利文献6]李志强，赵起，庄云飞，等.水热法制备YAG: Ce纳米荧光粉[J].河北大学学报:自然科学版，2009,29(2):133-136.[非专利文献7 ]牟中飞，胡义华.YAG: Ce3+黄色荧光粉的高温固相法制备[J].广州化工，2011,39(8):1-2.。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于采用凝胶注模成型方法，结合两层板组合模具，提供一种LED用荧光透明陶瓷薄片的一步成型厚度可控的制备方法。
[0009]本发明提供一种LED用荧光透明陶瓷薄片的制备方法，包括:
在去离子水中加入与水质量比为2:1?5:1的稀土掺杂的钇铝石榴石(RE:YAG)原料粉体、烧结助剂和分散剂混合球磨0.5?4小时得到均匀分散的水性浆料，再分别加入水溶性环氧树脂和固化剂分别球磨I?4小时和0.1?I小时；其中所述RE: YAG粉体化学式为RexY3-χΑ?5θ?2，其中RE为Sc ,La ,Ce ,Tm ,Ho ,Sm ,Gd ,Dy ,Lu和Pr中的任意一种或几种组合，χ为O?1.5；
将所述水性浆料注入由两层板中间夹以垫条构成的组合模具中成型得到陶瓷薄片素坯;其中所述垫条用以控制所述薄片素坯的厚度，垫条厚度为0.2?2_;所述两层板尺寸相同，为6?12cm*6?12cm;
将所述陶瓷薄片素坯经烧成工序和退火处理得到所述荧光透明陶瓷薄片。
[0010]此外，本发明还提供另外一种LED用荧光透明陶瓷薄片的制备方法，所述制备方法包括:
在包括Y2O3粉体、Al2O3粉体和RE2O3粉体的混合粉体中加入与所述混合粉体质量比为1:2?1:5的去离子水、烧结助剂和分散剂混合球磨0.5?4小时得到均匀分散的水性浆料，再分别加入水溶性环氧树脂和固化剂分别球磨I?4小时和0.1?I小时；其中Y203+RE203粉体与Al2O3粉体摩尔比为3: 5 ,RE2O3粉体摩尔分数为0.001?50%，RE为Sc，La ,Ce，Tm，Ho，Sm，Gd，Dy，Lu和Pr中的任意一种或几种组合；
将所述水性浆料注入由两层板中间夹以垫条构成的组合模具中成型得到陶瓷薄片素坯;其中所述垫条用以控制所述薄片素坯的厚度，垫条厚度为0.2?2_;所述两层板尺寸相同，为6?12cm*6?12cm;
将所述陶瓷薄片素坯经烧成工序和退火处理得到所述荧光透明陶瓷薄片。
[0011]本发明提供一种以浆料注模成型制备LED用荧光透明陶瓷薄片的方法，所制备的陶瓷薄片尺寸、厚度皆可控，样品质量高。
[0012]本发明使用的成型模具为两层板组合模具，所述两层板材料为玻璃、陶瓷、金属或者塑料;所述垫条材料为塑料或橡胶等具有密封作用的材料。
[0013]本发明的制备方法将所述水性浆料注入组合模具中室温条件原位固化I?6小时、并干燥得到所述陶瓷薄片素坯，其中所述干燥包括第一步在50?70°C干燥6?48小时以及第二步在100?120°C干燥6?48小时。
[0014]本发明的方法将所述陶瓷薄片素坯经烧成工序和退火处理得到所述荧光透明陶瓷薄片。其中所述烧成优选地包括预烧和真空烧结工序。所述预烧的工艺参数优选以I?5°C/分钟的升温速率至600?1200°C，保温2?12小时。所述真空烧结的工艺参数优选以升温速率I?5°C/分钟，升温到1700?1900°C，保温3?24小时;所述退火处理的工艺参数包括升温速率I?5°C/分钟，升温到1300?1600°C，保温3?48小时。
[0015]本发明的制备方法将水溶性环氧树脂和固化剂加入到水性浆料中，所述固化剂为能溶于水并使所述水溶性环氧树脂固化的脂肪族多胺，优选聚乙烯基亚胺、二丙三胺或四乙烯五胺，所述固化剂与水溶性环氧树脂的质量比为(0.2?3):1。
[0016]本发明的制备方法将水溶性环氧树脂和固化剂加入到水性浆料中，所述水溶性环氧树脂至少含有两个环氧基团且在水中溶解度不小于5%，所述水溶性环氧树脂与水的质量比为(0.01?0.6):1。
[0017]较佳地，所述水溶性环氧树脂为山梨糖醇缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚或乙二醇缩水甘油醚。
[0018]本发明的制备方法中，所述烧结助剂为正硅酸乙酯、氧化镁、氧化硅、氟化锂、氟化钙、氟化镁、氧化锂、氧化钠、氧化钙、氧化镧中的任意一种或几种组合，且所述烧结助剂的加入量为所述RE: YAG粉体或者所述混合粉体的0.01?Iwt %。
[0019]本发明中的制备方法中，所述分散剂为聚电解质类分散剂，优选聚乙烯基亚胺、聚丙烯酸铵或聚丙烯酸钠，且所述分散剂与水的质量比为(0.01?0.2):1。
[0020]本发明是采用凝胶注模成型方法，结合多层板组合模具，提供一种LED用荧光透明陶瓷薄片的制备方法，国内属首次报道。凝胶注模成型方法，工艺简单、制备效率高、成本低，尤其适合一步成型制备薄片形状的陶瓷部件。本发明制备的陶瓷薄片尺寸，厚度皆可控，样品质量高，工艺简单、制备效率高、成本低，大大拓宽了LED用RE: YAG透明陶瓷薄片的制备途径。
【附图说明】
[0021]图1是本发明一个实施示例中所述成型