钨/钼酸盐基红色荧光粉材料及其制备方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种钨/钼酸盐基红色荧光粉材料，其化学式为(Sc1?x?y?z?mLnx)2(W1?nMonO4)3:Eu3+2y,Sm3+2z,Bi3+2m，Ln代表Y、La、Gd、Lu中的一种或几种，其中，掺杂浓度满足下列条件之一：0＜x≤0.5，0.01≤y≤0.2,0＜z≤0.05,0≤m≤0.02，0≤n≤0.5；该钨/钼酸盐基红色荧光粉采用熔盐法制备合成，且在紫外光及蓝光区域有较强的激发；在紫外光及蓝光的激发下，它能发出明亮红光。本发明的工艺流程简单，合成温度低，合成的钨/钼酸盐材料纯度高，发光效果佳，是一种良好的适用于白光LED的红色荧光材料。
【专利说明】
钨/钼酸盐基红色荧光粉材料及其制备方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种钨/钼酸盐基红色荧光材料及其制备方法，即选取一种或多种低熔点盐类作为熔剂，采用熔盐法来制备具有发光强度高、色纯度及稳定性好的红色荧光粉，属于紫外光到蓝光激发用荧光粉技术领域。
[0002]发明中的术语“钨/钼酸盐基红色荧光粉材料组分含量确定器”是指，根据下列化学通式确定的各组分的含量:(sci—X—y—z—mLnxMWpnMon04)3:Eu3+2y，Sm3+2Z，Bi3+2m，
[0003]其中儿11代表￥、1^、6(1、1^中的一种或几种儿11』11、3111、8^0掺杂浓度至少满足下列条件之一:0<叉彡0.5，0.01彡7彡0.2，0<2彡0.05，0彡111彡0.02，0彡11彡0.5。
[0004]术语“原料称取装置”是指，以WO3或(NH4)2WO4.XH20、Mo03或(NH4)6H2Wi2O4Q.XH2O,Bi2O3和Ln(Ln为Y、La、Gd、Lu中的一种或几种)的氧化物、氢氧化物、氯化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐为原料，按钨/钼酸盐基红色荧光粉材料组分含量确定器的计算结果称取相应的所述原料。
【背景技术】
[0005]白光LED作为一种新型固体冷光源，具有高亮度、低能耗、长寿命、无污染等一系列优点，被称为21世纪绿色光源。
[0006]目前，白光LED主要通过“蓝光LED+红绿荧光粉”与“紫外LED+红绿蓝三色荧光粉”两种方式来实现。其中，前者虽已实现产业化，但受日本Nichia公司专利封锁，且这种白光LED实现过程中缺少红光成分，导致显色指数偏低，色温偏高;后者在实现白光过程中，也存在应用于?400nm(即近紫外400nm附近的激发光)近紫外-紫光芯片上的红粉普遍发光效率低，其中商用红色荧光粉(Y2O2S = Eu3+)的发光强度仅有蓝绿粉的1/8，色纯度不纯且基质不稳定等缺点。
[0007]钼/钨酸盐因其良好的热稳定性、物理化学稳定性及紫外光照稳定性等优点，在发光材料、固体激光器及磁体等方面有着潜在的应用。其中，白钨矿结构的钨酸盐(CaWO4)和钼酸盐(CaMoO4)均属自激活荧光粉，不需要向其中掺杂稀土激活离子，在紫外光、X射线及阴极射线激发下便可产生高效的荧光，其发光起源于M042— (M=W，Mo)中从02—到M6+的电荷转移。尤其以Eu3+掺杂的CaMoO4 = Eu3+而言，其能够被近紫外及蓝光有效激发来发射出红光，加之烧结温度较低(700-1100 0C )，是一类具有潜力的发光材料。因此，开发能与已有LED芯片相匹配的、化学性质稳定的、发光效率高的及显色指数好的新组分钨/钼酸盐体系红色荧光粉具有重要的应用前景。
[0008]以钨/钼酸盐为基质的红色荧光粉已经初步地见诸于现有技术，例如:
[0009]早在20世纪80年代，美国Oklahoma州立大学的Tyminski等就探讨了Eu3+掺杂对CaWCU体系的发光和能量传递机理[Tyminski JK,Lawson CM,Powell RC.J,Chem.Phys.,1982,77(9):4318.]o
[0010]1997年，Pode等也研究了CaWO4 = Eu3+体系中Bi3+的掺杂能够增强Eu3+的红光发射强度[Pode RB,Dhoble SJ,Phys.Status.Solied1.B,1997，203(2):571.]。[0011 ] 2007年，Wang X.X.等报道了适用于近紫外(400nm)激发的Gd2-x-yEuxSmy(Mo04)3红色荧光粉[Wang XX1Xian YL1Wang G1Shi JX,Su Q1Gong ML,Optical Materials,2007,30
(4):521.]0
[0012]2014年，杨章富等发明了一种近紫外和蓝光芯片高效激发的A1A1VxLi+B11O6:xEu3+(A1为0&2+、5￥+和8&2+中任意一种或多种的组合411为1^3+、6(13+、￥3+和3(33+中的一种或两种的组合)为主要成分的红色荧光粉[发明专利申请号:201410658768.8，申请公开号:CN104371719A]。
[0013]同年，张乐等也发明了一种以1((6(11^1^)(1004)2(0.1^^彡0.5)为主成分的钼酸盐基红色荧光粉的制备方法[发明专利申请号:201410797170.7，申请公开号:CN104560039A]。
[0014]可以看出，以钨/钼酸盐为基质的发光材料已被广泛应用在白光LED领域，其具有较高的化学稳定性和热稳定性，是制备红色荧光粉的首选体系。
[0015]但目前从已研制的该体系荧光粉来看，其性能还有进一步提升的空间。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种钨/钼酸盐基红色荧光材料，其化学性质稳定、发光效率高、激发范围宽、能与现有的近紫外及蓝光LED芯片相匹配。
[0017]本发明的另一个目的是提供制备该新型钨/钼酸盐基红色荧光粉材料的制备方法和制备系统。
[0018]本发明所要解决的技术问题是寻求适合于近紫外及蓝光LED芯片高效激发的钨/钼酸盐基红色荧光粉。
[0019]为此，根据本发明的第一方面，提供了一种钨/钼酸盐基红色荧光粉材料，该钨/钼酸盐基红色荧光粉适合于近紫外及蓝光LED芯片的高效激发，其化学通式为
[0020]( Sc1-x-y-z-mLnx)2(ffl-nMOn04)3: Eu3+2y，Sm3+2z，Bl3+2m，
[0021]其中，Ln代表Y、La、Gd、Lu中的一种或几种。
[0022]Ln、Eu、Sm、B1、Mo掺杂浓度至少满足下列条件之一:
[0023]0<x^0.5,0.01^y^0.2,0<z^0.05,0^m^0.02,0^n^0.5o
[0024]为获得纯正而明亮的红光，其Ln掺杂最优浓度为O <x<0.5，Eu最优浓度为0.01^y彡0.2，Sm最优浓度为0<y彡0.05，Bi最优浓度为O彡y彡0.02，Mo最优浓度为O彡η彡0.5。
[0025]根据本发明的第二方面，提供了一种新型钨/钼酸盐基红色荧光粉材料的制备方法，主要步骤是:
[0026](I)以WO3 或(NH4)2W04、Mo03 或(NH4)2Mo04、Bi203 及 Sc、Eu、Sm 和 Ln(Ln 为 Y、La、Gd、Lu中的一种或几种)的氧化物、氢氧化物、氯化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐为原料，按本发明的材料的化学式组成及化学计量称取相应的所述原料。
[0027](2)将原料加入低熔点盐类混合后研磨均匀，研磨后的混合物料高温焙烧；
[0028](3)再经过后处理，即得到最终产物钨/钼酸盐红色荧光粉。
[0029]优选地，在所述步骤(2)中，焙烧温度为700?1000 V，焙烧时间为I?3小时，从室温升至1000°C的升温速率基本一致。
[0030]优选地，在所述步骤(2)中，盐类溶剂选自NaCl或KCl中的一种或多种。[0031 ] 优选地，在所述步骤(2)中，所述盐类溶剂的质量以B1、W、Mo、Sc、Eu、Sm和Ln(Ln为Y、La、Gd、Lu中的一种或几种)的氧化物或相应盐类为原料所形成的混合物总重量的1-4倍。
[0032]优选地，在所述步骤(3)中，后处理过程包括:高温焙烧产物破碎;充分磨碎;洗涤；过滤;烘干，其中，洗涤过程优选使用70-100°C热水浸泡l_3h，然后使用去离子水洗2-5遍，最终获得粒径在1ym左右焚光粉。
[0033]根据本发明的第二方面，还提供了一种钨/钼酸盐红色荧光粉材料的制备系统，其特征在于，依次包括原料称取装置、原料混合研磨装置、高温焙烧装置及后处理装置;原料称取装置具有各原料的入口；原料混合研磨装置包括原料混合装置和/或研磨装置;原料混合研磨装置位于高温焙烧装置的上游，或者，原料混合研磨装置的至少原料研磨装置与高温焙烧装置同机;后处理装置与钨/钼酸盐红色荧光粉材料产品的出口连通。
[0034]优选地，所述原料称取装置的上游设有钨/钼酸盐基红色荧光粉材料组分含量确定器。
[0035]优选地，所述原料混合研磨装置设有低熔点盐类入口。
[0036]优选地，所述原料混合研磨装置设有低熔点盐类用量控制器。
[0037]优选地，所述洗涤设备包括热水浸泡装置和去离子水洗涤装置。
[0038]优选地，所述热水浸泡装置设有温度控制器。
[0039]优选地，所述去离子水洗涤装置具有洗涤次数控制器。
[0040]优选地，所述高温焙烧装置设有焙烧温度控制器。
[0041 ]优选地，所述高温焙烧装置设有焙烧时间控制器。
[0042]优选地，所述后处理装置包括破碎设备、洗涤设备、过滤设备和烘干设备。
[0043]根据本发明所得的红色荧光粉，可以被250-470nm波段的光有效激发，具有优异的发光性能，能够满足紫外及蓝光LED用新型红色发光材料。
[0044]根据本发明，获得的钨/钼酸盐基红色荧光粉材料能被250-470nm宽带波段激发，颗粒直径在ΙΟμπι左右，分布均匀，无明显团聚，满足紫外及蓝光LED用新型红色发光材料。
[0045]根据本发明，在近紫外及蓝光激发下，本发明的钨/钼酸盐基红色荧光粉材料发光性能及色纯度均普遍强于商用红粉Y202S:Eu3+。
[0046]根据本发明，钨/钼酸盐基红色荧光粉材料的制备方法及制备系统简单可行，便于规模化生产。
[0047]根据本发明的新型钨/钼酸盐基红色荧光粉，化学性质稳定、发光效率高、激发范围宽、能与现有的近紫外及蓝光LED芯片相匹配。因此，在照明及显示方面都有潜在的应用价值。
[0048]本发明的工艺流程简单，合成温度低，合成的钨/钼酸盐材料纯度高，发光效果佳，是一种良好的适用于白光LED的红色荧光材料。
【附图说明】
[0049]S3]^(SCQ.775Gd().()5)2(TO4)3:Eu3+0.3，Sm3+Q.05样品的激发光谱图；
[0050 ]图 2 为(Sc0.775Gd0.Q5) 2 (W04) 3: Eu3+。.3，Sm3+。.Q5样品的发射光谱图。
[0051]图3为根据本发明的钨/钼酸盐红色荧光粉材料的制备系统的结构原理图。
【具体实施方式】
[0052]如图3所示，本发明的钨/钼酸盐红色荧光粉材料的制备系统，依次包括原料称取装置10、原料混合研磨装置20、高温焙烧装置30、破碎设备40、热水浸泡装置50、去离子水洗涤装置60、过滤设备70和烘干设备80，高温焙烧装置30设有焙烧温度控制器31和焙烧时间控制器32，热水浸泡装置50设有温度控制器51。
[0053]实施例1:根据(8(:。.7756(1。.。5)2(￥04)3 5113+。.3，31113+。.。5的化学式，称取302031.0688g,Gd2O30.1812g，WO36.9552g,Eu2O30.5279g，Sm2O30.0872g，NaClI.7532g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至800°C，保温2小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用80°C热水浸泡2小时，再用去离子水洗4遍，过滤，120°C条件下烘干，即得组成为(Sc。.775GdQ.Q5)2(TO4)3:Eu3+().3，Sm3+(Lt)5 的红色荧光粉，其色坐标为(0.6537，0.3372)，其相对亮度为1.0000(以自身作为标准样，激发、发射光谱见附图1，以下各实施例皆以此样为标准样)。
[0054]实施例2:根据(3(30.7￥().15)2(￥04)35113+0.2，Sm3+。.0s ,Bi3+q.02的化学式，称取Sc2(SCU)32.6467g, Y2(S04)30.6990g, (NH4)6H2Wi2O40.XH207.3907g ,Eu2( S04)30.2369g, Sm2(SO4)30.2356g,Bi2O30.0466g，KC12.2365g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至900°C，保温2小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用70°C热水浸泡3小时，再用去尚子水洗3遍，过滤，120 °C条件下供干，即得组成为(3(30.7756(1().()5)2(￥04)3 5113+().3，Sm3+0.05的红色荧光粉，其色坐标为(0.6647，0.3303)，其相对亮度为1.1513。
[0055]实施例3:根据(3(30.481^().3)2(￥().8]/[0().204)35113+().4，31113+().()4的化学式，称取3(3(勵3)32.2173g, La(NO3)31.9495g,ff035.5642g,MoO30.8636g,Eu(NO3)31.3519g, Sm(NO3)30.1345g,KC10.7455g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至1000°C，保温I小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用100°C热水浸泡I小时，再用去离子水洗3遍，过滤，120 °C条件下烘干，即得组成为(3(30.7756(1().()5)2(￥04)3 5113+().3，Sm3+Q.05的红色焚光粉，其色坐标为(0.6655，0.3295)，其相对亮度为1.1016。
[0056]实施例4:根据(Sc0.4L110.5)2 (W04)3: Eu3+0.1, Sm3+0.1 的化学式，称取Sc2 (C2O4)31.4159g,Lu2(C2O4)3 3.0699g, (NH4)6H2Wi2O40.XH207.3907g,Eu2(C2O4)30.2840g,Sm2(C2O4)30.2824g，NaCl 0.5844g，KC10.7455g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至700°C，保温3小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用90°C热水浸泡2小时，再用去尚子水洗5遍，过滤，120 °C条件下供干，即得组成为(3(30.7756(1().()5)2(￥04)3 5113+().3，Sm3+0.05的红色荧光粉，其色坐标为(0.6654,0.3295)，其相对亮度为1.1834。
[0057]实施例5:根据(5(:().38￥().35)2(￥().9]/[0().104)35113+().4，31113+().1，13；[3+().()4的化学式，称取SC2O30.5240g，Y2O30.7903g，WO36.2597g，Mo030.4318g，E112O30.7039g，Sm2030.1744g，Bi2O30.0932g，NaC12.3376g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至8000C，保温2小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用80°C热水浸泡2小时，再用去离子水洗3遍，过滤，120°C条件下烘干，即得组成为(ScQ.775GdQ.()5)2(W04)3:Eu3+().3，Sm3+().()5的红色荧光粉，其色坐标为(0.6550，0.3352)，其相对亮度为1.2209。
[0058]实施例6:根据(5(:。.891^1。.。5)2(￥。.8]/[0。.204)35113+。.。2，31113+。.。9，13；[3+。.。1的化学式，称取Sc(OH)31.7084g,Lu(OH)30.2260g, (NH4)6H2Wi2O40.XH205.9125g , (NH4)6Mo7O24.4H201.0593g，Eu(0H)30.0406g，Sm(0H)30.1812g，Bi2030.0233g，KC11.4910g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至1000°C，保温I小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用100°C热水浸泡I小时，再用去离子水洗4遍，过滤，120°C条件下烘干，即得组成为(Sc。.775GdQ.Q5)2(TO4)3:Eu3+().3，Sm3+(Lt)5 的红色荧光粉，其色坐标为(0.6517，0.3297)，其相对亮度为1.2351。
[0059]实施例7:根据(3。0.676(1().11^1().1)2(￥().5]/[0().504)3 5113+().2，31113+().()4，13；[3+().()2的化学式，称取ScCl3 2.0276g，GdCl30.5272g，LuCl30.5627g，W033.4776g，Mo032.1591g，EuCl30.5166g，SmCl3 0.1027g,Bi2O30.0466g，KC12.9820g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至900°C，保温2小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用70°C热水浸泡3小时，再用去离子水洗3遍，过滤，120°C条件下烘干，即得组成为(SCQ.775GdQ.05)2(WO4)3: Eu3+0.3，Sm3+0.05的红色荧光粉，其色坐标为(0.6630,0.3372),其相对亮度为1.2842。
[0060]实施例8:根据(3。0.48￥().151^().15)2(￥().6]/[0().404)35113+().3，31113+().()6，13；[3+().()3的化学式，称取 Sc2(CO3)3 1.2967g,Y2(CO3)30.5368g,La2(CO3)30.6868g, (NH4)6H2Wi2O40.XH204.4344g，(NH4)6Mo7O24.4H20 2.1186g,Eu2(CO3)30.7259g,Sm2(CO3)30.1442g,Bi2O30.0699g,NaCl
0.5260g，KC11.5656g，将上述原料混磨均匀后，放入高温炉中，从室温均匀加热至850°C，保温2小时，然后自然冷却至室温后研磨，将产物用80 °C热水浸泡2小时，再用去离子水洗3遍，过滤，120 °C条件下烘干，即得组成为(3(30.7756(1().()5)2(￥04)3 5113+().3，Sm3+Q.05的红色焚光粉，其色坐标为(0.6567,0.3332)，其相对亮度为1.2138。
【主权项】
1.一种钨/钼酸盐基红色荧光粉材料，其特征在于:其化学通式为 (Sc1-X-y-z-mLllx) 2 ( Wl-ηΜθηθ4) 3: Eu 2y , Sffl 2z , Bi 2m， 其中，惨杂的稀土 1?子Ln代表Y、La、Gd、Lu中的一种或几种； 其中，0<叉彡0.5，0.01彡7彡0.2，0<2彡0.05，0彡111彡0.02，0彡11彡0.5。2.如权利要求1所述的钨/钼酸盐红色荧光粉材料，其特征在于，为获得纯正而明亮的红光，其Ln掺杂最优浓度为0<X<0.5，Eu最优浓度为0.0lSyS0.2，Sm最优浓度为0<y<0.05，Bi最优浓度为O彡y彡0.02，Mo最优浓度为O彡η彡0.5。3.—种钨/钼酸盐红色荧光粉材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)以WO3或(NH4)2W04.ΧΗ20、Μο03或(NH4)6H2Wi204。.XH2Oji2O3和Sc、Eu、Sm和Ln(Ln为Y、La、Gd、Lu中的一种或几种)的氧化物、氢氧化物、氯化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐为原料，按权利要求1所述的化学式组成及化学计量称取相应的所述原料； (b)将原料加入低熔点盐类，混合后研磨均匀，研磨后的混合物料高温焙烧； (C)再经过后处理，即得到最终产物钨/钼酸盐红色荧光粉。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温焙烧的焙烧温度为700?10000C，焙烧时间为I?3小时(从室温升至1000 °C的升温速率基本一致)。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述盐类溶剂选自NaCl和/或KCl。6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述盐类溶剂的质量为以B1、W、Mo和Ln的氧化物或相应盐类为原料所形成的混合物摩尔数的1-4倍。7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述后处理过程包括:高温焙烧产物破碎、充分磨碎、洗涤、过滤、烘干。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤包括使用70-100°C热水浸泡1-3h，然后使用去离子水洗涤2?5遍。9.一种钨/钼酸盐红色荧光粉材料的制备系统，其特征在于，依次包括原料称取装置、原料混合研磨装置、高温焙烧装置及后处理装置;原料称取装置具有各原料的入口 ；原料混合研磨装置包括原料混合装置和/或研磨装置；原料混合研磨装置位于高温焙烧装置的上游，或者，原料混合研磨装置的至少原料研磨装置与高温焙烧装置同机；后处理装置与钨/钼酸盐红色荧光粉材料产品的出口连通。10.如权利要求9所述的制备系统，其特征在于，所述原料称取装置的上游设有钨/钼酸盐基红色荧光粉材料组分含量确定器;所述原料混合研磨装置设有低熔点盐类入口；所述原料混合研磨装置设有低熔点盐类用量控制器;所述洗涤设备包括热水浸泡装置和去离子水洗涤装置(所述热水浸泡装置设有温度控制器，和/或所述去离子水洗涤装置具有洗涤次数控制器);所述高温焙烧装置设有焙烧温度控制器;所述高温焙烧装置设有焙烧时间控制器;和/或所述后处理装置包括破碎设备、洗涤设备、过滤设备和烘干设备。
【文档编号】C09K11/78GK105907393SQ201610435763
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】周健, 吴迪, 赵建文, 文小强, 郭春平, 周新华
【申请人】赣州有色冶金研究所