一种玻璃陶瓷的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种玻璃陶瓷的制备方法，该方法包含如下步骤：(1)配制原料：30～40质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30～50质量％的氧化铝填料粉末、10～30质量％Y2O3和10-15％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有40～70质量％SiO2、8～25质量％B2O3、5～30质量％Al2O3、20～30质量％MgO；(2)在650～750℃进行第一次热处理，在700～750℃进行第二次热处理而获得。本发明的玻璃陶瓷制备方法制成的玻璃陶瓷基板具有高反射率且玻璃相的结晶率低，具有优异的发光性能。
【专利说明】一种玻璃陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种玻璃陶瓷的制备方法，尤其是一种可应用于光学玻璃的玻璃陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术及光电技术的飞速发展，无机发光材料的特殊性能日益受到人们的重视，其存在形态有多晶粉末、单晶、薄膜、陶瓷、玻璃等。由于玻璃具有均匀、透明、易于加工成各种形状的优点，而且可以进行较高浓度的掺杂，因此逐渐成为无机发光的良好基质材料，其用途也越来越广泛。
[0003]光源通常分为放电灯和固态灯，在固态灯中，热辐射器在通用照明和汽车应用中占主导地位，例如卤素灯。另外，发光辐射器形式的固态光源，例如无机发光二极管(LED)一种常见的形式。
[0004]LED具有诸多优异的性能，其可以将电能直接转化为光能，因此具有较高的效率，体积小，而且拥有多种不同颜色，因此成为一种广泛应用的发光材料。
[0005]稀土离子由于其特殊的4f电子结构而具有良好的荧光特性，如发光色度纯、物化性质稳定、转换效率高等。近年来，稀土离子掺杂的新型发光玻璃成为开发和研究的热点，其应用覆盖了荧光设备、激光、光纤放大器、白光LED等领域。由于稀土 Eu2+的基态能级是4f7(8S7/2)，在紫外到红外光波段，Eu2+均可以被激发，所以关于Eu2+掺杂无机非金属材料的发光性能，国内外很多学者都进行了大量的基础研究[2-10]。以B203-Si02体系为基质的稀土光学玻璃具有较高的化学强度、良好的介电性、较高的化学稳定性以及优异的稀土离子溶解能力，是目前人们研究稀土光学玻璃的主要系统。
[0006]目前，针对单一稀土离子对硼硅酸玻璃的发光性能的研究较为普遍，然而，很少有文献报道可利用多种稀土离子的组合来研究其对硼硅酸玻璃的发光性能的影响；另外，对于玻璃陶瓷的制备方法，也多采用熔炼工艺进行，很少有文献报道可以采用多次热处理的方式进行玻璃陶瓷的制备。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种玻璃陶瓷的制备方法，该玻璃陶瓷制备得到的玻璃陶瓷完全适合于以较高水平掺杂稀土离子，从而使其能够获得尽可能有利于来自冷光源(LED或放电灯)的光的转换的发光性能，该玻璃陶瓷制备方法制成的玻璃陶瓷基板具有高反射率且玻璃相的结晶率低。
[0008]为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]第一方面，本发明提供了一种玻璃陶瓷制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0010](I)原料的配制:30?40质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30?50质量％的氧化铝填料粉末、10?30质量％ Y2O3和10-15%的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有40?70质量％ S12,8?25质量％ B203>5?30质量％ Al2O3^20?30质量％ MgO ；
[0011](2)在650?750°C进行第一次热处理，在700?750°C进行第二次热处理而获得。
[0012]本发明的步骤(I)中，对于原料的配制，本发明中的硼硅酸镁玻璃粉末的含量为30?40质量％，例如可以是30质量％、31质量％、32质量％、33质量％、34质量％、35质量％、36质量％、37质量％、38质量％、39质量％、40质量％，优选为32?38质量％，进一步优选为35质量％。
[0013]本发明中的氧化铝填料粉末的含量为30?50质量％，例如可以是30质量％、32质量％、35质量％、38质量％、40质量％、45质量％、48质量％、50质量％，优选为35?45质量％，进一步优选为35质量％。
[0014]本发明中的Y2O3的含量为10?30质量％，例如可以是10质量％、12质量％、15质量％、18质量％、20质量％、22质量％、25质量％、28质量％、30质量％，优选为12?25质量％，进一步优选为15质量％。
[0015]本发明中的稀土离子为10-15质量％，例如可以是10质量％、11质量％、12质量％、13质量％、14质量％、15质量％，优选为12-15质量％，进一步优选为15质量％。
[0016]在本发明的优选改进方案中，该制备方法的原料配比可以为包含32?40质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30?45质量％的氧化铝填料粉末、10?28质量％ Y2O3和10-15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有40?70质量％ S12、8?25质fi% B203、5 ?30 质量％ Al203、20 ?30 质量％ MgO。
[0017]在本发明的优选改进方案中，所述制备方法的原料配比可以包含32?38质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35?45质量％的氧化铝填料粉末、12?25质量％ Y2O3和12-15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有48?68质量％ S12UO?20质量％ B2O3UO ?25 质量％ Al203、22 ?28 质量％ MgO。
[0018]在本发明的另一个优选改进方案中，所述制备方法的原料配比可以包含35质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35质量％的氧化铝填料粉末、15质量％ Y2O3和15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有50质量％ S12UO质量％ B203、15质量％Al203、25 质量 ％ MgO0
[0019]本发明中的稀土离子选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Er、Tm、Yb、Ho、Dy 或 La 中的任意一种或至少两种的混合物。
[0020]在本发明的一个优选改进方案中，所述稀土离子为Ce、Eu、Ho、Tm、Tb、Dy或Yb中的任意一种或至少两种的混合物。
[0021]在本发明的另一个优选改进方案中，所述稀土离子为Ce/Eu、Ho/Tm/Yb或Tb/Dy中的任意一种混合物，优选为Ho/Tm/Yb的混合物。
[0022]本发明的步骤⑵所述的在650?750°C进行的第一次热处理时间为20?60h，例如可以是2011、2211、2511、3011、3511、4011、4511、5011、5511、6011，在700 ?7501:进行的第二次热处理时间为 60 ?90h，例如可以是 60h、62h、65h、70h、72h、75h、80h、85h、90h。
[0023]本发明采用分两次热处理进行玻璃陶瓷的制备，可以使玻璃陶瓷获得更优异的光学性能。
[0024]第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的制备方法而得到的玻璃陶瓷。
[0025]第三方面，本发明还提供了一种发光玻璃，所述光源包含LED和如第二方面所述的玻璃陶瓷。
[0026]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0027]本发明的玻璃陶瓷制备方法制成的玻璃陶瓷基板绝缘可靠性高、具有高抗弯强度和高反射率且玻璃相的结晶率低，其中，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到60%以下，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
【具体实施方式】
[0028]下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0029]本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0030]实施例1
[0031](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0032]30质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30%的氧化铝填料粉末、30质量％ Y2O3和10质量％的稀土离子Ce/Eu的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有68质量％Si02、10质量％ B203、10质量％ Al203、22质量％MgO。其中，Ce和Eu的摩尔分数均为0.5%。
[0033](2)在650°C进行的第一次热处理时间20h，在700°C进行的第二次热处理时间68h。
[0034]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到55%，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
[0035]实施例2
[0036](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0037]32质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35%的氧化铝填料粉末、20质量％ Y2O3和13质量％的稀土离子Ce/Eu的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有68质量％Si02、10质量％ B203、10质量％ Al203、22质量％MgO。其中，Ce和Eu的摩尔分数均为1.0%。
[0038](2)在660°C进行的第一次热处理时间22h，在750°C进行的第二次热处理时间60h。
[0039]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到52%，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
[0040]实施例3
[0041](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0042]34质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、38%的氧化铝填料粉末、16质量％ Y2O3和12质量％的稀土离子Ho/Tm/Yb的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有60质量％S12UO质量％ B2O3UO质量％ Al203、20质量％ MgO0其中，Ho、Tm和Yb的摩尔分数均为1.0%。
[0043](2)在680°C进行的第一次热处理时间25h，在750°C进行的第二次热处理时间70h。
[0044]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到53%，高折射率填料粉末为折射率超过1.97的陶瓷。
[0045]实施例4
[0046](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0047]35质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35%的氧化铝填料粉末、15质量％ Y2O3和15质量％的稀土离子Ho/Tm/Yb的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有68质量％S12,10 Mfi% B2O3> 10 质量％ Al203、22质量％ MgO。其中，Ho,Tm,Yb 的摩尔分数均为 1.5%。
[0048](2)在650°C进行的第一次热处理时间28h，在750°C进行的第二次热处理时间75h。
[0049]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到50%，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
[0050]实施例5
[0051](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0052]38质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、32%的氧化铝填料粉末、20质量％ Y2O3和10质量％的稀土离子Tb/Dy的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有68质量％Si02、10质量％ B203、10质量％ Al203、22质量％MgO。其中，Tb和Dy的摩尔分数均为0.5%。
[0053](2)在700°C进行的第一次热处理时间60h，在720°C进行的第二次热处理时间90h。
[0054]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到55%，高折射率填料粉末为折射率超过1.98的陶瓷。
[0055]实施例6
[0056](I)配制包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃:
[0057]37质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30%的氧化铝填料粉末、22质量％ Y2O3和11质量％的稀土离子Tb/Dy的混合物，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有68质量％Si02、10质量％ B203、10质量％ Al203、22质量％MgO。其中，Tb和Dy的摩尔分数均为2.0%。
[0058](2)在650°C进行的第一次热处理时间45h，在720°C进行的第二次热处理时间80h。
[0059]经测试，通过烧成而得到的陶瓷烧结体中的玻璃相的结晶率以体积比计达到51%，高折射率填料粉末为折射率超过1.96的陶瓷。
[0060]从上述实施例1-6可以看出，利用本发明的玻璃陶瓷制备方法制成的玻璃陶瓷基板具有高反射率且玻璃相的结晶率低，具有优异的发光性能，可广泛应用于工业生产。
[0061] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)原料的配制:30?40质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30?50质量％的氧化铝填料粉末、10?30质量％ Y2O3和10-15%的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有40?70质量％ S12,8?25质量％ B203、5?30质量％ Al203、20?30质量％ MgO ； (2)在650?750°C进行第一次热处理，在700?750°C进行第二次热处理而获得。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的原料包含32?40质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30?45质量％的氧化铝填料粉末、10?28质量％ Y2O3和10-15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有40?68质量％ S12、8?24质量 ％ B203、8 ?30 质量 ％ Al203、20 ?28 质量 ％ MgO。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的原料包含32?38质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35?45质量％的氧化铝填料粉末、12?25质量％ Y2O3和12-15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有48?68质量％ S12,10 ?20 质量％ B2O3UO ?25 质量％ Al203、22 ?28 质量％ MgO。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的原料包含35质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35质量％的氧化铝填料粉末、15质量％ Y2O3和15质量％的稀土离子，所述硼硅酸镁玻璃粉末以氧化物换算含有50质量％ S12,10质量％ B203、15质量％Al203、25 质量 ％ MgO0
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述稀土离子为Ce、Eu、Ho、Tm、Tb、Dy或Yb中的任意一种或至少两种的混合物。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述稀土离子为Ce/Eu、Ho/Tm/Yb或Tb/Dy中的任意一种混合物。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的在650?750°C进行第一次热处理的时间为20-60h，在700?750°C进行第二次热处理的时间为60-90h。
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的在650?750°C进行的第一次热处理时间为20h，在700?750°C进行的第二次热处理时间为80h。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的玻璃陶瓷。
10.一种发光玻璃，其特征在于，所述光源包含LED和如权利要求9所述的玻璃陶瓷。
【文档编号】C03C10/00GK104355542SQ201410568183
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】华文蔚 申请人:华文蔚