一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种稀土离子掺杂的稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物，该陶瓷组合物包含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％的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％SiO2、8～25质量％B2O3、5～30质量％Al2O3、20～30质量％MgO。本发明的稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物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】一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种玻璃陶瓷组合物，尤其是一种可应用于光学玻璃的稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物及其应用。
【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。其中，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；再有，以B2O3-S12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，采用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。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物，该稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物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，该稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物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，本发明提供了一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物，该组合物包含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％的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fi% S12,8 ?25 质量％ B203、5 ?30 质量％ Al203、20 ?30 质量％ MgO0
[0010]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％。
[0011]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％。
[0012]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％。
[0013]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％。
[0014]在本发明的优选改进方案中，所述组合物包含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％的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 ％ MgO0
[0015]在本发明的另一个优选改进方案中，所述组合物包含35质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35质量％的氧化招填料粉末、15质量％的Y2O3和15质量％的稀土离子,所述硼娃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
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的组合物在光学玻璃中的应用。
[0020]第三方面，本发明还提供了一种发光玻璃，所述光源包含LED和如第一方面所述的组合物。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明的稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物制成的玻璃陶瓷基板具有高反射率且玻璃相的结晶率低，其绝缘可靠性高、具有高抗弯强度，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55%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】
[0023]下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0024]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。
[0025]实施例1
[0026]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0027]30质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30质量％的氧化铝填料粉末、30质量％的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%。
[0028]将玻璃在钼坩埚中加热到约1550°C熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于470nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[0029]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。
[0030]实施例2
[0031]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0032]32质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、35质量％的氧化铝填料粉末、20质量％的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%。
[0033]将玻璃在钼坩埚中加热到约1600°C熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于480nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[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52%，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
[0035]实施例3
[0036]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0037]34质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、38质量％的氧化铝填料粉末、16质量％的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fi% 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%。
[0038]将玻璃在钼坩埚中加热到约1600°C熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于480nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[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53%，高折射率填料粉末为折射率超过1.97的陶瓷。
[0040]实施例4
[0041]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0042]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％的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fi% S12UO质量％ B2O3UO质量％ Al203、22质量％ MgO0其中，Ho、Tm、Yb的摩尔分数均为 1.5%。
[0043]将玻璃在钼坩埚中加热到约160(TC熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于490nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[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50%，高折射率填料粉末为折射率超过1.95的陶瓷。
[0045]实施例5
[0046]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0047]38质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、32质量％的氧化铝填料粉末、20质量％的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%。
[0048]将玻璃在钼坩埚中加热到约1550°C熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于470nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[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55%，高折射率填料粉末为折射率超过1.98的陶瓷。
[0050]实施例6
[0051]将包含以下成分(质量％，以氧化物计)的第一玻璃熔融:
[0052]37质量％的硼硅酸镁玻璃粉末、30质量％的氧化铝填料粉末、22质量％的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%。
[0053]将玻璃在钼坩埚中加热到约1550°C熔融并均质化；冷却到室温后得到了干净透明的玻璃。用紫外光进行激发，光谱发射峰均表现为一个较强的宽峰，发射光谱峰位于500nm左右，本发明的材料在玻璃状态和陶瓷状态均能发出蓝色的光。
[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51%，高折射率填料粉末为折射率超过1.96的陶瓷。
[0055]从上述实施例1-6可以看出，本发明在紫外可见光照射下，稀土离子掺杂的硼硅酸镁玻璃可以很好地被激发，且有很宽的激发波长范围，发射谱为一个宽带峰。同时随着稀土离子浓度的增大，其发射中心逐渐向长波方向移动，最大发射峰的发射中心发生明显红移，从470nm逐渐移至500nm左右，而发射光谱强度则逐渐减弱，而且，利用本发明的稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物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。
[0056] 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】
1.一种稀土离子掺杂的玻璃陶瓷组合物，其特征在于，所述组合物包含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％的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质量 ％ B203、5 ?30 质量 ％ Al203、20 ?30 质量 ％ MgO。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物包含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％的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。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述组合物包含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％的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％ MgO。
4.如权利要求1-3任一项所述的组合物,其特征在于,所述稀土离子选自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。
5.如权利要求1-4任一项所述的组合物,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任一项所述的组合物，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任一项所述的组合物在光学玻璃中的应用。
8.一种发光玻璃，其特征在于，所述光源包含LED和如权利要求1-6任一项所述的组合物。
【文档编号】C03C4/12GK104355539SQ201410568330
【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