技术领域本发明属于发光材料领域，具体涉及一种铌镁酸钡发光陶瓷及其制备方法。
背景技术：
发光材料是指一类将其它能量转化成光能辐射的材料，在目前所研究和应用的发光材料中，超过90％的发光材料是以稀土离子作为激活中心。稀土元素本身特殊的电子构型，使其具有了丰富的电子能级，以稀土离子作为激活中心的发光材料通常具有丰富的发射谱线、单色性良好、转换效率高、物理化学性能稳定等优点，可广泛的应用在平面显示、军事技术、半导体产业、固体激光器等领域，并处在高速的更新发展中。自20世纪初，有学者发现并应用稀土离子的荧光光谱开始，人们通过对不同稀土掺杂的不同基体的研究，已经基本掌握了所有稀土离子的发光性能。钐离子是稀土离子中能级非常丰富的离子之一，其具有强吸收热中子、磁矩大，特别是在研究中钐离子表现出在可见光波长范围内极强的发射强度，即使是在极低的掺杂浓度下的优点，在生物医疗、激光和显示技术等领域有很大的应用潜力。虽然，钐离子有突出的优点，但是由于钐离子在可见光范围的吸收极少，大大降低了发光转换效率。随着科技的进步，大功率泵浦源问世，给予钐掺杂的发光材料极大的泵补增加了其吸收系数，但是其仪器要求高、成本昂贵，不利于生产应用HidejiMizutani[HidejiMizutani，HidetsuguYoshida，HidekiYagi，etal.SuppressionofLaserParasiticOscillationUsedTrivalentSamariuminNd∶YAGCeramicCompositeRod[J].ILEAnnualProgressReport，2006，207-207]。根据稀土发光机理，通过提高体系中钐离子的掺杂量就可以提高吸收系数，进而改善其发光性能。但事实上，由于钐离子本身极易发生浓度淬灭效应，在目前大部分的研究体系当中，钐离子的掺杂浓度都在极低的水平，一般维持在1％左右。如于健[于健，刘又年，陈立妙，等.Sm3+掺杂CaO-SiO2-B2O3发光玻璃的制备、表征及性质[J].无机化学学报，2006，22(2):248-252.]等人研究以Sm3+为激活中心的发光玻璃，其猝灭浓度在1.2％mol；再有Chun-SenWu[Chun-SenWu，Bor-TsuenLin，Ming-DerJean.MicrowaveSinteringandOpticalPropertiesofSm3+-ActivatedKSrPO4Phosphors[J].JournalofElectronicMaterials，2014，(2)：465-469.]等人研究微波烧结钐掺杂磷酸盐光学陶瓷的发光光谱和荧光寿命，在钐掺杂浓度到1％时发生浓度淬灭效应。
技术实现要素：
针对钐离子在其它体系材料中掺杂猝灭浓度低，发光效率不高的问题，本发明以铌镁酸钡陶瓷为基质材料，利用其结构上较大的容忍度，来提高钐离子的掺杂浓度，改善其发光效率，制备出一种新型的发光强度高的铌镁酸钡发光陶瓷。为了实现上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：本发明提供的铌镁酸钡发光陶瓷，表达式为Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3，其中0.005≤x≤0.03。本发明还提供了一种上述铌镁酸钡发光陶瓷的制备方法，步骤如下：1)将钡源、钐源、镁源、锡源、铌源化合物根据通式中化学计量比要求配料球磨后在1300～1350℃下灼烧得到的产物二次球磨制成Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体；2)将所述的陶瓷粉体加聚乙烯醇水溶液造粒，陈腐，破碎得到陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒成型得到陶瓷坯体，然后冷等静压下制成均压坯体；3)将所述均压坯体排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1500～1600℃，保温48～60h，随后随炉冷却，经粗抛、精细抛光后制得Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。上述方案中，步骤2)中二次球磨后的陶瓷粉体满足均可过200目筛的要求，破碎后的陶瓷颗粒满足均可过40目筛的要求。上述方案中，步骤2)成型为干压成型，成型压力为2～4MPa。上述方案中，步骤2)冷等静压压力为150～250MPa。上述方案中，步骤1)所述的原料钡源、钐源、镁源、锡源、铌源化合物分别为碳酸钡、氧化钐、氧化镁、纳米氧化锡、氧化铌，所述的各原料摩尔比为：(1-x)：x/2：0.3：0.1：0.3。上述方案中，步骤(3)的排胶温度为550～650℃。上述方案中，所述的聚乙烯醇水溶液为聚乙烯醇和水的比例为1g/20ml～1g/25ml的溶液。造粒所使用的聚乙烯醇溶液和陶瓷粉体的比例可选为0.1ml：1g～0.1ml：2g。上述方案中，所述的精细抛光用抛光液为氧化铬水溶液。本发明的有益效果：本发明之技术方案制备得到的铌镁酸钡发光陶瓷晶界处无杂相，致密度良好，晶粒尺寸均匀，化学稳定性高，具有抗压强度大等良好的物理性能；其在可见光范围内，有着比较明显的吸收峰，且发光强度高。在407nm可见光激发下，显示出强度极高的发射峰。另外本发明体系中的铌镁酸钡发光陶瓷中钐掺杂浓度最高为3％mol，淬灭浓度可达到2％mol。相比背景中所述的淬灭浓度有相当的提升，这由此也会大大提升其发光性能。理论上，目前研究中Sm3+的发光来源于其4f轨道跃迁，且由于外层电子的屏蔽作用受环境影响小，加上基质材料声子能量小，所以，在不发生浓度淬灭前，其发光强度仅受浓度影响。因此提高Sm3+的淬灭浓度，可有利于大大提升其发光性能。附图说明图1为本发明实施例4所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的XRD图谱；图2为本发明实施例4所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的SEM图谱；图3为本发明实施例4所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的吸收光谱；图4为本发明实施例4所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的发射光谱，激发波长λEm＝407nm。图5为本发明实施例4所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的激发光谱，监测波长λEx＝597nm。图6中由下到上的曲线分别为本发明实施例2、3、4、5所制发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.005、0.015、0.02、0.03)的发射光谱，激发波长λEm＝407nm。具体实施方式为使本发明之目的和方案详细明了，下面通过具体的实施例对本发明进一步进行阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例11)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.98：0.3：0.1：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1350℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加5％聚乙烯醇水溶液(质量体积浓度为1:20g/ml)造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在2MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在200MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在600℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1500℃，保温48h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。实施例21)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.995：0.3：0.0025：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1300℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.995Sm0.005(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加5％聚乙烯醇水溶液造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在2MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在200MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在600℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1575℃，保温60h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.995Sm0.005(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。实施例31)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.985：0.3：0.0075：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1300℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.985Sm0.015(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加5％聚乙烯醇水溶液造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在2MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在200MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在600℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1575℃，保温60h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.985Sm0.015(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。实施例41)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.98：0.3：0.01：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1300℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加5％聚乙烯醇水溶液造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在2MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在200MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在600℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1575℃，保温60h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的XRD图谱如图1所示；由图1可知，Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3基本保持与BMN标准XRD图谱(JCPDSNo17-0173)相同的晶体结构，且没有Sm3+的杂相衍射峰出现，表明其晶相单一。SEM图谱如图2所示；由图2可知，陶瓷晶界处无杂相，致密度良好，晶粒尺寸均匀，基本维持在15μm左右，使得单位体积内晶界减少，促进光在陶瓷中的传播。吸收光谱如图3所示。图3可知，在紫外-可见光源照射下，Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷在325nm、407nm、464nm以及478nm处有明显的吸收峰，特别是在可见光区，明显改善了背景资料中提到的现有Sm3+掺杂体系陶瓷在可见光范围内吸收不明显的现状。优选407nm作为激发波长。发射光谱如图4所示(激发波长λEm＝407nm)。图4可知，所制陶瓷在564nm、600nm、647nm和709nm出有明显的特征发射峰，分别对应于Sm3+的4G5/2→6H5/2，4G5/2→6H7/2，4G5/2→6H9/2以及4G5/2→6H7/2能级跃迁。与背景资料中其它体系在407nm激发下的发射峰位置一致。监测波长λEx＝600nm时，发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.02)的激发光谱如图5所示，图5可以观察到多个尖锐的激发峰，其中最强的激发峰在407nm，与发射光谱共同印证，该波长是Ba0.98Sm0.02(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷最有效的激发波长，对应于Sm3+的6H5/2→6P3/2能级跃迁。实施例51)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.97：0.3：0.015：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1300℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.97Sm0.03(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加5％聚乙烯醇水溶液造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在2MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在200MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在600℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1575℃，保温60h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.97Sm0.03(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。实施例61)将分析纯BaCO3、Nb2O5，99.99％高纯Sm2O3、MgO、SnO2按0.97：0.3：0.015：0.3：0.1的摩尔量比加乙醇球磨24h后在1300℃下灼烧得到的产物二次球磨12h后制成均过200筛的Ba0.97Sm0.03(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3陶瓷粉体。2)将所述的陶瓷粉体加4％聚乙烯醇水溶液(质量体积浓度为1:25g/ml)造粒，陈腐24h，破碎至过40目筛的陶瓷颗粒，再将所述陶瓷颗粒用干压压片机在4MPa的压力下压成陶瓷坯体，然后在150MPa的冷等静压下保压10min制成均压坯体。3)将所述均压坯体在650℃排胶后，再在氧气气氛下进行气氛烧结，烧结温度为1600℃，保温60h，随后随炉冷却，经40目、200目砂纸粗抛、氧化铬溶液精细抛光后制得Ba0.97Sm0.03(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。参考实施例4的表征方法，对实施例1-3和实施例5-6的发光陶瓷进行表征，得到：实施例1-3和5-6均制备获得了Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3发光陶瓷。实施例2、3、4、5所制备的发光陶瓷Ba(1-x)Smx(Sn0.1Mg0.3Nb0.6)O3(x＝0.005、0.015、0.02、0.03)的发射光谱见图6(激发波长λEm＝407nm)。由图6可看出：钐掺杂浓度在2％mol时，发射峰的强度最大，即本发明体系中钐猝灭浓度可达到2％mol。