荧光陶瓷及其制备方法与流程

文档序号:25544006发布日期:2021-06-18 20:41
荧光陶瓷及其制备方法与流程

本申请涉及一种荧光陶瓷及其制备方法,属于功能陶瓷技术领域。



背景技术:

荧光陶瓷是一种在激光和led等高功率蓝光光源激发下高光效、长寿命、耐高温和体积小的先进发光材料,具有优异的光学性能和稳定的化学、机械性能,可广泛应用于红外、照明、指示和显示等领域。根据国际照明委员会光度测量学抽样测试大量人群后,绘制的明视曲线表明人眼对绿光波段最敏感,所以在先进显示材料领域,制备出高效的绿光荧光材料至关重要。不仅有助于提升画面整体的亮度,而且绿光作为三基色,对提高色彩品质具有重要意义。此外,尤其对于激光显示投影机来说,荧光轮作为其核心光转换器件,其高温发光稳定尤其重要,高热淬灭性能是荧光陶瓷的一大优势,有望取代荧光粉等传统材料。同时封装使用时需要环形荧光陶瓷,而实际制备得到的荧光陶瓷多为圆片状,在加工时很大一部分材料被切割掉,而无法利用。因此急需要开发先进的成型工艺和烧结途径,实现环型荧光陶瓷的一步成型、烧结制备,从而提高生产效率,降低荧光陶瓷制备成本。



技术实现要素:

根据本申请的一个方面,提供了一种荧光陶瓷,该材料可被发蓝光的激光器和led激发,能够蓝光转化成绿光,可用作高亮度、高显色、高功率大屏显示设备的荧光转换材料。可以满足在高温下连续稳定的使用,可大幅度提高显示设备的使用寿命。

一种荧光陶瓷,所述荧光陶瓷选自具有式ⅰ所示化学式中的物质中的至少一种;

y3-x-yluxceyal4gao12式ⅰ

其中,x的取值范围为0.01≤x<3;

y的取值范围为0.0005≤y≤0.1。

具体地,本申请提供的是一种绿光出射的荧光陶瓷材料。

优选地,x的取值范围为0.3≤x≤1.5;y的取值范围为0.005≤y≤0.09。

可选地,所述荧光陶瓷为具有石榴石结构的多晶发光材料,属于立方晶系,ia3d空间群。

具体地,所述荧光陶瓷材料的为一种石榴石结构,属于立方晶系,空间群为ia3d。

可选地,所述荧光陶瓷的微观结构完全致密化,形成单一相,且晶粒内部及晶粒之间的气孔数量为0。

具体来说,本申请中的荧光陶瓷的微观结构能够形成完全致密化,晶粒内部和其间无气孔及第二种物相。

可选地,所述荧光陶瓷的晶粒尺寸为0.5~15μm。

可选地,所述荧光陶瓷的发射光谱范围为510~580nm。

具体地,所述荧光陶瓷材料的激发波长在330-490nm,作为优选,激发波长在430-470nm可被蓝光有效激发,在蓝光激发下发射波长范围为510-580nm。

优选地,所述荧光陶瓷的发射光谱范围为510~530nm。

可选地,所述荧光陶瓷为环形荧光陶瓷。

具体地,可通过调节基质组分(lu与ga)及发光离子的浓度(主要为ce)调整所述荧光陶瓷材料的光谱,达到高效率515-530nm绿光发射可选地,所述荧光陶瓷的厚度为1~15mm。

可选地,所述荧光陶瓷在550k时的发射光谱的强度为室温时的发射光谱的强度的90%以上。

可选地,所述荧光陶瓷在550k时的发射光谱的强度为293k时的发射光谱的强度的90%以上。

根据本申请的另一方面,还提供了一种上述任一项所述的荧光陶瓷的制备方法,至少包括步骤:

a)将含有y源、lu源、ce源、al源和ga源的混合物煅烧,得到煅烧物料;

b)将所述煅烧物料放入模具中烧结,即可得到所述荧光陶瓷。

具体地,在步骤a)中,首先,根据y3-x-yluxceyal4gao12的化学式,计算分别称量y源、lu源、ce源、al源、ga源,然后将所有物料进行混合或者溶解,干燥后得到粉体;然后,将所述粉体煅烧,去除粉体中的有机物及残留介质或者溶剂,并对煅烧好的粉体进行研磨过筛处理,得到煅烧物料;

在步骤b)中,将煅烧物料装入模具后进行烧结制备过程,经过高温高压、保温保压后得到致密的荧光陶瓷。

在a)中,物料混合的方法不限,包括球磨湿法混合,化学共沉淀混合,溶胶凝胶法混合和干法研磨混合等;粉体干燥方法方法不限,包括微波干燥、喷雾干燥法和烘箱加热干燥等。

可选地,在步骤a)中,所述y源选自y的氧化物、含y的盐类化合物中的任一种;

所述lu源选自lu的氧化物、含lu的盐类化合物中的任一种;

所述ce源选自ce的氧化物、含ce的盐类化合物中的任一种;

所述al源选自al的氧化物、含al的盐类化合物中的任一种;

所述ga源选自ga的氧化物、含ga的盐类化合物中的任一种。

具体地,y源选自y2o3、y(no3)2、yf3中的任一种。

lu源选自lu2o3、lu(no3)2、luf3·2h2o中的任一种。

ce源选自ceo2、ce(oh)co3、cecl3中的任一种。

al源选自al2o3、al(oh)3、alcl3中的任一种。

ga源选自ga2o3、ga2(so4)3、gacl3中的任一种。

可选地,在步骤a)中,所述混合物的平均粒径小于0.5μm。

可选地,在步骤a)中,所述混合物的平均粒径为20~500nm。

可选地,在步骤a)中,所述煅烧的条件为:煅烧温度800~1100℃;煅烧时间2~6h。

可选地,在步骤b)中,所述烧结包括第一烧结阶段和第二烧结阶段:

第一烧结阶段的条件:温度900~1400℃;时间0.5~4h;

第二烧结阶段的条件:温度1480~1900℃;时间15min~50h;压力:50~200mpa。

优选地,第一烧结阶段的条件:温度900~1000℃;时间2~3h;

第二烧结阶段的条件:温度1480~1700℃;时间15min~6h;压力:50~200mpa。

具体地,本申请中的高温高压烧结方式不限,包括真空烧结、h2混合气或其他还原气氛烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结以及热压烧结等。作为优选,采用热压烧结,烧结过程分为两段:先升温到1000℃-1400℃,保温0.5h-4h,然后升温至1600℃-1900℃,保温2h-50h,同时伴随压强逐渐升高到1*10-3pa-300mpa之间,进行保压。

可选地,所述模具由上至下依次包括上压头、模腔和下压头;所述模腔沿竖直方向连通,所述模腔可拆卸地固定在所述下压头上;所述模腔的腔体内设有与所述模腔同轴的中芯;所述中芯可拆卸地固定在所述下压头上;所述上压头的下表面沿竖直方向开设有盲孔,所述上压头的一部分插设在所述腔体内且所述中芯的上部插设在所述盲孔中;所述下压头、中芯、模腔与上压头围合成封闭的环状的物料腔。

具体地,模具包括上压头、模腔、中芯和下压头,该模具结构可以实现中空结构陶瓷素坯一步烧结成型(即烧结和成型为同一过程),上压头是下部有开孔的中空结构,与模腔、中芯和下压头配合使用,可以围成封闭的中空复杂结构,通过对上下模头施加压力可以得到环型陶瓷片。

该模具可以在1000-1900℃下使用;所述模具可以在空气,氧气以及还原气氛环境中使用。

可选地,所述模具还包括环状的模垫,所述模垫套设在所述中芯上,所述模垫的内环壁与所述中芯的侧壁抵顶,所述模垫的外环壁与所述模腔的内壁抵顶。

本申请中提供的模垫可以保证素坯和烧结体比较容易的脱模。

下面介绍该模具的填料方法,首先将中芯固定在下压头的上表面,然后在中芯外同轴放置模腔并且使模腔的下端也固定在下压头的上表面,此时中芯、模腔与下压头之间形成上端外界连通的环状的凹槽,将煅烧物料加入凹槽中,在物料上放置模垫,之后将上压头盖压到模垫上并且使中芯的上部插入上压头的盲孔中,此时中芯、模腔、下压头与上压头之间围合形成密闭的环状物料腔,物料腔中放置有煅烧物料。之后将封装好的模具与煅烧物料放入烧结炉中直接进行高压高温烧结,即可得到致密的烧结体。

可选地,所述模具的材质选自模具钢、不锈钢、石墨、氧化锆、氧化铝、玛瑙中的至少一种。

可选地,模具的上下压头和模腔除圆柱或圆环外也可为立方体、长方体、多边体以及椭圆形,本申请对上下压头和模腔的形状不做严格限定,只要能后实现物料腔为环状即可;所述模具的模腔可依据模具实际大小为一体式或者多瓣组合式。

可选地,在步骤b)之前还包括:

c)将煅烧物料成型;

所述成型工艺选自干压成型、冷等静压成型中的至少一种;

所述干压成型包括将所述煅烧物料放入所述模具中干压成型。

具体地,通过对上下压头施加压力可以得到环型陶瓷素坯。干压过程中的模具与烧结过程中的模具结构相同,只是二者的尺寸有差异,本申请对具体的尺寸差异不做严格限定,只要能将通过成型模具后的素坯放入烧结模具中即可。

该环型透明陶瓷成型模具的使用方法:所述模具可以为单轴施加压力成型;也可为双轴施加压力成型,下压头结构与上压头结构相同,且此时的模腔无开槽,模腔的内径尺寸上下一致。

可选地,在模具中成型的压力为4~6mpa,成型时间为2~5min。

可选地,在步骤b)中,烧结后,还包括:

d)退火处理;

退火条件为:温度:900~1500℃;时间2~50h。

具体地,本申请中的退火方法不限,包括在空气中、还原气氛中、氧气气氛中进行。

优选地,退火温度为1100~1400℃,优选保温时间2~20h,之后冷却到室温,得到荧光陶瓷。

可选地,步骤d)中退火之后进行研磨、抛光处理。

作为其中一种具体的实施方式,所述荧光陶瓷的制备方法包括:

(1)根据y3-x-yluxceyal4gao12的化学式,计算分别称量y的氧化物或者相应的盐、lu的氧化物或者相应的盐、ce的氧化物或者相应的盐、al的氧化物或者相应的盐、ga的氧化物或者相应的盐,然后将所有的氧化物或者盐进行球磨混合或者溶解,干燥后得到粒径分布约100μm的粉体;

(2)将所述粉体煅烧,去除粉体中的有机物及残留介质或者溶剂,并对煅烧好的粉体进行研磨过筛处理;

(3)将煅烧好的粉体装入模具后进行成型、烧结制备过程,经过高温高压,保温保压后得到致密的荧光陶瓷;

(4)将高温烧结后的样品进行退火后处理,得到完全致密的纯相荧光陶瓷;

(5)将所述荧光陶瓷进行研磨、抛光处理。

本申请能产生的有益效果包括:

1)本申请所提供的荧光陶瓷,该材料可被发蓝光的激光器和led激发,能够蓝光转化成绿光,可用作高亮度、高显色、高功率大屏显示设备的荧光转换材料,相比较荧光粉其具有99.99%的高致密微结构、9-14w·m-1k-1热导率和优异的机械强度,荧光陶瓷能够替代目前荧光粉和有机硅胶或环氧树脂混合制备的荧光材料。该材料能有效地解决传统封装方式引起的热累积,短寿命,低光效和色坐标漂移等问题,可以满足在373k的温度下连续稳定的使用(550k时发射光谱的强度保持率较高,所以373k时可以连续稳定的使用),大幅度提高显示设备的使用寿命。

2)本申请所制备的荧光陶瓷材料用于激光显示,与传统的荧光粉相比,该荧光陶瓷材料为全无机、致密化的晶态固溶体,具有优异的发光热稳定性和机械力学性能,解决了高温时绿光强度降低造成的显色指数低的问题,从而得到亮度更高、色彩品质更稳定的光源。

3)本申请所提供的制备方法,可直接制备出环状的荧光陶瓷片,大大缩短制备周期,提高了生产效率,降低了制备成本及加工成本。

4)本申请所提供的模具,即可以在成型过程中使用,也可以在烧结过程中使用,极大得方便了荧光陶瓷环形结构的制备过程。

附图说明

图1为本申请一种实施方式中模具的爆炸图;

图2为本申请一种实施方式中上压头的主视图和剖视图;

图3为本申请一种实施方式中模腔的主视图和剖视图;

图4为本申请一种实施方式中下压头的主视图和剖视图;

图5为样品6#的xdr图;

图6为样品3#的sem图,其中,6(a)为表面形貌sem图,6(b)为断面形貌sem图;

图7为样品1#的激发发射光谱;

图8为样品5#的激发发射光谱;

图9(a)为样品1#的热淬灭光谱,图9(b)为样品1#的发光强度-温度变化曲线;

图10为样品4#的450nm激光激发时的发射光谱图。

部件和附图标记列表:

100上压头;200模腔;201大径腔;

202小径腔;300下压头;301环状凸台;

400中芯;500模垫。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明,本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面介绍具体的实施方式:

一种化学式为y3-x-yluxceyal4gao12荧光陶瓷,形成一种石榴石相的多晶发光材料,0.01≤x<3,0.0005≤y≤0.1;作为优选,0.3≤x≤1.5,0.005≤y≤0.09;其发射光谱能够在510~530nm范围内实现高效率绿光出射。

进一步地,其微观结构能够形成完全致密化,晶粒内部和其间无气孔及第二种物相。

进一步地,所述多晶结构其晶粒大小在10μm左右,尺寸均匀。

进一步地,所述发射光谱强度在550k时保持在室温的90%以上。

一种y3-x-yluxceyal4gao12荧光陶瓷片的制备方法,按y3-x-yluxceyal4gao12化学式组成计算、称量相应的原料,经过混合后制得均匀的粉体浆料;将所述粉体浆料分别进行干燥、过筛等处理,然后在一定温度下煅烧粉体,通过一步成型、烧结方法制得荧光陶瓷;后经过退火处理得到y3-x-yluxceyal4gao12荧光陶瓷片。

进一步地,所述混合为球磨法、溶胶凝胶法或共沉淀法等。

进一步地,所述一定温度下煅烧分别为900℃、1000℃或者1200℃。

进一步地,所述一步成型、烧结主要采用预成型结合冷等静压成型或烧结过程中直接成型。

进一步地,所述一步成型、烧结主要采用真空热压烧结、sps、热等静压等方式烧结。

进一步地,所述烧结气氛条件包括真空、h2\n2、ar气氛等。

进一步地,所述退火处理为在空气、还原气氛、氧气气氛中进行。

进一步地,所述退火的温度是在空气中不超过1100-1500℃,保温时间不超过50小时,以消除残留的内应力。

本申请中,xrd测试采用德国bruker-d8advance仪器;

sem测试采用hitachis4800仪器;

激发发射光谱测试采用horibafl3-111仪器;

热淬灭测试采用horibafl3-111仪器。

本申请使用的原料的纯度为99.99%。

实施例1:

荧光陶瓷片y2.488lu0.5ce0.012al4gao12的制备方法如下:

(1)按化学计量比称取y2o3:16.5239g,lu2o3:5.8519g,ceo2:0.1215g,al2o3:11.9954g,ga2o3:5.5130g。用研磨罐加氧化铝球,以无水乙醇为研磨介质进行研磨与混合,球磨转速为350rap/min,球磨时间为10h,得到粉体平均粒径介于300nm左右;

(2)将所得浆料干燥并过筛,将过筛后的粉体在空气中850℃保温2h进行煅烧,去除粉体中的有机物;将所得粉体过筛后待烧结使用;

(3)所得粉体直接装入图1所示模具中,然后在真空热压炉中进行烧结,该模具结构如图1~4所示;升温速率10℃/min,在900℃保温3h,再以5℃/min速率升温,在1680℃保温6h,同时保持压力150mpa,完成固相反应,排除气孔达到致密化;

(4)将真空烧结后样品在空气中,1400℃保温6h退火,得到的荧光陶瓷进行抛光处理,得到y2.488lu0.5ce0.012al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为1mm,记作样品1#。

实施例2:

荧光陶瓷片y0.488lu2.5ce0.012al4gao12的制备方法如下:

(1)按化学计量比称取y2o3:2.5864g,lu2o3:23.3494g,ceo2:0.0970g,al2o3:9.5724g,ga2o3:4.3994g。用研磨罐加氧化铝球,以无水乙醇为研磨介质进行研磨与混合,球磨转速为300rap/min,球磨时间为12h,直至粉体平均粒径小于1μm;

(2)将所得浆料干燥并过筛,将过筛后的粉体在空气中1000℃保温2h进行煅烧,去除粉体中的有机物;将所得粉体过筛后待烧结;

(3)所得粉体直接装入图1所示模具中,然后在放电等离子烧结(sps)炉中进行烧结,该模具结构如图1~4所示;升温速率5℃/min,在1000℃保温2h,再以2℃/min速率升温,升温到1700℃保温4h,保持80mpa,完成固相反应,排除部分气孔达到相对致密;

(4)将(3)中得到的陶瓷在热等静压中进行热处理,1500℃,200mpa,保温2h,得到完全致密化荧光陶瓷进行空气中退火,得到y0.488lu2.5ce0.012al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为2mm,记作样品2#。

实施例3:

荧光陶瓷片y1.95luce0.05al4gao12的制备方法如下:

(1)按化学计量比称取y2o3:12.1473g,lu2o3:10.9777g,ceo2:0.4748g,al2o3:11.2512g,ga2o3:5.1710g。用研磨罐加氧化铝球,以无水乙醇为研磨介质进行研磨与混合,球磨转速为350rap/min,球磨时间为10h,直至粉体平均粒径小于1μm;

(2)将所得浆料干燥并过筛,将过筛后的粉体在空气中1000℃保温2h进行煅烧,去除粉体中的有机物;

(3)将所得粉体过筛后利用如图1中设计模具进行预成型,利用单轴施加4mpa压力后保持2min,泄压塑封后,将其在冷等静压设备中再次压制得到素坯,压力200mpa,保压时间5min;

(4)将所得陶瓷素坯在真空热压炉中进行烧结,将素坯装入图1所示模具中,该模具结构如图1~4所示,与本实施例中步骤(2)所述的尺寸略有不同;升温速率10℃/min,在900℃保温3h,再以2℃/min速率升温,在1680℃保温4h,同时保持压力200mpa,完成固相反应,排除气孔达到致密化;

(5)将烧结后样品在空气中,1100℃保温6h退火,得到的荧光陶瓷进行抛光处理,得到y1.95luce0.05al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为3mm,记作样品3#。

实施例4:

荧光陶瓷片y2.485lu0.5ce0.015al4gao12的制备方法如下:

(1)按化学计量比称取y2o3:16.5002g,lu2o3:5.8506g,ceo2:0.1518g,al2o3:11.9926g,ga2o3:5.5118g。用研磨罐加氧化铝球,以无水乙醇为研磨介质进行研磨与混合,球磨转速为400rap/min,球磨时间为8h,直至粉体平均粒径小于1μm;

(2)将所得浆料干燥并过筛,将过筛后的粉体在空气中1000℃保温2h进行煅烧,去除粉体中的有机物;

(3)将所得粉体过筛后利用如图1中设计模具进行预成型,利用单轴施加4mpa压力后保持2min,泄压塑封后,将其在冷等静压设备中再次压制得到素坯,压力200mpa,保压时间30s;

(4)将所得陶瓷素坯在sps中进行烧结,将冷等后素坯装入图1所示模具中,该模具结构如图1~4所示,与本实施例中的步骤(3)所述模具的尺寸略有不同;升温速率5℃/min,在900℃保温3h,再以3℃/min速率升温,在1680℃保温15min,同时保持压力200mpa,完成固相反应,得到较致密的荧光陶瓷;

(5)将(3)中得到的陶瓷在热等静压中进行热处理,1500℃,200mpa,保温2h,得到完全致密化荧光陶瓷进行空气中退火,得到y0.488lu2.5ce0.012al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为2mm,记作样品4#。

实施例5:

荧光陶瓷片y1.488lu1.5ce0.012al4gao12的制备方法如下:

(1)按化学计量比称取y2o3:8.7722g,lu2o3:15.5835g,ceo2:0.1078g,al2o3:10.6478g,ga2o3:4.8937g;用研磨罐加氧化铝球,以无水乙醇为研磨介质进行研磨与混合,球磨转速为350rap/min,球磨时间为10h,直至粉体平均粒径小于1μm;

(2)将所得浆料干燥并过筛,将过筛后的粉体在空气中900℃保温4h进行煅烧,去除粉体中的有机物;

(3)将所得粉体过筛后利用如图1中设计模具进行预成型,等轴单向施加3mpa压力保持1min,干压成型,将其在冷等静压设备中压制成素坯,压力250mpa,保压时间1min;

(3)所得素坯直接装入图1所示模具中,然后在放电等离子烧结(sps)炉中进行烧结,该模具结构如图1-4所示;升温速率20℃/min,在1000℃保温2,升温速率5℃/min,在1480℃保温20min,同时保持压力200mpa,完成固相反应,排除气孔达到致密化;

(4)将sps后样品在空气中,1300℃保温20h退火,得到的荧光陶瓷进行抛光处理,得到y1.488lu1.5ce0.012al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为1mm,记作样品5#。

实施例6

将99.99mol%y2o3、99.99mol%lu2o3和0.1mol%ce(oh)co3溶解于浓硝酸,配制成0.4mol/l的硝酸钇-镥-铈溶液,将ga(no3)3和al(no3)3·9h2o按照摩尔比1:1比例溶解于去离子水中,配制为0.4mol/l的硝酸铝-镓溶液,将nh4hco3溶于去离子水,配制为2mol/l的沉淀剂溶液。将硝酸铝-镓溶液和硝酸钇-镥-铈溶液按照(al3++ga3+):(y3++lu3++ce3+)离子比为5:3配制成混合溶液,充分搅拌混合均匀。按照每100ml碳酸氢铵溶液添加2克(nh4)2so4的比例,向碳酸氢铵溶液中加入适当的(nh4)2so4。采用正滴法制备y0.988lu2ce0.012al4gao12前躯体沉淀物,即将碳酸氢铵溶液按照10ml/min的速率滴入到剧烈搅拌的钇铝镓混合溶液中,每隔15min提取2ml反应溶液,同时用ph计测试取样的ph值至ph=8为止。最终得到的大量沉淀产物经过8小时的陈化后,去离子水淋洗3遍放入80℃的烘箱干燥12小时。完全干燥的前躯体用200目尼龙筛过筛,以950℃煅烧2h得到陶瓷粉体(即煅烧物料)。

(2)将所得粉体过筛后利用如图1中设计模具进行预成型,等轴单向施加3mpa压力保持1min,干压成型,然后将素坯直接装入图1所示模具中,然后在放电等离子烧结(sps)炉中进行烧结,sps烧结的模具结构如图1-4所示;升温速率15℃/min,在1200℃保温2h,升温速率5℃/min,在1550℃保温20min,同时保持压力60mpa,完成固相反应,排除气孔达到致密化;

(3)将sps后样品在空气中,1300℃保温10h退火,得到的荧光陶瓷进行抛光处理,得到y0.988lu2ce0.012al4gao12荧光陶瓷片,其厚度为1mm,记作样品6#。

实施例7荧光陶瓷片结构与形貌测试

分别对样品1#~5#进行xdr测试,测试结果表明,样品1~5#均为单一相,与y3al5o12和lu3al5o12标准卡比对,样品的衍射峰位与标准卡一一对应,未出现第二相杂峰,表明所得样品为石榴石结构纯相。

以样品6#为典型代表,如图5所示,由图5可以看出,样品6#为单一的石榴石相,从图中可以看出部分衍射峰向小角度方向偏移,主要是由于部分ga取代al的格位后使晶胞增大,而引起的峰位向低角度偏移。

分别对样品1#~5#进行表面形貌和断面形貌测试,测试结果表明,样品1~5#形成完全致密化的多晶结构,且晶粒内部及晶粒之间的气孔数量为0,同时晶粒尺寸较为均匀,晶粒尺寸为2~15μm。

以样品3#为典型代表,如图6所示,6(a)为表面形貌sem图,6(b)为断面形貌sem图,由图6可以看出,样品3#形成完全致密化的多晶结构,同时得到尺寸较均匀的晶粒,晶粒尺寸在8μm左右。

实施例8荧光陶瓷片性能测试

激发-发射光谱测试

分别对样品1#~5#进行激发-发射光谱测试,测试结果表明,样品1#~5#的激发波长为330~470nm,发射波长为510~530nm。

以样品1#和样品5#为典型代表。图7为样品1#的激发发射光谱,由图7可以看出1#样品材料发射峰值位于520nm左右;图8为样品5#的激发发射光谱,由图8显示该陶瓷材料可以实现450nm蓝光和330nm紫外光高效激发,发射峰位于510-530nm的绿光区域。

热淬灭测试和发光强度-温度测试

分别对样品1#~5#进行热淬灭测试和发光强度-温度测试,测试结果表明,样品1#~5#在550k时的发射光谱的强度均为293k时的发射光谱的强度的90%以上。

以样品1#为典型代表,热淬灭光谱如图9(a)所示,发光强度-温度变化曲线如图9(b)所示,从图9可以看出,该材料具有较高的热淬灭温度,在550k时仍能保持91%的荧光强度(与室温相比)。

发射光谱测试

分别对样品1#~5#进行发射光谱测试,测试结果表明,在440~460nm激光的激发下,样品1#~5#均能实现510-530nm绿光的有效激发。

以样品4#为典型代表,图10为450nm激光激发时的发射光谱图,由图10可以看出,在450nm蓝光激发下,其发光峰位在520nm附近,出现了较强的发光峰强,光谱半高宽为82nm,提供了较大的色域范围,为提升激光显示性能提供了丰富的使用空间。

致密度测试

分别对样品1#~5#进行致密度测试,测试仪器使用梅特勒-托利多精密天平及密度配件采用阿基米德排水法进行测试,测试结果表明,样品的致密度为99.9

热导率测试

分别对样品1#~5#进行热导率测试,测试仪器为德国耐驰激光热导仪(lfa467),测试结果表明,1#~5#样品的热导率均能够达到9~14w·m-1k-1

力学性能测试

分别对样品1#~5#进行力学性能测试,测试仪器为动态弹性模量测试仪和美国mts的纳米压痕测试仪,测试结果表明,1#~5#样品的杨氏模量270~295gpa,硬度为21.1~24.3gpa。

实施例9

图1为本实施例提供的模具的爆炸图,图2为本实施例提供的上压头的主视图和剖视图,图3为本实施例提供的模腔的主视图和剖视图,图4为本实施例提供的下压头的主视图和剖视图。下面结合图1~4对本实施例进行具体说明。

模具由上至下依次包括上压头100、模腔200、下压头300,下压头300的上表面设有沿竖直方向向外延伸的环状凸台301。模腔200的空腔形成阶梯状,如图3所示,该空腔包括直径较大的大径腔201和直径较小的小径腔202。

大径腔201与环状凸台301相配适,即大径腔201的直径与环状凸台301的外径相等且大径腔201的高度与环状凸台301的高度也相等,以使模腔200可以固定在下压头300上。环状凸台301的内径与中芯400的直径相等以使中芯固定在下压头300上。该环状凸台301可以达到形成封闭物料腔的效果。

设在模腔200内的中芯400与模腔200同轴,且中芯400的直径小于模腔200的内径。模垫500为片状结构,环状的模垫500套设在中芯400上,且模垫500的内环壁与中芯400的侧壁接触,模垫500的外环壁与模腔200的内壁接触,同样也达到了封闭的效果。

上压头100插入模腔200内并且与模垫500的上表面和模腔200的内壁均接触,中芯400的上部插入上压头100的盲孔中,且中芯400的侧壁也与盲孔的侧壁接触,这样实现了封闭的物料腔。

在使用时,先将中芯400安装在下压头300上,然后安装模腔200,将物料放入,环状的模垫500套在中芯400上,最后将上压头100盖在模腔200上。

本实施例提供的模具能够制备出致密化的环状荧光陶瓷片,提高了荧光陶瓷片的性能、简化了制备过程并且扩大了使用范围。

本申请中,烧结过程中的模具的结构与成型过程中的模具的结构相同,均可以本实施例提供的模具。

以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。

再多了解一些
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