一种一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术的制作方法

本发明涉及一种一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，该技术能够实现原料一步成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷，属于光电功能材料技术领域。

背景技术：

在能源日益紧张，环境问题突出的背景之下，世界各国都在加强节能高效的绿色能源技术的开发，由于固态照明光源具有节能环保、潜在光效高、寿命长、体积小等优点，是最具发展潜力的绿色光源，大力发展固态照明产业已成为世界各国的共识。众所周知大功率led存在的与散热无关的“效率骤降”现象，即随着驱动功率密度的增加，出光效率会快速衰减，且迄今为止还没有找到合理的解决方法。与led诞生在同一时代的激光二极管(laserdiode，ld)不仅具有很多led的优点，如响应速度快，耗能低、寿命长、环保等，更为突出的是在照明需求范围内无“效率骤降”现象，在高电流密度下工作仍有高的转换效率，这就保证了照明光源的高效性，并且在大功率照明领域更具应用潜力。ld不存在光衰现象，相比于led拥有明显的优势，有可能在未来取代led成为新固态光源。虽然激光照明拥有很多优点，但是相关技术尚未成熟，当前ab胶包裹荧光粉很难满足大功率的激光照明要求。

发光陶瓷不仅具有传统陶瓷的优良性能，而且还有较好的光学性能，从而得到广泛的研究。石榴石结构具有各向同性的立方晶体结构，同时具有优异的机械、热学和力学性能，是一种理想的发光陶瓷材料基体。2000年，zych等通过采用热压法在1700℃、3.4×10⁷pa压力下热压10h成功制备第一个ce³⁺离子掺杂的yag荧光陶瓷。2005年，yanagida等报道了真空烧结制备了掺杂ce³⁺摩尔分数分别为0.005％、0.05％和0.5％的yag透明陶瓷。2009年s.nishiura等采用氢氧化物共沉淀法合成了yag:ce³⁺粉体，将粉体球磨并注浆成型，然后在o2气氛下800℃保温100h以除去有机杂质。最后将样品在真空中1780℃锻烧20h得到了在800nm透过率达70-87％的yag:ce³⁺透明陶瓷。2016年，宋立业等采用固相反应法结合真空烧结技术制备了不同ce³⁺掺杂浓度的yag:ce³⁺透明陶瓷，结果表明，所制备的透明陶瓷样品光学质量优异，是一种能够替代yag:ce³⁺荧光粉体的新型荧光材料。目前未见一次成型烧结制备石榴石基发光陶瓷的相关技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于开发了一种一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，实现从原料到铝基石榴石型发光陶瓷的一步成型烧结制备。本技术以al2o3、y2o3、ceo2粉体为原料，加入烧结助剂，球磨混合均匀后放入模具中，通过调节真空热压炉的烧结温度、保温时间以及加压大小等，促进陶瓷晶粒的产生和晶界的形成，实现陶瓷致密化，同时还可以调控陶瓷的透过率。通过设置退火温度和退火次数，减少氧空位、还原ce⁴⁺离子，提高ld器件的发光强度。

本发明之一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷其通式为y2.94al5o12:0.06ce³⁺，采用烧结助剂辅助生成，烧结助剂种类有mgo、sio2、b2o3、teos等，烧结助剂的含量为：0.5wt％～4.0wt％，反应温度为：1625～1750℃，反应时间为：3～6h，退火温度为1250～1550℃，退货时间为：：3～10h。

附图说明

图1是不同烧结温度样品xrd图。

图2是烧结温度为1725℃时陶瓷sem图。

图3是不同退火温度样品的xrd图。

图4是不同退火次数制得的样品的发光图谱。

图5是不同烧结温度制得样品的cie图谱。

具体实施方式

本发明中样品的具体工艺过程详细叙述如下：

1、首先根据y2.94al5o12:0.06ce³⁺化学式，采用精密电子天平按照比例分别称取y2o3、al2o3、ceo2粉体，加入mgo、sio2、b2o3、teos粉体作为烧结助剂；

2、将粉体球磨，充分混合后加入石墨模具中压实放入真空热压炉中；

3、调节控制热压炉烧结温度和时间，从室温梯度升温到1625～1750℃，保温3～5h；最后，设置梯度降温。

4、将取出的样品进行退火，退火次数为1～2次，一次空气中退火，温度为1250～1550℃，保温10h，二次退火为双坩埚碳还原气氛，升温至1250℃，保温4h。

实例一：

1、根据y2.94al5o12:0.06ce³⁺化学式，采用精密电子天平按照比例分别称取y2o3、al2o3、ceo2粉体，加入mgo粉体作为烧结助剂；

2、将粉体球磨30min，充分混合后加入石墨模具中压实放入真空热压炉中；

3、调节控制热压炉烧结温度和时间，从室温梯度升温到1625～1750℃，保温3h，最后，设置梯度降温，以5℃/min降温至1200℃后随炉冷却。

4、将取出的样品进行退火，退火次数为1次，空气中退火，温度为1250～1550℃，保温10h，随炉冷却，得到样品。

在不同烧结温度下所制得的样品xrd衍射图谱如图1所示，均合成石榴石型发光陶瓷。

图2为烧结温度为1725℃时陶瓷的微观形貌sem图。陶瓷粒度均匀，晶界清晰，致密度良好。

在烧结温度为1725℃，退火温度不同的情况下所制得的样品xrd如图3所示，样品均为石榴石型发光陶瓷，且物相的衍射峰尖锐，强度高，结晶度好。

实例二：

1、根据y2.94al5o12:0.06ce³⁺化学式，采用精密电子天平按照比例分别称取y2o3、al2o3、ceo4粉体，加入mgo粉体作为烧结助剂；

2、将粉体球磨30min，充分混合后加入石墨模具中压实放入真空热压炉中；

3、调节控制热压炉烧结温度和时间，从室温梯度升温到1625～1750℃，保温3h，最后，设置梯度降温，以5℃/min降温至1200℃后随炉冷却。

4、将取出的样品进行退火，退火次数为2次，一次空气中退火，温度为1450℃，保温10h，二次退火为双坩埚碳还原气氛，升温至1250℃，保温4h。空气中退火，随炉冷却，得到样品。

图4所示为烧结温度为1725℃、退火次数不同时的陶瓷光谱图，从图中可知二次退火后样品的发光强度大于一次退火后样品的发光强度。

图5为不同烧结温度退火后制得样品的cie坐标图。图中显示样品均发黄光。

技术特征：

1.一种一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，其特征在于：包含以下步骤是：

a、按照比例分别称取y2o3、al2o3、ceo2粉体，加入烧结助剂；

b、将粉体球磨，充分混合后加入石墨模具中压实放入真空热压炉中；

c、调节控制热压炉烧结温度和时间，设置梯度升温、降温；

d、两次退火，空气中一次退火，还原气氛下二次退火得到致密性良好的石榴石型黄色发光陶瓷。

2.根据权利要求1，一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，其特征在于：所述a中烧结助剂为mgo、sio2、b2o3、teos粉体。

3.根据权利要求1，一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，其特征在于：所述b中真空热压炉的极限真空度≤8×10^-4pa。

4.根据权利要求1，一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，其特征在于：所述c中烧结条件以10℃/min升温至1000℃，以6℃/min升温至1625～1750℃，保温3～5h，以5℃/min降温至1200℃后随炉冷却。

5.根据权利要求1，一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，其特征在于：所述d中一次退火条件为1250～1550℃，保温10h，二次退火为双坩埚碳还原气氛，升温至1250℃，保温4h。

技术总结
本发明公开了一种一次成型烧结铝基石榴石型发光陶瓷的制备技术，具体步骤是：按照比例分别称取Y2O3、Al2O3、CeO2粉体，加入MgO作为烧结助剂；将粉体球磨，充分混合后加入石墨模具中压实放入真空热压炉中；调节控制热压炉的加压压力、烧结温度和时间，设置梯度降温；两次退火，空气中一次退火，碳还原二次退火得到致密性良好的铝基石榴石型黄色发光陶瓷。

技术研发人员：刘全生;李欣;张希艳;柏朝晖;孙海鹰;王能利;王晓春;米晓云;卢利平
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2020.10.16
技术公布日：2021.01.12