一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷及其制备方法

本发明属于发光材料，具体涉及一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、荧光材料转换的白光led具有节能，环保，使用寿命长等众多优点，被认为是第四代白光光源而应用于照明和显示领域。但随着输入电流密度的增大，led芯片面临着与热无关的“效率骤降”问题，不利于其在高亮度、大功率白光照明和显示中的应用。

2、大功率wleds和激光照明技术具备高效率、高亮度、寿命长、能耗低、环保等优点，是目前固态照明显示领域的研究热点。商业化的wleds由蓝光led芯片和yag:ce的黄色荧光粉组合得到，其制备技术成熟且成本较低廉，但荧光粉需要用树脂封装，而树脂易老化，热导率低，严重影响长久使用性能，因此具有较高热导率且无需封装的陶瓷荧光体应运而生，目前主流的y/luag：ce黄/绿色荧光陶瓷已取得了一些成果。但是，由蓝光和黄光混合得到的白光因光谱中缺乏红光成分，仍然存在着色温偏高，显色指数偏低的问题。通过加入红色荧光体是解决该问题的有效方法之一，因此我们亟需制备高效可靠的红色荧光陶瓷。

3、基于eu2+掺杂的氮化物/氧氮化物荧光粉是红色荧光粉的代表，但是其生产成本高，且发射光谱较窄，这在很大程度上限制了其广泛应用；且由于氮的低扩散系数，氮化物不易制成荧光陶瓷。厦门大学研究者们对caalsin3:eu2+氮化物红色荧光粉进行sps烧结得到陶瓷，引入si3n4和sio2作为烧结助剂使陶瓷致密化。但是发光性能都发生了一定程度的下降(文献：caalsin3:eu2+translucent ceramic:a promising robust and efficientred color converter for solid state laser displays and lighting；doi.org/10.1039/c6tc02518h)。氧化物体系红光荧光粉稳定性好，发光效率可被优化，发光效率改善的调节机理简单明了，制备工艺简单等优点，适合用于制作荧光陶瓷材料。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷，以解决现有技术中氮化物红色荧光陶瓷的需要高温高压等条件；

2、本发明的目的之二是提供上述用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，方法简单，经济成本较低，适合普遍推广使用。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

4、一方面，本发明提供一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷，所述红色荧光陶瓷的化学组成为：

5、(sr1-xeux)3(al1-yscy)2si3o12

6、其中，x为eu2+掺杂sr3+位的摩尔百分数，y为sc3+掺杂al3+位的摩尔百分数，0.002≤x≤0.03，0.1≤y≤0.5。

7、本发明通过对铕离子掺杂提供的红色荧光材料在蓝光激发下发射红光，发射波长范围在550～750nm之间。

8、另一方面，本发明还提供上述用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

9、(1)按照化学式(sr1-xeux)3(al1-yscy)2si3o12中各元素的化学计量比分别称取二氧化硅、氧化铝、碳酸锶、氧化钪和氧化铕作为原料粉体，并加入烧结助剂硼酸和球磨介质进行混合球磨，获得混合料浆；其中，x为eu2+掺杂sr3+位的摩尔百分数，y为sc3+掺杂al3+位的摩尔百分数，0.002≤x≤0.03，0.1≤y≤0.5；

10、(2)将步骤(1)得到的混合料浆置于干燥箱中干燥，再将干燥后的混合粉体过筛；

11、(3)将步骤(2)过筛后的粉体放入磨具中干压成型，再进行冷等静压成型，得到相对密度为50％～55％的素坯；

12、(4)将步骤(3)所得素坯置于真空炉中烧结，烧结温度1200～1400℃，保温时间10～24h，烧结真空度不低于10-3pa，得到荧光陶瓷；

13、(5)将步骤(4)所得荧光陶瓷在还原性气氛中退火处理，退火温度1050～1200℃，保温时间8～24h，得到所述红色荧光陶瓷。

14、优选的，步骤(1)中所述硼酸的添加量为原料粉体总质量的1～3％；球磨转速为160～200r/min，球磨时间为15～20h。

15、优选的，步骤(2)中所述干燥时间为20～30h，干燥温度为80～90℃。

16、优选的，步骤(3)中所述冷等静压保压压力为150～300mpa，保压时间为200～400s。

17、优选的，步骤(4)中真空烧结阶段的升温速率为2～10℃/分钟，烧结完毕后降温速率为2～10℃/分钟。

18、优选的，步骤(5)中所述的还原性气氛为10～20％h2与80～90％n2的混合气体。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、1.本发明采用eu2+和sc3+分别取代sr2+和al3+，在这里，eu2+离子作为发光离子掺入sr3al2si3o12基质实现红光发射，sc3+的引入增强了晶体结构刚性，提升了材料的热稳定性。

21、2.本发明的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷在蓝光波段有较宽的强激发，发射光谱位于550nm～750nm。可与蓝光led/ld进行适配，能够在较大程度上满足产业需求。

22、3.本发明的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷制备方法简单、易于操作、相比于氮化物陶瓷，无需高压的实验条件。经济成本降低，适合普遍推广使用。

23、4.本发明的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷与现有技术中的绿光荧光陶瓷ce:yag、ce:luag等组合，在蓝光激发下可获得高质量的白光，能够满足通用照明领域对于不同类型光源的需求。

技术特征：

1.一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷，其特征在于，所述红色荧光陶瓷的化学组成为：

2.一种权利要求1所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述硼酸的添加量为原料粉体总质量的1～3％；球磨转速为160～200r/min，球磨时间为15～20h。

4.根据权利要求2所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述干燥时间为20～30h，干燥温度为80～90℃。

5.根据权利要求2所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述冷等静压保压压力为150～300mpa，保压时间为200～400s。

6.根据权利要求2所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中真空烧结阶段的升温速率为2～10℃/分钟，烧结完毕后降温速率为2～10℃/分钟。

7.根据权利要求2所述的用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的还原性气氛为10～20％h2与80～90％n2的混合气体。

技术总结
本发明公开了一种用于大功率照明石榴石基红色荧光陶瓷及其制备方法。红色荧光陶瓷的化学组成为：(Sr<subgt;1‑x</subgt;Eu<subgt;x</subgt;)<subgt;3</subgt;(Al<subgt;1‑y</subgt;Sc<subgt;y</subgt;)<subgt;2</subgt;Si<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;，其中，x为Eu<supgt;2+</supgt;掺杂Sr<supgt;3+</supgt;位的摩尔百分数，y为Sc<supgt;3+</supgt;掺杂Al<supgt;3+</supgt;位的摩尔百分数，0.002≤x≤0.03，0.1≤y≤0.5；以二氧化硅、氧化铝、碳酸锶和氧化铕作为原料粉体，通过固相烧结法制得。本发明提供的红色荧光材料在蓝光激发下发射红光，发射波长范围在550～750nm之间，与现有技术中的绿光荧光陶瓷Ce:YAG、Ce:LuAG等组合，在蓝光激发下可获得高质量的白光，能够满足通用照明领域对于不同类型光源的需求。

技术研发人员：张乐,林生辉,陈航,周春鸣,李延彬,周天元,桑鹏飞,魏聪,陈浩
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5