一种YAG荧光陶瓷及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种YAG荧光陶瓷及其制备方法和应用，所述YAG荧光陶瓷的发光中心离子包括Ce3+和发射红光/绿光的M，其分子式为(Y1‑xCex)3(Al1‑yMy)5O12，其中0.004≤x≤0.5，0＜y≤0.5。所述制备方法包括：混合均匀原料粉体，经成型制得素坯，高温固相合成反应烧结制得。所述稀土掺杂YAG透明陶瓷与商用蓝光LED芯片封装后可获得模拟太阳光的高品质发光；与两步法制备稀土掺杂YAG透明陶瓷相比，本发明专利技术反应烧结法避免了合成YAG:Ce3+,M荧光粉步骤，具有工艺简单、生产成本低的特点。

YAG fluorescent ceramic and preparation method and application thereof

The present application discloses a YAG fluorescent ceramics and its preparation method and application. The luminescent center ions of the YAG fluorescent ceramics include Ce 3+ and M emitting red/green light. The molecular formula of the YAG fluorescent ceramics is (Y1_xCex) 3 (Al 1_yMy) 5O 12, in which 0.004 < x < 0.5, 0 < y < 0.5. The preparation method comprises the following steps: mixing homogeneous raw material powder, forming green body, high temperature solid phase synthesis reaction sintering. The rare earth doped YAG transparent ceramics can be packaged with commercial blue LED chips to obtain high quality luminescence simulating sunlight. Compared with the rare earth doped YAG transparent ceramics prepared by two-step method, the reaction sintering method avoids the steps of synthesizing YAG:Ce3+, M phosphor, and has the characteristics of simple process and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种YAG荧光陶瓷及其制备方法和应用
本申请涉及一种YAG荧光陶瓷及其制备方法和应用，属于荧光材料及其制备方法领域。
技术介绍
白光LED被誉为新一代的绿色固态照明光源，具备节能、高效、环保、瞬时启动等优点，使用寿命长。目前使用广泛的白光LED技术是在GaN基蓝光芯片的基础上封装钇铝石榴石(YAG:Ce)荧光粉，在蓝光芯片的激发下，荧光粉发出的黄光与蓝光混合形成白光。但是，钇铝石榴石(YAG:Ce)荧光粉仅含黄光成分，缺少红光、绿光，因此会导致白光LED的显色指数偏低、色温偏高；同时封装荧光粉所用的树脂导热性差，散热困难，随着白光LED的使用时间延长，会造成白光LED的光衰问题，降低发光效率。除此之外，传统的两步法制备YAG荧光陶瓷需要首先合成YAG荧光粉再进行YAG荧光陶瓷烧结，在节能以及效率上来说，具有一定的局限性。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种YAG荧光陶瓷及其制备方法，该荧光陶瓷改善了原有荧光粉的显色指数低、色温偏高的问题，避免了传统LED灯长时间使用造成的光衰问题，同时反应烧结制备方法避免了合成粉体原料的步骤，大幅提高传统两步法制备YAG荧光陶瓷的效率，利于进行工业化生产，同时原位反应促进了陶瓷制品致密化。本申请中制备不同发光中心的透明YAG荧光陶瓷来取代钇铝石榴石(YAG:Ce)荧光粉，来避免钇铝石榴石(YAG:Ce)荧光粉封装白光LED造成的红绿光不足、显色指数偏低、色温偏高、树脂导热性差以及白光LED长时间使用造成的光衰等问题。同时，本申请采用固相反应烧结的制备方法，与传统的两步法制备YAG荧光陶瓷相比，本申请的制备方法可以跳过合成YAG荧光粉的步骤直接制备YAG透明陶瓷，具有省时高效节能的优点，同时这种方法制备得到的YAG荧光陶瓷在商用蓝光芯片的激发下可模拟出符合人眼健康的高品质暖白太阳光。所述YAG荧光陶瓷的分子式如式(I)所示：(Y1-xCex)3(Al1-yMy)5O12式(I)其中，Ce3+和M为发光中心离子，M发射红光/绿光；式(I)中0.004≤x≤0.5，0＜y≤0.5。可选地，式(I)中0.02≤x≤0.2，0＜y≤0.005。可选地，所述式(I)中0.006≤x≤0.5，0＜y≤0.5；M选自稀土金属离子、过渡金属离子中的至少一种。可选地，所述式(I)中0.02≤x≤0.1，0&lt;y≤0.003。可选地，所述式(I)中0.02＜x≤0.5，0＜y≤0.5；M选自稀土金属离子、过渡金属离子中的至少一种。可选地，所述式(I)中x的上限选自0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5；下限选自0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。可选地，所述式(I)中y的上限0.0001、0.0025、0.0003、0.0005、0.0008、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.008、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.08、0.1、0.2或0.3；下限选自0.0001、0.0025、0.0003、0.0005、0.0008、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.008、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.08、0.1、0.2或0.3。可选地，所述式(I)中x为0.02、0.03、0.04、0.05、0.1或0.2；y为0.0001、0.0003或0.0005。可选地，所述稀土金属选自Pr、Tb、Eu、Dy、Nd、Sm中的至少一种；过渡金属选自Ti、V、Cr、Ni、Cu中的至少一种。可选地，所述M为Ti4+、Cr3+、Pr3+、“Pr3+和Tb3+”、“Cr3+和Tb3+”、“Ti4+和Cu2+”。可选地，所述M为摩尔比为1:1的Cr3+和Tb3+或者摩尔比为1:1的Pr3+和Tb3+。可选地，所述M选自摩尔比为2:1的Cr3+和Tb3+、摩尔比为2:1的Pr3+和Tb3+、摩尔比2:1的Ti4+和Cu2+。可选地，所述YAG荧光陶瓷在320～480nm中的至少一段波光的激发下产生(450～850nm)高品质发光。可选地，所述YAG荧光陶瓷在465nm的蓝光LED芯片的光激发下在480～800nm内发光(模拟太阳光的高品质发光)。本申请的另一方面，提供了所述的YAG荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，至少包括：(1)将含有反应原料的混合物成型，排胶，冷等静压成型得到素坯；其中，所述反应原料的比例满足YAG荧光陶瓷的组成；(2)将步骤(1)中的素坯进行高温固相反应，退火，得到所述YAG荧光陶瓷。可选地，步骤(1)中所述反应原料包括铝源、钇源和发光中心离子源；所述铝源为氧化铝；所述钇源选自氧化钇、硝酸钇、碳酸钇中的至少一种；所述发光中心离子源选自发光中心离子对应的氧化物、硝酸盐、碳酸盐中的至少一种。可选地，所述铝源、钇源和发光中心离子源为粉体。可选地，所述氧化铝的粒径≤20μm，纯度≥99.9％；氧化钇、硝酸钇和碳酸钇的粒径≤20μm，纯度≥99.9％；发光中心离子源的粒径≤20μm，纯度≥99.9％。可选地，所述发光中心离子源的粒径≤15μm，纯度≥99.9％。可选地，所述铝源选自α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝中的至少一种。可选地，步骤(1)中所述混合物中包括烧结助剂；所述烧结助剂选自氧化锂、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氟化钡、二氧化硅和正硅酸四乙酯中的至少一种；所述烧结助剂的加入量为反应原料总质量的0.03～0.7％。可选地，所述烧结助剂氧化锂、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氟化钡、二氧化硅；粒径≤20μm，纯度≥99.9％。可选地，所述烧结助剂为氧化镁和正硅酸四乙酯。可选地，所述烧结助剂正硅酸四乙酯的纯度≥99.9％。可选地，步骤(1)中所述混合物成型包括：将含有反应原料的混合物混合均匀于有机溶剂中，球磨，干燥，筛分，干压成型；其中，有机溶剂的沸点在常压下不超过120℃；有机溶剂的加入量为反应原料总质量的5～100％。可选地，步骤(1)中所述混合物成型包括：将反应原料、烧结助剂混合均匀于有机溶剂中，球磨，干燥，筛分，干压成型。可选地，所述氧化铝为α-氧化铝和γ-氧化铝中的至少一种；有机溶剂为丙酮、乙醚、石油醚、乙醇中的至少一种。可选地，所述有机溶剂的沸点在常压下不超过100℃；有机溶剂的加入量为反应原料总质量的5～60％。可选地，步骤(1)中所述排胶的温度不低于600℃。可选地，所述排胶的条件为：700～900℃，时间为2～8h。可选地，步骤(1)中所述冷等静压成型的条件为150～250MPa。可选地，步骤(2)中所述高温固相反应的条件为：阶段升温，反应的温度不低于1550℃，保温时间不少于4h，真空度不低于8.0×10-3Pa。可选地，所述阶段升温为：首先以8～10℃/min的速度升温至900～1300℃，然后以1～10℃/min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种YAG荧光陶瓷，其特征在于，所述YAG荧光陶瓷的分子式如式(I)所示：(Y1‑xCex)3(Al1‑yMy)5O12               式(I)其中，Ce3+和M为发光中心离子，M发射红光/绿光；式(I)中0.004≤x≤0.5，0＜y≤0.5。

【技术特征摘要】
1.一种YAG荧光陶瓷，其特征在于，所述YAG荧光陶瓷的分子式如式(I)所示：(Y1-xCex)3(Al1-yMy)5O12式(I)其中，Ce3+和M为发光中心离子，M发射红光/绿光；式(I)中0.004≤x≤0.5，0＜y≤0.5。2.根据权利要求1所述的YAG荧光陶瓷，其特征在于，所述式(I)中0.006≤x≤0.5，0＜y≤0.5；M选自稀土金属离子、过渡金属离子中的至少一种；优选地，所述式(I)中0.02＜x≤0.5，0＜y≤0.5；M选自稀土金属离子、过渡金属离子中的至少一种；优选地，所述稀土金属选自Pr、Tb、Eu、Dy、Nd、Sm中的至少一种；过渡金属选自Ti、V、Cr、Ni、Cu中的至少一种。3.权利要求1所述的YAG荧光陶瓷的制备方法，其特征在于，至少包括：(1)将含有反应原料的混合物成型，排胶，冷等静压成型得到素坯；其中，所述反应原料的比例满足YAG荧光陶瓷的组成；(2)将步骤(1)中的素坯进行高温固相反应，退火，得到所述YAG荧光陶瓷。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述反应原料包括铝源、钇源和发光中心离子源；所述铝源为氧化铝；所述钇源选自氧化钇、硝酸钇、碳酸钇中的至少一种；所述发光中心离子源选自发光中心离子对应的氧化物、硝酸盐、碳酸盐中的至少一种；优选地，所述铝源选自α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝中的至少一种。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合物中包括烧结助剂；所述烧结助剂选自氧化锂、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氟化钡、二氧化硅和正硅酸四乙酯中的至少一种；所述烧结助剂的加入量为反应原料总质量的0.03～0.7％；优选地，步骤(1)中所述混合物成型包括：将含有反应原料的混合物混合均匀于有机溶剂中，球磨，干燥，筛分，干压成型；其中，有机溶剂的沸点在常压下不超过120℃；有机溶剂的加入量为反应原料总质量的5～100％；优选地，步骤(1)中所述排胶的温度不低于600℃；优选地，所述排胶的条件为：700...

【专利技术属性】
技术研发人员：周有福，凌军荣，洪茂椿，张云峰，郭旺，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35