一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤及其制备方法，所述空心陶瓷光纤为共掺入稀土金属离子或过渡金属离子的Ce

【技术实现步骤摘要】
一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤及其制备方法


[0001]本专利技术涉及荧光陶瓷材料
，具体涉及一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]激光照明技术已经在汽车大灯照明、激光手照明手电筒上广泛使用，在获得激光照明技术方案中，最常使用的技术方案是荧光转换方案，即采用激光器激发荧光转换材料。然而，这种方案会存在着某些问题，比如在长时间的激光激发下或者高功率密度激发下，荧光转换材料的温度急剧上升，导致效率下降；又或者部分荧光转换器件采用硅胶涂覆荧光粉，在高强度的热辐射下，荧光粉又会面临着碳化问题。因此基于荧光陶瓷转换材料逐渐成为研究的热点。
[0003]当前，激光照明中通常有两种照射模式，一种是反射模式，另一种是透射模式。在反射配置模型中，通常通过准直蓝色激光二极管(LD)远程激活黄色发光材料，但是，由于蓝色激光和黄色荧光的路径不一致，反射模式出现光束成型复杂，照明均匀性差，体积大的缺点。透射模式中蓝光发射方向与荧光方向一致，成为激光照明的优选结构方式。荧光陶瓷的封装方式是将陶瓷封装在散热铜、铝基底上，且荧光陶瓷都为片状陶瓷，掺杂浓度较高，尺寸较小，在光转换过程中引起单位面积内引起的热聚焦温度极高，极易造成发光热猝灭。然而，陶瓷本身的热导率较高(约为9.0W/m
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1)，如果可以在高能激光激发下的解决热聚焦问题，通过陶瓷自身与外界空气进行热交换的方式便可以采用，这可免去外界热沉器件的使用。
[0004]在采用制备管状荧光陶瓷方面，公开号为CN105762143A的专利公开了一种基于透明陶瓷荧光管的高功率白光LED光源，该方式用透明陶瓷荧光管取代直接涂覆在蓝光芯片上的荧光粉，将其与蓝光芯片分离，实现良好散热以及提升光效。但是该制备的方法依旧是使用外部散热装置进行散热，制备出的器件体积大，并且提升效率有限，限制了其在高功率蓝光激光照明的应用。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤及其制备方法，该荧光陶瓷光纤空心结构使散热面积大大提升，有效的解决了光转材料面临的热猝灭效应带来的效率下降的问题，发光效率高，且具备一定的长距离传播功能；且采用挤出成型方法，可大批量制备，一次性制备出的陶瓷长度可达10m，适合工业化生产。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的一个目的是提供一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤，所述空心陶瓷光纤材质为共掺入稀土金属离子或者过渡金属离子的Ce
3+
：YAG或者Ce
3+
：LuAG荧光陶瓷，其呈空心圆柱状，外径为200～500um，内径为50～100um。
[0008]进一步地，所述稀土金属离子或过渡金属离子选自Eu
3+
、Dy
3+
、Pr
3+
、Sm
3+
、Cr
3+
、Mn
2+
中的一种或多种。
[0009]进一步地，使用蓝光LD激光器作为激发光源从端面激发所述空心荧光陶瓷光纤，在2w功率激发下，实现超过250lm/w的高效率，且工作温度低于90℃；在5w功率激发下实现超过230lm/w的高效率，且工作温度低于125℃。
[0010]进一步地，所述空心荧光陶瓷光纤在波长为455nm附近的蓝光LD芯片激发下，发射出550nm附近的高亮度的绿光或黄光，共掺杂红光离子情况下可发出白光。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1：按照荧光陶瓷各元素化学计量比称取原料粉体，并加入烧结助剂、分散剂、无水乙醇配置成陶瓷浆料，进行球磨混合；
[0013]S2：对步骤S1混合后的粉体进行烘干、过筛和空气煅烧；
[0014]S3：将步骤S2煅烧后的粉体配制成成型所需泥料，泥料固含量为60％～80wt.％，真空除泡后注入挤出机的储料室，通过柱塞泵的高压强挤出，所述柱塞泵挤出嘴具有实心，不同直径内芯的双重结构，干燥后形成空心光纤素坯；
[0015]S4：将步骤S3得到的空心光纤素坯依次进行排胶、真空烧结、抛光处理，得到空心荧光陶瓷光纤。
[0016]进一步地，步骤S1中，所述烧结助剂为MgO和SiO2的一种或两种，所述烧结助剂的加入量为陶瓷原料粉体总质量的0.3wt.％～1wt.％；所述分散剂为PEI溶液，分散剂添加量为陶瓷原料粉体总质量的0.1～0.8wt.％。
[0017]进一步地，步骤S1中，采用氧化铝球对原料粉体进行球磨，所述球磨时间为24～48h；球磨转速为140～150r/min。
[0018]进一步地，所述烘干温度为40～65℃，烘干时间15～20h；过筛目数为100～200目，空气煅烧温度为800℃。
[0019]进一步地，步骤S3中，所述浆料为凝胶成型体系，具体为丙烯酰胺、PIBM和甲基丙烯酰胺凝胶体系中的一种。
[0020]进一步地，步骤S4中，所述排胶的参数为：室温下以升温速率为0.5～2℃/分钟升温到450℃，再以升温速率为0.5～3℃/分钟升温到800℃，并在800℃保温2～6h。
[0021]进一步地，步骤S4中，所述真空烧结温度为1650℃，保温时间5～10h。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1.本申请所采用的空心荧光陶瓷光纤取代传统的荧光粉封装或者是片状陶瓷器件，其特殊的空心结构内外两层表面使得散热面积大大提升，有效的解决了光转材料面临的热猝灭效应带来的效率下降的问题，极大提高了器件的发光效率；
[0024]2.本申请空心荧光陶瓷利用光在空气与陶瓷之间的全反射传播，并且在空气传播中无损耗，具备一定的长距离传播功能；所述空心荧光陶瓷光纤在蓝光LD芯片激发下，发射出高亮度的绿光或黄光，共掺杂红光离子情况下可发出白光，在2w功率激发下，实现超过250lm/w的高效率，且工作温度低于90℃；在5w功率激发下实现超过230lm/w的高效率，且工作温度低于125℃；
[0025]3.本申请采用挤出成型的制备方法，可以大批量制备，并且一次性制备出的陶瓷长度可以达到10m，适合工业化生产。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为实施例1制备出的一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤的实物图；
[0028]图2为实施例1制备出的一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤的光学显微镜图；
[0029]图3为实施例1制备出的一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤的测试功率大小对应点亮效率图。
具体实施方式
[0030]下面将对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤，其特征在于，所述空心陶瓷光纤采用共掺入稀土金属离子或者过渡金属离子的Ce
3+
：YAG或者Ce
3+
：LuAG荧光陶瓷，其呈空心圆柱状，外径为200～500um，内径为50～100um。2.如权利要求1所述的一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤，其特征在于，所述稀土金属离子或过渡金属离子选自Eu
3+
、Dy
3+
、Pr
3+
、Sm
3+
、Cr
3+
、Mn
2+
中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种激光照明用空心荧光陶瓷光纤，其特征在于，以蓝光LD激光器为激发光源从端面激发所述空心荧光陶瓷光纤，发射出高亮度的绿光或黄光，在共掺杂红光离子情况下发出白光。4.一种权利要求1至3任一项所述的激光照明用空心荧光陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，采用挤出成型方法，制备出空心荧光陶瓷光纤，具体包括以下步骤：S1：按照荧光陶瓷各元素化学计量比称取原料粉体，并加入烧结助剂、分散剂和无水乙醇配置成陶瓷浆料，进行球磨混合；S2：对步骤S1混合后的粉体进行烘干、过筛和空气煅烧；S3：将步骤S2煅烧后的粉体配制成成型所需泥料，泥料固含量为60％～80wt.％，真空除泡后注入挤出机的储料室，通过柱塞泵的高压强挤出，所述柱塞泵挤出嘴具有实心，不同直径内芯的双重结构，干燥后形成空心光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，桑鹏飞，李延彬，刘明源，张曦月，杨聪聪，邵岑，康健，周春鸣，周天元，陈浩，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：