一种合成高性能YAG:Ce荧光粉的新方法技术

本发明专利技术属于稀土发光材料技术领域，公开了一类能显著提高合成YAG:Ce荧光粉发光性能的助熔剂及其应用方法。所述的YAG:Ce荧光粉的化学组成通式为Y3-a-bGdbAl5O12:Cea，其中，0.001≤a≤0.1，0≤b≤2。所述的能显著提高合成YAG:Ce荧光粉发光性能的助熔剂是指一些酸式氟化物或者在反应过程中能够产生酸式氟化物的助熔剂组合。采用酸式氟化物助溶剂能够很好保持反应过程的酸性氛围，有利于提高YAG:Ce荧光粉的分散性，促进四价铈更充分的还原成三价铈。因此本发明专利技术生产的YAG:Ce荧光粉具有亮度高，光衰小，分散性和稳定性好等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种合成高性能YAG: Ce荧光粉的新方法
: 本专利技术属于稀土发光材料
，具体涉及。
技术介绍
: 目前，白光LED的量产方案仍然是LED芯片与荧光转换材料相结合的经典方法。其主流该方案是:蓝光LED (450-470nm) +荧光粉。白光LED光源根据色温又可分为冷白光和暖白光，其中冷白光LED主要是蓝光LED+YAG: Ce荧光粉，这一组合占市场的百分之七十以上。该方案是由蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的YAG:Ce荧光粉组合，其中蓝光LED的一部分蓝光被YAG = Ce吸收而发射出黄光。产生的黄光和剩余的蓝光混合成白光。调控它们的强度比，即可得到各种中-高色温的白光。市场上暖白光LED主要LED芯片+YAG:Ce荧光粉及氮化物红粉组合，其中YAG:Ce荧光粉与氮化物荧光粉的比重大约为10:1左右，所以说YAG:Ce荧光粉仍然是主体部分。因此，无论从冷白光还是暖白光LED的发展来看，在今后相当长的一段时间内YAG = Ce荧光粉都将是白光LED应用最为重要的荧光粉。此外，随着LED市场的进一步扩大，荧光粉的市场份额也一定会得到提升。因为随着功率型LED的逐渐普及SMD封装技术等的日渐成熟，单颗LED荧光粉的用量会大幅增加。当然，在对YAG = Ce荧光粉的需求量迅速增加的同时，对其质量要求也将越来越高。首先，高光效是LED的首要目标，所以要求YAG: Ce荧光粉有更高的光转换效率。其次，封装后LED的光衰要小，色坐标漂移也要小，这就是要求YAG:Ce荧光粉要有更高的稳定性。再次，荧光粉粒度适中的同时分散性要好。从市场上看目前小功率用YAG = Ce荧光粉粒度多在7-10微米左右，大功率用YAG = Ce荧光粉为了保持稳定性及亮度，粒度则多在12-16微米左右。YAGiCe荧光粉如此大的粒度在配粉时很容易造成沉淀，影响封装效果。所以要求YAG:Ce荧光粉一定要有很好的分散性。遗憾的是目前国内厂家很难生产出同时满足以上要求的YAG:Ce荧光粉，与欧美日韩及我国台湾地区的生产技术水平仍然有较大的差距。事实上，国内外对YAG = Ce荧光粉的研究非常广泛。早在1999年美国专利US5998925就对YAG = Ce在Y/Gd比，Al/Ga比上进行了调整和优化，使其可以发射光谱的峰值可以从530-570nm之间变化，应用于蓝光LED芯片可以产生不同色温的光，取得了很好的效果。类似的研究还有美国专利US6069440等，自此之后对YAG = Ce荧光粉改进取得瞩目成果的并不多见。近年来，国内外对YAG:Ce的研究也主要集中在新合成方法的改进。例如，在液相法合成方面:最近Hsuan-Min Lee等通过喷雾干燥法合成了分散性很好的YAG: Ce突光粉。Kyeong Youl Jung等采用微波加热的方法合成YAG:Ce粉,这种方法合成YAG:Ce具有合成时间短，温度低，分散性好等特点。Jia等通过溶剂热法合成YAG:Ce粉也得到了不错的效果。此外还有Yan等采用溶胶-燃烧法低温合成YAG: Ce粉及Yang等报道新型共沉淀法合成YAG = Ce粉等众多报道。美国专利US6409938早就报道了草酸沉淀法，并以氟化铝为助溶剂合成了 YAG:Ce粉。中国专利CN1254747也曾报道用均相沉淀法合成YAG = Ce粉。中国专利CN100543110C采用的则是非均相沉淀法合成获得低团聚度，粒度为3-15微米的YAG:Ce荧光粉。中国专利CN101077974A在微乳液体系中合成了纳米级的YAG粉。CN101831298A采用溶胶凝胶法合成YAG = Ce粉。中国专利CNlO 1497790A用燃烧法合成YAG: Ce，认为用硫酸铵和尿素为燃烧剂有不错的效果。固相法是最早开发的生产方法之一，该方法工艺简单，成本低，效率高，容易批量生产，因而是目前工业大批量生产中最常用的方法。在该类方法中助熔剂的使用起到了很大的作用。例如=Won等报道了采用BaF2为助溶剂的改进型固相法。中国专利CN1880402A报道了固相法合成YAG: Ce粉，提到采用CeF3做助溶剂有不错的效果。中国专利CN101838536A也报道了固相法合成YAG:Ce粉，采用Sb及Bi做敏化剂，增加了 Ce的发光强度等。并采用了两次还原来修复YAG晶格。中国专利CN100554364C则报道了采用BaF2和H3BO3为助溶剂，采用气流破碎原料，免球磨的方式生产粒度较小的YAG = Ce粉等。我国生产的YAG:Ce粉质量与发达国家的相比仍然有较大的差距，主要体现在封转后的LED光效低，光衰大，1000小时的色坐标漂移也很厉害。此外，封装后的产品还经常存在光圈，光斑等问题。主要原因就是生产的YAG = Ce粉存在亮度低，稳定性差及分散性差等众多缺点。在我们申请的一种能显著提高合成YAG = Ce荧光粉荧光强度和稳定性的方法中，主要采用了对荧光粉进行表面酸处理后进行二次还原煅烧的方法来提高合成荧光粉的性能。本专利技术则强调在煅烧过程中使用酸式盐助熔剂及其能产生酸式盐助熔剂的组合，可以采用一次高温还原煅烧、也可以采用两阶段的煅烧来达到提高合成荧光粉强度的方法。目前国内外合成YAG:Ce均采用一次助溶剂法，也就是只在灼烧时加入助溶剂(常用BaF2, H3BO3等)。本专利技术采用的助熔剂主要是酸式氟化物，可以采用一次高温还原煅烧，更适合于采用两阶段煅烧法。在两阶段煅烧法中，还原煅烧步骤所加入的助熔剂应为易挥发，无残留的助熔剂。在该类助熔剂存在下，通过还原煅烧可以得到晶格发育完整和分散性好的YAG = Ce荧光粉，从而提高YAG = Ce的亮度及稳定性。此外，该方法可以在改善YAG = Ce分散性的同时使YAG:Ce中的四价铈能充分的还原成三价铈。所以本专利技术采用的两阶段助溶煅烧法及使用的新型助溶剂所生产的YAG:Ce荧光粉的发光性能和稳定性明显优于其他传统方法。
技术实现思路
: 本专利技术的目的是提供一种物理化学性能稳定，发光效果好，分散性高的LED用YAG:Ce荧光粉。以满足高亮度，低光衰白光LED封装的需要。 本专利技术的另一个目的是提供一种方法简单，易于操作，无污染，成本低，易于工业化的YAG = Ce荧光粉制备方法。本专利技术的目的是通过选择合适的助熔剂及其组合，采用一次高温还原煅烧或采用两阶段的助熔煅烧法来实现的:在两阶段的助熔煅烧法中第一阶段的助熔煅烧是在一种或多种助熔剂存在下于1500-1650°c温度范围煅烧1-12小时，所用助熔剂可以是BaF2、SrF2, MgF2, BaHF3> SrHF3> MgHF3> NaF, LiF 中的一种或多种，优选 SrF2、BaHF3 和 NaF ;助熔剂的重量占物料总质量的0.1-5%，优选0.5-2%，其主要目的是使YAG: Ce粉的一次成相效果良好。第二阶段的助熔是煅烧在还原气氛下并外加一种或多种易挥发，无残留的助熔剂，于1400-1550°C温度范围内煅烧1-12小时，优选的助熔剂为NH4HF2，助熔剂的重量占物料总质量优选为0.5-2%，该助熔剂在还原时可以有效的对YAG = Ce晶格进行修复，达到提高YAG:Ce的亮度及稳定性的目的。此外，NH4HF2*本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成高性能YAG:Ce荧光粉的新方法，其特征是，在合成过程中使用了酸式氟化物助熔剂或者能够产生酸式氟化物的助熔剂组合，其煅烧过程采用一次高温还原煅烧或采用两阶段煅烧法。

【技术特征摘要】
1.一种合成高性能YAG:Ce荧光粉的新方法，其特征是，在合成过程中使用了酸式氟化物助熔剂或者能够产生酸式氟化物的助熔剂组合，其煅烧过程采用一次高温还原煅烧或采用两阶段煅烧法。2.根据权利要求1所述的一种合成高性能YAG:Ce荧光粉的新方法，其特征是，所述的一次高温还原煅烧法是指将配料混合后直接在还原气氛下高温煅烧，包括以下步骤: (1)以含招，钇，钆和铈的单质和化合物为原料，按照化学式Y3_a_bGdbAl5012:Cea要求的摩尔比准确称取相应原料，并加入酸性氟化物助溶剂，使其混合均匀； (2)将步骤(1)得到的混合物料放入坩埚，在1500-1650°C下的还原气氛中煅烧，保温1-24小时，随炉冷却至室温； (3)将步骤(2)中得到的还原产物鄂破，对辊，干筛，水洗，湿筛，离心，烘干，干筛后得到所需的荧光粉产品。3.根据权利要求1所述的一种合成高性能YAG:Ce荧光粉的新方法，其特征是，所述的两阶段煅烧法是指将配料混合后先在大气气氛下高温煅烧，再在还原气氛下稍低一些的温度下煅烧，具体方法是: (I)以含招，乾，钆和铈的单质和化合物为原料，按照化学式Y3-a-bGdbAl5012:Cea要求的摩尔比准确称取相应原料,加入一种或多种酸性氟化物助溶剂，使其混合均匀； (2)将步骤(1)得到的混合物料放入坩埚，在1500-1650°C下煅烧，保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永绣，周雪珍，裴浩宇，欧阳春梅，莫志健，
申请(专利权)人：仪征市森泰化工有限公司，
类型：发明
国别省市：