一種紫外轉(zhuǎn)換白光led透明陶瓷材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料及其制備方法。該透明陶瓷材料的化學(xué)式為[R(1-x-y)DyxTmy]3Al5O12，其中，R為L(zhǎng)u、Y、Yb三種元素中的一種或者兩種，x,y為摩爾系數(shù)，范圍是0.005≤x≤0.15，0≤y≤0.04；該透明陶瓷材料在紫外LED芯片激發(fā)下發(fā)射出白光。本發(fā)明提供的透明陶瓷材料具備幾點(diǎn)顯著優(yōu)勢(shì)：其一，用透明陶瓷材料替代傳統(tǒng)樹(shù)脂封裝的熒光顆粒，提高了發(fā)光的均勻性，且陶瓷材料熱導(dǎo)率及高溫?zé)岱€(wěn)定性能遠(yuǎn)優(yōu)于樹(shù)脂，可極大地提高LED器件使用壽命；其二，采用紫外光源，很大程度上降低了激發(fā)光源對(duì)白光色品的影響。其特征亦在于采用真空反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)制備而成，陶瓷在可見(jiàn)光波段光學(xué)透過(guò)率高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易大尺寸制備、穩(wěn)定性高，特別適用于大功率白光LED器件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料及其制備方法，特指一種可吸收轉(zhuǎn)換紫外光的透明陶瓷材料及制備方法，屬于LED發(fā)光【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]白光LED作為一種新型的照明光源，相對(duì)于傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，具有節(jié)能、環(huán)保、無(wú)毒、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)勢(shì)。特別在降低能耗和環(huán)境減壓方面，白光LED的推廣和應(yīng)用發(fā)揮了巨大作用。在美國(guó)，22%的電力用于照明。若所有的照明光源用LED代替，每年可節(jié)約1000TW.h，相當(dāng)于230座500麗的煤發(fā)電站的年發(fā)電量，可減少2億噸CO2氣體排放。在能源日趨緊張、生態(tài)破壞嚴(yán)重的今天，發(fā)展并推廣白光LED技術(shù)具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有的技術(shù)中，較為成熟的白光LED實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉，發(fā)射的黃光與透過(guò)的藍(lán)光混合而成白光。這種技術(shù)存在一些明顯的不足:激發(fā)光源發(fā)出的光作為組成白光的一種組成成分，其受電流、電壓的影響較大，降低了白光的穩(wěn)定性；樹(shù)脂作為封裝材料，難以保證熒光粉分散的均勻性，封裝的工藝復(fù)雜；發(fā)射光譜中缺少紅光，導(dǎo)致制得的白光LED的顯色指數(shù)不高；藍(lán)光對(duì)人眼刺激大，易引起不適，因而難以在照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；樹(shù)脂熱導(dǎo)率低，高溫環(huán)境下易老化，且熒光粉的發(fā)光效率隨溫度的升高衰減很快，導(dǎo)致白光質(zhì)量不穩(wěn)定，且壽命降低。
[0004]隨著發(fā)光二極管芯片技術(shù)的進(jìn)步，LED芯片發(fā)射波長(zhǎng)不斷向低波長(zhǎng)發(fā)展，價(jià)格也越來(lái)越低廉。利用紫外LED獲得白光的機(jī)理是，采用紫外光(320?400nm)作為激發(fā)光源輻照光轉(zhuǎn)換材料，光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射出可見(jiàn)光，這些可見(jiàn)光混合而成白光。紫外光不屬于白光的組成部分，因而對(duì)白光色度和穩(wěn)定性影響甚微。近年來(lái)紫外光LED轉(zhuǎn)換白光技術(shù)在白光LED領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
[0005]國(guó)內(nèi)涉及紫外芯片激發(fā)的白光LED光轉(zhuǎn)換材料大多集中在熒光粉體方面，此類(lèi)技術(shù)仍需將熒光粉分散于樹(shù)脂中，不能從根本上解決熒光粉分散和樹(shù)脂受熱老化的問(wèn)題。因此選擇具有高的熱穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)的封裝材料，既能保證發(fā)光中心的良好分散性，又能保證發(fā)光性能在高溫下的穩(wěn)定性，對(duì)提高發(fā)光質(zhì)量、延長(zhǎng)LED器件使用壽命至關(guān)重要。CN102620167A公開(kāi)了一種透明陶瓷作為發(fā)光體的LED器件，包括藍(lán)光LED芯片、Ce: YAG透明陶瓷以及承載LED芯片和透明陶瓷發(fā)光體的載體。該專(zhuān)利用高熱導(dǎo)率的塊體透明陶瓷取代樹(shù)脂封裝材料雖然提高了熱穩(wěn)定性，有效延長(zhǎng)LED器件使用壽命，然而通過(guò)藍(lán)光激發(fā)獲得的白光同樣存在顯色指數(shù)不高，白光穩(wěn)定性低、對(duì)人眼刺激大等缺陷。優(yōu)勢(shì)在于其熱導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性明顯提高，且封裝難度大幅降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料，其特征在于:該透明陶瓷材料的化學(xué)式為[R(1_x_y)DyxTmy]3Al5012，其中，R為L(zhǎng)u、Y、Yb三種元素中的一種或者兩種，x，y為摩爾系數(shù)，范圍是0.005 ^ 0.15,0^y^0.04 ;該透明陶瓷材料在紫外LED芯片激發(fā)下發(fā)射出白光。
[0008]本發(fā)明還提供了上述的紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0009](I)根據(jù)透明陶瓷材料[R(1_x_y)DyxTmy] 3A15012，其中 0.005 彡 x 彡 0.15，O 彡 y 彡 0.04的化學(xué)計(jì)量比，準(zhǔn)確稱(chēng)取所需的原料粉體；同時(shí)向原料粉體中添加燒結(jié)助劑；
[0010](2)將上述原料粉體和燒結(jié)助劑與球磨介質(zhì)共混，進(jìn)行球磨混勻，球磨后的漿料，干燥并過(guò)篩，獲得所需的陶瓷粉體混合料；
[0011](3)粉體先采用軸向單向加壓方式進(jìn)行預(yù)壓成型；預(yù)壓成型后的素坯冷等靜壓成型；
[0012](4)成型的素坯經(jīng)1700?1830°C真空燒結(jié)而成，保溫時(shí)間為4?12h，真空度為10 4 ?10 3Pa ；
[0013](5)對(duì)真空燒結(jié)的陶瓷進(jìn)行退火處理，空氣氣氛下1400?1500°C保溫4?10h，制備得到透明陶瓷材料。
[0014]優(yōu)選所述的燒結(jié)助劑由正硅酸乙酯(TEOS)和氧化鎂(MgO)共同組成；其中正硅酸乙酯的加入質(zhì)量為原料粉體質(zhì)量的0.3?0.8%，MgO的加入質(zhì)量為陶瓷碼元原料粉體質(zhì)量的 0.03 ?0.1%。
[0015]優(yōu)選上述步驟⑵中球磨的轉(zhuǎn)速為180?250r/min，球磨時(shí)間為8?15h ;球磨以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，球磨時(shí)球料質(zhì)量比為2?4:1 ;無(wú)水乙醇的體積與原料粉體質(zhì)量比為I?2ml/g。優(yōu)選干燥后過(guò)200目篩。
[0016]上述的原料粉體為:R采用的是Lu203、Y203、Yb2O3中的一種或兩種；A1采用的是a -Al2O3, Dy采用的是Dy2O3Jm采用的是Tm 203。優(yōu)選所采用的氧化物的純度皆彡99.99 %。
[0017]優(yōu)選預(yù)壓成型的壓力為10?20MPa ;冷等靜壓成型的壓力為200?250MPa。
[0018]在本發(fā)明中，透明陶瓷材料采用Lu3Al5O12、Y3Al5O12、Yb3Al5O12、(Lu, Yb)3Al5012中的一種作為基質(zhì)材料，Dy3+和Tm3+作為發(fā)光中心離子。
[0019]通過(guò)上述方法制備的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，其激發(fā)光譜響應(yīng)范圍為350?365nm。在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外光源對(duì)該透明陶瓷材料進(jìn)行激發(fā)，透明陶瓷發(fā)射出黃光、藍(lán)光和紅光，混合而成白光。
[0020]透明陶瓷具備優(yōu)異的熱學(xué)、力學(xué)性能，易制備復(fù)合型結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)大尺寸、規(guī)模化生產(chǎn)。此外，稀土摻雜透明陶瓷不僅具備優(yōu)異的光學(xué)質(zhì)量，還具備優(yōu)良的發(fā)光性能，是一種新型的光電功能材料。透明陶瓷作為熒光材料，可以降低材料對(duì)可見(jiàn)光的散射和吸收，易實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜，有助于提高發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率；利用透明陶瓷自身的均勻性有助于獲得高質(zhì)量的熒光；透明陶瓷具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱學(xué)性能，抗熱震性好、導(dǎo)熱性好，有助于材料的加工和器件的封裝、確保熒光的穩(wěn)定性和使用壽命。透明陶瓷基的LED不僅適合家庭照明，更加適用于大功率LED器件。
[0021]有益效果:
[0022]本發(fā)明充分利用稀土離子豐富的能級(jí)及稀土功能材料優(yōu)異的熒光特性，采用真空燒結(jié)工藝獲得了性能優(yōu)異的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的透過(guò)率高，有利于黃光、藍(lán)光及紅光的發(fā)射。該透明陶瓷材料具備紫外光的光譜響應(yīng)能力，采用紫外作為激發(fā)光源，克服了藍(lán)光光源對(duì)白光色品和發(fā)光穩(wěn)定性的影響。同時(shí)透明陶瓷材料替代傳統(tǒng)的“熒光粉+樹(shù)脂”封裝材料，有效避免了樹(shù)脂受熱老化的問(wèn)題。透明陶瓷具備優(yōu)良的機(jī)械性能和熱力學(xué)性能，不僅有利于產(chǎn)品加工和器件的設(shè)計(jì)，而且良好的散熱條件保證了發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率，同時(shí)是延長(zhǎng)了 LED器件的使用壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施案例I所提供的化學(xué)式為(Yba89Dyan) Al5O12透明陶瓷的X_ray衍射圖譜；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施案例I所提供的化學(xué)式為(Yba89Dyan)Al5O12透明陶瓷的發(fā)射光譜圖，
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施案例I所提供的化學(xué)式為(Yba89Dyan)Al5O12透明陶瓷在波長(zhǎng)為353nm的光源激發(fā)下的CIE圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Yba89Dyan)3Al5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量3.0588g純度為99.99 %的a -Al2O3粉體，6.3132g純度為99.99 %的Yb 203粉體，0.7385g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0031g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0705g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。20ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1780°C，保溫6小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理6h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)74%。該透明陶瓷的XRD物相圖如圖1所示；該透明陶瓷在紫外光激發(fā)下的發(fā)射光譜圖如圖2所示，其激發(fā)波長(zhǎng)為353nm ;該透明陶瓷材料的在紫外激發(fā)下的CIE坐標(biāo)圖如圖3所示。
[0029]實(shí)施例2
[0030]本發(fā)明所述的近紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Yba 995Dyatltl5)3Al5O12的組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量3.0588g純度為99.99%的a -Al2O3粉體，7.0580g純度為99.99%的Yb2O3粉體，0.0336g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0031g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0608g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。15ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為180r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在ISMPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1780°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理6h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)80%。該透明陶瓷材料在353nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0031]實(shí)施例3
[0032]本發(fā)明所述的近紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Yba85Dyai5)3Al5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量3.0588g純度為99.99%的a -Al2O3粉體，6.0294g純度為99.99%的Yb 203粉體，1.0071g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0051g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0507g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。20ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為220r/min，球磨時(shí)間為15小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在12MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為250MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1780°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理6h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)72%。該透明陶瓷材料在353nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0033]實(shí)施例4
[0034]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)組成(Ya 9895DyacllTmacicitl5)3Al5O1^ 組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量 5.0980g 純度為 99.99 % 的 α -Al 203粉體，6.7035g 純度為 99.99 % 的 Y2O3粉體，0.0058g 純度為 99.99 % 的 Tm 203粉體，0.1119g 純度為99.99%的Dy2O3粉體，添加0.0060g純度為99.99%的MgO粉體和0.0596g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。18ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1720°C，保溫8小時(shí)，真空度為10_4Pa。隨爐冷卻后在1400°C退火爐中進(jìn)行退火處理8h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)82%。該透明陶瓷材料在365nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0035]實(shí)施例5
[0036]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)組成(Ya95DyatllTmatl4)3Al5O12的組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量5.0980g純度為99.99%的 a -Al2O3粉體，6.4359g純度為99.99%的Y2O3粉體，0.4630g純度為99.99%的Tm2O3粉體，0.1119g純度為99.99%的Dy2O3粉體，添加0.0120g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0805g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。19ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為180r/min，球磨時(shí)間為15小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1720°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1400°C退火爐中進(jìn)行退火處理5h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)82%。該透明陶瓷材料在365nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0037]實(shí)施例6
[0038]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Lua 995DyaC1J3AI5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量4.0784g純度為99.99 %的a -Al2O3粉體，9.5028g純度為99.99 %的Lu 203粉體，0.0448g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0068g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0716g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。24ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為180r/min，球磨時(shí)間為10小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在12MPa壓力下進(jìn)行軸向干壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1800°C，保溫10小時(shí)。隨爐冷卻后在1500°C退火爐中進(jìn)行退火處理4h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)65%。該透明陶瓷材料在365nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0039]實(shí)施例7
[0040]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Lua97Dyatl3)3Al5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量4.0784g純度為99.99 %的a -Al2O3粉體，9.2640g純度為99.99 %的Lu 203粉體，0.2686g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0068g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0716g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。24ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為180r/min，球磨時(shí)間為20小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向干壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為220MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1800°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1500°C退火爐中進(jìn)行退火處理4h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)65%。該透明陶瓷材料在365nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0041]實(shí)施例8
[0042]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Lu。.985Yb0.005Dy0.01) #15012的組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量 4.0784g 純度為 99.99 % 的 α -Al 203粉體，9.4073g 純度為 99.99 % 的 Lu2O3粉體，0.0473g 純度為 99.99 % 的 Yb 203粉體，0.0895g 純度為99.99%的Dy2O3粉體，添加0.0060g純度為99.99%的MgO粉體和0.0679g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。22ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1760°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理6h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)65%。該透明陶瓷材料在352nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0043]實(shí)施例9
[0044]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Luai9Yba8Dyatll)3Al5O12的組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量4.0784g純度為99.99%的a -Al2O3粉體，1.8146g純度為99.99 %的Lu2O3粉體，7.5663g純度為99.99%的Yb 203粉體，0.0895g純度為99.99%的Dy 203粉體，添加0.0044g純度為99.99%的MgO粉體和0.0667g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。24ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1760°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理6h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)75%。該透明陶瓷材料在352nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0045]實(shí)施例10
[0046]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Lua59Yba4Dyatll)3Al5O12的組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量4.0784g純度為99.99%的a -Al2O3粉體，5.6348g純度為99.99 %的Lu2O3粉體，3.7832g純度為99.99%的Yb 203粉體，0.0895g純度為99.99%的Dy 203粉體，添加0.0068g純度為99.99%的MgO粉體和0.0679g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。22ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為220r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1760°C，保溫10小時(shí)，真空度為10_3Pa。隨爐冷卻后在1450°C退火爐中進(jìn)行退火處理4h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)73%。該透明陶瓷材料在352nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0047]實(shí)施例11
[0048]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Ya 995Dyaoo5)3Al5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量6.1176g純度為99.99 %的a -Al2O3粉體，8.0889g純度為99.99 %的Y 203粉體，0.0671g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0091g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0937g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。添加22ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為250r/min，球磨時(shí)間為15小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向預(yù)壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1720°C，保溫8小時(shí)，真空度為10_4Pa。隨爐冷卻后在1400°C退火爐中進(jìn)行退火處理8h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)82%。該透明陶瓷材料在353nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0049]實(shí)施例12
[0050]本發(fā)明所述的紫外轉(zhuǎn)白光LED透明陶瓷材料，按照化學(xué)式(Ya 995Dyaoo5)3Al5O1^組分，準(zhǔn)確稱(chēng)量6.1176g純度為99.99 %的a -Al2O3粉體，7.8856g純度為99.99 %的Y 203粉體，0.4028g純度為99.99 %的Dy2O3粉體，添加0.0102g純度為99.99 %的MgO粉體和0.0937g高純TEOS試劑作為復(fù)合燒結(jié)助劑，共混后采用行星磨進(jìn)行充分混合。添加22ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，行星磨轉(zhuǎn)速為250r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)。在60°C的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)后，研磨并過(guò)200目篩。粉體在15MPa壓力下進(jìn)行軸向干壓成型，然后進(jìn)行冷等靜壓處理，壓力為200MPa，獲得致密的素坯。素坯采用真空反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)，加熱至1720°C，保溫8小時(shí)，真空度為10_4Pa。隨爐冷卻后在1400°C退火爐中進(jìn)行退火處理8h。樣品進(jìn)行雙面拋光，獲得高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷材料，在可見(jiàn)光波段的光學(xué)透過(guò)率達(dá)82%。該透明陶瓷材料在353nm的紫外LED激發(fā)下，可發(fā)射出白光。
[0051]本發(fā)明所提供的白光LED用轉(zhuǎn)光透明陶瓷材料具有高熱導(dǎo)率、高的稀土離子容忍因子、發(fā)光效率高等特征，相比熒光粉等傳統(tǒng)的LED熒光材料在性能上得到了很大的提升，有助于提高白光的顯色指數(shù)和發(fā)光的穩(wěn)定性，并延長(zhǎng)使用壽命。其制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，易實(shí)現(xiàn)大尺寸、規(guī)?；a(chǎn)，特別在大功率、大尺寸白光LED領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料，其特征在于:透明陶瓷材料的化學(xué)式為[R(1_x_y)DyxTmy]3Al5012，其中，R為L(zhǎng)u、Y、Yb三種元素中的一種或者兩種，其中x，y為摩爾系數(shù)，0.005 ^x^0.15,0^y^ 0.04 ;透明陶瓷材料在紫外LED芯片激發(fā)下發(fā)射出白光。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的紫外轉(zhuǎn)換白光LED透明陶瓷材料的方法，其具體步驟如下: (1)根據(jù)透明陶瓷材料[R(1_x_y)DyxTmy]3Al5012，其中0.005彡x彡0.15，O彡y彡0.04的化學(xué)計(jì)量比，準(zhǔn)確稱(chēng)取所需的原料粉體；同時(shí)向原料粉體中添加燒結(jié)助劑； (2)將上述原料粉體和燒結(jié)助劑與球磨介質(zhì)共混，進(jìn)行球磨混勻，球磨后的漿料，干燥并過(guò)篩，獲得所需的陶瓷粉體混合料； (3)粉體先采用軸向單向加壓方式進(jìn)行預(yù)壓成型；預(yù)壓成型后的素坯冷等靜壓成型； (4)成型的素坯經(jīng)1700?1830°C真空燒結(jié)而成，保溫時(shí)間為4?12h，真空度為10_4?KT3Pa ； (5)對(duì)真空燒結(jié)的陶瓷進(jìn)行退火處理，空氣氣氛下1400?1500°C保溫4?10h，制備得到透明陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的燒結(jié)助劑由正硅酸乙酯和氧化鎂共同組成；其中正硅酸乙酯的加入質(zhì)量為原料粉體質(zhì)量的0.3?0.8%, MgO的加入質(zhì)量為陶瓷碼元原料粉體質(zhì)量的0.03?0.1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中球磨的轉(zhuǎn)速為180?250r/min，球磨時(shí)間為8?15h ;球磨以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，球磨時(shí)球料質(zhì)量比為2?4:1 ;無(wú)水乙醇的體積與原料粉體質(zhì)量比為I?2ml/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的原料粉體為:R采用的是Lu203、Y2O3或Yb2O3中的一種或兩種；A1米用的是α-Al 203，Dy米用的是Dy203;Tm米用的是Tm 203。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于預(yù)壓成型的壓力為10?20MPa;冷等靜壓成型的壓力 為200?250MPa。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104496474SQ201410682082
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】陸春華, 胡松, 倪亞茹, 許仲梓 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)