本發(fā)明屬于領(lǐng)域材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種熒光玻璃的制備方法。
背景技術(shù)：
照明光源的追求一直伴隨著人類社會的發(fā)展。在18世紀(jì)80年代之前，人類還一直使用煤油燈作為照明光源。直到1879年愛迪生利用碳化纖維制備了世界上第一個(gè)白熾燈，人類才算真正進(jìn)入電光源時(shí)代。不過白熾燈的發(fā)光效率低下，90%以上的能量以熱量形式損耗掉，所以產(chǎn)生極大的能源浪費(fèi)。隨著人們對燈的光效和亮度的追求，相繼又出現(xiàn)了更加節(jié)能的熒光燈和氣體放電燈。
進(jìn)入21世紀(jì)，全球能源危機(jī)越來越嚴(yán)重。有資料表明，全球照明用電量占比高達(dá)22%。因此迫切需要尋找更加節(jié)能和環(huán)保的照明光源，以滿足發(fā)展需求。21世紀(jì)隨著半導(dǎo)體制備技術(shù)的成熟，發(fā)光二極管作為興起的照明光源迅速受到人們的重視，并實(shí)際應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。LED是冷光源，自身對環(huán)境沒有任何污染，與白熾燈、 熒光燈 相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90％以上，因此被認(rèn)為是節(jié)能環(huán)保的第四代照明光源。
熒光玻璃是替代目前大功率白光LED用熒光粉和環(huán)氧樹脂封裝的最好選擇。其制備工藝相對簡單，生產(chǎn)能耗較低，且玻璃的機(jī)械加工性能較佳，可加工成各種形狀與LED芯片封裝。其中石英玻璃具有低膨脹系數(shù)、高透過率、高化學(xué)穩(wěn)定性等普通玻璃不具有的優(yōu)點(diǎn)，是其中優(yōu)選的基質(zhì)材料。
其實(shí)，對熒光玻璃的研究歷來已久。稀土離子或者過渡金屬離子摻雜的熒光玻璃，如長余輝發(fā)光玻璃具有很多優(yōu)異的光學(xué)性能，早期的研究多用于激光、光學(xué)放大器、光通訊、儲能等領(lǐng)域。近幾年隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，熒光玻璃作為除了熒光粉外的另一種發(fā)光材料在LED照明領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價(jià)值越來越受到重視。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種熒光玻璃的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種熒光玻璃的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）首先通過球磨法將石英試管破碎成所需二氧化硅玻璃粉體；（2）取二氧化硅粉體和商用的Ce:YAG熒光粉，通過研缽研磨均勻后干燥備用；（3）取混合好的粉體，裝入直徑10mm的石墨模具中后放入SPS裝置中；（4）接著抽真空，調(diào)節(jié)壓力至50MPa燒結(jié)；（5）最后關(guān)閉電源，冷卻至室溫后取出模具；樣品經(jīng)過雙面拋光處理成玻璃圓片，完成制備。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述石英玻璃管型號為15×150mm。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述LED熒光粉為BL304A。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述燒結(jié)過程為3min達(dá)到600℃，4min達(dá)到1200℃，保溫2min。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述玻璃圓片的規(guī)格為Φ10mm×1mm。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，采用一步SPS燒結(jié)法制備了Ce:YAG熒光粉混合的二氧化硅/Ce:YAG熒光玻璃，研究了熒光玻璃的燒結(jié)特性、顯微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能，得到最佳的燒結(jié)溫度是1200℃，并且整個(gè)燒結(jié)過程只需要9 min。且本發(fā)明所述熒光玻璃的制備方法制備工藝簡單，易于操作，適于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
一種熒光玻璃的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）首先通過球磨法將石英試管破碎成所需二氧化硅玻璃粉體；（2）取二氧化硅粉體和商用的Ce:YAG熒光粉，通過研缽研磨均勻后干燥備用；（3）取混合好的粉體，裝入直徑10mm的石墨模具中后放入SPS裝置中；（4）接著抽真空，調(diào)節(jié)壓力至50MPa燒結(jié)；（5）最后關(guān)閉電源，冷卻至室溫后取出模具；樣品經(jīng)過雙面拋光處理成玻璃圓片，完成制備。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述石英玻璃管型號為15×150mm。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述LED熒光粉為BL304A。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述燒結(jié)過程為3min達(dá)到600℃，4min達(dá)到1200℃，保溫2min。
本發(fā)明所述的熒光玻璃的制備方法，所述玻璃圓片的規(guī)格為Φ10mm×1mm。
隨著球磨時(shí)間從4h、8h、12h、24h到48h時(shí)，粒徑分布由窄變寬；當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到12h以上，粉體粒徑分布開始寬化，因此球磨時(shí)間在12h以內(nèi)較好。隨著研磨時(shí)間從4h、8h、12h、24h到48h增加，粉體中位粒徑首先減小，當(dāng)達(dá)到12h以上，粒徑反而增大，可能發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。綜上所述，選取球磨時(shí)間為12h得到的石英玻璃粉體作為原料，此時(shí)石英玻璃粉體的粒徑分布也較窄，中位粒徑在2.95um左右。
當(dāng)燒結(jié)溫度從1000℃增加到1200℃的過程中，玻璃樣品逐漸變透明，但透明度并不好。1000℃燒結(jié)出來的玻璃樣品還存在尖峰，當(dāng)溫度逐漸升高到1200℃時(shí)，尖峰逐漸消失，呈現(xiàn)典型的玻璃饅頭峰。因此為保證樣品形成玻璃，以下實(shí)驗(yàn)部分均采用了1200℃的燒結(jié)溫度制備。
以上述得到的燒結(jié)溫度制度為基礎(chǔ)，接著便混合Ce:YAG熒光粉制備了不同濃度的熒光玻璃樣品。隨著熒光粉濃度增加，熒光玻璃的顏色逐漸加深，透明度也下降。燒結(jié)溫度在3min內(nèi)到達(dá)600℃，4min達(dá)到1200℃，接著在1200℃保溫2min。在3min時(shí)樣品出現(xiàn)稍微膨脹，這主要是由玻璃粉體的受熱膨脹引起；在7min左右，樣品急劇收縮，接著在8min左右收縮停止，這代表玻璃燒結(jié)基本完成，對應(yīng)的溫度在1200℃左右，這與以往報(bào)道SPS燒結(jié)情況一致。
燒結(jié)并沒有破壞Ce:YAG晶體的結(jié)構(gòu)，且樣品主體仍為玻璃。接著實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，Ce:YAG熒光粉顆粒在玻璃基質(zhì)中均勻分布，并沒有出現(xiàn)被破壞的現(xiàn)象，顆粒大小在15~20um之間。
隨著Ce:YAG熒光粉濃度從1wt%增加到5wt%時(shí)，熒光玻璃在波長500nm-780nm區(qū)間透過率從10%降低到5%左右。但所有濃度熒光玻璃在460nm處均有強(qiáng)的吸收，這屬于Ce3+的5d-4f躍遷。在460nm藍(lán)光激發(fā)下熒光玻璃具備550nm的發(fā)射峰。隨著熒光粉濃度增加，發(fā)光強(qiáng)度先上升后下降，這可能是由于開始濃度太低和后來濃度太大透明度大大下降所致，其中3wt%熒光玻璃的發(fā)光強(qiáng)度最大。
使用的是市面上10W的藍(lán)光LED集成芯片，將20mm直徑的熒光玻璃直接覆蓋在芯片上面，周圍使用導(dǎo)熱膠粘好，制備成一個(gè)白光LED樣品。接入電源，白光LED的點(diǎn)亮，樣品發(fā)出明亮的白光。封裝好的白光LED器件樣品在8.80V，800mA電源驅(qū)動下的色坐標(biāo)圖。在800mA的電流驅(qū)動下，芯片發(fā)出的剩余藍(lán)光與熒光玻璃發(fā)出的黃光混合形成白光，此時(shí)白光LED樣品的色坐標(biāo)(x, y)=(0.33, 0.38)，恰好落在白光區(qū)附近。這表明采用SPS制備的二氧化硅/Ce:YAG熒光玻璃能夠與藍(lán)光LED芯片很好地匹配，形成白光輸出，有望應(yīng)用于新一代白光LED器件。
通過研究不同溫度制備的石英玻璃，得到最佳的燒結(jié)溫度是1200℃，并且整個(gè)燒結(jié)過程只需要9 min。通過SPS燒結(jié)得到的二氧化硅/Ce:YAG熒光玻璃主體相仍為玻璃體，該熒光玻璃在460 nm具有強(qiáng)吸收峰，在此波長激發(fā)下發(fā)射出波峰位于550nm左右的黃光。通過調(diào)節(jié)熒光玻璃中Ce:YAG熒光粉濃度，可以獲得不同發(fā)光強(qiáng)度的熒光玻璃，3wt%發(fā)光玻璃性能最佳，以此封裝的白光LED樣品在800mA電流驅(qū)動下，獲得白光輸出，色坐標(biāo)(0.33, 0.38)。