專利名稱:稀土氧化物紅色熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域,涉及在電子束或真空紫外線激發(fā)下發(fā)射紅色熒光的熒光粉,是一種稀土氧化物紅色熒光粉及其制造方法。
背景技術(shù):
能夠在激發(fā)情況下發(fā)光的材料很多,這些材料都可以作為熒光粉,應(yīng)用在顯示等領(lǐng)域,例如立方型Gd2O3。通常立方型Gd2O3轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毙偷南嘧儨囟却蠹s在1250℃,即在1250℃以上獲得的Gd2O3為單斜結(jié)構(gòu)。根據(jù)立方型Gd2O3的這一性質(zhì),可以制備立方型Gd2O3為基質(zhì)的瑩光粉。但以立方型Gd2O3為基質(zhì)制備的熒光粉具有單斜結(jié)構(gòu),單斜結(jié)構(gòu)的熒光體發(fā)光效率低。用Eu3+激活的立方氧化釔在電子束或真空紫外激發(fā)下發(fā)射紅光,被廣泛應(yīng)用在顯示、顯像、照明光源等新技術(shù)中,但是隨著這些技術(shù)的發(fā)展,Y2O3Eu3+的發(fā)光性能已不能滿足需要,人們要求提供性能更為優(yōu)良的發(fā)光材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在立方Y(jié)2O3Eu3+體系中引入Gd離子使之部分取代Y,在1250℃高溫下Y2O3和Gd2O3及Y2O3、Gd2O3和Eu2O3形成具有立方結(jié)構(gòu)的(Y,Gd)2O3和(Y,Gd,Eu)2O3固熔體。這類新固熔體是很穩(wěn)定的類質(zhì)同相替換固熔體,具有很好的發(fā)光性能。通過(guò)在立方Y(jié)2O3Eu3+體系中引入Gd離子,目的是提供一種發(fā)光亮度高、色純度優(yōu)良的稀土氧化物紅色熒光粉及其制備這種熒光體的方法本發(fā)明通過(guò)在立方Y(jié)2O3Eu3+體系中引入Gd離子使之部分取代Y,在1250℃高溫下Y2O3和Gd2O3及Y2O3、Gd2O3和Eu2O3形成具有立方結(jié)構(gòu)的(Y,Gd)2O3和(Y,Gd,Eu)2O3固熔體,獲得稀土氧化物紅色熒光粉。
本發(fā)明在立方Y(jié)2O3Eu3+體系中引入Gd離子后,體系中Y2O3和Gd2O3及Y2O3、Gd2O3和Eu2O3形成具有立方結(jié)構(gòu)的(Y,Gd)2O3和(Y,Gd,Eu)2O3固熔體,其化學(xué)表達(dá)式如下(Y1-x-yGdxEuy)2O3其中x為基質(zhì)組分Gd的含量,含量為0<x≤0.9,y為激活劑Eu的含量,含量為0.01≤y≤0.1。熒光體基質(zhì)部分由Gd和Y的氧化物組成,激活劑材料為含Eu3+的氧化物。
本發(fā)明的稀土氧化物紅色熒光粉,當(dāng)基質(zhì)組分Gd的含量在0<x≤0.9范圍內(nèi),在高于Gd2O3的相變溫度(1250℃)時(shí),(Y1-x-yGdxEuy)2O3熒光粉依然為體心立方結(jié)構(gòu),具有發(fā)光亮度高、色純度優(yōu)良的特點(diǎn)。
本發(fā)明在1250℃高溫下Y2O3和Gd2O3,Y2O3、Gd2O3和Eu2O3形成具有立方結(jié)構(gòu)的(Y,Gd)2O3和(Y,Gd,Eu)2O3固熔體,是很穩(wěn)定的類質(zhì)同相替換固熔體,具有很好的發(fā)光性能。
本發(fā)明的稀土氧化物紅色熒光粉制備工藝步驟如下1、選料按(Y1-x-yGdxEuy)2O3化學(xué)表達(dá)式計(jì)量比稱取一定量99.99%純度的Y2O3、Gd2O3、Eu2O3以及分析純度以上硼酸、金屬氟化物和金屬碳酸鹽的中的一種或一種以上。其中,硼酸、金屬氟化物和金屬碳酸鹽是添加劑,金屬氟化物可以是CaF2,金屬碳酸鹽可以是K2CO3或Li2CO3。添加劑加入量為0.1~0.5wt%。
2、混料將上述99.99%純度的Y2O3、Gd2O3、Eu2O3以及分析純度以上的H3BO3、CaF2、K2CO3、Li2CO3中的一種或一到三種作為原料,裝入球磨罐中,放入瑪瑙球,球與原料的重量比為1∶1,球磨時(shí)間10小時(shí)以上。
3、燒結(jié)經(jīng)球磨混料的上述原料裝入氧化鋁坩堝或剛玉坩堝中,加蓋放入高溫?zé)Y(jié)爐中。裝入氧化鋁坩堝中時(shí),原料為室溫。在氧化鋁坩堝中的原料,隨爐升至1250~1400℃,恒溫1~2小時(shí),停止升溫,隨爐降至1000℃以下取出。
4、后處理上述原料經(jīng)燒成,得到白色粉末產(chǎn)物。將得到的產(chǎn)物白色粉末破碎,裝入球磨罐中,加入水和φ3mm玻璃球,其中產(chǎn)物白色粉末粉料、水和玻璃球的比例為粉料∶水∶球≈1∶1∶1,球磨2~4小時(shí)。球磨后的粉料和水成為粉漿,把粉漿裝入燒杯中,用2%HCl溶液攪拌2~4小時(shí),而后用70~80℃熱去離子水洗至中性。經(jīng)400目過(guò)篩,抽濾后于烘箱中110~130℃烘干,得到熒光粉。將烘干的熒光粉再經(jīng)260目過(guò)篩,并進(jìn)行檢測(cè),即得到本發(fā)明的紅色熒光粉。
本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)在1250℃以上高溫獲得立方結(jié)構(gòu)的(Y1-x-yGdxEuy)2O3熒光粉,甚至Gd含量高達(dá)90%時(shí),即(Y0.06Gd0.90Eu0.04)2O3時(shí),材料依然為立方結(jié)構(gòu),沒有單斜Gd2O3雜相存在。如圖1為(Y0.06Gd0.90Eu0.04)2O3熒光粉的XRD圖(2θ=18°~74°),這是一個(gè)典型的體心立方結(jié)構(gòu),衍射峰很強(qiáng),半寬高(FWHM)窄,晶體結(jié)晶質(zhì)量好;(2)所獲得的高溫立方(Y,Gd)2O3Eu熒光粉的發(fā)射光譜和立方Y(jié)2O3Eu及立方Gd2O3Eu完全相同,如圖2所示;(3)有滿意的激活劑濃度范圍,如圖3所示,最佳濃度為0.04mol;(4)選用少量硼酸、金屬氟化物和金屬碳酸鹽作為添加劑,不僅降低了灼燒溫度,而且提高發(fā)光亮度,促進(jìn)晶體生長(zhǎng);(5)制造工藝簡(jiǎn)單,易于操作,適宜批量生產(chǎn)。
圖1為(Y0.06Gd0.90Eu0.04)2O3熒光粉的XRD圖(2θ=18°~74°);圖2為立方(Y,Gd)2O3Eu、Y2O3Eu、Gd2O3Eu熒光粉的發(fā)射光譜圖;圖3為熒光粉發(fā)光強(qiáng)度與激活劑Eu3+濃度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、稱取Y2O3100g,Eu2O37g,BaF20.1g,H3BO30.3g,將上述原料裝入球磨罐中,放入瑪瑙球,球與原料的重量比為1∶1,球磨時(shí)間10小時(shí)以上。將混勻的物料裝入剛玉坩堝一并放入高溫?zé)Y(jié)爐中,將燒結(jié)爐溫度升到1270℃,恒溫2小時(shí),待爐溫降至1000℃以下取出坩堝冷卻至室溫。將出爐物料破碎,裝入球磨罐中,加入水和φ3mm玻璃球,粉料∶水∶球≈1∶1∶1,慢速球磨2小時(shí)。把粉漿裝入燒杯中,用2-5%HCl溶液攪拌2小時(shí),而后用70-80℃熱去離子水洗至中性,經(jīng)400目過(guò)篩,抽濾后于烘箱中120℃烘干。將烘干的熒光粉再經(jīng)260目過(guò)篩,經(jīng)檢測(cè)即得到(Y1-x-yGdxEuy)2O3紅色熒光體,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為100。
實(shí)施例2、稱取Y2O380g,Gd2O324g,Eu2O36g,BaF20.1g,H3BO30.3g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為98。
實(shí)施例3、稱取Y2O370g,Gd2O322g,Eu2O313g,BaF20.1g,H3BO30.3g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為87.2。
實(shí)施例4、稱取Y2O360g,Gd2O344g,Eu2O36g,BaF20.1g,H3BO30.3g,,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為102.4。
實(shí)施例5、稱取Y2O350g,Gd2O339.5g,Eu2O311.5g,BaF20.1g,H3BO30.3g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為91.6。
實(shí)施例6、稱取Y2O340g,Gd2O357g,Eu2O35g,BaF20.1g,H3BO30.3g,,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為101.6。
實(shí)施例7、稱取Y2O340g,Gd2O363g,Eu2O312g,BaF20.35g,H3BO30.6g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為89.8。
實(shí)施例8、稱取Y2O320g,Gd2O386g,Eu2O35g,BaF20.1g,H3BO30.3g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為97.3。
實(shí)施例9、稱取Y2O320g,Gd2O3107g,Eu2O313g,BaF20.4g,H3BO30.7g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為86.5。
實(shí)施例10、稱取Y2O370g,Gd2O330g,Eu2O36g,BaF20.1g,H3BO30.3g,其余條件同實(shí)施例1,在陰極射線激發(fā)下相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為103.1。
權(quán)利要求
1.一種稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是在立方Y(jié)2O3Eu3+體系中引入Gd離子使之部分取代Y,在1250℃高溫下Y2O3和Gd2O3及Y2O3、Gd2O3和Eu2O3形成具有立方結(jié)構(gòu)的(Y,Gd)2O3和(Y,Gd,Eu)2O3固熔體,其化學(xué)表達(dá)式為(Y1-x-yGdxEuy)2O3,其中x為基質(zhì)組分Gd的含量,y為激活劑Eu的含量;固熔體中還包含有添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是其基質(zhì)部分由Gd和Y的氧化物組成,基質(zhì)組分Gd的含量為0<x≤0.9。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是激活劑材料為含Eu3+的氧化物,含量為0.01≤y≤0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是所包含的添加劑為硼酸、金屬氟化物、金屬碳酸鹽中一種或一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是添加劑金屬氟化物可以是CaF2,金屬碳酸鹽可以是K2CO3或Li2CO3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的稀土氧化物紅色熒光粉,其特征是添加劑加入量為0.1-0.5wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土氧化物紅色熒光粉的制備方法,包括有選料、混料、燒結(jié)和后處理過(guò)程,其特征是按(Y1-x-yGdxEuy)2O3化學(xué)表達(dá)式計(jì)量比稱取一定量99.99%純度的Y2O3、Gd2O3、Eu2O3以及分析純度以上的添加劑;將上述Y2O3、Gd2O3、Eu2O3以及添加劑裝入球磨罐中,放入瑪瑙球,球磨混料;把球磨混料后的原料裝入氧化鋁坩堝或剛玉坩堝中,加蓋放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié);將燒結(jié)得到的白色粉末產(chǎn)物破碎,裝入球磨罐中,加入水和φ3mm玻璃球,球磨后的粉料和水成為粉漿,把粉漿裝入燒杯中,用2%HCl溶液攪拌2~4小時(shí),而后用70~80℃熱去離子水洗至中性,經(jīng)400目過(guò)篩,抽濾后于烘箱中110~130℃烘干,得到熒光粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的稀土氧化物紅色熒光粉的制備方法,其特征是混料所用的瑪瑙球與原料的重量比為1∶1,球磨時(shí)間10小時(shí)以上;室溫下把混料裝入氧化鋁坩堝中,隨爐升至1250~1400℃,恒溫1~2小時(shí),停止升溫,隨爐降至1000℃以下取出;后處理中白色粉末產(chǎn)物∶水∶玻璃球≈1∶1∶1。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的稀土氧化物紅色熒光粉的制備方法,其特征是將烘干的熒光粉再經(jīng)260目過(guò)篩。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域,涉及在電子束或真空紫外線激發(fā)下發(fā)射紅色熒光的熒光粉,是一種稀土氧化物紅色熒光粉及其制造方法。本發(fā)明涉及的熒光粉,其化學(xué)表達(dá)式為(Y
文檔編號(hào)C09K11/78GK1506439SQ0214473
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月7日
發(fā)明者王曉君, 謝宜華, 劉行仁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研