一种正白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法

本发明涉及磷酸盐荧光玻璃陶瓷，具体涉及一种正白光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，微晶玻璃特别是稀土(re)离子掺杂微晶玻璃材料广泛应用于白光发光二极管(w-led)、荧光显示器件、激光器、太阳能电池和非侵入式温度传感器，发光二极管(led)照明技术具有节能、绿色无污染、寿命长等诸多优势。要获得白光，常用的方法有两种：第一种是用y3al5o12：ce3+(yag：ce)黄色荧光粉组装蓝色ingan led芯片。然而，通过上述方法获得的白光缺乏红光成分，并且白光质量差，获得白光的另一种方法是将rgb(红，绿，蓝)荧光粉与紫外(uv)或近紫外(n-uv)发光二极管集成。荧光粉涂层的芯片激发存在：(1)荧光粉涂层的均匀性难以控制；(2)包装材料大多为环氧树脂，不耐高温，易老化造成位移等缺点。因此，使用易于制备、透明度高、生产成本低、几何形状灵活、光学强度高和机械性能增强的微晶玻璃可以弥补这些缺点，开发该类稀土掺杂玻璃陶瓷材料，对获取发光性能优异的led照明光源具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种经调节后可发出正白光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法，该玻璃陶瓷材料具有良好的热稳定性，实现了发光颜色的纯正和发光稳定，该玻璃陶瓷材料的制备方法简便、高效。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种经调节后可发出正白光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷材料，该玻璃陶瓷材料的质量百分比组成为：

3、p2o5 4-8％、cao 15-25％、na2o 20-25％、b2o3 30-50％、zro2 1-5％,所述玻璃基质中掺杂有dy3+和eu3+，以化合物的形式掺杂，其中所掺杂的含镝化合物和含铕化合物分别占其他原料总质量的x和y，0.125％≤x≤0.5％，0＜y≤1.0％。

4、由原料na2co3、caco3、nh4h2po4、b2o3、eu2o3和dy2o3经过混合研磨、煅烧、熔融淬冷、研磨、压制成型、烧至玻璃软化点冷却，即可制成得到，所述的玻璃基质中掺杂有dy3+，eu3+以化合物的形式掺杂，掺杂的含镝化合物dy2o3和含铕化合物eu2o3分别占其他原料总质量的0.125-0.5％和0.25-1％，所述的玻璃基质中析出有nacapo4纳米晶体。

5、本发明玻璃陶瓷材料采用na2o-cao-p2o5-zro2玻璃基质，其中p2o5、b2o3提供刚性结构，使玻璃陶瓷材料具有硬度高、机械性能好的优势，同时为玻璃析晶过程创造成核和边界条件；引入na2o和cao的作用是为纳米晶体nacapo4的析出提供必要的组成元素，zro2的作用是降低混合物熔点，使加热更方便。

6、本发明玻璃陶瓷材料的基质玻璃具有良好的形成能力和热稳定性，还具有较低的声子能量和良好的透明度，是稀土离子的良好基质，成型温度低，原料成本低。其最佳发光性能：色坐标(0.3374,0.3258)，接近正白光(0.33，0.33)，颜色相关温度5262k，是典型的日光白光发射，掺杂的dy3+、eu3+掺入纳米晶体nacapo4中且没有破坏晶体的结构，大量稀土发光离子嵌入到低声子能量环境中，有利于降低无辐射跃迁几率，提高发光效率。

7、本发明提供一种正白光发光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

8、1)原料准备：称量原料混合均匀，得到混合物粉体；

9、2)熔融与淬冷：将步骤1)中得到的粉体，进行煅烧，熔融后，将熔融物进行淬冷，得到前体玻璃，将前体玻璃研磨，得到玻璃粉末；

10、3)压片：将步骤2)得到的玻璃粉末，倒入模具中，压制成圆片生坯；

11、4)热处理：将步骤3)中得到的圆片生坯进行热处理，降温至室温，得到稀土dy3+/eu3+双掺杂nacapo4荧光玻璃陶瓷。

12、作为优选，所述步骤2)中，煅烧温度为1200-1300℃，煅烧时间为2-4小时；

13、将熔融物倒在钢板上进行淬冷过程。

14、作为优选，步骤3)中，采用液压机压制，液压机采用20-40mpa保压时间60-120秒。

15、作为优选，所述步骤4)中，热处理温度为420℃-520℃，热处理时间为4-6小时。

16、作为优选，步骤4)中得到稀土dy3+/eu3+双掺杂nacapo4荧光玻璃陶瓷材料的最佳色度坐标为(0.335，0.304)。

17、具体地，本发明提供一种上述的稀土dy3+、eu3+离子掺杂nacapo4玻璃陶瓷材料的制备方法，按下列步骤进行：

18、1)原料准备：以na2co3、caco3、nh4h2po4、b2o3、eu2o3和dy2o3为原料，根据质量百分比：p2o5 4-8％、cao 15-25％、na2o 20-25％、b2o3 30-50％、zro2 1-5％,其中所掺杂的含镝化合物和含铕化合物分别占其他原料总质量的x和y，0.125％≤x≤0.5％，0＜y≤1.0％，称量原料，置于玛瑙研钵中研磨2-4h，将其充分混合均匀，得到混合物粉体；

19、2)熔融与淬冷：将步骤1)中得到的粉体放置于温度1200-1300℃的马弗炉中煅烧2-4小时，迅速将高纯刚玉坩埚内的熔融物倒在钢板上淬冷以得到前体玻璃，随后将将前体玻璃研磨2-4h得到玻璃粉末；

20、3)压片：将步骤2)得到的粉末称取约0.15-0.2g倒入直径为10-20mm的磨具中，液压机采用20-40mpa保压时间60-120秒，压制成圆片生坯；

21、4)热处理：将步骤3)中得到的圆片生坯放入马弗炉中进行热处理，热处理温度为420℃-520℃，热处理时间为4-6小时，最后自然降温至室温，即得到稀土dy3+/eu3+双掺杂nacapo4荧光玻璃陶瓷材料。

22、本申请的玻璃陶瓷材料具备较高的结晶度和透明度，其激发光谱在紫外区域，经过调整后得到合适的eu3+的掺杂量可以实现正白色光的发射。本发明的样品具有良好的热稳定性和优秀的发光性能，可以作为一种新型的荧光材料应用于发光领域。

23、与现有技术相比，本发明的优势在于：

24、1、本发明通过熔融淬火法先得到前驱体玻璃，再经由热处理的方式使之部分晶化得到的玻璃陶瓷材料中富含大量的nacapo4纳米晶体，硼磷酸盐基质玻璃具有良好的形成能力和热稳定性，还具有较低的声子能量和良好的透明度，是稀土离子的良好基质，成型温度低，原料成本低，大量稀土发光离子dy3+、eu3+可嵌入到低声子能量环境，有利于提高其发光强度，降低无辐射跃迁几率，提高发光效率。

25、2、本发明荧光玻璃陶瓷，通过稀土元素dy3+、eu3+的掺杂，实现了正白光发光，色度坐标接近正白光发光，且具有良好的热稳定性和发光稳定性。

技术特征：

1.一种正白光发光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷，其特征在于，所述磷酸盐荧光玻璃陶瓷按质量百分比组成包括：p2o5 4-8％、cao 15-25％、na2o 20-25％、b2o3 30-50％、zro2 1-5％，所述玻璃基质中以化合物的形式掺杂有dy3+和eu3+，掺杂，其中，所掺杂的含镝化合物和含铕化合物分别占其他原料总质量的x和y，0.125％≤x≤0.5％，0＜y≤1.0％。

2.根据权利要求1所述的磷酸盐荧光玻璃陶瓷，其特征在于，所述含镝化合物为dy2o3，含铕化合物为eu2o3。

3.一种正白光发光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷的制备方法：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，煅烧温度为1200-1300℃，煅烧时间为2-4小时；

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，采用液压机压制，液压机采用20-40mpa保压时间60-120秒。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，热处理温度为420℃-520℃，热处理时间为4-6小时。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中得到稀土dy3+/eu3+双掺杂nacapo4荧光玻璃陶瓷材料的色度坐标为(0.335，0.304)。

技术总结
本发明涉及一种正白光发光的磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法。所述磷酸盐荧光玻璃陶瓷按质量百分比组成包括：P<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt; 4‑8％、CaO 15‑25％、Na<subgt;2</subgt;O 20‑25％、B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;30‑50％、ZrO<subgt;2</subgt; 1‑5％，所述玻璃基质中以化合物的形式掺杂有Dy<supgt;3+</supgt;和Eu<supgt;3+</supgt;，其中，所掺杂的含镝化合物和含铕化合物分别占其他原料总质量的x和y，0.125％≤x≤0.5％，0＜y≤1.0％。该玻璃陶瓷材料具备较高的结晶度和透明度，其激发光谱在紫外区域，经过调整后得到合适的Eu<supgt;3+</supgt;的掺杂量可以实现正白色光的发射。本发明的样品具有良好的热稳定性和优秀的发光性能，可以作为一种新型的荧光材料应用于发光领域。

技术研发人员：陈朝阳,付应韬,孙一凡,刘义,范艳伟,王军华
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23