專(zhuān)利名稱(chēng)：用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透明陶瓷，特別是一種用于高亮度白光發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED) 的透明陶瓷及其制備方法，屬于特種光功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)照明光源相比，白光LED具有體積小、能耗少、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn)，在城市景觀照明、室內(nèi)外普通照明、信號(hào)指示燈、平板顯示以及背光源等領(lǐng)域具有極大的市場(chǎng)前景，被普遍認(rèn)為是替代傳統(tǒng)照明器件的新光源，受到國(guó)內(nèi)外高度重視，特別是在全球節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題日益突出的情況下，發(fā)展高效節(jié)能的半導(dǎo)體固態(tài)照明意義十分重大。目前最普遍的制作白光LED的方法是用高效hGaN/GaN基藍(lán)光LED芯片發(fā)出藍(lán)光激發(fā)鈰激活的釔鋁石榴石Y3Al5O12 = Ce (YAG:Ce)熒光粉，采用環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠封裝，即 YAGiCe熒光粉分布在環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠內(nèi)。YAG:Ce熒光粉與藍(lán)光芯片匹配性好，發(fā)光效率高，但存在紅光成分不足、顯色指數(shù)低等問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題常常加入一些稀土離子(例如釓Gd、鐠ft·等)作為摻雜劑，增大YAG結(jié)構(gòu)的晶格畸變使Ce3+離子在黃光波段的發(fā)光紅移，或者直接補(bǔ)充紅光波段的發(fā)光，來(lái)提高白光LED的顯色性能。但是對(duì)于大功率高亮度的白光LED，以傳統(tǒng)的熒光粉做轉(zhuǎn)換材料存在比較嚴(yán)重的問(wèn)題藍(lán)光LED芯片在大注入電流下點(diǎn)亮?xí)掷m(xù)發(fā)熱，而環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠外殼達(dá)不到散熱要求將使LED芯片溫度升高，發(fā)光效率下降；另一方面熒光粉在溫度升高時(shí)轉(zhuǎn)換效率下降，而環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠外殼在連續(xù)熱量的積累下會(huì)加速老化，使熒光粉的轉(zhuǎn)換效率也下降，導(dǎo)致高亮度白光LED出現(xiàn)熱致光衰現(xiàn)象，影響其實(shí)用性。透明陶瓷具有比環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠高得多的熱導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性，而且具有較高的硬度等力學(xué)性能，使用透明熒光陶瓷來(lái)轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)同時(shí)作為封裝外殼，可極大的緩解高亮度白光LED的散熱問(wèn)題，延長(zhǎng)其使用壽命，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)關(guān)于白光LED用熒光轉(zhuǎn)換材料也做了一些研究工作，如中國(guó)專(zhuān)利CN1815765 提出一種YAG晶片式白光發(fā)光二極管及其封裝方法，將稀土摻雜的YAG晶片用作熒光材料， 但是與透明陶瓷相比，單晶的生長(zhǎng)溫度和制備成本都較高，而且在機(jī)械、力學(xué)穩(wěn)定性方面存在不足，限制了加工制造的靈活性。且該技術(shù)方案中激活離子在YAG單晶中的分凝系數(shù)很低，較大的摻雜量將導(dǎo)致晶體質(zhì)量嚴(yán)重下降，制約其轉(zhuǎn)換效率。中國(guó)專(zhuān)利CN101338879A公開(kāi)了一種利用YAG透明陶瓷制備白光LED的方法，實(shí)際上是多晶顆粒涂覆層，顆粒尺寸在 1 300nm，而不是塊體陶瓷材料，與傳統(tǒng)熒光粉差別不大。目前采用YAG:Ce體系(包括摻雜Gd、Pr、Sm、Dy等)的透明陶瓷雖然可以用做白光LED的轉(zhuǎn)換材料，但其轉(zhuǎn)換效率仍與傳統(tǒng)YAG Ce體系的熒光粉相比有差距。在對(duì)高轉(zhuǎn)換效率透明熒光陶瓷的研究中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)將非常少量的共激活離子如 Li+摻入到基質(zhì)中會(huì)顯著增強(qiáng)熒光體的發(fā)光強(qiáng)度。我們認(rèn)為，以Li+作為共激活離子一方面可起燒結(jié)助劑的作用，可以改善結(jié)晶質(zhì)量，提高激活離子的發(fā)光強(qiáng)度；另一方面，Li+離子的引入也可產(chǎn)生適量的氧空位，而氧空位可作為有效能量傳輸?shù)拿艋瘎?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于高亮度白光發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED)的透明陶瓷及其制備方法，該方法制得的透明陶瓷應(yīng)具有透過(guò)率高、熱導(dǎo)率高，化學(xué)和熱穩(wěn)定性好和熒光轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種高亮度白光LED用透明陶瓷，其特點(diǎn)在于該透明陶瓷的化學(xué)式為 (Y3_x_y_zCexLiyRz) (Α15_ηΜη)012，其中 R 可為 La、Pr、Sm、Gd、Tb、和 Dy 中的至少一種，M 為 k、Ti、 VXr和Mn中的至少一種，x、y、z和η的取值范圍是0. 003 ^ χ ^ 0. 06，0. 003 ^ y ^ 0. 06， 0 彡 ζ 彡 0. 75,0 彡 η 彡 0. 75。所述高亮度白光LED用透明陶瓷的制備方法，該方法包括如下步驟①選定所需制備的透明陶瓷的化學(xué)式選定化學(xué)式(Y3_x_y_zCi5xLiylU (Al5^nMn)O12中R禾Π M指代的元素以及x、y、ζ禾Π η的取值，其中R為L(zhǎng)a、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，M為Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種；②按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的粉體原料，采用固相球磨法或尿素沉淀法制成超細(xì)粉體原料；③成型將所述的超細(xì)粉體原料單軸壓成型，再用200MI^或以上的壓力冷等靜壓得到具有一定強(qiáng)度的生坯片；④燒結(jié)將所述的生坯片放入真空爐中于1400 1800°C下燒結(jié)5 30小時(shí)，其真空度不低于3 X 10 ,從而獲得所需要的具有預(yù)定化學(xué)式(Y3_x_y_z(^xLiyRz) (Al5_nMn) O12的透明陶瓷。所述的超細(xì)粉體原料的固相球磨法如下按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的高純403、Al203、Ce02、Li2C03、R203以及M的氧化物粉體，其純度不低于99.9%，然后以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，高純氧化鋁球?yàn)槟デ?，正硅酸四乙酯為燒結(jié)助劑，聚乙二醇400為分散劑，于行星式球磨機(jī)中高速球磨，球磨結(jié)束后干燥， 研磨，過(guò)篩，獲得亞微米級(jí)高純粉體，該粉體在700 800°C煅燒3小時(shí)，以去除殘余有機(jī)物并分解碳酸鹽形成相應(yīng)的氧化物，煅燒后再次過(guò)篩，獲得亞微米級(jí)高純的超細(xì)粉體原料。所述的超細(xì)粉體原料的尿素沉淀法如下按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的高純Y203、A1203、CeO2, Li2C03、R2O3以及M的氧化物粉體，其純度不低于99. 9 %，溶于相應(yīng)量硝酸中配成硝酸鹽溶液，將該硝酸鹽溶液與尿素溶液、硫酸銨溶液混合均勻，其中，尿素含量為硝酸鹽濃度的50 100倍，硫酸銨的摩爾量與硝酸鹽的摩爾量等同，最后加去離子水將混合溶液稀釋至硝酸鹽的濃度為0. 001 0. 03mol/L ；將混合溶液置于80 99°C恒溫環(huán)境中反應(yīng)2 5小時(shí)，然后取出后靜置，過(guò)濾收集沉淀物，洗滌，干燥研磨后得到的前驅(qū)體粉末于800 1100°C高溫煅燒2 5小時(shí)得到亞微米級(jí)超細(xì)粉體原料。本發(fā)明中，各種待摻雜元素及其摻雜量的選擇對(duì)燒結(jié)工藝有較大影響，例如摻La 量較多時(shí)，可適當(dāng)降低燒結(jié)溫度或縮短保溫時(shí)間，而摻&量較多時(shí)，需適當(dāng)提高燒結(jié)溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間。而其它離子對(duì)燒結(jié)工藝影響不大，改變其摻雜量，所得陶瓷依然在透明范圍內(nèi)。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明以Ce3+為主激活離子，Li+為共激活離子制得的透明陶瓷，可以改善結(jié)晶度，提高Ce3+離子的發(fā)光強(qiáng)度，得到的透明陶瓷的晶粒尺寸均勻，氣孔率極低；并摻雜La3+、 阼3+、5!113+、6(13+、1133+、073+或&3+、113+、滬+、03+^113+中的一種或幾種來(lái)增大晶格畸變，使(^3+ 離子的發(fā)光范圍紅移，該透明陶瓷被藍(lán)光LED激發(fā)熒光轉(zhuǎn)換效率高，得到的白光色溫低，顯色指數(shù)高，而且導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性好，因此可作為高亮度白光LED的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料及封裝外殼使用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例二十五Ce、Li共摻Y(jié)AG透明陶瓷與單摻Ce的YAG透明陶瓷 (相同的實(shí)驗(yàn)條件)熒光強(qiáng)度對(duì)比的熒光光譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例一以純度大于99. 9%的103、A1203、CeO2, Li2C03、R2O3以及M的氧化物粉體為原料， 按分子式(Y3-x-y-zCexLiyRz) (Al5^nMn)O12 稱(chēng)重配料，其中 x = 0. 003, y = 0. 003, ζ = 0，η = 0。 以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，高純氧化鋁球?yàn)槟デ?，正硅酸四乙酯為燒結(jié)助劑，聚乙二醇400為分散劑，高速球磨M小時(shí)，置于干燥箱中干燥M小時(shí)，研磨，過(guò)篩，放入馬弗爐中600°C煅燒 3小時(shí)，再次過(guò)篩，然后單軸壓成型生坯片，210MPa冷等靜壓，將生坯片置于真空爐中，升至 1700 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 003, y = 0.003，ζ = 0，η =0. 75。其中M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1700 1800°C保溫15 30小
時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.003，y = 0.003, ζ = 0. 75，η = 0。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，在1400 1750°C保溫 5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.003，y = 0.003, ζ = 0. 75，η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1400 1800°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例五實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，x = 0. 003，y = 0. 06，ζ = 0，η =0。在1650 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例六實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，x = 0. 003，y = 0.06, ζ = Ο,η =0. 75。其中M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1650 1750°C保溫15 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例七實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 003,y = 0. 06, ζ = 0. 75， η = 0。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，在1400 1750°C保溫5 20 小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例八實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 003,y = 0. 06, ζ = 0. 75，η = 0. 75。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，M可選k、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例九實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 003，ζ = 0, η =0。在1700 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 003，ζ = 0, η =0. 75。其中M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1700 1800°C保溫15 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例i^一 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 003，ζ = 0. 75，η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，在 1400 1750°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十二 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 003，ζ = 0. 75，η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1400 1800°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十三實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 06，ζ = 0， η = 0。在1650 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十四實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 06, y = 0. 06, ζ = Ο,η =0. 75。其中M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1650 1750°C保溫15 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十五實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0.06，ζ = 0. 75，η = 0。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，在1400 1750°C保溫 5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十六實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.06, y = 0.06，ζ = 0. 75, η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc,Ti,V,Cr 和 Mn中的至少一種，在1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十七實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 01，y = 0. 01，ζ = 0. 3， η = 0. 3。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，M可選Sc、Ti、V、Cr禾口 Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十八實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0. 01，y = 0. 01，ζ = 0. 3， η = 0. 6。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb禾口 Dy中的至少一種，M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例十九實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01,y = 0.01,z = 0. 6, η = 0. 3。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中的至少一種，M可選Sc、Ti、V、Cr禾口 Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01,y = 0.01,z = 0. 6, η = 0. 6。其中R可選La、Pr、Sm、Gd、Tb禾口 Dy中的至少一種，M可選Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二i^一 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01, y = 0. 04，ζ = 0.3，η = 0.3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 禾口 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。
實(shí)施例二十二 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01, y = 0. 04，ζ = 0. 3，η = 0. 6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十三實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01, y = 0. 04，ζ = 0. 6，η = 0. 3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十四實(shí)施工藝與上述實(shí)施例一不相同的是，χ = 0.01, y = 0. 04，ζ = 0.6，η = 0.6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 禾口 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十五以純度大于99. 9%&t03、Al203、Ce02、Li2C03、I 203以及M的氧化物粉體為原料，按分子式(Y3_x_y_zCi3xLiyRz) (Al5^nMn)O12 稱(chēng)重配料，其中 x = 0. 003，y = 0. 003， ζ = 0, η = 0，溶于相應(yīng)量的硝酸中，用適量去離子水稀釋至0.025mol/L濃度，加入硝酸鹽摩爾量50 100倍的尿素，1倍的硫酸銨，溶解并混合均勻，將所得溶液置于90°C水浴中反應(yīng)2小時(shí)，取出靜置1小時(shí)，過(guò)濾收集沉淀物并先后用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌三次，將沉淀物干燥，干燥研磨后得到的前驅(qū)體粉末于900°C煅燒3小時(shí)，然后單軸壓成型，210MI^冷等靜壓，將生坯片置于真空爐中，升至1700 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十六實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0. 003,y = 0. 003， ζ = 0，η = 0.75。其中M可選&、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1700 1800°C保溫 15 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十七實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0. 003,y = 0. 003， ζ = 0. 75，η = 0。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，在 1400 1750°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十八實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0. 003,y = 0. 003， ζ = 0. 75, η = 0.75。其中 R 可選 La、ft·、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、 Cr和Mn中的至少一種，在1400 1800°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例二十九實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，x = 0. 003，y = 0. 06， ζ = 0，η = 0。在1650 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，x = 0. 003，y = 0. 06，ζ =0,n = 0. 75。其中M可選k、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1650 1750°C保溫15 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三i^一 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，x = 0. 003，y = 0. 06， ζ = 0. 75，η = 0。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，在 1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十二 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，x = 0. 003，y = 0. 06， ζ = 0. 75, η = 0.75。其中 R 可選 La、ft·、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、 Cr和Mn中的至少一種，在1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十三實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06,y = 0. 003， ζ = 0，η = 0。在1700 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十四實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06，y = 0.003，ζ
7=0,n = 0. 75。其中M可選k、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1700 1800°C保溫15 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十五實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06,y = 0. 003， z = 0. 75,η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，在 1400 1750°C
保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十六實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06,y = 0. 003， ζ = 0. 75, η = 0.75。其中 R 可選 La、ft·、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、 Cr和Mn中的至少一種，在1400 1800°C保溫5 30小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十七實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06,y = 0. 06，ζ =0，η = 0。在1650 1750°C保溫20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十八實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06,y = 0. 06，ζ =0,n = 0. 75。其中M可選k、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1650 1750°C保溫15 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例三十九實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0.06, y = 0. 06， ζ = 0. 75，η = 0。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，在 1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = 0. 06，y = 0. 06, ζ = 0. 75，η = 0. 75。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和 Mn中的至少一種，在1400 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四i^一 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0.01, ζ =0. 3，η = 0. 3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十二 實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0.01, ζ =0. 3，η = 0. 6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十三實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0.01, ζ =0. 6，η = 0. 3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十四實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0.01, ζ =0. 6，η = 0. 6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十五實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0. 04, ζ =0. 3，η = 0. 3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十六實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0. 04, ζ =0. 3，η = 0. 6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1500 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十七實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0. 04, ζ =0. 6，η = 0. 3。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。實(shí)施例四十八實(shí)施工藝與上述實(shí)施例二十五不相同的是，χ = O.OLy = 0. 04, ζ =0. 6，η = 0. 6。其中 R 可選 La、Pr、Sm、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一種，M 可選 Sc、Ti、V、Cr 和Mn中的至少一種，在1450 1750°C保溫5 20小時(shí)，獲得所需透明陶瓷。圖1為本發(fā)明實(shí)施例二十五中Ce、Li共摻Y(jié)AG透明陶瓷與單摻Ce透明陶瓷的熒光強(qiáng)度對(duì)比(相同的實(shí)驗(yàn)條件)熒光光譜曲線，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明Ce、Li共摻Y(jié)AG透明陶瓷具有較高的熒光光譜，其他實(shí)施例都有類(lèi)似的結(jié)果。說(shuō)明本發(fā)明以Ce3+為主激活離子，Li+為共激活離子制得的透明陶瓷，可以改善結(jié)晶度，提高Ce3+離子的發(fā)光強(qiáng)度，得到的透明陶瓷的晶粒尺寸均勻，氣孔率極低；并摻雜 La3+、Pr3+、Sm3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+ 或 Sc3+、Ti3+、V3+、Cr3+、 Mn3+中的一種或幾種來(lái)增大晶格畸變，使Ce3+離子的發(fā)光范圍紅移，該透明陶瓷被藍(lán)光LED 激發(fā)熒光轉(zhuǎn)換效率高，得到的白光色溫低，顯色指數(shù)高，而且導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性好，因此可作為高亮度白光LED的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料及封裝外殼使用。
權(quán)利要求
1.一種用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷及其制備方法，其特征在于其化學(xué)式為(Y3_x_y_zCexLiyRz) (Α15_ηΜη)012,其中=R為L(zhǎng)a、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中至少一種，M為Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，χ、y、ζ 和 η 的取值范圍是 0. 003 彡 χ 彡 0. 06，0. 003 彡 y 彡 0. 06, ^ ζ ^ 0. 75， 0 彡 η 彡 0. 75。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷及其制備方法，其特征在于以Ce3+為主激活離子，以Li+為共激活離子，并摻雜La3+、Pr3+、Sm3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+或 k3+、Ti3+、V3+、Cr3+、Mn3+中的一種或幾種來(lái)調(diào)節(jié)以該透明陶瓷封裝的白光發(fā)光二極管的顯色指數(shù)。
3.權(quán)利要求1所述的用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟①選定化學(xué)式(Y3_x_y_zCexLiyRz)(Al5^nMn)O12中R和M指代的元素以及x、y、ζ禾Π η的取值；②按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的粉體原料，采用固相球磨法或尿素沉淀法制成超細(xì)粉體原料；③成型將所述的超細(xì)粉體原料單軸壓成型，再用200ΜΙ^或以上的壓力冷等靜壓得到具有一定強(qiáng)度的生坯片；④燒結(jié)將所述的生坯片放入真空爐中于1400 1800°C下燒結(jié)5 30小時(shí)，其真空度不低于3X10_3Pa，從而獲得所需的化學(xué)式(Y3_x_y_zCexLiyRz) (Al5^nMn)O12的透明陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷的制備方法，其特征在于所述的超細(xì)粉體原料的固相球磨法如下按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的高純103、A1203、CeO2, Li2C03、R2O3以及M的氧化物粉體，其純度不低于99. 9 %，然后以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，高純氧化鋁球?yàn)槟デ?，正硅酸四乙酯為燒結(jié)助劑，聚乙二醇400為分散劑，于行星式球磨機(jī)中高速球磨。球磨結(jié)束后干燥，研磨，過(guò)篩，獲得亞微米級(jí)高純粉體，該粉體在700 800°C煅燒3小時(shí)，以去除殘余有機(jī)物并分解碳酸鹽形成相應(yīng)的氧化物，煅燒后再次過(guò)篩，獲得亞微米級(jí)高純的超細(xì)粉體原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷的制備方法，其特征在于所述的超細(xì)粉體原料的尿素沉淀法如下按選定的化學(xué)式準(zhǔn)確稱(chēng)量所需的高純?chǔ)?03、A1203、CeO2, Li2C03、R2O3以及M的氧化物粉體，其純度不低于99. 9 %，溶于相應(yīng)量硝酸中配成硝酸鹽溶液，將該硝酸鹽溶液與尿素溶液、硫酸銨溶液混合均勻，其中，尿素含量為硝酸鹽濃度的50 100倍，硫酸銨的摩爾量與硝酸鹽的摩爾量等同，最后加去離子水將混合溶液稀釋至硝酸鹽的濃度為0. 001 0. 03mol/L ；將混合溶液置于80 99°C恒溫環(huán)境中反應(yīng)2 5小時(shí)，然后取出后靜置，過(guò)濾收集沉淀物，洗滌，干燥，研磨后得到的前驅(qū)體粉末于800 1100°C高溫煅燒2 5小時(shí)，得到亞微米級(jí)超細(xì)粉體原料。
全文摘要
一種用于高亮度白光發(fā)光二極管的透明陶瓷及其制備方法，其化學(xué)式可寫(xiě)為(Y3-x-y-zCexLiyRz)(Al5-nMn)O12，其中R可為L(zhǎng)a、Pr、Sm、Gd、Tb和Dy中至少一種，M為Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，x、y、z和n的取值范圍分別是0.003≤x≤0.06，0.003≤y≤0.06，0≤z≤0.75，0≤n≤0.75。采用固相球磨法或濕化學(xué)法制備的原料粉體經(jīng)過(guò)成型、冷等靜壓和真空燒結(jié)，可獲得晶粒細(xì)小尺寸均勻，氣孔率極低的透明陶瓷。本發(fā)明透明陶瓷具有透過(guò)率高、熱導(dǎo)率高、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好和熒光轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102173773SQ20111000246
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者周圣明, 林輝, 滕浩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所