專利名稱：用于釔鋁石榴石基熒光透明陶瓷的燒結(jié)助劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石榴石基透明陶瓷，特別是一種用于制備石榴石基透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑及其使用方法。
背景技術(shù)：
熒光粉轉(zhuǎn)化型發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED)是當(dāng)下商用白光LED的主流技術(shù)路線，其具體實(shí)現(xiàn)形式為通過feInN藍(lán)光LED激發(fā)Ce: YAG熒光粉后混合實(shí)現(xiàn)的白光發(fā)射。由于該種白光LED在封裝時(shí)通常是將Ce YAG熒光粉混入環(huán)氧樹脂或者硅膠中，而這兩種有機(jī)封裝材料的散熱性能均較差且容易老化，使得器件發(fā)光效率隨時(shí)間光衰嚴(yán)重。近年來，透明陶瓷熒光材料由于可以避免或減少使用有機(jī)封裝材料，因而可以在很大程度上減弱光衰效應(yīng)，同時(shí)可能革新LED的封裝工藝。眾所周知，高質(zhì)量透明陶瓷的獲得是微納尺度粉體制備技術(shù)、燒結(jié)助劑的選擇、坯體成型技術(shù)及燒結(jié)溫度制度等因素共同作用的結(jié)果。其中，添加劑的重要作用更加突顯，合適的添加劑對(duì)液相燒結(jié)的形成，晶粒晶格的凈化，晶粒尺寸均勻分布及陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的控制等往往均具有決定性作用。對(duì)于石榴石基透明陶瓷材料最常使用的燒結(jié)助劑為正硅酸乙酯(TEOS)，其作用是在燒結(jié)過程中形成少量液相以促進(jìn)燒結(jié)。然而，我們發(fā)現(xiàn)僅僅使用TEOS做為燒結(jié)助劑難以獲得顯微結(jié)構(gòu)致密、均勻的高質(zhì)量石榴石基透明陶瓷熒光材料。這是因?yàn)殡m然TEOS的使用可以形成液相燒結(jié)，但難以均勻控制晶粒尺寸均勻分布，難以抑制燒結(jié)過程中一些晶粒的異常長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致所制備的陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)不均，在異常長(zhǎng)大的晶粒內(nèi)部包裹有氣孔等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑及其使用方法，該燒結(jié)助劑的使用有利于獲得顯微結(jié)構(gòu)致密、均勻，具有高光學(xué)質(zhì)量的石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種用于制備石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑，其特點(diǎn)在于該燒結(jié)助劑的具體組分為正硅酸乙酯和氧化鎂，所述的氧化鎂的純度不低于99. 9%，所述的正硅酸乙酯的溶液中折合的氧化硅的含量不低于28. 4%，所述的氧化鎂的用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體材料的0. 01% 0. 8wt%，所述的正硅酸乙酯的用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料的0. 3 0. 7wt%。該燒結(jié)助劑的使用方法是在配置好的石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料中加入氧化硅含量不低于28. 4%的正硅酸乙酯0. 3wt% 0. 7wt%，同時(shí)加入純度不低于99. 9% 的氧化鎂0. 01% 0. 8wt%，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預(yù)燒去除有機(jī)成分；最后放入真空或熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)等透明陶瓷制備的一般工藝流程，得到高質(zhì)量的石榴石基透明陶瓷熒光材料。本發(fā)明的技術(shù)效果實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明中的燒結(jié)助劑可以在燒結(jié)過程中對(duì)石榴石基透明陶瓷熒光材料同時(shí)起到形成液相燒結(jié)及均勻控制晶粒尺寸分布的作用，為獲得顯微結(jié)構(gòu)致密、均勻，且具有高光學(xué)質(zhì)量的透明陶瓷熒光材料提供了有利條件。


圖1是利用本發(fā)明燒結(jié)助劑和僅用正硅酸乙酯作燒結(jié)助劑所制備的摻鈰釔鋁石榴石透明陶瓷熒光材料的透過率曲線對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明燒結(jié)助劑的成分及用法用量作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1用于制備摻鈰釔鋁石榴石透明陶瓷熒光材料采用純度為99. 9%的商用氧化鈰(CeO2)、氧化釔( )和氧化鋁(Al2O3)粉末， 按CeacitllA 999Al5O12組成配置好粉體原料共30g，加入0. 3wt %折合氧化硅含量彡28.4% 的正硅酸乙酯(TEOS)，0. 01wt%純度為99. 9%的MgO做為添加劑，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預(yù)燒去除有機(jī)成分；最后放入真空燒結(jié)爐于1700°C燒結(jié)5小時(shí)，燒結(jié)保溫階段的真空度優(yōu)于 1.0X 10 ,得到Cq OO1Y2.999A15012透明陶瓷熒光材料。對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如圖1 曲線1所示，圖中曲線2為只以0. 5wt% TEOS為燒結(jié)助劑所獲得透明陶瓷樣品的光學(xué)透過率曲線，其中，位于400 500納米的吸收帶對(duì)應(yīng)于鈰離子4f至5屯躍遷的吸收。通過對(duì)比可以看出，使用本發(fā)明燒結(jié)助劑所得的透明陶瓷樣品具有更高的光學(xué)透過率。另外，從掃描電子顯微鏡觀察到的顯微結(jié)構(gòu)可以看出，使用本發(fā)明燒結(jié)助劑所得的透明陶瓷樣品具有很低的氣孔率，幾乎沒有觀察到氣孔的存在，結(jié)構(gòu)致密。晶粒尺寸也較均勻，相近尺寸的晶粒占總晶粒數(shù)的約80%以上。實(shí)施例2用于制備鈰、鉻共摻釔鋁石榴石透明陶瓷熒光材料采用純度為99. 999%的商用氧化鈰(CeO2)、氧化釔( )、氧化鉻(Cr2O3)和氧化鋁(Al2O3)粉末，按Cq001Cra001Y2J8Al5O12組成配置好粉體原料共30g,加入0. 7wt%折合氧化硅含量彡沘.4%的正硅酸乙酯(TEOS)，0.8wt%純度為99. 99%的MgO做為添加劑，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預(yù)燒去除有機(jī)成分；最后放入熱壓燒結(jié)爐中在30MPa下1400°C燒結(jié)2小時(shí)，燒結(jié)保溫階段的真空度優(yōu)于2.5X10_3Pa，可得顯微結(jié)構(gòu)致密、均勻，光學(xué)質(zhì)量良好的 Ce0. ooiCr0. OO1Y2.998A15012 透明陶瓷熒光材料。實(shí)施例3用于制備鈰、釓共摻釔鋁石榴石透明陶瓷熒光材料采用純度為99. 9%的商用氧化鈰(CeO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化釓(Gd2O3)和氧化鋁(Al2O3)粉末，按Ce0.OO1Y2.899Gd0.01Al5O12組成配置好粉體原料共30g,加入0. 5wt %折合氧化硅含量彡觀.4%的正硅酸乙酯(TE0S)，0. 純度為99. 999%的MgO做為添加劑，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預(yù)燒去除有機(jī)成分；最后放入真空燒結(jié)爐于1650°C燒結(jié)10小時(shí)，燒結(jié)保溫階段的真空度優(yōu)于1.0X10_3Pa，可得顯微結(jié)構(gòu)致密、均勻，光學(xué)質(zhì)量均勻的 Ce0. OO1Y2.899Gd0.01Al5O12 透明陶瓷熒光材料。實(shí)施例4用于制備摻鈰鋱鋁石榴石透明陶瓷熒光材料采用純度為99. 99%的商用氧化鈰(CeO2)、七氧化四鋱(Tb4O7)和氧化鋁(Al2O3) 粉末，按jTK 999CqcicilAl5O12組成配置好粉體原料共30g，加入0. %折合氧化硅含量彡觀.4%的正硅酸乙酯(TEOS)，0. 3wt%純度為99. 9%的MgO做為添加劑，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再在200°C預(yù)燒0. 5小時(shí)去除有機(jī)成分；最后放入熱壓燒結(jié)爐中于1350°C燒結(jié)1小時(shí)， 燒結(jié)保溫階段的真空度優(yōu)于2. 5X 10 ,獲得IV 999CeacicilAl5O12透明陶瓷熒光材料。實(shí)施例5用于制備鈰、鉻共摻鋱鋁石榴石透明陶瓷熒光材料按IX 998Ci5acicilCracicilAl5O12 化學(xué)組成，稱取硝酸鋱(Tb (NO3) 3)、硝酸鋁(Al (NO3) 3)、 硝酸鈰(Ce(NO3)3)、硝酸鉻(Cr(NO3)3)初始原料共50g，將其溶制成1000毫升水溶液，后逐滴滴入尿素(CO(NH2)2)沉淀劑溶液中，得到含 Ce(0H)3、Ce2 (CO3) 3> Tb (OH) 3> Tb2 (CO3) 3> Al (OH) 3、Al2 (CO3) 3、Cr (OH) 3、Cr2 (CO3) 3 的 Tb2.999Ce0.001Al5012 前軀體沉淀物，后經(jīng) 800°C煅燒 0. 5小時(shí)得IX 998CqcicilCracicilAl5O12粉末，加入0. 6wt%折合氧化硅含量彡28. 4%的正硅酸乙酯(TEOS)，0. 純度為99. 9%的MgO做為添加劑，后經(jīng)注漿成型或冷等靜壓成型制成坯體，再在400°C預(yù)燒3小時(shí)去除有機(jī)成分；最后放入真空燒結(jié)爐中在1500°C溫度下燒結(jié) 20小時(shí)，得到IX 998CqcicilCracicilAl5O12透明陶瓷熒光材料。上述實(shí)施例具有實(shí)施例的類似的結(jié)果。需要說明的是，按本發(fā)明權(quán)利要求書中所陳述的其他條件，同樣可以獲得相應(yīng)組分的透明陶瓷熒光材料，在此不一一列舉，但并不影響本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。另外，摻鈰釔鋁石榴石，鈰、釓共摻釔鋁石榴石，摻鈰鋱鋁石榴石等透明陶瓷還可以用作閃爍材料，因此，本發(fā)明的燒結(jié)助劑對(duì)上述閃爍材料的制備同樣有效。
權(quán)利要求
1.一種用于制備石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑，其特征在于該燒結(jié)助劑的具體組分為正硅酸乙酯和氧化鎂，所述的氧化鎂的純度不低于99.9%，所述的正硅酸乙酯的溶液中折合的氧化硅含量不低于28. 4% ；所述的氧化鎂的用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料的0. 01% 0. 8wt%，所述的正硅酸乙酯的用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料的0. 3 0. 7wt%。
2.一種用于制備石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑的使用方法，其特征在于是在配置好的石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料中加入折合氧化硅含量不低于28. 4%的正硅酸乙酯0. 3wt % 0. 7wt %，同時(shí)加入純度不低于99. 9 %的氧化鎂0. 01 % 0. 8wt %，經(jīng)球磨等手段將粉料混勻、細(xì)化，粉料烘干后經(jīng)造粒、壓片；后對(duì)其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預(yù)燒去除有機(jī)成分；最后放入真空或熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)等透明陶瓷制備的一般工藝流程，得到高質(zhì)量的石榴石基透明陶瓷熒光材料。
全文摘要
一種用于制備石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料的燒結(jié)助劑及其使用方法，該燒結(jié)助劑的具體組分為正硅酸乙酯和氧化鎂，其中，氧化硅含量不低于28.4％的正硅酸乙酯用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料的0.3～0.7wt％，純度不低于99.9％的氧化鎂的用量為石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光粉體原料的0.01％～0.8wt％。采用該燒結(jié)助劑所制備的石榴石基質(zhì)透明陶瓷熒光材料具有致密的顯微結(jié)構(gòu)及均勻的晶粒尺寸分布。
文檔編號(hào)C04B35/44GK102173825SQ201110032078
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28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