專利名稱：多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬新材料及其制造合成技術(shù)，特別涉及的是一種多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及制造方法。
傳統(tǒng)的光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是硫化物類熒光粉，主要用于制作夜光鐘表、儀表等，多年來(lái)世界各國(guó)對(duì)這類材料及制品的研究開(kāi)發(fā)作了大量的工作，并開(kāi)辟了一些新的應(yīng)用領(lǐng)域，如英國(guó)利用硫化物類熒光粉開(kāi)發(fā)出發(fā)光漆，應(yīng)用在建筑上，代替大樓火災(zāi)斷電時(shí)的應(yīng)急燈，使人們可以迅速地穿過(guò)涂有發(fā)光漆的黑暗走廊和樓梯；日本制成發(fā)光紙，貼在船艙過(guò)道、救生設(shè)施上，以利于應(yīng)付突發(fā)事件。
光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究開(kāi)發(fā)，世界各國(guó)基本上圍繞著硫化物類熒光材料，改進(jìn)原料配方、合成工藝，減少對(duì)環(huán)境影響等方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)研制。不過(guò)傳統(tǒng)硫化物熒光材料的致命弱點(diǎn)是余輝可見(jiàn)發(fā)光時(shí)間較短，僅為0.5-2小時(shí)以內(nèi)，為了延長(zhǎng)可見(jiàn)發(fā)光時(shí)間，不得不在材料中摻雜放射性元素(如鈷、鐳、氚等)，且材料本身又含有有毒物質(zhì)(如鎘、砷等)，這勢(shì)必帶來(lái)環(huán)境污染，再加之合成工藝復(fù)雜，穩(wěn)定性差等原因，大大限制該材料的推廣及應(yīng)用。探討新型光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料成為人們所關(guān)心的課題。
1992年楊麗罄、肖宇馳在其“夜光涂料”發(fā)明專利申請(qǐng)中(中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1084535A)，提出了稀土離子銪激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料這一新型材料，其材料的余輝發(fā)光超過(guò)了傳統(tǒng)的硫化物類熒光粉，具有一定的實(shí)用價(jià)值；圍繞著這一新型材料的進(jìn)一步研究，肖志國(guó)、楊麗馨提出了多種稀土離子激活的堿土鋁酸鹽長(zhǎng)余輝發(fā)光材料(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4100031.1和94106032.2)，其材料性能得到了進(jìn)一步的提高。
為了探討以堿土鋁酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料的性能潛力，提高材料的發(fā)光亮度和蓄光能力，改進(jìn)其合成工藝方法，以期達(dá)到發(fā)光性能優(yōu)越，制造方法經(jīng)濟(jì)方便。針對(duì)以堿土鋁酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料進(jìn)行了深入的研究。
本發(fā)明所制出的新型發(fā)光材料是一種多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其主要化學(xué)表示式是aM1-x-y-zO·bAl2O3Eux.Ay.Bz其中M為堿土金屬離子Ca.Mg.Ba.Sr中至少一種離子A為稀土離子中Ce.Tb.Dy中至少一種離子B為非稀土離子Sb.Sn中至少一種離子X(jué)為摩爾系數(shù)0.003-0.2Y為摩爾系數(shù)0.003-0.2Z為摩爾系數(shù)0.001-0.15
a.b為系數(shù)a/b＝0.2-5此材料的合成工藝既可按傳統(tǒng)的發(fā)光材料的合成方法進(jìn)行，又可按本發(fā)明的制造方法制備，即傳統(tǒng)的發(fā)光材料制備方法是將含有上述主要化學(xué)式中的元素或離子的化合物原料(如氧化物、碳酸鹽物、氯化物及助溶劑等材料)，按比例經(jīng)研磨機(jī)研細(xì)混均后，制得發(fā)光材料的混合原料。將該混合原料裝入坩堝中(如氧化鋁或石英坩堝)，放入高溫爐或燧道窯中，在還原氣氛下(如通入N2和H2混合的還原性氣體)，在1200-1600℃溫度下，加熱2-10小時(shí)后，取出研細(xì)處理后既得多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。
為了探討經(jīng)濟(jì)、方便、安全的制造方法，發(fā)明了新的生產(chǎn)工藝，在氣體還原工藝中，使用了NH3氣體，利用NH3氣體高溫時(shí)分解成N2和H2，實(shí)現(xiàn)氣體的還原作用。本方法與傳統(tǒng)氣體還原方法相比，具有經(jīng)濟(jì)、安全等特點(diǎn)，材料的合成質(zhì)量也得到了改善。
本發(fā)明的制造方法另一方法是，在材料的制造工藝中，采用壓塊灼燒工藝。傳統(tǒng)發(fā)光材料制造，是將混合原料裝入坩堝中，以坩堝作為容器進(jìn)行高溫合成，其坩堝消耗量大，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低。本方法是將混合原料在壓力機(jī)下經(jīng)5-1000kg/cm2壓力壓制成0.03-2kg重的塊狀體(如圓柱體、方塊體)，將此塊體直接放入高溫爐中灼燒，即得發(fā)光效果良好的新材料，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
綜合考慮材料的發(fā)光性能，材料的合成反應(yīng)條件等因素，在材料的合成配比中引入了少量的其它化合物材料，如H3PO4.SiO2.Ga2O3.HBO3.B2O3.KCl.Na2CO3等材料，提高了材料的合成質(zhì)量。
上述方法工藝制得的多離子激活的堿土鋁酸鹽長(zhǎng)余輝發(fā)光材料經(jīng)光譜儀測(cè)試，在太陽(yáng)光或日光燈或短波可見(jiàn)光激發(fā)下，發(fā)射光譜為420-650nm段寬帶發(fā)射譜，峰值隨工藝配比的改變，在460-580nm之間，可呈藍(lán)、綠、黃體色發(fā)光，發(fā)光余輝可持續(xù)12小時(shí)以上。監(jiān)測(cè)460-580nm處的發(fā)射光，其激發(fā)光譜為500-240nm寬帶吸收譜，370nm處為強(qiáng)吸收譜峰。這說(shuō)明該材料對(duì)短波可見(jiàn)光具有很強(qiáng)的吸收作用；經(jīng)對(duì)材料進(jìn)行X-光衍射分析，其主要成分為SrAl2O4該新型的多離子激活的發(fā)光材料其發(fā)光性能相對(duì)稀土離予(Eu.Ce.Tb.Dy)激活的堿土鋁酸鹽發(fā)光材料，在相同的合成條件下，其發(fā)光亮度及余輝亮度明顯增強(qiáng)10％以上。這是由于非稀土離子的引入，增強(qiáng)了材料對(duì)短波可見(jiàn)光的吸收，提高了材料的發(fā)光亮度，增強(qiáng)了對(duì)光的儲(chǔ)存能力，其余輝光的強(qiáng)度也得以增大。
該新型材料由于其發(fā)光亮度高，余輝時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可廣泛用于制作各類長(zhǎng)余輝發(fā)光制品，在黑暗條件下呈現(xiàn)良好的指示、標(biāo)識(shí)和裝飾等效果。
本發(fā)明的特點(diǎn)是1、合成了新型多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。該材料由于其稀土離子(Eu.Ce.Tb.Dy)和非稀土離子(Sb.Sn)的共激活作用，提高了材料的對(duì)短波可見(jiàn)光的吸收和儲(chǔ)存能力。其發(fā)光強(qiáng)度和余輝強(qiáng)度具有顯著的提高，擴(kuò)大了材料的使用領(lǐng)域。
2、發(fā)明了新的制造工藝方法，使用了NH3氣體作為還原性氣體，提高了材料的合成質(zhì)量，具有安全、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，采用了混合原料壓塊工藝，改變了材料合成時(shí)以坩堝作容器的傳統(tǒng)工藝，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
實(shí)例1多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料合成制造所用原料品種與用量為Al2O338.6kgGa2O30.15kgBaCO31.2kg SrHPO40.1kg
SrCO3 57kgB2O3 3.8kgMgO 0.5kgEu2O3 0.75kgBaCl20.1kgCeO2 0.5kgSb2O30.3kg按比例稱取上述原料經(jīng)研磨機(jī)研細(xì)混勻后，在壓機(jī)上經(jīng)50kg/cm2壓力下壓制成0.15kg重的圓柱體，將其放入高溫電爐中，通入NH3氣體，經(jīng)1380℃高溫連續(xù)加熱4小時(shí)，取出研細(xì)后即得多離子激活的堿土鋁酸鹽發(fā)光材料。
實(shí)例2多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料合成制造所用原料品種與用量為Al2O3 49kgCaHPO4 0.4kgCaCO3 3kg SiO2 0.05kgSrCO3 52kg SrCl20.2kgMgCl21.2kg Dy2O3 4.3kgHBO3 4.2kg SnO2 1.2kgEu2O33.2kg按比例稱取上述原料經(jīng)研磨機(jī)研細(xì)混勻后，在壓機(jī)上經(jīng)200kg/cm2壓力下壓制成1.2kg重的方塊體，將其放入高溫電爐中，通入NH3氣體，經(jīng)1420℃高溫連續(xù)加熱9小時(shí)，取出研細(xì)后即得多離子激活的堿土鋁酸鹽發(fā)光材料。
權(quán)利要求
1.一種多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，是由氧化鋁、堿土金屬化合物、稀土離子和非稀土離子為主組成的化合物，其特征為在其化合物中含有非稀土離子B(Sb.Sn)，其主要化學(xué)表示式為aM1-x-y-zO·bAl2O3Eux.Ay.Bz其中M為堿土金屬離子Ca.Mg.Ba.Sr中至少一種離子A為稀土離子中Ce.Tb.Dy中至少一種離子B為非稀土離子Sb.Sn中至少一種離子X(jué)為摩爾系數(shù)0.003-0.2Y為摩爾系數(shù)0.003-0.2Z為摩爾系數(shù)0.001-0.15a.b為系數(shù)a/b＝0.2-5
2.一種多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的制造方法，其發(fā)明的特征是在高溫爐內(nèi)合成材料時(shí)，使用了NH3氣體。
3.如權(quán)力要求書(shū)2中所述的制造方法，其特征是在材料制造過(guò)程中采用原料壓塊工藝，即將混合原料在高溫固相反應(yīng)前，在5-1000kg/cm2壓力下，壓制成0.03-2kg重的塊體。
全文摘要
一種多離子激活的堿土鋁酸鹽光致長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及制造方法，其材料是以堿土鋁酸鹽為主要發(fā)光基質(zhì)，稀土離子(Eu.Ce.Tb.Dy)和非稀土離子(Sb.Sn)共激活的多離子激活的發(fā)光材料；其制造方法是先將發(fā)光材料的混合原料壓制成塊體，之后放入高溫爐(或隧道窯)中，通入氣體NH
文檔編號(hào)C09K11/77GK1115779SQ94117228
公開(kāi)日1996年1月31日 申請(qǐng)日期1994年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
發(fā)明者肖志國(guó), 楊麗馨 申請(qǐng)人:肖志國(guó), 楊麗馨