一种白光LED/LD用荧光玻璃陶瓷及其制备方法

本发明涉及荧光玻璃陶瓷，具体涉及一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、当前，基于半导体发光技术的固态照明光源具有节能、环保、寿命长、易于制造等诸多优点，成为继白炽灯、荧光灯和卤素灯后的第四代照明光源。其中，荧光转换型白光发光二极管（led）和激光二极管（ld）是固态照明的主流技术。随着蓝光芯片功率的不断增大，照明器件在发光过程中产生大量的热量，但传统的ce3+:y3al5o12荧光粉-有机硅胶荧光转化材料的导热性能较差，致使热量无法有效散出，有机硅胶容易老化变黄甚至局部碳化，造成白光led/ld的发光效率降低和色彩漂移，从而降低其长期的可靠性以及使用寿命。针对这些问题，基于激发源与荧光玻璃陶瓷的远程激发封装方式逐渐发展成熟。作为荧光转化的核心材料，荧光玻璃陶瓷既具备玻璃硬度大、机械强度高、化学稳定性好、易制备等优点，又具备晶体的热导率高、发光性能好的优点。

2、国内外很多知名公司和机构都在从事用于白光led/ld荧光玻璃陶瓷的研究。日本电气硝子株式会社与京都大学申请的“荧光物质和led”专利（pct：wo 2005/097938 a1）公开了一种含ce:yag微晶的玻璃陶瓷，但玻璃基体组分主要为硅铝氧化物、高温析出的微晶晶格缺陷较多等原因，材料的透明度比较差，导致其发光效率低。“一种基于荧光玻璃的白光led及其制备方法”（cn106016179a）将ce3+:y3al5o12荧光粉和sio2玻璃粉体混合均匀后在1300 °c高温熔融，熔体冷却析晶后获得荧光玻璃体。“用于白光led的ce: yag荧光玻璃及其制备方法”（cn105399325a）公开了含ce3+:y3al5o12晶相的荧光玻璃陶瓷（phosphor- in-glass, pig），由于玻璃基体的熔融温度较低，导致ld照射时玻璃陶瓷软化变形。林航等制备了ce3+:la3si6n11荧光玻璃陶瓷（发光学报, 2020, 41(12): 1529-1537)，所组装的白光led获得54.8 lm/w的光效，白光ld在0.8 w蓝光激光激发下获得118.48 lm的光通量，其发光性能相对较低。bao等人通过一步共烧结法制备了高性能的ce:yag-pig（acssustainable chem. eng. 2022, 10: 8105-8114），在2.18 w/mm2功率密度下可获得240lm/w的光效，但其显色指数（ra）仅为58.9。ding等人制备了luag/casn磷光体-玻璃复合材料（ceram. int. 2022, 48: 34602-34609），所组装的白光ld获得507 lm的光通量，最大光效为190 lm w-1，表现出了优异的发光性能，但其红粉的发光量子效率降低严重。简言之，迄今报道的白光led/ld用荧光玻璃陶瓷的发光性能、制备条件不能较好地满足市场化需求，开发一种具有发光强度高、工艺简单的荧光玻璃陶瓷十分迫切与必要。

3、本发明提出一种基于气相法纳米二氧化硅和led荧光粉混合后常规烧结制备荧光透明玻璃的方法，工艺简单，适于规模化生产，材料制备成本低，发光性能优异，是一种优异的白光led/ld用荧光转化材料。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种成本低廉、工艺简单的荧光玻璃陶瓷材料及其制备方法。材料配方简单，烧结温度低，有效保留了荧光粉本身的发光特性，可以直接用作远程封装材料，具有良好的应用前景。

2、本发明提供了一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷，所述材料按质量分数，由90%~99%的气相法纳米二氧化硅和1%~10%的led荧光粉晶粒混合后常规烧结制得。

3、所述气相法纳米二氧化硅为亲水性，其平均晶粒尺寸为6~60 nm。

4、所述led荧光粉为ce3+:(y,gd,lu)3(al,ga)5o12、eu2+:(ca,sr)alsin3、eu2+:(sr,ba)2sio4、eu2+:sialon、eu2+:bamgal10o17中的一种或几种，其平均晶粒尺寸为0.5~15 μm。

5、本发明还提供了一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷的制备方法，包括：按重量分数，将90%~99%的气相法纳米二氧化硅与1%~10%的led荧光粉晶粒均匀混合、过筛，得到混合料；称取适量的混合料压片，然后放入冷等静压机中致密化，得到素坯；将素坯放入低温马弗炉中，在氧化气氛下常规烧结，样品冷却后进行打磨、抛光，即可得到白光led/ld用荧光玻璃陶瓷。

6、所述筛孔尺寸为200～350目；冷等静压的压力为250 mpa，保压时间为5 min；烧结时升温速率为2 °c/min，最高烧结温度为550~700 °c，保温时间为2~6 h。

7、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

8、1. 本发明采用的气相法纳米二氧化硅粉体具有比表面积大、纯度高、表面能高和烧结活性好等优点，烧结时容易致密化，提高荧光玻璃陶瓷的透明度。

9、2. 本发明采用的常规烧结技术，烧结温度低，保温时间短，荧光玻璃陶瓷有效保留了led荧光粉原有的发光特性，工艺成本低廉，适于大规模生产，具有良好的市场前景。

技术特征：

1.一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷，其特征在于：所述材料按质量分数，由90%~99%的气相法纳米二氧化硅和1%~10%的led荧光粉晶粒混合后常规烧结制得。

2.根据权利要求1所述的一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷，其特征在于：所述气相法纳米二氧化硅为亲水性，其平均晶粒尺寸为6~60 nm。

3.根据权利要求1所述的一种白光led/ld用荧光玻璃陶瓷，其特征在于：所述荧光粉为ce3+:(y,gd,lu)3(al,ga)5o12、eu2+:(ca,sr)alsin3、eu2+:(sr,ba)2sio4、eu2+:sialon、eu2+:bamgal10o17中的一种或几种，荧光粉的平均晶粒尺寸为0.5~15 μm。

4.一种如权利要求1所属白光led/ld用荧光玻璃陶瓷的制备方法，包括：按质量分数，将90%~99%的气相法纳米二氧化硅与1%~10%的led荧光粉晶粒在蒸馏水介质中均匀混合，过筛后得到混合料；称取适量混合料压片，然后放入冷等静压机中致密化，得到素坯；将素坯放入低温马弗炉中，在氧化气氛下常规烧结，样品冷却后进行打磨、抛光，即可得到白光led/ld用荧光玻璃陶瓷。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述筛孔尺寸为200～350目；冷等静压的压力为250 mpa，保压时间为5 min；常规烧结时升温速率为2 °c/min，最高烧结温度为550~700 °c，保温时间为2~6 h。

技术总结
本发明公开了一种白光LED/LD用荧光玻璃陶瓷及其制备方法。该荧光玻璃陶瓷由二氧化硅玻璃基体和LED荧光粉晶粒组成，其制备流程包括以下步骤：将气相法纳米二氧化硅与LED荧光粉按一定比例混合均匀，压片成形，冷等静压致密化，将所得素坯置于低温马弗炉中常规烧结，将所得样品打磨、抛光，得到半透明的荧光玻璃陶瓷。本发明制备工艺简单，适合大批量生产，样品可以有效保留LED荧光粉晶粒的发光特性，热稳定性好。

技术研发人员：张瑞,徐祖盛
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16