專利名稱：用于釔鋁石榴石基熒光透明陶瓷的燒結助劑及其使用方法
技術領域：
本發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助劑及其使用方法。
背景技術：
熒光粉轉化型發光二極管(以下簡稱為LED)是當下商用白光LED的主流技術路線，其具體實現形式為通過feInN藍光LED激發Ce: YAG熒光粉后混合實現的白光發射。由于該種白光LED在封裝時通常是將Ce YAG熒光粉混入環氧樹脂或者硅膠中，而這兩種有機封裝材料的散熱性能均較差且容易老化，使得器件發光效率隨時間光衰嚴重。近年來，透明陶瓷熒光材料由于可以避免或減少使用有機封裝材料，因而可以在很大程度上減弱光衰效應，同時可能革新LED的封裝工藝。眾所周知，高質量透明陶瓷的獲得是微納尺度粉體制備技術、燒結助劑的選擇、坯體成型技術及燒結溫度制度等因素共同作用的結果。其中，添加劑的重要作用更加突顯，合適的添加劑對液相燒結的形成，晶粒晶格的凈化，晶粒尺寸均勻分布及陶瓷顯微結構的控制等往往均具有決定性作用。對于石榴石基透明陶瓷材料最常使用的燒結助劑為正硅酸乙酯(TEOS)，其作用是在燒結過程中形成少量液相以促進燒結。然而，我們發現僅僅使用TEOS做為燒結助劑難以獲得顯微結構致密、均勻的高質量石榴石基透明陶瓷熒光材料。這是因為雖然TEOS的使用可以形成液相燒結，但難以均勻控制晶粒尺寸均勻分布，難以抑制燒結過程中一些晶粒的異常長大，從而導致所制備的陶瓷材料的顯微結構不均，在異常長大的晶粒內部包裹有氣孔等。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于制備石榴石基質透明陶瓷熒光材料的燒結助劑及其使用方法，該燒結助劑的使用有利于獲得顯微結構致密、均勻，具有高光學質量的石榴石基質透明陶瓷熒光材料。本發明的技術解決方案如下—種用于制備石榴石基質透明陶瓷熒光材料的燒結助劑，其特點在于該燒結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透明陶瓷熒光粉體原料的0. 3 0. 7wt%。該燒結助劑的使用方法是在配置好的石榴石基質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%，同時加入純度不低于99. 9% 的氧化鎂0. 01% 0. 8wt%，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預燒去除有機成分；最后放入真空或熱壓燒結爐中燒結等透明陶瓷制備的一般工藝流程，得到高質量的石榴石基透明陶瓷熒光材料。本發明的技術效果實驗表明，本發明中的燒結助劑可以在燒結過程中對石榴石基透明陶瓷熒光材料同時起到形成液相燒結及均勻控制晶粒尺寸分布的作用，為獲得顯微結構致密、均勻，且具有高光學質量的透明陶瓷熒光材料提供了有利條件。
圖1是利用本發明燒結助劑和僅用正硅酸乙酯作燒結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照圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明燒結助劑的成分及用法用量作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。實施例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，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預燒去除有機成分；最后放入真空燒結爐于1700°C燒結5小時，燒結保溫階段的真空度優于 1.0X 10 ,得到Cq OO1Y2.999A15012透明陶瓷熒光材料。對本實施例進行測試，其結果如圖1 曲線1所示，圖中曲線2為只以0. 5wt% TEOS為燒結助劑所獲得透明陶瓷樣品的光學透過率曲線，其中，位于400 500納米的吸收帶對應于鈰離子4f至5屯躍遷的吸收。通過對比可以看出，使用本發明燒結助劑所得的透明陶瓷樣品具有更高的光學透過率。另外，從掃描電子顯微鏡觀察到的顯微結構可以看出，使用本發明燒結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，結構致密。晶粒尺寸也較均勻，相近尺寸的晶粒占總晶粒數的約80%以上。實施例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，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預燒去除有機成分；最后放入熱壓燒結爐中在30MPa下1400°C燒結2小時，燒結保溫階段的真空度優于2.5X10_3Pa，可得顯微結構致密、均勻，光學質量良好的 Ce0. ooiCr0. OO1Y2.998A15012 透明陶瓷熒光材料。實施例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，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預燒去除有機成分；最后放入真空燒結爐于1650°C燒結10小時，燒結保溫階段的真空度優于1.0X10_3Pa，可得顯微結構致密、均勻，光學質量均勻的 Ce0. OO1Y2.899Gd0.01Al5O12 透明陶瓷熒光材料。實施例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，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再在200°C預燒0. 5小時去除有機成分；最后放入熱壓燒結爐中于1350°C燒結1小時， 燒結保溫階段的真空度優于2. 5X 10 ,獲得IV 999CeacicilAl5O12透明陶瓷熒光材料。實施例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 800°C煅燒 0. 5小時得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，后經注漿成型或冷等靜壓成型制成坯體，再在400°C預燒3小時去除有機成分；最后放入真空燒結爐中在1500°C溫度下燒結 20小時，得到IX 998CqcicilCracicilAl5O12透明陶瓷熒光材料。上述實施例具有實施例的類似的結果。需要說明的是，按本發明權利要求書中所陳述的其他條件，同樣可以獲得相應組分的透明陶瓷熒光材料，在此不一一列舉，但并不影響本發明權利要求的保護范圍。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，本發明的燒結助劑對上述閃爍材料的制備同樣有效。
權利要求
1.一種用于制備石榴石基質透明陶瓷熒光材料的燒結助劑，其特征在于該燒結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透明陶瓷熒光材料的燒結助劑的使用方法，其特征在于是在配置好的石榴石基質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 %，同時加入純度不低于99. 9 %的氧化鎂0. 01 % 0. 8wt %，經球磨等手段將粉料混勻、細化，粉料烘干后經造粒、壓片；后對其施以200MPa以上冷等靜壓力壓制成坯體，再預燒去除有機成分；最后放入真空或熱壓燒結爐中燒結等透明陶瓷制備的一般工藝流程，得到高質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透明陶瓷熒光材料的燒結助劑及其使用方法，該燒結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透明陶瓷熒光粉體原料的0.01％～0.8wt％。采用該燒結助劑所制備的石榴石基質透明陶瓷熒光材料具有致密的顯微結構及均勻的晶粒尺寸分布。
文檔編號C04B35/44GK102173825SQ201110032078
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者周圣明, 林輝, 滕浩 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所