專利名稱：一種氮氧化物熒光材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種具有優良熒光性能的新型氮氧化物熒光材料及其制備方法。更確切的說本發明涉及提供一種用高純度的氮化硅、氮化鋁、氧化鋁和氧化銪為主要原料，通過熱壓燒結工藝，制備出的具有優良熒光性能的新型氮氧化物熒光材料。該材料具有優良的發光性能。
背景技術：
目前，發光材料的種類和數量很多，也已經在工業、日常生活等領域發揮重要作用，但大多數是以氧化物、硫化物和氧硫化物為基體材料，并在這些基體材料中摻雜少量的過渡金屬離子或稀土離子(RE)作為發光中心。這些材料的熱震穩定性和化學穩定性相對較差，已經越來越難以適應現代等離子及場發射顯示技術等發展對材料提出的新要求。氮化物及氧氮化物則能很好滿足這方面的要求，但目前對氮化物發光材料的研究卻很少。
S相是最近幾年首先在Sr-Si-Al-O-N系統中發現的一種新物相，用EDS分析得到的組成為Sro.6Al2.4Si9.6O1.2N14.8或Sr2AlxSi12-xN16-xO2+x(x≈2)。利用TREOR90對S相進行了晶胞參數的精密測定，并通過EXPO程序解結構，再利用GSDS程序包對結構進行修正，最后得到了有關該相的更多信息。S相屬于正交晶系，每個單胞含有兩個Sr原子。S相的發現和對其結構的確定，豐富了M-Si-Al-O-N系統的內容，但目前還沒有對含有S相的材料及S相這一材料本身的性能方面的報道，也沒有關于M-Si-Al-O-N系統含S相的相關系報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有優良熒光性能的新型氮氧化物熒光材料及其制備方法。
具體地說本發明選用Eu為發光中心，以Eu-Si-Al-O-N系統的相平面為基礎，用Si3N4、AlN、Al2O3和Eu2O3為原料，利用熱壓燒結工藝制備出一種含Eu的新型氧氮化物材料，該材料具有優異的熒光性能。
本發明提供的S相是以通式Eum/3Si12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的m、n為選擇組份點的參數配料，其中2.5＜m＜4.6，n＝m/2。
本發明的目的是通過下列方式實施的。以Eu為發光中心，利用質量百分比不小于99.5％的高純氮化硅、氮化鋁、氧化鋁及氧化銪為原料，通過仔細控制熱壓燒結工藝，制備出具有優良熒光性能的新型氧氮化物材料及其制備方法。
具體的說(1)原料包括質量百分比不小于99.5％的高純氮化硅粉、氮化鋁粉、氧化鋁粉和氧化銪粉。按合適組成配比稱量后，在塑料罐中以無水乙醇等不與原料反應的液體為分散介質，Si3N4球為球磨介質混合均勻，取出漿料烘干后，經100-200目篩網過篩。
(2)制備混合好的粉料放于石墨模具中，再將裝好粉料的模具放在熱壓爐內。為了防止粉料和石墨模具發生反應，模具內表面涂有氮化硼粉。燒成前先抽真空，然后通入流動N2保護氣。熱壓燒成溫度為1700-1800℃，時間為1-2小時，平均升溫速率為10-50℃/min，熱壓壓力為15-30MPa。燒完后待樣品自然冷卻后取出，用磨床及拋光機對樣品加工到要求尺寸和光潔度，就得到具有優良熒光性能的氧氮化物材料。
(3)材料該新型氧氮化物熒光材料具有優異的熒光性能，發射波段位置位于470-520nm范圍變動，為Eu2+的寬發射峰。主相為S相，化學式為Eu2Al3Si12N19O2；S相含量不低于85％。
本發明的優點是(1)首次制備出該新型氧氮化物材料，它具有優良的熒光性能，發射波段位置位于470-520nm范圍變動，為Eu2+的寬發射峰。
(2)制備工藝相對簡單。工藝容易控制，制備時間短。
(3)材料發光屬于典型的蘭光，材料的穩定性好，使用壽命長。
圖1是本發明提供的實施例1制備出的新型氮氧化物熒光材料的XRD圖，圖中S代表S相、α代表α-Sialon(α-)，β表示β-Sialon(β-賽隆)。
圖2是本發明提供的實施例1得到的新型氮氧化物熒光材料的顯微結構形貌照片。
圖3是本發明提供的實施例1得到新型氮氧化物熒光材料的發射和收發光譜。
1.用340nm光譜激發的發射光譜2.用285nm光譜激發的發射光譜圖4是實施例2所述的新型氮氧化物的發射和吸收光譜。
1.用285nm光譜激發的發射光譜2.用322nm光譜激發的發射光譜具體實施方式
實施例1以質量百分比大于99.5％的高純氮化硅粉、氮化鋁粉、氧化鋁粉和氧化銪粉為原料。在所述的Eu-Si-Al-O-N系統中選擇配料點，m＝3，n＝1.5將配好的粉料在塑料罐中以無水乙醇為分散介質，用氮化硅為球磨介質，球磨24小時。混好的料烘干后采用前面所述的熱壓燒結工藝制備出S相含量不低于85％的氮氧化物材料，具體熱壓溫度1700℃，保溫2小時，壓力為30MPa。再用磨床加工得到塊體材料。經XRD測定的圖譜和顯微結構分別如圖1和圖2所示。所制備的新型氧氮化物熒光材料的發射和吸收光譜如圖3所示。該材料中的主要物相Eu2Al3Si12N19O2的EDS分析結果如表1所示。
實施例2應用實施例1所述的高純氮化硅、氮化鋁、氧化鋁和氧化釔原料，選用Eu-Si-Al-O-N系統中與實例1不同的組份點，m＝4.5，n＝2.25采用實例1的工藝制備出的Eu2Al3Si12N19O2含量不低于85％的氧氮化物。材料具有優異的熒光性能。其發射和吸收光譜如圖4所示。
實施例3應用實施例1所述的高純氮化硅、氮化鋁、氧化鋁和氧化釔原料，選用Eu-Si-Al-O-N系統中與實例1和實例2相同的組份點，采用溫度為1800℃，保溫1小時，壓力為15MPa條件下熱壓。制備出的Eu2Al3Si12N19O2相含量不低于85％的氧氮化物。材料具有優異的熒光性能。
表1
權利要求
1.一種氮氧化物熒光材料，其特征在于所述的熒光材料主相為S相，化學式為Eu2Al3Si12N19O2；S相含量不低于85％。
2.按權利要求1所述的氮氧化物熒光材料，其特征在于所述的化學式為Eu2Al3Si12N19O2的氮氧化物的發射波段位于470-520nm。
3.按權利要求1或2所述的氮氧化物熒光材料，其特征在于所述的S相的原子百分組成依次為24.88N、17.64O、10.18Al、40.65Si和6.65Eu。
4.制備如權利要求1所述的氮氧化物熒光材料的方法，其特征在于(1)以Si3N4、AlN、Al2O3及Eu2O3粉體為原料，按通式Eum/3Si12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的m、n為選擇組份點的參數配料，式中2.5＜m＜4.6，n＝m/2；(2)以無水乙醇為分散介質，以Si3N4球為球磨介質，混均勻烘干，然后過篩、成型；(3)在流動氮氣條件下于1700-1800℃，壓力為15-30MPa，自然冷卻。
5.按權利要求4所述的氮氧化物熒光材料的制備方法，其特征在于所述的Si3N4、AlN、Al2O3和Eu2O3粉為質量百分比不少于99.5％的高純粉料。
6.按權利要求4所述的氮氧化物熒光材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中熱壓保溫時間1-2小時，升溫速率為10-50℃/min。
全文摘要
本發明涉及一種氮氧化物熒光材料及其制備方法，屬于氮氧化物制備及應用領域。其特征在于提供的氮氧化物材料使用質量百分比不小于99.5％的高純Si
文檔編號C09K11/77GK1670124SQ20051002500
公開日2005年9月21日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者蘇新祿, 王佩玲, 程一兵 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所