一种双层稀土离子掺杂YAG陶瓷及其制备方法与流程

一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及热电能源转换材料制备技术领域，尤其涉及一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.目前商用的led/ld照明技术主要使用蓝光激发铈(ce)离子掺杂的钇铝石榴石(y3al5o
12
，yag)荧光粉，这种荧光粉使用时一般分散在有机树脂和硅胶中。但由于有机树脂和硅胶在高温下会发生老化，从而容易导致ce
3
发光离子的淬灭，降低发光质量，因此不能用于大功率照明中。于是研究人员开始使用玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基荧光材料来替代荧光粉，其中，陶瓷具有热导率高、易实现离子掺杂和成型容易等特点，是当前荧光材料领域的研究热点。
3.但是蓝光激发ce:yag陶瓷用于照明时存在一个很棘手的问题，即光谱中的蓝色成分较多，红色成分不足，不能很好的还原物体本身的颜色，显色指数较低。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷及其制备方法，旨在解决现有离子掺杂yag陶瓷不能很好的还原物体本身的颜色，显色指数较低的问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，包括步骤：
8.将氧化铈、氧化钆、氧化镨和氧化铬中的一种或多种分别与氧化铝和氧化钇的混合物混合并进行湿法球磨处理，得到不同的混合粉料；
9.将所述不同的混合粉料分别与分散剂、粘合剂、增塑剂以及有机溶剂混合，振动球磨后得到不同的流延浆料；
10.将所述不同的流延浆料分别进行流延并干燥，得到不同的生胚；
11.将两层不同的生胚层叠在一起进行层压处理，得到双层yag生胚，所述双层yag生胚包括靠近蓝光芯片的第一生胚和远离蓝光芯片的第二生胚，所述第一生胚在蓝光激发条件下发黄光或黄红光，所述第二生胚在蓝光激发条件下发红光或黄红光；
12.对所述双层yag生胚进行排胶和烧结处理，得到所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷。
13.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，按重量百分比计，将40
‑
60wt％的混合粉料、0.5
‑
2.5wt％的分散剂、4
‑
9.6wt％的增塑剂、5
‑
8wt％的粘合剂以及35
‑
40wt％的有机溶剂混合，振动球磨后得到不同的流延浆料。
14.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，所述分散剂为聚乙烯亚胺或鲱鱼鱼油；所述粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛酯；所述增塑剂为邻苯二甲酸丁苄酯和聚乙二醇的混合液；所述有机溶剂为二甲苯和无水乙醇的混合液。
15.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，将所述不同的流延浆料分别进行流延并干燥，得到不同的生胚的步骤包括：
16.调整刮刀厚度为0.5
‑
1mm，将不同的流延浆料进行流延，得到流延膜层；
17.将所述流延膜层放置在常温密闭室内24
‑
48h进行干燥；
18.将干燥后的流延膜层进行冲片，得到所述生胚。
19.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，将两层不同的生胚层叠在一起进行层压处理的步骤中，层压处理方式为干压、热压、冷等静压或热等静压。
20.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，所述层压处理的压力为30
‑
300mpa，层压处理的时间为1
‑
60min。
21.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，所述第一生胚材料为ce掺杂yag、ce和gd共掺杂yag、ce和pr共掺杂yag、ce和cr共掺杂yag、或ce，pr和cr共掺杂yag；所述第二生胚材料为pr掺杂yag、ce和pr共掺杂yag、cr掺杂yag、ce和cr共掺杂yag、ce、pr和cr共掺杂yag、或pr和cr共掺杂yag。
22.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，对所述双层yag生胚进行排胶处理的步骤包括：
23.将所述双层yag生胚放入电阻丝加热炉内排胶，在200
–
400℃保温2
–
10h，然后升温到600
–
800℃保温1
–
6h，其中升温速率设置为1℃/min，降温速率为1
–
5℃/min。
24.所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法，其中，对所述双层yag生胚进行烧结处理的步骤包括：
25.将经过排胶处理的双层yag生胚转移到马弗炉中进行烧结处理，以2
–
5℃/min的升温速率加热到1200
–
1400℃，保温2
–
5h，之后再以2
–
5℃/min的加热速率升温到1650℃，保温3
–
10h，最后以1
–
5℃/min的速率降温至室温。
26.一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷，其中，采用本发明所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法制得。
27.有益效果：相对于现有技术，本发明设计了一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷，第一层和第二层分别使用了掺杂了黄(黄红)色发光离子、红(红黄)色发光离子的yag陶瓷薄片，其组合多变，对发光的调控更加灵活，可有效改善陶瓷的显色指数。
附图说明
28.图1为本发明一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法流程图。
29.图2为双层稀土离子掺杂yag陶瓷的4种组合，第一层是黄色发光层，第二层为(a)黄红(b)红色发光层；第一层是黄红发光层，第二层是(c)红色(d)红黄发光层。其中圆点代表ce,gd黄色发光离子，三角型代表pr,cr红色发光离子。
具体实施方式
30.本发明提供一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.请参阅图1，图1为本发明提供的一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法较佳
实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：
32.s10、将氧化铈、氧化钆、氧化镨和氧化铬中的一种或多种分别与氧化铝和氧化钇的混合物混合并进行湿法球磨处理，得到不同的混合粉料；
33.s20、将所述不同的混合粉料分别与分散剂、粘合剂、增塑剂以及有机溶剂混合，振动球磨后得到不同的流延浆料；
34.s30、将所述不同的流延浆料分别进行流延并干燥，得到不同的生胚；
35.s40、将两层不同的生胚层叠在一起进行层压处理，得到双层yag生胚，所述双层yag生胚包括靠近蓝光芯片的第一生胚和远离蓝光芯片的第二生胚，所述第一生胚在蓝光激发条件下发黄光或黄红光，所述第二生胚在蓝光激发条件下发红光或黄红光；
36.s50、对所述双层yag生胚进行排胶和烧结处理，得到所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷。
37.在本实施例中，所述氧化铝和氧化钇的混合物为钇铝石榴石(yag)的前驱体，本实施例首先可选择不同类型稀土离子化合物来对钇铝石榴石(yag)进行掺杂，从而得到不同类型的稀土离子掺杂yag材料；根据化学计量比对物料进行称重和混料，可得到不同浓度的稀土离子掺杂yag材料；本发明通过改变陶瓷种类、掺杂离子浓度和层与层之间的顺序可实现对显示指数的调控，最终得到显色性能较好的组合。
38.在本实施例中，由于ce掺杂的yag(ce:yag)陶瓷在460nm左右的蓝光激发下会发射500
‑
600nm左右的光，对应于ce
3
的能级的5d1→
4f跃迁。在ce:yag陶瓷中，当占据十二面体位置的y
3
被更大的离子取代时，ce
3
的5d能级会降低，发光产生红移，因此本实施例可在ce:yag陶瓷中掺入gd
3
以增大显色指数。此外铬(cr
3
)、镨(pr
3
)离子可以作为ce:yag陶瓷中的红色发光中心。在蓝光照射下，pr
3
可以发出波长620nm左右的红光，对应于pr
3
的1d2→3h4和3p0→3h6跃迁
4.；cr
3
会发射出波长700nm左右的红光，对应于cr
3
的2e
g
→4a
2g
和4t
2g
→4a
2g
跃迁。据此，本实施例制备了8种不同离子掺杂的流延生胚，分别为ce:yag、ce,gd:yag、pr:yag、ce,pr:yag、cr:yag、ce,cr:yag、ce,pr,cr:yag、pr,cr:yag。
39.本实施例设计了一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷，第一层和第二层分别使用了掺杂了黄(黄红)色发光离子、红(红黄)色发光离子的yag陶瓷薄片，其组合多变，对发光的调控更加灵活，可有效改善陶瓷的显色指数。
40.在一些实施方式中，还提供一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷，其采用本发明所述双层稀土离子掺杂yag陶瓷的制备方法制得。
41.下面通过具体实施例对本发明一种双层稀土离子掺杂yag陶瓷及其制备方法做进一步的说明：
42.第一步，以氧化钇(y2o3)、氧化铝(al2o3)、氧化铈(ceo2)、氧化钆(gd2o3)、氧化镨(pr6o
11
)、氧化铬(cr2o3)为原材料，根据计量比对原材料进行称重；作为举例，当制备的ce掺杂yag为(y1‑
x
ce
x
)3al5o
12
(x＝0.0005
–
0.005)时，则按计量比称取对应的氧化钇、氧化铝、氧化铈混合；当制备的ce、pr、cr共掺杂yag为(ce
x
pr
y
y1‑
x
‑
y
)(al1‑
z
cr
z
)5o
12
(x＝0.0005
–
0.005,y＝0.001
–
0.005,z＝0.001
–
0.005)时，则按计量比称取对应的氧化铈、氧化钇、氧化铝、氧化镨和氧化铬混合。
43.第二步，采用湿法球磨，将称好的原料放入尼龙或聚四氟乙烯混料罐中，随后加入1
–
2倍原料重量的氧化铝小球，之后加入适量无水乙醇，直至乙醇液面漫过粉体，采用行星
球磨12
–
24h。
44.第三步，将球磨好的混合粉料进行烘干和过筛。
45.第四步，采用振动球磨法制备流延浆料，其中聚乙烯亚胺(pei)或鲱鱼鱼油作分散剂，聚乙烯醇缩丁醛酯(pvb)作粘合剂，邻苯二甲酸丁苄酯(bbp)和聚乙二醇(peg)混合(混合比例5wt％:7wt％)作增塑剂，二甲苯和无水乙醇混合(混合比例5wt％:8wt％)为溶剂。浆料中粉体比例控制在40
–
60wt％，分散剂的比例为0.5
–
2.5wt％,增塑剂的比例为4
–
9.6wt％,粘合剂的比例为5
–
8wt％(增塑剂与粘合剂质量比为0.8
–
1.2),溶剂的比例为35
–
40wt％，振动球磨时间为12
–
24h。
46.第五步，将制备好的浆料进行流延，调整刮刀厚度为0.5
–
1mm。
47.第六步，干燥，将流延生胚在常温密闭室内放置24
–
48h。
48.第七步，将干燥好的生胚进行冲片。
49.第八步，是在底层(靠近蓝光芯片一侧)放置掺杂了黄色(黄红色)发光离子的ce:yag、ce,gd:yag、ce,pr:yag、ce,cr:yag和ce,pr,cr:yag；第二层放置掺杂红色(黄红色)发光离子的pr:yag、ce,pr:yag、cr:yag、ce,cr:yag、ce,pr,cr:yag和pr,cr:yag。若第一层放置只掺杂黄色发光离子的yag生胚，透过第一层的蓝光会去激发第二层的红色发光离子，以增加光谱中的红色成分；如果第一层放置了黄红离子共掺杂的yag生胚，那么还可以实现红光离子的双激发，即第一层和第二层中的红色发光离子都可以被激发，能显著增强显色指数，见图2所示。其中掺杂离子浓度根据第一步中的配方来进行改变，因此组合方式有多种，对发光的调控更加灵活。层压方式使用干压、热压、冷等静压、热等静压，压力范围为30
–
300mpa，保压时间1
–
60min。
50.第九步，将压制在一起的双层yag生胚放入电阻丝加热炉内排胶，在200
–
400℃保温2
–
10h，然后升温到600
–
800℃保温1
–
6h，其中升温速率设置为1℃/min，降温速率为1
–
5℃/min。
51.第十步，冷却到室温后，将样品转移到马弗炉中进行烧结。以2
–
5℃/min的升温速率加热到1200
–
1400℃，保温2
–
5h，之后再以2
–
5℃/min的加热速率升温到1650℃，保温3
–
10h，最后以1
–
5℃/min的速率降温至室温。
52.第十一步，将得到的双层yag陶瓷进行两面抛光。
53.综上所述，现有技术制备双层荧光材料是在第一层的基础上铺一层粉，再压到一起，其第一层的厚度一般很厚，第二层厚度不均匀且不可控，而本发明使用流延法制备的双层稀土离子掺杂yag陶瓷可做到很薄，且厚度可控；现有技术改善荧光陶瓷显色指数的方法是在一层陶瓷中掺入各种稀土元素，而本发明则是设计了一种双层结构，第一层和第二层分别使用了掺杂了黄(黄红)色发光离子、红(红黄)色发光离子的yag陶瓷薄片，组合多变，对发光的调控更加灵活。
54.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。