[發明專利]一種稀土摻雜氮氧化物發光玻璃陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201310162110.3
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103253863A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 喬旭升;樊先平;李谷;王倩男;趙佳佳;吳立昂;馬榮華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/062;C03C3/095
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種玻璃陶瓷及其制備方法，尤其是稀土摻雜氮氧化物發光玻璃陶瓷及其制備方法。

背景技術

能源危機與環境污染是人類正面臨的重大挑戰，開發新能源和節能技術是21世紀最具決定影響的技術領域之一。就電能而言，我國照明耗電約占全國總發電量的12%，因而發展節能照明技術是當前節能的重點之一。LED照明具有長壽命、節能、安全、綠色環保、色彩豐富、微型化等顯著優點，是符合當前倡導節能減排的先進技術。同樣亮度下，LED燈用電量僅為白熾燈的十分之一，只要有三分之一的白熾燈被半導體燈取代，每年就能為國家節電近1000億度，相當于一個三峽工程的發電量。世界各國都十分重視對LED照明技術的開發，美國、日本和歐盟等發達國家紛紛把LED作為“照亮未來的技術”大力扶持，陸續啟動固態照明計劃。我國LED產業自2001年也進入了高速發展的增長期，國家扶持力度不斷加大，已陸續啟動了“十二五”半導體照明科技支撐計劃和863計劃，國家半導體照明工程研發及產業聯盟預計2015年我國LED市場規模將達到5000?億元以上。

無機玻璃陶瓷可由玻璃的控制晶化制得，較有機樹脂在高溫穩定性和化學穩定性上具有無可比擬的優勢，故采用無機發光玻璃陶瓷替代“熒光粉+有機樹脂”作為LED光轉換層可從根本上解決LED器件光轉換層的老化問題（雖然采用硅樹脂替代環氧樹脂也可以有效提高LED器件的抗老化性能）。此外，玻璃陶瓷制備工藝簡單，容易制成片狀或特殊不規則型狀，這非常有利于LED器件獲得均勻高效的光輸出。

硅基氮氧化物具有優良的可見寬譜發光性能，故成為LED照明領域研究的熱點。富氮的晶體場環境引起較大的電子云重排效應(Nephelauxetic?effect)，使發光離子(Eu²⁺，Ce³⁺等)的5d電子軌道能量下降，從而熒光激發和發射呈現長波方向的偏移，有助于解決目前LED器件中Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺熒光粉光譜中缺少紅光成分造成的色溫偏高和顯色指數不足的問題。SiX₄（X=?O，N)四面體形成的剛性穩定的晶體結構引起的斯托克斯位移較小，使稀土摻雜硅基氮氧化物體系不僅具有較高的光轉換效率和光色穩定性，而且其發光對溫度和驅動電流的變化不敏感，表現出很高的化學穩定性和熱穩定性，在大功率LED照明領域極具發展潛力。已有的研究工作主要集中在稀土摻雜的MSiN₂、M₂Si₅N₈、MYSi₄N₇、MAlSiN₃、SiAlON、MSi₂O₂N₂、Y-Si-O-N、La-Si-O-N(M=Ca，?Sr，?Ba)等熒光粉體系，而氮氧化物玻璃陶瓷應用于LED照明領域的研究還未見報道。

鑒于此，結合氮氧化物熒光粉和玻璃陶瓷的優點，開發含有氮氧化物晶相的稀土摻雜發光玻璃陶瓷，能為大功率LED照明器件提供可靠的熒光材料基礎。在氮氧化物玻璃體系中控制析出稀土摻雜氮氧化物、硅酸鹽或鋁酸鹽晶相中的一種或幾種，并調控銪離子的價態就可以得到兼具稀土5d→4f寬帶發光特性和氮氧化物玻璃陶瓷良好抗老化性能的高顯色指數發光玻璃陶瓷。此外，基體中的含氮成分還有望賦予這類玻璃陶瓷高的熱導率，非常有利于大功率LED照明器件的快速散熱。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有優良的物理化學穩定性和光譜學性能的稀土摻雜氮氧化物發光玻璃陶瓷及其制備方法。

本發明的稀土摻雜氮氧化物發光玻璃陶瓷，它是含有Y₂₀N₄Si₁₂O₄₈氮氧化物晶相的透明玻璃陶瓷，具有如下的摩爾百分比組成：

SiO_{2????????????????}35—50mol%，

Al₂O₃????????12—15?mol%，

Y₂O₃?????????4—8mol%，

CaO??????????25—35mol%，

ZnO??????????5—10mol%，

Eu₂O_{3????????????}0.2—2?mol%，