CN103194218A - 一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法 - Google Patents

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王达健
马健
王延泽
陆启飞
孙亮
孙运杰
董晓菲
王芳
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Abstract

一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，采用两步高温微波灼烧方法制备，第一步微波灼烧形成基质，第二步微波灼烧还原稀土离子，步骤如下：将CaSO4、S、Eu2O3、C与助溶剂NH4Cl混合并充分研磨后干燥；将得到的混合物放入套装刚玉坩埚的内坩埚，夹层中填加活性碳粉；将其放入工业高温微波炉，在空气气氛下灼烧，冷却后充分研磨；再转入另一刚玉坩埚，放入工业高温微波炉中，在氮氢混合气中二次灼烧即可制得本发明的优点是：高温微波空气灼烧利用快速加热特点形成基质，克服含硫红色稀土荧光材料的原料组分升华问题，该方法具有节能、快速、高效特点，工艺简单，制品颗粒疏松，可直接应用于工业生产。

Description

一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法
【技术领域】
本发明属于稀土荧光材料技术领域，特别是一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法。
【背景技术】
无机固体材料的制备是材料化学的主要研究领域之一，探索新的合成方法更是该领域的热点，其目的是期望获得新的材料、材料的新性能、合成方法能够在时间上更快、能源上节能，最终获得纯度高的产物并尽量避免在反应过程中形成多种副产物。高温电炉烧成法是制备稀土荧光材料的传统方法，主要缺点有：1）烧成产物晶粒大、密度高、硬度大，通常都需要球磨；2）烧成温度较高、反应时间长，产品冷却也需要相当时间，产物除主晶相外，往往还存在少量中间相；3）较高温度的煅烧能量消耗高。采用工业隧道窑烧成稀土荧光粉是实现规模化生产的另一方法，存在设备复杂、能量利用率低、烧成技术条件不容易精确控制等不足。稀土荧光粉材料烧成时进料和出料温度也是影响产物品质的重要因素，高温电炉烧成法和隧道窑烧成烧成方法的物料的升温和降温速率不容易控制。大部分稀土荧光粉材料必须在还原气氛下烧成，最普遍采用的还原剂是氢（H2），即向高温炉中通入含有H2的氮气（N2）流；也可以采用氨（NH3）和N2的混合气流作还原剂。上述烧成方法在还原方法上缺乏普遍适应性。材料的微波固相合成技术是应用微波电磁场与介电固体之间的相互作用把电磁能转化为热能实现新材料的高温合成的方法，具有节约时间、空间，节省能耗，操作自动化程度高等一系列优点。微波固相法在均匀加热、非热效应等具体应用中还需要继续研发，特别地，在高温微波制备含硫一类红色稀土荧光材料中，含有容易升华原料组分时，需要采用新的高温微波制备工艺。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法。
本发明的技术方案：
一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，采用两步高温微波灼烧方法制备，第一步微波灼烧形成基质，第二步微波灼烧还原稀土离子，步骤如下：
1）将原料CaSO4、S、Eu2O3、C与助溶剂NH4Cl混合并充分研磨后干燥，得到混合物；
2）将上述混合物放入小直径刚玉坩埚A，再将小直径刚玉坩埚A放入大直径刚玉坩埚B中，在坩埚A、B之间的夹层中填加活性碳粉，活性碳粉的填充高度占夹层净高的30-40%，给大直径刚玉坩埚B加盖密封；
3）将坩埚A、B整体放入工业高温微波炉，在空气气氛和1000-1200℃下灼烧1h，冷却后取出混合物并充分研磨；
4）将上述混合物放入刚玉坩埚C中，再将刚玉坩埚C放入工业高温微波炉中，通入氮氢混合气，混合气中H2的质量百分比浓度为8%，混合气流量为16L/h，在800-1000℃灼烧1-2h，自然冷却后即可制得红色稀土荧光材料。
所述红色稀土荧光材料的化学式计量式为Ca0.994S：0.006Eu2+，其中：Eu2+为发光中心组分，CaSO4、S、Eu2O3和碳粉的质量比按Ca：S：Eu：C计为1：3：0.0060：0.02，助溶剂NH4Cl的质量为原料总质量的1%。
所述工业高温微波炉的参数均为：频率2.45GHz、功率1.5千瓦。
本发明的优点是：高温微波空气灼烧利用快速加热特点形成基质，克服含硫红色稀土荧光材料的原料组分升华问题，该方法具有节能、快速、高效特点，工艺简单，制品颗粒疏松，可直接应用于工业生产。
【附图说明】
图1是实施例1中制备的红色稀土荧光材料的激发-发射光谱图。
图2是实施例2中制备的红色稀土荧光材料的激发-发射光谱图。
图3是实施例3中制备的红色稀土荧光材料的激发-发射光谱图。
【具体实施方式】
以下实例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，步骤如下：
1）称取4.1852g CaSO4、2.8683gS、0.0316g Eu2O3、0.0072g C和0.0709gNH4Cl混合研磨充分后干燥，得到混合物；
2）取一半上述混合物放入刚玉坩埚A,将坩埚A放入坩埚B，然后在坩埚A、B的夹层中加入填充高度占夹层净高30%的活性碳粉，给坩埚B加盖密封；
3）将坩埚A、B整体放入工业高温微波炉，在1200℃灼烧1h，待混合物冷却后，取出混合物并充分研磨；
4）再将该混合物放入坩埚C,将坩埚C放入工业高温微波炉中，在2.45GHz、功率1.5千瓦下，通入氮氢混合气，混合气中H2的质量百分比浓度为8%，气体流量为16L/h，在1000℃灼烧1h，自然冷却后即可制得红色稀土荧光材料。
所制得的荧光材料的激发-发射光谱如图1所示，图中表明：该荧光材料在460nm附近有最强激发,发射光谱的峰值波长为655nm。
实施例2：
一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，步骤如下：
1）称取4.1852g CaSO4、2.8683gS、0.0316g Eu2O3、0.0072g C和0.0709gNH4Cl混合研磨充分后干燥，得到混合物；
2）取一半上述混合物放入刚玉坩埚A,将坩埚A放入坩埚B，然后在坩埚A、B的夹层中加入填充高度占夹层净高35%的活性碳粉，给坩埚B加盖密封；
3）将坩埚A、B整体放入工业高温微波炉，在1100℃灼烧1h，待混合物冷却后，取出混合物并充分研磨；
4）再将该混合物放入坩埚C,将坩埚C放入工业高温微波炉中，在2.45GHz、功率1.5千瓦下，通入氮氢混合气，混合气中H2的质量百分比浓度为8%，气体流量为16L/h，在900℃灼烧2h，自然冷却后即可制得红色稀土荧光材料。
所制得的荧光材料的激发-发射光谱如图2所示，图中表明：该荧光材料在460nm附近有最强激发,发射光谱的峰值波长为657nm。
实施例3：
一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，步骤如下：
1）称取4.1852g CaSO4、2.8683gS、0.0316g Eu2O3、0.0072g C和0.0709gNH4Cl混合研磨充分后干燥，得到混合物；
2）取一半上述混合物放入刚玉坩埚A,将坩埚A放入坩埚B，然后在坩埚A、B的夹层中加入填充高度占夹层净高40%的活性碳粉，给坩埚B加盖密封；
3）将坩埚A、B整体放入工业高温微波炉，在1000℃灼烧1h，待混合物冷却后，取出混合物并充分研磨；
4）再将该混合物放入坩埚C,将坩埚C放入工业高温微波炉中，在2.45GHz、功率1.5千瓦下，通入氮氢混合气，混合气中H2的质量百分比浓度为8%，气体流量为16L/h，在800℃灼烧2h，自然冷却后即可制得红色稀土荧光材料。
所制得的荧光材料的激发-发射光谱如图3所示，图中表明：该荧光材料在460nm附近有最强激发,发射光谱的峰值波长为654nm。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，其特征在于：采用两步高温微波灼烧方法制备，第一步微波灼烧形成基质，第二步微波灼烧还原稀土离子，步骤如下：
1）将原料CaSO4、S、Eu2O3、C与助溶剂NH4Cl混合并充分研磨后干燥，得到混合物；
2）将上述混合物放入小直径刚玉坩埚A，再将小直径刚玉坩埚A放入大直径刚玉坩埚B中，在坩埚A、B之间的夹层中填加活性碳粉，活性碳粉的填充高度占夹层净高的30-40%，给大直径刚玉坩埚B加盖密封；
3）将坩埚A、B整体放入工业高温微波炉，在空气气氛和1000-1200℃下灼烧1h，冷却后取出混合物并充分研磨；
4）将上述混合物放入刚玉坩埚C中，再将刚玉坩埚C放入工业高温微波炉中，通入氮氢混合气，混合气中H2的质量百分比浓度为8%，混合气流量为16L/h，在800-1000℃灼烧1-2h，自然冷却后即可制得红色稀土荧光材料。
2.根据权利要求1所述红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，其特征在于：所述红色稀土荧光材料的化学式计量式为Ca0.994S：0.006Eu2+，其中：Eu2+为发光中心组分，CaSO4、S、Eu2O3和碳粉的质量比按Ca：S：Eu：C计为1：3：0.0060：0.02，助溶剂NH4Cl的质量为原料总质量的1%。
3.根据权利要求1所述红色稀土荧光材料的高温微波制备方法，其特征在于：所述工业高温微波炉的参数均为：频率2.45GHz、功率1.5千瓦。
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