CN103525410B - 一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法，使用廉价的铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，在烧结加热的过程中，铝和硅分别在660℃和1400℃融化成球，会阻碍N原子进入金属内部，使得氮化不完全。本发明创造性的使用氟化铵，在加热过程中会分解产生氟化氢和氨气，破坏融化的铝和硅形成的团聚物，使反应正常进行，烧结的温度大大降低，并且其生成的气体会挥发，不会引入杂质。

Description

一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法
技术领域
本发明属于稀土发光材料技术领域，更为具体地讲，涉及一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法。
背景技术
发光二极管LED（Light Emitting Diode）是一种可将电能转换为光能的能量转换器件，具有工作电压低，耗电量少，性能稳定，寿命长，抗冲击，耐振动性强，重量轻，体积小，成本低，发光响应快等优点。特别是近年来蓝色及紫外LED的迅速发展，大大拓展了LED使用范围。
目前，白光LED实现的方法主要是在蓝光、紫光或紫外光LED芯片上涂覆荧光粉，通过几种颜色的复合产生白光。近年来，氮（氧）化物荧光粉因其显著的热稳定性、化学稳定性、发光光谱覆盖范围广以及结构多样性等优点，在白光LED应用领域得到广泛的研究和关注。此类荧光粉一般可被近紫外光或蓝光有效激发，表现出优异的发光特性。氮化铝（AlN）陶瓷是氮（氧）化物家族中的重要一员，它具有宽的带隙（6eV），因此稀土元素的能级可存在于其中，制备出稀土离子掺杂的AlN基荧光粉，可应用于光致发光及电致发光器件中。目前研究较多且较成熟的是Eu2+离子掺杂氮化铝荧光粉的方法，但是仅限于高温固相法和碳热还原法。如N.Hirosak等[Blue-emitting AlN:Eu2+nitride phosphorfor field emission displays,APPL.PHYS.LETT.,2007,91,061101]报道的以AlN、α-Si3N4和Eu2O3为原料，通过高温固相法在2050℃、1.0MPa N2压力的条件下反应4h，制备出Eu2+掺杂氮化铝荧光粉，以及L.J.Yin等[Synthesis ofEu2+-Doped AlN Phosphors by Carbothermal Reduction,J.Am.Ceram.Soc.2010,93,1702]采用碳热还原氮化法，在1750℃长时间保温8小时的条件下制备出该种荧光粉。但是由于这些方法在制备过程中都需要高温，导致制备成本偏高，生产效率低，严重限制了其应用范围。因此急需探索出一条经济快速并且有效的合成路径来制备Eu2+掺杂AlN荧光粉，以满足日益增长的消费需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法，以降低生产过程所需的高温，并简化生成工艺、降低成本。
为实现以上目的，本发明稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式：（1-x-y）AlN：xEu，ySi，其中，0﹤x≤0.01,0﹤y≤0.1称取铝粉、硅粉和氧化铕粉，然后将铝粉、硅粉、氧化铕粉和氟化铵粉混合，研磨均匀；其中，氟化铵的质量为铝粉、硅粉和氧化铕总质量的10%～30%；
（2）、将混合均匀的粉末装入氮化硼瓷舟中，然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中；
管式炉抽真空至气压小于10Pa后，充入纯度为99.99%的氮气和99.9%的氨气，调整两种气体的充入速率，氮气充入速度为0.1～1L/min，氨气充入速度为0.1～0.5L/min；
（3）、在管式炉中，在1450℃下对混合均匀的粉末进行烧结即保温2小时；
（4）、烧结过后，冷却至室温，将产物研磨粉碎，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
本发明的目的是这样实现的：
使用廉价的铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，在烧结加热的过程中，铝和硅分别在660℃和1400℃融化成球，会阻碍N原子进入金属内部，使得氮化不完全。本发明创造性的使用氟化铵，在加热过程中会分解产生氟化氢和氨气，破坏融化的铝和硅形成的团聚物，使反应正常进行，烧结的温度大大降低，并且其生成的气体会挥发，不会引入杂质。
本发明的有益效果在于，制备方法中所使用的起始原料是较为廉价的金属铝粉、硅粉、氧化铕、氟化铵，制备时间短、能耗低、成本低，效率也得到了提高。
附图说明
图1是实施例1得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的XRD图；
图2是实施例1得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的激发发射光谱图；
图3是实施例2得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的激发发射光谱图；
图4是实施例3得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的激发发射光谱图；
图5是实施例4得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的激发发射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1
按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式（1-x-y）AlN：xEu，ySi，取x=0.005，y=0.03，即Eu的摩尔分数为0.5%、Si的摩尔分数为3%称取铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，氟化铵质量为原料总质量的20%，将铝粉、硅粉、氧化铕粉以及氟化铵粉混合后放入研钵中研磨至均匀。将混合粉末装入BN（氮化硼）瓷舟中；然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中，管式炉抽真空至气压小于10Pa后，以0.1L/min的速率充入纯度99.9%的氨气并且以0.3L/min的速率充入纯度99.99%的氮气；将管式炉从室温以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃，此温度下保温2小时。烧结反应后，将BN瓷舟中的产物取出并研磨，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
利用X射线衍射仪（XRD）以及光谱仪对所得到的产物进行表征。图1是得到的稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的XRD图谱，所有衍射峰均对应于氮化铝的特征峰，获得的为稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。图2是所得产物的激发发射光谱图，符合稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉激发发射光谱，获得的为稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
实施例2
按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式（1-x-y）AlN：xEu，ySi，取x=0.008，y=0.03，即Eu的摩尔分数为0.8%、Si的摩尔分数为3%称取铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，氟化铵质量为原料总质量的20%，将铝粉、硅粉、氧化铕粉以及氟化铵粉混合后放入研钵中研磨至均匀。将混合粉末装入BN（氮化硼）瓷舟中；然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中，管式炉抽真空至气压小于10Pa后，以0.3L/min的速率充入纯度99.9%的氨气并且以0.1L/min的速率充入纯度99.99%的氮气；将管式炉从室温以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃，此温度下保温2小时。烧结反应后，将BN瓷舟中的产物取出并研磨，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。产物的激发发射光谱如图3所示，符合稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉激发发射光谱，获得的为稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
实施例3
按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式（1-x-y）AlN：xEu，ySi，取x=0.005，y=0.05，即Eu的摩尔分数为0.5%、Si的摩尔分数为5%称取铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，氟化铵质量为原料总质量的30%，将铝粉、硅粉、氧化铕粉以及氟化铵粉混合后放入研钵中研磨至均匀。将混合粉末装入BN（氮化硼）瓷舟中；然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中，管式炉抽真空至气压小于10Pa后，以0.5L/min的速率充入纯度99.9%的氨气并且以1L/min的速率充入纯度99.99%的氮气；将管式炉从室温以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃，此温度下保温2小时。烧结反应后，将BN瓷舟中的产物取出并研磨，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。产物的激发发射光谱如图4所示，符合稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉激发发射光谱，获得的为稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
实施例4
按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式（1-x-y）AlN：xEu，ySi，取x=0.005，y=0.03，即Eu的摩尔分数为0.5%、Si的摩尔分数为3%称取铝粉、硅粉和氧化铕粉作为原料，氟化铵质量为原料总质量的10%，将铝粉、硅粉、氧化铕粉以及氟化铵粉混合后放入研钵中研磨至均匀。将混合粉末装入BN（氮化硼）瓷舟中；然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中，管式炉抽真空至气压小于10Pa后，以0.1L/min的速率充入纯度99.9%的氨气并且以0.3L/min的速率充入纯度99.99%的氮气；将管式炉从室温以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃，此温度下保温2小时。烧结反应后，将BN瓷舟中的产物取出并研磨，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。产物的激发发射光谱如图5所示，符合稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉激发发射光谱，获得的为稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、按照稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉化学式：（1-x-y）AlN：xEu，ySi，其中，0﹤x≤0.01,0﹤y≤0.1称取铝粉、硅粉和氧化铕粉，然后将铝粉、硅粉、氧化铕粉和氟化铵粉混合，研磨均匀；
（2）、将混合均匀的粉末装入氮化硼瓷舟中，然后将氮化硼瓷舟放入管式炉中；
管式炉抽真空至气压小于10Pa后，充入纯为99.99%的氮气和99.9%的氨气，调整两种气体的充入速率，氮气充入速度为0.1～1L/min，氨气充入速度为0.1～0.5L/min；
（3）、在管式炉中，在1450℃下对混合均匀的粉末进行烧结即保温2小时；
（4）、烧结过后，冷却至室温，将产物研磨粉碎，即得稀土掺杂氮化铝基蓝色荧光粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在与，所述的烧结为：将管式炉从室温以5℃/min的升温速率升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃，此温度下保温2小时。
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