CN104844001A - Ce3+、Tb3+:YAG微晶玻璃的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的制备方法，包括碎铅玻璃的制备、配料的混合和干燥和控温烧结三步。利用Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体优良的发光特性，以及铅玻璃的高折射率和低的软化温度，控温在玻璃软化后进行烧结，制成一种晶体颗粒均匀分散在玻璃中的复合材料，本发明方法具有制备温度低、析晶易控、过程简单、无需后期热处理的特点。获得的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃在450nmLD半导体激光器激发下实现了白光输出。

Description

Ce3+、Tb3+:YAG微晶玻璃的制备方法

技术领域

本发明涉及微晶玻璃，特别是一种铈、铽共掺钇铝石榴石(以下简称Ce³⁺、Tb³⁺：YAG)微晶玻璃的制备方法。

背景技术

半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)器件具有耗能小，抗冲能力强，耐震性能佳，可靠性高，使用寿命长等优点。由于有这些特点，发光二极管(LightEmitting Diode，简称为LED)被广泛应用于光电控制、显示器、照明等领域。随着社会的发展，人们对白光LED的需求日益增多，特别是对大功率白光LED的需求变得日益迫切，对大功率白光LED的研究也成为了近几年的热点。由于制备大功率白光LED的荧光粉存在一些技术瓶颈，加上05年日本的Shunsuke Fujita等制备出了Ce³⁺：YAG微晶玻璃，Ce³⁺：YAG微晶玻璃一系列优越的光学性能让其有望替代荧光粉实现大功率白光LED的制备，从此RE³⁺：YAG微晶发光玻璃的制备成为热点。

但是由于YAG微晶玻璃的析晶温度通常在1000℃以上，要求基底玻璃具有高的熔点；YAG晶体的折射率达到1.82，同时满足高熔点和高折射率的基底玻璃很难选取；通过传统热处理方法制备的YAG微晶玻璃在晶体类型、量和尺寸上很难精准控制，在一定程度上降低了玻璃的光学性能；传统方法制备的YAG微晶玻璃需经过一系列的后期热处理工艺，制作过程繁杂、困难。以上技术缺点严重制约了YAG微晶玻璃的发展，急需一种简单、易控的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的制备方法，该方法制备温度低、析晶易控、过程简单、无需后期热处理的特点。并且通过该方法获得的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃在450nmLD半导体激光器激发下实现了白光输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的制备方法，特点在于该方法包括以下步骤：

<1>碎铅玻璃的制备：首先确定碎铅玻璃的摩尔百分比组成为xPbO-yPbF₂-zB₂O₃-(1-x-y-z)Al₂O₃，通过“无机玻璃工程师”软件确定碎铅玻璃折射率与Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体相等时26.0≤x≤27.5，27.0≤y≤28.5，32.0≤z≤36.0，其中PbO用Pb(NO₃)₂引入，B₂O₃用HBO₃引入，所有原料纯度均为分析纯，选定x，y，z值后，按照上述所选定的摩尔百分比配置一定量粉体，加入氧化铝坩埚中，在1000℃的硅碳棒炉中熔制45min，然后直接将熔融液体倒入冷水中急冷，获得碎铅玻璃；

<2>配料的混合和干燥：所述的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比的范围为m＝0.05～0.4，选定Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比后，用分析天平按选定的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比称取一定量的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和碎铅玻璃作为原料，所述的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体粒径的85％分布在1um，纯度为99.0％，将所述的原料置于球磨罐中，添加表面活性剂乙醇，乙醇的重量与所述的原料的重量相等，通过行星式球磨机进行球磨成混合浆，球磨时间24h，转速270rpm，将所述的混合浆转移至氧化铝坩埚中，然后放入170℃的真空干燥箱中干燥24小时，得到干燥配料；

<3>控温烧结：用分析天平称取一定量的干燥配料置于坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，在N₂气氛、800～1000℃即铅玻璃软化点下保温30～60min，然后以2K/min的降温速率随炉降至室温，得到Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃，经切割、抛光制成规则块体Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃。

本发明的技术效果：

<1>现有的RE³⁺：YAG微晶玻璃制备温度均在1300℃以上，高熔点、高折射的玻璃基底设计困难。本发明与现有的RE³⁺：YAG微晶玻璃制备方法相比，具有制备温度低(≤1000℃)，利用铅玻璃的高折射能很好的实现基底玻璃与YAG晶体折射率的匹配。

<2>现有的RE³⁺：YAG微晶玻璃制备，晶体析出需经过苛刻的热处理，且晶体的析出量、尺寸和种类难于精确控制。本发明与现有的RE³⁺：YAG微晶玻璃制备方法相比，是通过控温在铅玻璃软化点进行烧结，形成一种晶体颗粒均匀分散在玻璃中的复合材料，该方法具有制备过程简单，无需后期热处理，且Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体在烧结过程中不发生变化，故玻璃中晶体的量、尺寸和种类不变。不出现的Ce³⁺、Tb³⁺团簇，具有更好的光学性能。

<3>实验表明本发明材料的制备过程简单，成品率高，经测试本发明材料光学性能良好，能够满足白光LED技术迅猛发展的市场需求，具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的XRD衍射图，

图2是本发明的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的激发-发射光谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明保护范围。

实施例1：

本实施例的制备方法如下：

首先通过“无机玻璃工程师”软件确定铅玻璃折射率为n＝1.82时铅玻璃的摩尔百分比组份为：27PbO-28PbF₂-12Al₂O₃-33B₂O₃，其中PbO用Pb(NO₃)₂引入，B₂O₃用HBO₃引入，所有原料纯度均为分析纯，按照上述摩尔百分比配置100g粉体，加入氧化铝坩埚中，在1000℃的硅碳棒炉中熔制45min，然后直接将熔融液体倒入冷水中急冷，获得碎铅玻璃；

用分析天平按Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比为0.3，称取20g的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和碎铅玻璃作为原料，所述的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体粒径的85％分布在1um，纯度为99.0％，将所述的原料置于球磨罐中，添加表面活性剂乙醇，乙醇的重量与所述的原料的重量相等，通过行星式球磨机进行球磨成混合浆，球磨时间24h，转速270rpm，将所述的混合浆转移至氧化铝坩埚中，然后放入170℃的真空干燥箱中干燥24小时，得到干燥配料；

将上述所述20g干燥配料置于坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，在N₂气氛、850℃下保温30min，然后以2K/min的降温速率随炉降至室温，得到Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃，经切割、抛光制成规则块体Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃。

其余各实施例参数见下表：

Claims (1)

1.一种Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃的制备方法，特征在于该方法包括以下步骤：

<1>碎铅玻璃的制备：首先确定碎铅玻璃的摩尔百分比组成为xPbO-yPbF₂-zB₂O₃-(1-x-y-z)Al₂O₃，通过“无机玻璃工程师”软件确定碎铅玻璃折射率与Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体折射率相等时26.0≤x≤27.5，27.0≤y≤28.5，32.0≤z≤36.0，其中PbO用Pb(NO₃)₂引入，B₂O₃用HBO₃引入，所有原料纯度均为分析纯，选定x，y，z值后，按照上述所选定的摩尔百分比配置一定量粉体，加入氧化铝坩埚中，在1000℃的硅碳棒炉中熔制45min，然后直接将熔融液体倒入冷水中急冷，获得碎铅玻璃；

<2>配料的混合和干燥：所述的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比的范围为m＝0.05～0.4，选定Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比后，用分析天平按选定的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和所述的碎铅玻璃质量比称取一定量的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体和碎铅玻璃作为原料，所述的Ce³⁺、Tb³⁺：YAG晶体粒径的85％分布在1um，纯度为99.0％，将所述的原料置于球磨罐中，添加表面活性剂乙醇，乙醇的重量与所述的原料的重量相等，通过行星式球磨机进行球磨成混合浆，球磨时间24h，转速270rpm，将所述的混合浆转移至氧化铝坩埚中，然后放入170℃的真空干燥箱中干燥24小时，得到干燥配料；

<3>控温烧结：用分析天平称取一定量的干燥配料置于坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，在N₂气氛、800～1000℃下保温30～60min，然后以2K/min的降温速率随炉降至室温，得到Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃，经切割、抛光制成规则块体Ce³⁺、Tb³⁺：YAG微晶玻璃。