CN108164132A - 一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法 - Google Patents

一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法，首先，将Tb2O3，B2O3，Ga2O3，Y2O3，SiO2，GeO2，Sb2O3，SnO2，ZrO2混合至均匀度大于98％后形成配合料；然后，将配合料熔融得玻璃液，将玻璃液倒入石墨模具中在250～380℃，定型后放入710℃的炉中保温3h后降温至室温既得掺钇发黄绿光玻璃。该工艺制备的发黄绿光玻璃发光强度高、亮度高、熔制温度低、成玻性能好、制备工艺简单、热稳定性及化学稳定好。按照本发明制备方法得到的发黄绿光玻璃产品由于具有玻璃固有的透明性，高密度，制备容易，工艺简单，成本低，适用于大规模生产。

Description

一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种掺钇玻璃的制备方法，特别涉及一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法。
背景技术
光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象。当某种物质受到激发后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。激发后能够发光的物质就叫做发光材料。发光材料种类繁多，发光原理各不相同，发光特性也各有千秋。发光材料主要有光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、辐射发光材料、光释发光材料和热释发光材料等种类，其中光致发光材料应用前景广阔，在各个领域应用前景巨大。其中尤以稀土发光材料格外引人注目。
稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴。稀土元素电子能级丰富，激发态寿命长。稀土发光材料光吸收力强，转换效率高，发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳，光吸收能力强，转换效率高，且物理与化学性能稳定，被广泛应用于照明、显示、显像、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模。
近年来白光LED有逐渐取代白炽灯与荧光灯等传统照明手段的趋势。主要是由于白光LED高效节能，寿命长且环保。目前实现白光的主流是蓝色芯片加荧光体的组合以及芯片UV芯片加荧光体的组合。但只有蓝色芯片加黄绿光荧光体YAG：Ce白光能够满足一般要求，得以实现商业化。但该模式显色指数较低，在某些特殊场合使用受限。
目前，白光LED用黄绿色荧光粉主要有硅酸盐，氮化物和钼酸盐荧光粉。专利CN101292009B公开了一种硅酸盐体系A2SiO4：Eu2+D，A是至少一种选自Sr、Ca、Ba、Zn、Cd；D是至少一种选自F、Cl、Br、I、P、S、N的掺杂剂。该荧光粉在280～490nm之间能被有效激发，发射波长在460～590nm之间。但该专利所制备的荧光粉的发光效率偏低、稳定性能较差，无法满足实际应用的需求；Eu2+激活的氮化物和氮氧化物也受到很大关注。专利CN102533260A公开了一种氮氧化物A1-xSiyOzN2/3+4/3y-2/3z：xEu(A＝Ca，Sr)荧光体的制备方法，该样品发光波长在530～45nm之间，但此类荧光粉的合成需要高温(1600～1800℃)、高压，合成条件较为苛刻，对电能的损耗很大；张伟杰等人(张伟杰,冯文林,程雪羚,等.新型黄绿色荧光粉BaMoO4:Pr3+的制备与光致发光性质研究[J].光学学报,2014,34(9):201-204.)采用传统高温固相法研制出了黄绿色荧光粉Ba1-xMoO4：xPr3+，这种荧光粉可以被430～500nm的蓝光有效激发，发射较强的黄绿光。但是这些利用高温固相法制备的荧光粉颗粒形貌不规则，粒度分布广，对于作为LED荧光粉来说是个很大的缺陷。在封装应用中会出现混粉问题，不用荧光粉之间存在热稳定性差异，再吸收和光导出等问题。而稀土离子掺杂的光转换玻璃制备工艺简单；成本低廉；化学稳定性良好；热稳定性良好；光学质量高；与LED结合加工简单，这些优点使得光转化玻璃称为LED调节光色参数的一个潜在途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无色、透明、发光强度高、亮度高、色度纯、熔制温度低、成玻性能优良、制备工艺简单、热稳定性及化学稳定优良的掺钇发黄绿光玻璃的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先，按摩尔分数将18～22mol％的Tb2O3，22～26mol％的B2O3，11～15mol％的Ga2O3，2～6mol％的Y2O3，13～17mol％的GeO2，20～24mol％的SiO2，0～1mol％的Sb2O3，0.3～1mol％的SnO2，0.3～1mol％的ZrO2混合至均匀形成配合料；
2)其次，将配合料加入已经升温至1450～1500℃的铂金坩埚中，保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入250～380℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率降温至室温即得透明掺钇发黄绿光玻璃。
所述的B2O3由分析纯的硼酐引入，GeO2由分析纯的二氧化锗引入，Tb2O3、Ga2O3、Y2O3、Sb2O3，SnO2，ZrO2分别由分析纯的七氧化四铽，氧化镓，氧化钇，三氧化二锑，氧化锡，氧化锆引入。
所述的SiO2采用60目的石英砂，其中，石英砂中三氧化二铁的含量小于100ppm。
所述的步骤1)的混合至均匀度大于98％后形成配合料。
本发明通过高温熔融工艺，不用气氛保护，在空气中熔化制备了掺钇发黄绿光玻璃。该工艺制备的发黄绿光玻璃稀土发光强度高、亮度高、色度纯、熔制温度低、成玻性能优良、制备工艺简单、热稳定性及化学稳定优良。
按照本发明制备方法得到的发黄绿光玻璃产品颜色稳定、显色指数高，色彩还原性好；此外，按照本发明制备方法得到的发黄绿光玻璃产品制备容易，工艺简单，成本低，适于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的无色透明可发黄绿光玻璃的发光光谱图，其中横坐标为发射光波长，纵坐标为发射光强度。
图2是实施例1制备的无色透明可发黄绿光玻璃的在365nm波长的紫外激发下的实物发光照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中B2O3由分析纯的硼酐引入，GeO2由分析纯的二氧化锗引入，SiO2由60目的石英砂引入，其中，石英砂中三氧化二铁的含量小于100ppm，Tb2O3、Ga2O3、Y2O3、Sb2O3，SnO2，ZrO2分别由分析纯的七氧化四铽，氧化镓，氧化钇，三氧化二锑，氧化锡，氧化锆引入。
实施例1：
1)首先，按摩尔分数将18mol％的Tb2O3，24mol％的B2O3，15mol％的Ga2O3，5.2mol％的Y2O3，15mol％的GeO2，22mol％的SiO2，0.3mol％的SnO2，0.5mol％的ZrO2混合至均匀度大于98％后形成配合料；
2)然后，将配合料加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中；保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入250℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率，降温至室温即得透明可发黄绿光玻璃。
附图1是所制备无色透明可发黄绿光玻璃在激发波长为374nm下的光致发光光谱，其中横坐标为发射光波长，纵坐标为相对强度。由图1可以看出，所制备的掺钇发黄绿光玻璃，最强发射光波长为544.2nm，而在490.8nm，590.4nm，620.4nm处发射光强度很弱。
附图2是所制备无色透明掺钇发黄绿光玻璃在在365nm波长的紫外激发下的实物发光照片。由图2可以看出，所制备的掺钇发黄绿光玻璃呈现明亮的黄绿色，并且试样透明。
实施例2：
1)首先，按摩尔分数将21.85mol％的Tb2O3，24mol％的B2O3，13mol％的Ga2O3，2mol％的Y2O3，17mol％的GeO2，20mol％的SiO2，0.5mol％的Sb2O3，1mol％的SnO2，0.65mol％的ZrO2混合至均匀度大于98％后形成配合料；
2)然后，将配合料加入已经升温至1460℃的铂金坩埚中；保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入315℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率，降温至室温即得透明可发黄绿光玻璃。
实施例3：
1)首先，按摩尔分数将20mol％的Tb2O3，22mol％的B2O3，11mol％的Ga2O3，6mol％的Y2O3，14.9mol％的GeO2，24mol％的SiO2，0.6mol％的Sb2O3，0.5mol％的SnO2，1mol％的ZrO2混合至均匀度大于98％后形成配合料；
2)然后，将配合料加入已经升温至1475℃的铂金坩埚中；保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入350℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率，降温至室温即得透明可发黄绿光玻璃。
实施例4：
1)首先，按摩尔分数将22mol％的Tb2O3，26mol％的B2O3，12mol％的Ga2O3，4mol％的Y2O3，13mol％的GeO2，21.05mol％的SiO2，1mol％的Sb2O3，0.65mol％的SnO2，0.3mol％的ZrO2混合至均匀度大于98％后形成配合料；
2)然后，将配合料加入已经升温至1500℃的铂金坩埚中；保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入380℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率，降温至室温即得透明可发黄绿光玻璃。
本发明通过高温熔融工艺，不用气氛保护，在空气中熔化制备了无色透明发黄绿光玻璃。该工艺制备的发黄绿光玻璃发光强度高、亮度高、色度纯、熔制温度低、成玻性能优良、制备工艺简单、热稳定性及化学稳定优良。按照本发明制备方法得到的发黄绿光玻璃产品颜色稳定、显色指数高，色彩还原性好；此外，按照本发明制备方法得到的发黄绿光玻璃产品透明性好，制备容易，工艺简单，适于工业化生产。所制备的无色透明发黄绿光玻璃可以用于白光发光器件，亦可用于蓝光发光二极管(LED)的有效激发。因此，用该方法制备的掺钇发黄绿光玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

Claims (4)

1.一种掺钇发黄绿光玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)首先，按摩尔分数将18～22mol％的Tb2O3，22～26mol％的B2O3，11～15mol％的Ga2O3，2～6mol％的Y2O3，13～17mol％的GeO2，20～24mol％的SiO2，0～1mol％的Sb2O3，0.3～1mol％的SnO2，0.3～1mol％的ZrO2混合至均匀形成配合料；
2)其次，将配合料加入已经升温至1450～1500℃的铂金坩埚中，保温30分钟；
3)然后，通过30分钟将炉温降温至1380℃，并保温30min；
4)最后，将熔融的玻璃液倒入250～380℃的石墨模具中，定型后放入710℃的炉中，保温3h后，以1℃/分钟的降温速率降温至室温即得透明掺钇发黄绿光玻璃。
2.根据权利要求1所述的掺钇发黄绿光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的B2O3由分析纯的硼酐引入，GeO2由分析纯的二氧化锗引入，Tb2O3、Ga2O3、Y2O3、Sb2O3，SnO2，ZrO2分别由分析纯的七氧化四铽，氧化镓，氧化钇，三氧化二锑，氧化锡，氧化锆引入。
3.根据权利要求1所述的掺钇发黄绿光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的SiO2采用60目的石英砂，其中，石英砂中三氧化二铁的含量小于100ppm。
4.根据权利要求1所述的掺钇发黄绿光玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)的混合至均匀度大于98％后形成配合料。
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