CN109704735A

CN109704735A - 一种节能发光性陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN109704735A
Application number: CN201910029023.8A
Authority: CN
Inventors: 吴云影; 刘桂文; 严燕琴; 肖瑶瑶
Original assignee: Hanshan Normal University
Current assignee: Hanshan Normal University
Priority date: 2019-01-12
Filing date: 2019-01-12
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明提供了一种节能发光性陶瓷，所述节能发光性陶瓷的原料包括如下重量份的组分：50‑95份基础陶瓷粉；5‑50份蓄光性发光粉，在基础陶瓷粉中混合蓄光性发光粉，蓄光性发光粉是一类吸收能量并在激发停止后仍可继续发出光的物质，确保了制备得到的该节能发光性陶瓷具有良好的蓄光性能，同时硬度、强度高，具有良好的耐磨性，余辉时间长，发光性能稳定，制备工艺简单、方便，有利于广泛进行使用。

Description

一种节能发光性陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机非金属领域，尤其涉及一种节能发光性陶瓷及其制备方法。

背景技术

陶瓷的发展史是中华文明史的一个重要的组成部分，中国作为四大文明古国之一，为人类社会的进步和发展做出了卓越的贡献，其中陶瓷的发明和发展更具有独特的意义，中国历史上各朝各代有着不同艺术风格和不同技术特点。英文中的"china"既有中国的意思，又有陶瓷的意思，清楚地表明了中国就是"陶瓷的故乡"。早在欧洲人掌握瓷器制造技术一千多年前，汉族就已经制造出很精美的陶瓷。中国是世界上最早应用陶器的国家之一，而中国瓷器因其极高的实用性和艺术性而备受世人的推崇。陶瓷制品的品种繁多，用途十分广泛。陶瓷可分别适用于以下不同方面：(一)日用陶瓷，如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗等；(二)艺术陶瓷：如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、陈设品等；(三)工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。

随着近代科学技术的发展，近年来又出现了许多由不同无机材料复合而制成的特性种类的陶瓷制品。发光陶瓷就是其中一种，它是通过长余辉荧光材料与陶瓷形成复合材料制得。长余辉荧光材料属于光致发光的蓄光型发光材料的一种，是指经日光和长波紫外线等光源的短时间照射，关闭光源后，仍可以在很长一段时间内持续发光的材料。长余辉光致发光材料不需要通电即可发光，无毒性、无辐射，是一种储能、节能的“绿色光源材料”。特别是由此制得的发光陶瓷具有长余辉发光性能，在受到日光、灯光或紫外光等光源的光照时，能够吸收并储蓄光能，在黑暗处持续发光，并且发光性能可重复再现，同时也具有陶瓷的抗老性能稳定、强度高、耐高温、阻燃、没有放射性危害等性能。其应用领域非常广泛，可以用于夜间室外内各种低度照明，装饰照明和各种铭牌显示；同时还可以用于建筑物多种装饰的设计，用于夜光大理石(花岗石)、夜光涂料、道路标志牌、反光发光道路标线(标牌)涂料、路灯以及高温防火场所等使用；另外，在光催化抗菌、半导体发光器件等高附加值领域也有应用的前景。

目前，是通过添加长余辉荧光材料俗称夜光粉的材料以制备上述的发光陶瓷。目前制备的方法是在陶瓷坯体表面喷涂一层具有长余辉荧光材料的涂层，然后进行烧成，但形成的长余辉荧光材料涂层与坯体结合性差，涂层易脱落、耐磨性差。若再施以一层透明釉，烧成后形成透明保护层，这样可以缓解因为磨损造成的长余辉荧光材料涂层脱落的问题，但是坯体与涂料与釉三者的结合界面稳定性差，发光陶瓷的烧制难度大，在制备过程中无法进行陶瓷的一次性烧制，制备工艺复杂。釉涂层会减弱其吸、发光性能，导致制备得到的发光陶瓷蓄光性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能发光性陶瓷，旨在解决现有技术中制备得到的发光陶瓷因涂层与基体复合难而导致蓄光性能不稳定、发光性能较差的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种节能发光性陶瓷，所述节能发光性陶瓷的原料包括如下重量份的组分：

基础陶瓷粉50-95份；

蓄光性发光粉5-50份。

以及，一种节能发光性陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

依所述的节能发光性陶瓷称取各组分物质；

将所述基础陶瓷粉、所述蓄光性发光粉混匀形成第一混合物；

在所述第一混合物中加入成型助剂进行过筛、压制成型、干燥，一次性烧制成节能发光性陶瓷。

与现有技术相比，本发明制备得到的节能发光性陶瓷的原料包括50-95份基础陶瓷粉以及5-50份蓄光性发光粉，在基础陶瓷粉中混合蓄光性发光粉，蓄光性发光粉是一类吸收能量并在激发停止后仍可继续发出光的物质，蓄光性发光粉是一种稀土为原料的发光材料，其中包括电子俘获中心和空穴俘获中心，当制备得到的节能发光性陶瓷受紫外光或太阳光或灯光照射，蓄光性发光粉的电子俘获中心可以俘获电子，由此产生的空穴经价带被空穴俘获中心俘获，停止激发后，由于热运动的关系，空穴发生逃逸，释放到价带，空穴迁移时被电子俘获中心俘获，发生还原反应，从而引起反应，产生了余辉发光现象。同时发光材料与基础陶瓷粉形成良好的复合材料体，确保了制备得到的该节能发光性陶瓷具有良好的蓄光性能、余辉时间长，同时具有抗老化、耐高温、、阻燃性、机械强度高和良好的生产制作的成型性。

利用上述制备方法制备得到的的节能发光性陶瓷，可以将基础陶瓷粉以及蓄光性发光粉混合进行一次烧制，在保证制备得到的节能发光性陶瓷能够保证其具有上述性能的同时，制备工艺简单，方便高效。

附图说明

图1是本发明实施例提供的制备得到的节能发光性陶瓷制品的表面性能。

图2是本发明实施例提供的制备得到的节能发光性陶瓷制品形成余辉的表面性能。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实例提供一种节能发光性陶瓷，所述节能发光性陶瓷的原料包括如下重量份的组分：

基础陶瓷粉 50-95份；

蓄光性发光粉 5-50份。

具体的，节能发光性陶瓷中的基础陶瓷粉的添加量为50-95份。加入基础陶瓷粉，作为节能发光性陶瓷的基础陶瓷坯体，能够增强制备得到的节能发光性陶瓷的强度，另外，也能够增强陶瓷表面的光滑性，使一次性烧制后制备得到的节能发光性陶瓷的表面粗糙度低，在不进行后期加工处理的情况下能够直接进行使用，表面平整度良好。若添加量太多，会进一步影响了蓄光性发光粉的添加量，影响产品的蓄光性能及发光的亮度；若添加量太少，制备得到的节能发光性陶瓷强度较差，同时会影响了表面的平整度，不利于使用。

优选的，以所述基础陶瓷粉的重量份为100％，包括如下重量份的组分：

本发明实施例中，基础陶瓷料具有透光、低温烧成等日用陶瓷的特性，其中硅、铝、硼的含量对发光陶瓷的制成起关键作用。在基础陶瓷粉中添加适量的SiO₂，能够提高节能发光性陶瓷的透光性，使其透光性能更强，另外也进一步降低了烧制的温度，使基础陶瓷粉和蓄光性发光粉能够混合在一起进行一次性烧制。具体的，在基础陶瓷粉中，SiO₂的添加量为30-70％。SiO₂作为基础陶瓷粉的主要组成物质，SiO₂的添加量若太多，会降低瓷体的高温软化点和黏度，影响成型效果和制备得到的节能发光性陶瓷的硬度，使制备得到的陶瓷机械性能降低差，不利于后期的使用；若添加量太少，则影响陶瓷的透光性能，使其发光性能变差。

优选的，在基础陶瓷粉中，添加适量的Al₂O₃能够增强节能发光性陶瓷的强度，提高其硬度，具体的，Al₂O₃的添加量为1-10％，但是若添加量太多，一次性烧制就难以瓷化，如提高烧制温度，蓄光性发光粉在1100℃以上非还原气氛下烧制，易被氧化，发光性能容易降低，因此要控制Al₂O₃的添加量为1-10％。

添加少量的B₂O₃及ZnO，主要是为了提高透光性和降低陶瓷复合体的烧制温度，使基础陶瓷粉与蓄光性发光粉能够混合后能一次性烧制成型；进一步优选的，添加少量的Li₂O，由于锂元素的膨胀系数较低，在节能发光性陶瓷中添加少量Li₂O，能够防止陶瓷复合体发生开裂，使陶瓷保持良好的收缩性能；组成中其他少量的K₂O、Na₂O、BaO及CaO等化学成分与SiO₂协同作用，提高陶瓷的玻璃质感，使节能发光性陶瓷性能稳定。

本发明实施例中，所述蓄光性发光粉利用稀土掺杂氧化物材料作为原料，其中包括电子俘获中心和空穴俘获中心，当制备得到的节能发光性陶瓷受紫外光或太阳光照射，蓄光性发光粉的电子俘获中心可以俘获电子，由此产生的空穴经价带被空穴俘获中心俘获，停止激发后，由于热运动的关系，空穴发生逃逸，释放到价带，空穴迁移时被电子俘获中心俘获，发生还原反应，从而引起反应，产生了余辉现象。具体的，所述蓄光性发光粉的添加量为5-50份；若添加量太少，则制备得到的节能发光性陶瓷发光性能太弱；若添加量太多，影响了基础陶瓷粉的添加量，烧制得到的节能发光性陶瓷强度太低、性能不好，同时也会影响烧制得到的节能发光性陶瓷表面的平整度；同时添加太多也会造成原料浪费。在本发明优选实施例中，所述蓄光性发光粉的添加量为30-50份。

优选的，所述蓄光性发光粉选自稀土掺杂铝酸盐体系蓄光材料、硅酸盐体系蓄光材料的任一一种。具体的，铝酸盐体系(SrAl₂O₄：Eu²⁺，Dy³⁺)蓄光材料主要是由稀土铕(Eu)、镝(Dy)激活发光材料，铝酸盐体系蓄光材料用紫外光或日光激发后，能够发出明亮持久的黄绿色光和蓝绿色光，余辉发射峰为520nm的宽带谱，余辉时间较长。添加铝酸盐体系蓄光材料为蓄光性发光粉，不仅是余辉亮度高、余辉时间长，同时化学稳定性好、光稳定性好、无毒性、无辐射。进一步优选的，所述铝酸盐体系蓄光材料选自SrAl₂O₄:(Eu,Dy)、CaAl₂O₄:(Eu,Nd)、Sr₄Al₁₄O₂₅:(Eu,Dy)的至少一种。

具体的，硅酸盐体系蓄光材料是采用硅酸盐为基质，由于硅酸盐具有良好的化学稳定性和热稳定性，同时原料SiO₂廉价、易得，使硅酸盐材料广泛应用于照明及显示领域。主要的，硅酸盐体系蓄光材料中的主要激活剂为Eu²⁺，其发光颜色集中于蓝绿光，同时也有红光。硅酸盐体系蓄光材料在500nm以下的短波光激发下，发出420-650nm的发射光谱，峰值为450-580nm，发射光谱峰值在470-540nm之间可以连续变化，呈现蓝、蓝绿、绿等长余辉发光颜色。此外，在Mn,Eu,Dy三元素共掺杂的MgSiO₃中观察到了红色长余辉现象。硅酸盐体系蓄光材料在耐水性方面具有铝酸盐体系无法比拟的优势，但其性能较铝酸盐体系蓄光材料差。进一步优选的，所述硅酸盐体系蓄光材料选自Sr₂MgSi₂O₇:(Eu,Dy)、Ca₂MgSi₂O₇:(Eu,Dy)、MgSiO₃:(Mn,Eu,Dy)、KSiO₃:(Eu,Dy)的至少一种。

本发明制备得到的节能发光性陶瓷的原料包括50-95份基础陶瓷粉以及5-50份蓄光性发光粉，在基础陶瓷粉中混合蓄光性发光粉，蓄光性发光粉是一类吸收能量并在激发停止后仍可继续发出光的物质，蓄光性发光粉是一种稀土掺杂的无机氧化物发光材料，其中包括电子俘获中心和空穴俘获中心，当制备得到的节能发光性陶瓷受紫外光或太阳光照射，蓄光性发光粉的电子俘获中心可以俘获电子，由此产生的空穴经价带被空穴俘获中心俘获，停止激发后，由于热运动的关系，空穴发生逃逸，释放到价带，空穴迁移时被电子俘获中心俘获，发生还原反应，从而引起反应，产生了余辉现象。同时混合了大量的基础陶瓷粉，确保了制备得到的该节能发光性陶瓷具有良好的蓄光性能，同时硬度、强度高，具有良好的耐磨性，余辉时间长，发光性能稳定。

本发明实施例所述节能发光性陶瓷可以通过下述方法制备获得。

相应的，本发明实施例还提供了一种节能发光性陶瓷的制备方法。该方法包括如下步骤：

S01.依所述的节能发光性陶瓷称取各组分物质；

S02.将所述基础陶瓷粉、所述蓄光性发光粉混匀形成第一混合物；

S03.在所述第一混合物中加入成型助剂进行过筛、压制成型、干燥，一次性烧制成节能发光性陶瓷。

具体的，上述步骤S01中的节能发光性陶瓷以及其各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

具体的，在上述步骤S02中，将所述基础陶瓷粉、所述蓄光性发光粉混匀形成第一混合物。所述混匀的方法均按照常规混匀的方法例如固相搅混等方法即可，其目的是为了混匀所述基础陶瓷粉及所述蓄光性发光粉。

具体的，在上述步骤S03中，在所述第一混合物中加入成型助剂进行过筛、压制成型、干燥，一次性烧制成节能发光性陶瓷。

优选的，所述成型助剂选自水、聚乙烯醇和淀粉类糊精的任一一种或两种。在基础陶瓷粉及蓄光性发光粉的混合物中加入成型助剂，有利于后续进行压制成型。在本发明优选实施例中，所述成型助剂的添加为1-8份。若添加太多成型助剂，会影响制备得到的节能发光性陶瓷的性质，导致制备得到的效果不好。

优选的，在第一混合物中加入成型助剂之后进行过筛处理，确保过筛得到的颗粒粒径大小为20-40目。若过筛得到的颗粒粒径太小，烧制得到的节能发光性陶瓷容易出现裂缝，形成裂痕；若过筛得到的颗粒粒径太大，制备得到的节能发光性陶瓷由于颗粒粒径过大，使其内部不紧实，存在太多空隙，影响整体美观度及均匀性。

优选的，所述压制成型的方法选自干压成型、半干压成型和常压成型的任一一种。压制成型主要是将原料通过磨具压制成各个形状，干压成型是将第一混合物中装入模具中，在压力机上加压，使粉粒在模具内相互靠近，并借内摩擦力牢固地结合，形成一定形状的坯体，优选的，所述压力选用10-20MPa。半干压成型是指在造粒时加入适当的成型助剂以保证成形坯体有足够的生坯强度，利用压力进行压制。在本发明优选实施例中，采用的压制成型的方法是半干压成型。

优选的，所述干燥的方法为室温条件下干燥一天或50～60℃烘箱中干燥1-2小时。干燥的目的是将成型的陶瓷坯体干固，去除水分，使粘结剂固化。优选的，采用一次性烧制成型的方法进行烧制，进一步优选的，选用的烧制温度为900-1100℃，烧制条件为中性气氛或低氧气氛下进行一次性烧制。若烧制温度太高，则蓄光性发光粉容易受到氧化影响降低发光效率或发生高温分解；若烧制温度太低，影响烧制得到的陶瓷的强度及硬度。具体的，烧制条件为中性气氛或低氧气氛，由于若在氧气充足的条件下烧制陶瓷，使蓄光性发光粉在充足氧气条件下，分子发光结构容易被破坏，不利于发光陶瓷的制备。

现以上述节能性发光陶瓷的制备原料及其制备方法为例，本发明进行进一步详细说明。

实施例1

一种节能发光性陶瓷，所述节能发光性陶瓷的原料包括基础陶瓷粉和蓄光性发光粉。其中，基础陶瓷粉的含量为SiO₂ 68.61％；Al₂O₃ 6.89％；B₂O₃ 8.3％；Li₂O 0.01％；K₂O1.42％；CaO 4.7％；Na₂O 5.86％；ZnO 1.89％；BaO 2.32％；将上述组分混合均匀后，在950℃下熔制，熔制完成后用球磨机粉碎制备得到基础陶瓷粉；蓄光发光粉选用稀土掺杂铝酸锶稀土荧光粉为SrAl₂O₄：(Eu²⁺、Dy³⁺⁾。

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取70份上述制备得到的基础陶瓷粉及30份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入1份成型助剂，混合制成细度为25目筛的粉体，半干压压制成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在950℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

实施例2

一种节能发光性陶瓷，所述节能发光性陶瓷的原料包括基础陶瓷粉和蓄光性发光粉。其中，基础陶瓷粉的含量、制备方法及蓄光性发光粉的添加物质均与实施例1所述相同，此处不再论述。

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取30份上述制备得到的基础陶瓷粉及70份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入5份成型助剂，混合制成细度为25目筛的粉体，半干压压制成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在1050℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

实施例3

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取30份上述制备得到的基础陶瓷粉及70份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入5份成型助剂，混合制成细度为25目筛的粉体，半干压压制成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在1100℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

实施例4

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取90份上述制备得到的基础陶瓷粉及20份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入1份成型助剂，混合制成细度为20目筛的粉体，半干压压制成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在950℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

实施例5

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取70份上述制备得到的基础陶瓷粉及50份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入1份成型助剂，混合制成细度为25目筛的粉体，半干压压制成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在950℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

实施例6

节能发光性陶瓷的原料配方及制备方法：取70份上述制备得到的基础陶瓷粉及30份蓄光性发光粉，混合均匀，再加入5份成型助剂，混合制成细度为25目筛的粉体，常压成型、在50℃烘箱中干燥1小时，在1050℃、中性气氛中烧制成发光陶瓷制品。

将上述实施例1-6制备得到的节能发光性陶瓷进行性能测试，分析其瓷面的质量，并利用3瓦的LED手电灯照射30分钟后，光源撤离后，暗箱中观测余辉发光，测定余辉的时间。测试结果如下表1。

表1实施例1～6制备得到的陶瓷性能测试结果

由上表1及说明书附图1可知，实施例1-6制备得到的节能发光性陶瓷瓷面平整光滑，形态良好；各陶瓷初期光亮度均很亮，测试得到的余辉时间较长。说明书附图2提供了陶瓷制品形成余辉的表面性能的情况。其中，实施例1、实施例5制备得到的节能发光性陶瓷的余辉时间分别达到10小时和12小时以上；实施例4、实施例6、制备得到的节能发光性陶瓷的余辉时间为7小时左右。实施例3、实施例6经表面粗燥度测量显示瓷面粗糙度为0.03～0.08微米(μm)，具有较高的光滑度。同时，所有陶瓷均为一次性烧制得到，制备工艺简单、方便，可广泛应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种节能发光性陶瓷，其特征在于，所述节能发光性陶瓷的原料包括如下重量份的组分：

基础陶瓷粉 50-95份；

蓄光性发光粉 5-50份。

2.根据权利要求1所述的节能发光性陶瓷，其特征在于，所述蓄光性发光粉选自铝酸盐体系蓄光材料、硅酸盐体系蓄光材料的任一一种。

3.根据权利要求2所述的节能发光性陶瓷，其特征在于，所述铝酸盐体系蓄光材料选自SrAl₂O₄:(Eu,Dy)、CaAl₂O₄:(Eu,Nd)、Sr₄Al₁₄O₂₅:(Eu,Dy)的至少一种。

4.根据权利要求2所述的节能发光性陶瓷，其特征在于，所述硅酸盐体系蓄光材料选自Sr₂MgSi₂O₇:Eu,Dy、Ca₂MgSi₂O₇:Eu,Dy、MgSiO₃:Mn,Eu,Dy的至少一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的节能发光性陶瓷，其特征在于，以所述基础陶瓷粉的重量份为100％，包括如下重量份的组分：

6.一种节能发光性陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

依上述权利要求1-5任一项所述的节能发光性陶瓷称取各组分物质；

7.根据权利要求6所述的节能发光性陶瓷的制备方法，其特征在于，所述压制成型的方法选自干压成型、半干压成型和常压成型的任一一种。

8.根据权利要求6所述的节能发光性陶瓷的制备方法，其特征在于，所述干燥的方法选自室温干燥和烘箱干燥的任一一种。

9.根据权利要求6所述的节能发光性陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧制的温度为900-1100℃。