CN1670124A - 一种氮氧化物荧光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氮氧化物荧光材料及其制备方法，属于氮氧化物制备及应用领域。其特征在于提供的氮氧化物材料使用质量百分比不小于99.5％的高纯Si3N4粉、AlN粉、Al2O3粉及Eu2O3粉体为原料，以通式Eum/3Si12－(m+n) Alm+nOnN16－n中的m、n为选择组份点的参数配料，其中2.5＜m＜4.6，n＝m/2。经球磨及烘干等常规的配料工艺，在1700－1800℃热压1－2h，制备得到新型氧氮化物荧光材料化学式为Eu2Al3Si12N19O2。在可见光波段范围具有优良的荧光性能，用紫外光激发时有较高的发光强度，较宽的发光光谱。

Description

一种氮氧化物荧光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种具有优良荧光性能的新型氮氧化物荧光材料及其制备方法。更确切的说本发明涉及提供一种用高纯度的氮化硅、氮化铝、氧化铝和氧化铕为主要原料，通过热压烧结工艺，制备出的具有优良荧光性能的新型氮氧化物荧光材料。该材料具有优良的发光性能。
背景技术
目前，发光材料的种类和数量很多，也已经在工业、日常生活等领域发挥重要作用，但大多数是以氧化物、硫化物和氧硫化物为基体材料，并在这些基体材料中掺杂少量的过渡金属离子或稀土离子(RE)作为发光中心。这些材料的热震稳定性和化学稳定性相对较差，已经越来越难以适应现代等离子及场发射显示技术等发展对材料提出的新要求。氮化物及氧氮化物则能很好满足这方面的要求，但目前对氮化物发光材料的研究却很少。
S相是最近几年首先在Sr-Si-Al-O-N系统中发现的一种新物相，用EDS分析得到的组成为Sro.6Al2.4Si9.6O1.2N14.8或Sr2AlxSi12-xN16-xO2+x(x≈2)。利用TREOR90对S相进行了晶胞参数的精密测定，并通过EXPO程序解结构，再利用GSDS程序包对结构进行修正，最后得到了有关该相的更多信息。S相属于正交晶系，每个单胞含有两个Sr原子。S相的发现和对其结构的确定，丰富了M-Si-Al-O-N系统的内容，但目前还没有对含有S相的材料及S相这一材料本身的性能方面的报道，也没有关于M-Si-Al-O-N系统含S相的相关系报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良荧光性能的新型氮氧化物荧光材料及其制备方法。
具体地说本发明选用Eu为发光中心，以Eu-Si-Al-O-N系统的相平面为基础，用Si3N4、AlN、Al2O3和Eu2O3为原料，利用热压烧结工艺制备出一种含Eu的新型氧氮化物材料，该材料具有优异的荧光性能。
本发明提供的S相是以通式Eum/3Si12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的m、n为选择组份点的参数配料，其中2.5＜m＜4.6，n＝m/2。
本发明的目的是通过下列方式实施的。以Eu为发光中心，利用质量百分比不小于99.5％的高纯氮化硅、氮化铝、氧化铝及氧化铕为原料，通过仔细控制热压烧结工艺，制备出具有优良荧光性能的新型氧氮化物材料及其制备方法。
具体的说：
(1)原料：包括质量百分比不小于99.5％的高纯氮化硅粉、氮化铝粉、氧化铝粉和氧化铕粉。按合适组成配比称量后，在塑料罐中以无水乙醇等不与原料反应的液体为分散介质，Si3N4球为球磨介质混合均匀，取出浆料烘干后，经100-200目筛网过筛。
(2)制备：混合好的粉料放于石墨模具中，再将装好粉料的模具放在热压炉内。为了防止粉料和石墨模具发生反应，模具内表面涂有氮化硼粉。烧成前先抽真空，然后通入流动N2保护气。热压烧成温度为1700-1800℃，时间为1-2小时，平均升温速率为10-50℃/min，热压压力为15-30MPa。烧完后待样品自然冷却后取出，用磨床及抛光机对样品加工到要求尺寸和光洁度，就得到具有优良荧光性能的氧氮化物材料。
(3)材料：该新型氧氮化物荧光材料具有优异的荧光性能，发射波段位置位于470-520nm范围变动，为Eu2+的宽发射峰。主相为S相，化学式为Eu2Al3Si12N19O2；S相含量不低于85％。
本发明的优点是：
(1)首次制备出该新型氧氮化物材料，它具有优良的荧光性能，发射波段位置位于470-520nm范围变动，为Eu2+的宽发射峰。
(2)制备工艺相对简单。工艺容易控制，制备时间短。
(3)材料发光属于典型的兰光，材料的稳定性好，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明提供的实施例1制备出的新型氮氧化物荧光材料的XRD图，图中S代表S相、α代表α-Sialon(α-)，β表示β-Sialon(β-赛隆)。
图2是本发明提供的实施例1得到的新型氮氧化物荧光材料的显微结构形貌照片。
图3是本发明提供的实施例1得到新型氮氧化物荧光材料的发射和收发光谱。
1.用340nm光谱激发的发射光谱2.用285nm光谱激发的发射光谱
图4是实施例2所述的新型氮氧化物的发射和吸收光谱。
1.用285nm光谱激发的发射光谱2.用322nm光谱激发的发射光谱
具体实施方式
实施例1
以质量百分比大于99.5％的高纯氮化硅粉、氮化铝粉、氧化铝粉和氧化铕粉为原料。在所述的Eu-Si-Al-O-N系统中选择配料点，m＝3，n＝1.5将配好的粉料在塑料罐中以无水乙醇为分散介质，用氮化硅为球磨介质，球磨24小时。混好的料烘干后采用前面所述的热压烧结工艺制备出S相含量不低于85％的氮氧化物材料，具体热压温度1700℃，保温2小时，压力为30MPa。再用磨床加工得到块体材料。经XRD测定的图谱和显微结构分别如图1和图2所示。所制备的新型氧氮化物荧光材料的发射和吸收光谱如图3所示。该材料中的主要物相Eu2Al3Si12N19O2的EDS分析结果如表1所示。
实施例2
应用实施例1所述的高纯氮化硅、氮化铝、氧化铝和氧化钇原料，选用Eu-Si-Al-O-N系统中与实例1不同的组份点，m＝4.5，n＝2.25采用实例1的工艺制备出的Eu2Al3Si12N19O2含量不低于85％的氧氮化物。材料具有优异的荧光性能。其发射和吸收光谱如图4所示。
实施例3
应用实施例1所述的高纯氮化硅、氮化铝、氧化铝和氧化钇原料，选用Eu-Si-Al-O-N系统中与实例1和实例2相同的组份点，采用温度为1800℃，保温1小时，压力为15MPa条件下热压。制备出的Eu2Al3Si12N19O2相含量不低于85％的氧氮化物。材料具有优异的荧光性能。
表1
样品中的S相     含量(％)
    N     O    Al    Si    Eu
  Weight(％)     11.40     9.23    8.99    37.34    33.04
  Atom(％)     24.88     17.64    10.18    40.65    6.65

Claims (6)

1、一种氮氧化物荧光材料，其特征在于所述的荧光材料主相为S相，化学式为Eu2Al3Si12N19O2；S相含量不低于85％。
2、按权利要求1所述的氮氧化物荧光材料，其特征在于所述的化学式为Eu2Al3Si12N19O2的氮氧化物的发射波段位于470-520nm。
3、按权利要求1或2所述的氮氧化物荧光材料，其特征在于所述的S相的原子百分组成依次为：24.88N、17.64O、10.18Al、40.65Si和6.65Eu。
4、制备如权利要求1所述的氮氧化物荧光材料的方法，其特征在于：
(1)以Si3N4、AlN、Al2O3及Eu2O3粉体为原料，按通式Eum/3Si12-(m+n)Alm+nOnN16-n中的m、n为选择组份点的参数配料，式中2.5＜m＜4.6，n＝m/2；
(2)以无水乙醇为分散介质，以Si3N4球为球磨介质，混均匀烘干，然后过筛、成型；
(3)在流动氮气条件下于1700-1800℃，压力为15-30MPa，自然冷却。
5、按权利要求4所述的氮氧化物荧光材料的制备方法，其特征在于所述的Si3N4、AlN、Al2O3和Eu2O3粉为质量百分比不少于99.5％的高纯粉料。
6、按权利要求4所述的氮氧化物荧光材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中热压保温时间1-2小时，升温速率为10-50℃/min。
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