EP2370353A2 - Cerium and/or terbium phosphate, optionally with lanthanum, phosphor resulting from said phosphate, and methods for making same - Google Patents

Cerium and/or terbium phosphate, optionally with lanthanum, phosphor resulting from said phosphate, and methods for making same

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Publication number
EP2370353A2
EP2370353A2 EP09752387A EP09752387A EP2370353A2 EP 2370353 A2 EP2370353 A2 EP 2370353A2 EP 09752387 A EP09752387 A EP 09752387A EP 09752387 A EP09752387 A EP 09752387A EP 2370353 A2 EP2370353 A2 EP 2370353A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phosphate
rare earth
lithium
ppm
cerium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09752387A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Valérie BUISSETTE
Thierry Le-Mercier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhodia Operations SAS
Original Assignee
Rhodia Operations SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Operations SAS filed Critical Rhodia Operations SAS
Publication of EP2370353A2 publication Critical patent/EP2370353A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7777Phosphates
    • C09K11/7778Phosphates with alkaline earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
    • C01B25/37Phosphates of heavy metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
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    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
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    • Y10T428/2982Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a cerium and / or terbium phosphate, optionally with lanthanum, a phosphor derived from this phosphate and processes for their preparation.
  • LAP Mixed phosphates of lanthanum, terbium and cerium and mixed phosphates of lanthanum and terbium, hereinafter generally referred to as LAP, are well known for their luminescence properties. For example, when they contain cerium and terbium, they emit a bright green light when they are irradiated by certain energetic radiations of wavelengths lower than those of the visible range (UV or VUV radiation for lighting systems or visualization). Phosphors exploiting this property are commonly used on an industrial scale, for example in fluorescent tri-chromium lamps, in backlight systems for liquid crystal displays or in plasma systems. Several processes for the preparation of LAPs are known. These methods are of two types.
  • dry processes There are first of all so-called “dry” processes in which a mixture of oxides or a mixed oxide is phosphated in the presence of diammonium phosphate. These processes, which may be relatively long and complicated, pose a particular problem for the control of the size and chemical homogeneity of the products obtained.
  • An object of the invention is the development of a process for the preparation of LAP limiting the rejection of nitrogen products, or even without rejecting these products.
  • Another object of the invention is to provide phosphors which nevertheless have the same properties as those of currently known phosphors, or even superior properties.
  • the invention provides a rare earth phosphate (Ln) Ln representing either at least one rare earth chosen from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the two rare earths mentioned above, characterized in that it has a crystalline structure of either rhabdophane or mixed rhabdophane / monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
  • Ln rare earth phosphate
  • the invention also relates to a rare earth phosphate (Ln), Ln having the same meaning as above, and which is characterized in that has a crystalline structure of monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
  • Ln rare earth phosphate
  • the invention also relates to a phosphor based on a rare earth phosphate (Ln), Ln having the same meaning as above, and which is characterized in that it has a crystalline structure of monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 75 ppm.
  • Ln rare earth phosphate
  • the phosphors of the invention despite the presence of an alkali, lithium, have good luminescence properties and good durability. They may even have a better luminescence yield than the known products.
  • rare earth for rare earth is meant for the remainder of the description the elements of the group consisting of yttrium and the elements of the periodic classification of atomic number inclusive between 57 and 71.
  • the measurement of the lithium content is made according to two techniques.
  • the first is the X-ray fluorescence technique and it can measure lithium levels that are at least about 100 ppm. This technique will be used more particularly for phosphates or precursors or phosphors for which the lithium contents are the highest.
  • the second technique is the Inductively Coupled Plasma (ICP) technique - AES (Atomic Emission Spectroscopy) or ICP - OES (Optical Emission Spectroscopy). This technique will be used more particularly here for the precursors or the phosphors for which the lithium contents are the lowest, especially for contents of less than about 100 ppm.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • the invention relates to two types of products: phosphates, also called precursors, and phosphors obtained from these precursors.
  • phosphates also called precursors
  • phosphors obtained from these precursors.
  • the luminophores themselves have sufficient luminescence properties to make them directly usable in the desired applications.
  • the precursors have no luminescence properties or possibly luminescence properties that are too low for use in these same applications.
  • the phosphates of the invention are in two embodiments which differ from each other in the crystallographic structure of the products. The characteristics common to these two embodiments will be described first.
  • the phosphates of the invention are essentially, the presence of other residual phosphate species being indeed possible, and preferably completely orthophosphate type of formula LnPO 4 , Ln being as defined above.
  • the phosphates of the invention are cerium or terbium phosphates or a combination of these two rare earths. It can also be lanthanum phosphates in combination with at least one of these two rare earths mentioned above and it can also be very particularly lanthanum, cerium and terbium phosphates.
  • the phosphates of the invention essentially comprise a product which can satisfy the following general formula (1):
  • x may be more particularly between 0.2 and 0.98 and even more particularly between 0.4 and 0.95.
  • the presence of the other phosphate species mentioned above may result in the molar ratio Ln (all the rare earths) / PO 4 being less than 1 for all the phosphate. If at least one of x and y is different from O in formula (1), preferably z is at most 0.5, and z may be between 0.05 and 0.2 and more preferably between 0. , 1 and 0.2.
  • x may range from 0.2 to 0.7 and more particularly from 0.3 to 0.6.
  • y may be more particularly between 0.02 and 0.5 and even more particularly between 0.05 and 0.25.
  • z may be more particularly between 0.05 and 0.6 and even more particularly between 0.08 and 0.3. If x is equal to 0, z can be more particularly between 0.1 and
  • the phosphate of the invention may comprise other elements that typically play a role, in particular a promoter of the luminescence properties or of stabilizing the oxidation levels of the cerium and terbium elements.
  • a promoter of the luminescence properties or of stabilizing the oxidation levels of the cerium and terbium elements By way of example of these elements, mention may be made more particularly of boron and other rare earths such as scandium, yttrium, lutetium and gadolinium. When lanthanum is present, the aforementioned rare earths may be more particularly present in substitution for this element.
  • These promoter or stabilizer elements are present in an amount generally of at most 1% by weight of element relative to the total weight of the phosphate of the invention in the case of boron and generally at most 30% for the others. elements mentioned above.
  • the phosphates of the invention are also characterized by their granulometry.
  • They consist in fact of particles generally having an average size of between 1 and 15 ⁇ m, more particularly between 2 ⁇ m and 6 ⁇ m.
  • the average diameter referred to is the volume average of the diameters of a particle population.
  • the granulometry values given here and for the remainder of the description are measured by means of a Malvern type laser granulometer. on a sample of particles dispersed in ultrasonic water (130 W) for 1 minute 30 seconds.
  • the particles preferably have a low dispersion index, typically at most 0.5, preferably at most 0.4.
  • dispersion index of a population of particles is meant, for the purposes of this description, the ratio I as defined below: where: 0s 4 is the particle diameter for which 84% of the particles have a diameter less than 0s 4 ; 016 is the particle diameter for which 16% of the particles have a diameter less than 0- ⁇ 6 ; and
  • 050 is the average particle diameter, diameter for which 50% of particles have a diameter less than 0 5 o
  • phosphates of the invention An important characteristic of the phosphates of the invention and common to both embodiments is the presence of lithium.
  • the amount of lithium depends on the embodiment. It may be thought that lithium is not present in phosphate simply in mixture with the other constituents of it but that it is chemically bound with one or more constituent chemical elements of phosphate.
  • the phosphates contain only lithium as an alkaline element.
  • the two embodiments of the phosphates of the invention also have more specific characteristics which will be described below.
  • the phosphate has a crystalline structure of rhabdophane type or mixed type rhabdophane / monazite.
  • the crystalline structures referred to herein and in the remainder of the description can be demonstrated by the X-ray diffraction technique (XRD).
  • the phosphates can thus have a rhabdophane type structure and they can be in this case phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only a single phase rhabdophane. Nevertheless, the phosphates of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases. Phosphates may also have a mixed-type rhabdophane / monazite structure.
  • the rhabdophane or mixed rhabdophane / monazite structure corresponds to phosphates that have not undergone heat treatment at the end of their preparation or have undergone heat treatment at a temperature generally below 600 ° C., in particular between 400 ° C. and 500 ° C.
  • the lithium content of the phosphate according to this first embodiment is at most 300 ppm, more particularly at most 250 ppm and even more particularly at most 100 ppm. This content is expressed, here and for the entire description, in mass of lithium element relative to the total mass of phosphate.
  • the minimum lithium content is not critical. It may correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure the lithium content. However, generally this minimum lithium content is generally at least 10 ppm and more particularly at least
  • the phosphate of rhabdophane-type crystalline structure consists of particles that are themselves composed of an aggregation of crystallites whose size, measured in the (012) plane, is at least 25 nm, more particularly at least 30 ppm. . This size may vary depending on the temperature of the heat treatment or the calcination suffered by the precursor during its preparation.
  • the value measured in XRD corresponds to the size of the coherent domain calculated from the width of the main diffraction line corresponding to the crystallographic plane (012).
  • the Scherrer model is used for this measurement, as described in the book "Theory and technique of radio-stallography", A. Guinier, Dunod, Paris, 1956.
  • This size of crystallite which is greater than that of phosphates of the prior art obtained after a heat treatment at the same temperature and which may also have the same particle size, results in a better crystallization of the products.
  • the phosphates of the first embodiment which have not undergone heat treatment are generally hydrated; however, simple drying, operated for example between 60 and 100 0 C, sufficient to remove most of this residual water and lead to substantially anhydrous rare earth phosphates, the minor amounts of remaining water being removed by calcinations conducted at higher temperatures and above about 400 ° C.
  • the phosphates have a monazite-type crystalline structure which corresponds to products which are obtained after a higher heat treatment than in the case of the phosphates of the first mode and operated at a temperature of at least 600 ° C. C, advantageously between 700 and 1000 ° C.
  • the phosphates can in this case be phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only one single monazite phase. Nevertheless, the phosphates of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases.
  • the lithium content of the phosphate according to this second embodiment is at most 300 ppm, more particularly at most 250 ppm.
  • the minimum lithium content is not critical and may correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure this content.
  • this minimum lithium content is generally at least 10 ppm, more particularly at least 90 ppm.
  • Phosphates of monazite crystalline structure consist of particles themselves consisting of an aggregation of crystallites whose size, measured in the (012) plane, is at least 70 nm, more particularly at least 80 nm, this size also varies according to the calcination temperature suffered by the precursor during its preparation.
  • the same remark can be made here as before concerning the best crystallization of the phosphates of the invention compared with phosphates of the same structure of the prior art.
  • the phosphates or precursors according to the invention have, for those having undergone a calcination or a heat treatment at a temperature generally greater than 600 ° C., and advantageously between 800 and 900 ° C., luminescence properties at lengths of variable wave according to the composition of the product and after exposure to a radius of given wavelength (for example emission at a wavelength of about 550 nm, ie in green after exposure to a wavelength of 254 nm for lanthanum phosphate, of cerium and terbium), it is possible and even necessary to further improve these luminescence properties by proceeding with the products to post-treatments, and this in order to obtain a real luminophore directly usable as such in the desired application.
  • a radius of given wavelength for example emission at a wavelength of about 550 nm, ie in green after exposure to a wavelength of 254 nm for lanthanum phosphate, of cerium and terbium
  • rare earth phosphates according to the invention which have not been subjected to heat treatments greater than about 900 ° C., since such The products generally have luminescence properties which can be judged as not satisfying the minimum brightness criterion of commercial phosphors which can be used directly and as such without any subsequent processing.
  • rare earth phosphates which, possibly after being subjected to appropriate treatments, develop suitable glosses which are sufficient to be used directly by an applicator, for example in lamps or lamps, can be qualified as phosphors. television screens.
  • the phosphors of the invention have characteristics in common with the phosphates or precursors which have just been described.
  • the phosphors have a crystalline structure of the monazite type.
  • the phosphors of the invention are phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only the single monazite phase. Nevertheless, the phosphors of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases. They contain lithium in a content of not more than 75 ppm, more particularly not more than 50 nm. This content is also expressed in mass of lithium element relative to the total mass of the phosphor.
  • the minimum lithium content is not critical.
  • phosphates it can correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure the content of this element.
  • this minimum lithium content may be at least 10 ppm.
  • the phosphors do not contain any other alkaline element than lithium.
  • the phosphors of the invention consist of particles whose coherence length, measured in the (012) plane, is at least 300 nm.
  • This length which is measured by the same technique as for the precursors, may vary depending on the temperature of the heat treatment or calcination undergone by the phosphor during its preparation.
  • This coherence length may be more particularly at least 350 nm.
  • this length of coherence is greater than those of the phosphors of the prior art obtained after heat treatment at the same temperature and may also have the same particle size. This again reflects a better crystallization of the products which is beneficial for their luminescence property, especially for the luminescence yield.
  • the particles constituting the phosphors of the invention may have a substantially spherical shape. These particles are dense.
  • the processes for preparing precursors and phosphors of the invention will now be described.
  • the processes for preparing the phosphates or precursors The first method which will be described concerns the preparation of the precursors according to the first embodiment, that is to say those with a crystalline structure, either of the rhabdophane type or of the mixed rhabdophane / monazite type.
  • This method is characterized in that it comprises the following steps:
  • a first solution containing rare earth chlorides (Ln) is continuously introduced into a second solution containing phosphate ions and having an initial pH of less than 2;
  • the pH of the medium thus obtained is checked at a constant value and less than 2, whereby a precipitate is obtained, the pH at second solution for the first step or the pH control for the second step or both being carried out at least in part with lithium hydroxide;
  • the precipitate thus obtained is recovered and, if appropriate, calcined at a temperature of less than 600 ° C.
  • the product obtained is redispersed in hot water and then separated from the liquid medium.
  • a direct precipitation is carried out at controlled pH of a rare earth phosphate (Ln), and this by reacting a first solution containing chlorides of one or more rare earths (Ln), these elements being then present in the proportions required to obtain the desired composition product, with a second solution containing phosphate ions.
  • a certain order of introduction of the reagents must be respected, and more precisely still, the chlorides solution of the rare earth element (s) must be introduced, progressively and continuously, into the solution containing the phosphate ions.
  • the initial pH of the solution containing the phosphate ions must be less than 2, and preferably between 1 and 2.
  • the pH of the precipitation medium must then be controlled at a pH value of less than 2, and preferably of between 1 and 2.
  • controlled pH is meant a maintenance of the pH of the precipitation medium to a certain value, constant or substantially constant, by addition of a basic compound in the solution containing the phosphate ions, and this simultaneously with the introduction into the latter of the solution containing the rare earth chlorides.
  • the pH of the medium will thus vary by at most 0.5 pH units around the fixed setpoint, and more preferably by at most 0.1 pH units around this value.
  • the fixed set value will advantageously correspond to the initial pH (less than 2) of the solution containing the phosphate ions.
  • Precipitation is preferably carried out in an aqueous medium at a temperature which is not critical and which is advantageously between room temperature (15 ° C - 25 ° C) and 100 ° C. This precipitation takes place with stirring. reaction medium.
  • the concentrations of rare earth chlorides in the first solution can vary within wide limits.
  • the total concentration of rare earths can be between 0.01 mol / liter and 3 mol / liter.
  • rare earth chlorides may further comprise other metal salts, including chlorides, such as salts of the promoter or stabilizer elements described above, that is to say boron and other rare earths.
  • Phosphate ions intended to react with the solution of the rare earth chlorides can be provided by pure or in solution compounds, for example phosphoric acid, alkali phosphates or other metallic elements giving with the anions associated with the rare earths a soluble compound.
  • the phosphate ions are present in such a quantity that there is, between the two solutions, a molar ratio PO 4 / Ln greater than 1, and advantageously between 1, 1 and 3.
  • the solution containing the phosphate ions must initially have (ie before the beginning of the introduction of the solution of rare earth chlorides) a pH of less than 2, and preferably included between 1 and 2. Also, if the solution used does not naturally have such a pH, it is brought to the desired suitable value either by adding a basic compound or by adding an acid (for example, hydrochloric acid, in the case of an initial solution of too high pH).
  • the pH of the precipitation medium gradually decreases; also, according to one of the essential features of the process according to the invention, in order to maintain the pH of the precipitation medium at the desired constant work value, which must be less than 2 and preferably between 1 and 2, is introduced simultaneously into this medium a basic compound.
  • the basic compound which is used either to bring the initial pH of the second solution containing the phosphate ions to a value of less than 2 or to control the pH during the precipitation is, at less in part, lithium hydroxide.
  • the basic compound which is used a mixture of basic compounds of which at least one is lithium hydroxide.
  • the other basic compound may be, for example, ammonia.
  • a basic compound which is solely lithium hydroxide is used and according to another even more preferred embodiment, lithium hydroxide alone is used and for the two abovementioned operations, that is to say both to bring the pH of the second solution to the proper value and to control the pH of precipitation.
  • the rejection of nitrogen products which may be provided by a basic compound such as ammonia is reduced or eliminated.
  • a phosphate of rare earth (Ln) is obtained directly, possibly additive by other elements.
  • the overall concentration of rare earths in the final precipitation medium is then advantageously greater than 0.25 mol / liter.
  • the phosphate precipitate can be recovered by any means known per se, in particular by simple filtration. Indeed, under the conditions of the process according to the invention, a non-gelatinous rare earth phosphate is precipitated and easily filtered.
  • the recovered product is then washed, for example with water, and then dried.
  • the product can then be subjected to heat treatment or calcination.
  • the temperature and duration of this calcination is a function of the desired crystalline structure for the phosphate that will be derived therefrom.
  • a calcination temperature up to about 400 0 C provides a product rhabdophane structure, which is also that presented by the non-calcined product from precipitation.
  • the calcination temperature is generally at least 400 0 C and can go up to a temperature below 600 0 C; it can thus be between 400 ° C. and 500 ° C.
  • this duration can be between 1 and 3 hours.
  • Heat treatment is usually done under air.
  • the crystallite size of the phosphate will be greater the higher the calcination temperature.
  • the product resulting from the calcination or from the precipitation in the absence of heat treatment is then redispersed in hot water.
  • This redispersion is done by introducing the solid product into the water and stirring.
  • the suspension thus obtained is kept stirring for a period which may be between 1 and 6 hours, more particularly between 1 and 3 hours.
  • the temperature of the water may be at least 30 ° C, more preferably at least 60 ° C and may be between about 30 ° C and 90 ° C, preferably between 60 ° C and 90 ° C under atmospheric pressure. It is possible to carry out this operation under pressure, for example in an autoclave, at a temperature which can then be between 100 ° C. and 200 ° C., more particularly between 100 ° C. and 150 ° C.
  • a final step is separated by any known means, for example by simple filtration of the solid liquid medium. It is possible to repeat the redispersion step one or more times under the conditions described above, possibly at a temperature different from that at which the first redispersion was conducted.
  • the separated product can be washed, especially with water, and can be dried. This gives the rare earth phosphate (Ln) structure rhabdophane or rhabdophane / monazite of the invention and having the required lithium levels.
  • Ln rare earth phosphate
  • the process for the preparation of rare earth phosphates (Ln) according to the second embodiment of the invention is very similar to that which has just been described. It differs only in that the product resulting from the precipitation is calcined at a temperature of at least 600 ° C. What has been described above for the preceding steps in the process for the preparation of the phosphates of the first mode is therefore likewise applicable here for the process for the preparation of phosphates of the second mode.
  • the heat treatment or calcination can be carried out more particularly at a temperature of between 800 and 900 ° C.
  • the crystallite size of the phosphate will be greater the higher the calcination temperature.
  • the process for preparing phosphors The phosphors of the invention are obtained by calcination at a temperature of at least 1000 ° C. of a phosphate or precursor according to the two embodiments as described above or of a phosphate or precursor obtained by the methods which have also been described previously. This temperature can be between 1000 ° C and 1300 0 C. By this treatment, the phosphates or precursors are converted into effective phosphors.
  • the calcination can be carried out under air, under an inert gas but also and preferably under a reducing atmosphere (H 2 , N 2 / H 2 or Ar / H 2 for example), in the latter case, to convert all the species This and Tb at their oxidation state (+ III).
  • a reducing atmosphere H 2 , N 2 / H 2 or Ar / H 2 for example
  • the calcination can be carried out in the presence of a flux or fluxing agent such as, for example, lithium fluoride, lithium tetraborate, lithium chloride, lithium carbonate, lithium phosphate, chloride of potassium, ammonium chloride, boric oxide and boric acid and ammonium phosphates, and mixtures thereof.
  • a flux or fluxing agent such as, for example, lithium fluoride, lithium tetraborate, lithium chloride, lithium carbonate, lithium phosphate, chloride of potassium, ammonium chloride, boric oxide and boric acid and ammonium phosphates, and mixtures thereof.
  • a luminophore which exhibits luminescence properties which, generally, are at least equivalent to those of known phosphors.
  • the advantage of the most important invention here is that the phosphors come from precursors which are themselves derived from a process that rejects less nitrogen products than known methods or not at all.
  • the particles are advantageously washed, so as to obtain the purest phosphor possible and in a deagglomerated or weakly agglomerated state. In the latter case, it is possible to deagglomerate the phosphor by subjecting it to deagglomeration treatment under mild conditions.
  • the luminophores of the invention exhibit intense luminescence properties for electromagnetic excitations corresponding to the various absorption domains of the product.
  • the cerium and terbium phosphors of the invention can be used in lighting or visualization systems having an excitation source in the UV range (200-280 nm), for example around 254 nm .
  • an excitation source in the UV range (200-280 nm), for example around 254 nm .
  • mercury vapor trichromatic lamps, backlighting lamps for liquid crystal systems, in tubular or planar form LCD Back Lighting. They exhibit a high gloss under UV excitation, and a lack of luminescence loss as a result of thermal post-treatment. Their luminescence is particularly stable under UV at relatively high temperatures (100 - 300 0 C).
  • the phosphors based on terbium and lanthanum or lanthanum, cerium and terbium of the invention are also good candidates as green phosphors for VUV (or "plasma") excitation systems, such as for example plasma screens. and mercury-free trichromatic lamps, especially Xenon excitation lamps (tubular or planar).
  • the luminophores of the invention have a high green emission under VUV excitation (for example, around 147 nm and 172 nm).
  • the phosphors are stable under VUV excitation.
  • the phosphors of the invention can also be used as green phosphors in LED devices. They can be used especially in systems excitable in the near UV. They can also be used in UV excitation labeling systems.
  • the luminophores of the invention can be implemented in lamp and screen systems by well known techniques, for example by for example by screen printing, spraying, electrophoresis or sedimentation.
  • organic matrices for example, plastic matrices or transparent polymers under UV .
  • mineral for example, silica
  • organo-mineral hybrids for example, silica
  • the invention also relates to luminescent devices of the above-mentioned type, comprising, as a source of green luminescence, the phosphors as described above or the phosphors obtained from processes described above. Examples will now be given.
  • the lithium content is determined, as indicated above, by two measurement techniques.
  • the X-ray fluorescence technique it is a semi-quantitative analysis performed on the powder of the product as such.
  • the apparatus used is PANalytical's MagiX PRO PW 2540 Fluorescence Spectrometer.
  • the ICP-AES (or OES) technique is carried out by performing a quantitative assay by additions dosed with a ULTIMA device of JOBIN YVON. The samples are first subjected to mineralization (or digestion) in nitric-perchloric medium assisted by microwaves in closed reactors. (MARS system - CEM).
  • the luminescence efficiency is measured on powdered products by comparing the areas under the emission spectrum curve between 380 nm and 750 nm recorded with a spectrofluorometer under excitation of 254 nm and assigning a value of 100% to the obtained for the comparative product.
  • This example relates to the preparation of a lanthanum phosphate, cerium and terbium according to the prior art.
  • 1 L of a solution of 1.73 mol / L of phosphoric acid H 3 PO 4 analytical grade previously brought to pH 1, 6 by addition of ammonia and brought to 60 0 C are added in one hour 1 L of a solution of rare earth nitrates of purity 4N, of overall concentration 1, 5 mol / L and decomposing as follows: 0.66 mol / L of lanthanum nitrate, 0.65 mol / L of cerium nitrate and 0.20 mol / L of terbium nitrate.
  • the pH during the precipitation is regulated to 1, 6 by addition of ammonia.
  • the mixture is further maintained for 1 h at 60 ° C.
  • the resulting precipitate is then recovered by filtration, washed with water and then dried at 60 ° C. under air and then subjected to a heat treatment for 2 h at 840 ° C. under air.
  • a precursor composition (Lao, 44 Ceo, 4 3Tbo, i3) PO 4.
  • This example relates to the preparation of a lanthanum phosphate, cerium and terbium according to the invention.
  • the resulting precipitate is then recovered by filtration, washed with water and then dried at 60 ° C in air and then subjected to a heat treatment of 2h to 840 ° C under air.
  • the product obtained is redispersed in water at 80 ° C. for 3 hours, then washed and filtered, and finally dried.
  • a precursor composition (Lao, 44 Ceo, 4 3 ⁇ rbo, i3) PO 4.
  • This example relates to the preparation of a phosphor according to the prior art obtained from the phosphate of Example 1.
  • Example 1 The precursor phosphate obtained in Example 1 is reprocessed under a reducing atmosphere (Ar / H 2) for 2 h at 1000 ° C. The calcination product obtained is then washed in hot water at 80 ° C. for 3 h, then filtered and dried. .
  • a reducing atmosphere Ar / H 2
  • EXAMPLE 4 This example relates to the preparation of a luminophore according to the invention obtained from the phosphate of Example 2.
  • Example 2 The precursor phosphate obtained in Example 2 is reprocessed under the same conditions as those of Example 3.
  • the luminescence yield of the product of the invention 4 is given with respect to the comparative product 3.

Abstract

The invention relates to a rare earth element phosphate (Ln), where Ln is either at least one rare earth element selected from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the above two rare earth elements, having a crystalline structure of the rhabdophane type or of the monazite type with a lithium content of 300 ppm at most. The phosphate is obtained by the precipitation of a rare earth element chloride at a constant pH lower than 2, and then calcining and redispersing the same in hot water. The invention also relates to a phosphor obtained by calcining the phosphate at at least 1000°C.

Description

PHOSPHATE DE CERIUM ET/OU DE TERBIUM, EVENTUELLEMENT CERIUM PHOSPHATE AND / OR TERBIUM, POSSIBLY
AVEC DU LANTHANE, LUMINOPHORE ISSU DE CE PHOSPHATE ETWITH LANTHANUM, LUMINOPHORE FROM THIS PHOSPHATE AND
PROCEDES DE PREPARATION DE CEUX-CIMETHODS OF PREPARATION THEREOF
La présente invention concerne un phosphate de cérium et/ou de terbium, éventuellement avec du lanthane, un luminophore issu de ce phosphate ainsi que des procédés de préparation de ceux-ci.The present invention relates to a cerium and / or terbium phosphate, optionally with lanthanum, a phosphor derived from this phosphate and processes for their preparation.
Les phosphates mixtes de lanthane, terbium et cérium et les phosphates mixtes de lanthane et de terbium, désignés ci-après d'une manière générale par LAP, sont bien connus pour leurs propriétés de luminescence. Par exemple, lorsqu'ils contiennent du cérium et du terbium, ils émettent une vive lumière verte lorsqu'ils sont irradiés par certains rayonnements énergétiques de longueurs d'ondes inférieures à celles du domaine visible (rayonnements UV ou VUV pour les systèmes d'éclairage ou de visualisation). Des luminophores exploitant cette propriété sont couramment utilisés à l'échelle industrielle, par exemple dans des lampes fluorescentes trichromatiques, dans des systèmes de rétro-éclairage pour afficheurs à cristaux liquides ou dans des systèmes plasma. On connaît plusieurs procédés de préparation des LAP. Ces procédés sont de deux types. Il y a tout d'abord des procédés dits par "voie sèche" où on effectue une phosphatation d'un mélange d'oxydes ou d'un oxyde mixte en présence de phosphate de diammonium. Ces procédés, qui peuvent être éventuellement relativement longs et compliqués, posent surtout un problème pour le contrôle de la taille et de l'homogénéité chimique des produits obtenus L'autre type de procédés regroupe ceux dits par "voie humide" où on réalise une synthèse, en milieu liquide, d'un phosphate mixte des terres rares ou d'un mélange de phosphates de terre rare.Mixed phosphates of lanthanum, terbium and cerium and mixed phosphates of lanthanum and terbium, hereinafter generally referred to as LAP, are well known for their luminescence properties. For example, when they contain cerium and terbium, they emit a bright green light when they are irradiated by certain energetic radiations of wavelengths lower than those of the visible range (UV or VUV radiation for lighting systems or visualization). Phosphors exploiting this property are commonly used on an industrial scale, for example in fluorescent tri-chromium lamps, in backlight systems for liquid crystal displays or in plasma systems. Several processes for the preparation of LAPs are known. These methods are of two types. There are first of all so-called "dry" processes in which a mixture of oxides or a mixed oxide is phosphated in the presence of diammonium phosphate. These processes, which may be relatively long and complicated, pose a particular problem for the control of the size and chemical homogeneity of the products obtained. The other type of process groups together those referred to as "wet processes" where a synthesis is carried out. in a liquid medium, a mixed rare earth phosphate or a mixture of rare earth phosphates.
Ces différentes synthèses conduisent à des phosphates mixtes nécessitant, pour leur application en luminescence, un traitement thermique à haute température, environ 11000C, sous atmosphère réductrice, généralement en présence d'un agent fondant ou flux. En effet, pour que le phosphate mixte soit un luminophore le plus efficace possible, il faut que le terbium et, le cas échéant, le cérium soient à l'état d'oxydation 3+. Les méthodes par voie sèche et par voie humide précitées présentent l'inconvénient de conduire à des luminophores de granulométhe non contrôlée, notamment insuffisamment resserrée, ce qui est encore accentué par la nécessité du traitement thermique d'activation à haute température, sous flux et sous atmosphère réductrice, qui, en général, induit encore des perturbations dans la granulométrie, conduisant ainsi à des particules de luminophores non homogènes en tailles, pouvant en outre contenir des quantités plus ou moins importantes d'impuretés liées notamment à l'emploi du flux, et présentant au final des performances en luminescence insuffisantes.These different syntheses lead to mixed phosphates requiring, for their application in luminescence, a heat treatment at high temperature, about 1100 0 C, under a reducing atmosphere, generally in the presence of a fluxing agent or flux. Indeed, for the mixed phosphate is a phosphor as effective as possible, it is necessary that terbium and, where appropriate, cerium are in the 3+ oxidation state. The aforementioned dry and wet methods have the disadvantage of leading to phosphors of uncontrolled granulometry, in particular insufficiently tightened, which is further accentuated by the need for the high temperature activation heat treatment, under flux and under a reducing atmosphere, which, in general, still induces disturbances in the particle size, thus leading to non-homogeneous phosphor particles in sizes, which may furthermore contain greater or lesser amounts of impurities bound in particular to the use of the flux, and finally having insufficient luminescence performance.
Il a été proposé dans la demande de brevet EP 0581621 un procédé permettant d'améliorer la granulométrie des LAP, avec une distribution granulométrique resserrée, ce qui conduit à des luminophores particulièrement performants. Le procédé décrit met en œuvre plus particulièrement des nitrates comme sels de terres rares et préconise l'utilisation de l'ammoniaque comme base ce qui a comme inconvénient un rejet de produits azotés. En conséquence si le procédé conduit bien à des produits performants sa mise en œuvre peut être rendue plus compliquée pour être en conformité avec les législations à caractère écologique de plus en plus contraignantes qui proscrivent ou limitent de tels rejets.It has been proposed in the patent application EP 0581621 a process for improving the particle size of the LAPs, with a narrow particle size distribution, which leads to particularly efficient phosphors. The method described uses nitrates more particularly as rare earth salts and recommends the use of ammonia as a base which has the disadvantage of a rejection of nitrogen products. Consequently, if the process leads to efficient products, its implementation can be made more complicated to comply with increasingly stringent environmental legislation that outlaws or limits such discharges.
Il est certes possible d'utiliser notamment des bases fortes autres que l'ammoniaque comme les hydroxydes alcalins mais celles-ci induisent la présence d'alcalins dans les LAP et cette présence est considérée comme susceptible de dégrader les propriétés de luminescence des luminophores lors de leur utilisation, notamment dans les lampes à vapeur de mercure.It is certainly possible to use, in particular, strong bases other than ammonia, such as alkali hydroxides, but these induce the presence of alkalis in the LAPs and this presence is considered likely to degrade the luminescence properties of the phosphors during their use, especially in mercury vapor lamps.
Il y a donc actuellement un besoin pour des procédés de préparation mettant en œuvre peu ou pas de nitrates ou d'ammoniaque, ou encore ne nécessitant pas l'utilisation de flux lors de la préparation des luminophores et ceci sans conséquences négatives sur les propriétés de luminescence des produits obtenus.There is therefore currently a need for preparation processes using little or no nitrates or ammonia, or not requiring the use of flux during the preparation of phosphors and this without negative consequences on the properties of luminescence of the products obtained.
Un objet de l'invention est la mise au point d'un procédé de préparation de LAP limitant le rejet de produits azotés, voire sans rejet de ces produits.An object of the invention is the development of a process for the preparation of LAP limiting the rejection of nitrogen products, or even without rejecting these products.
Un autre objet de l'invention est de fournir des luminophores qui présentent néanmoins les mêmes propriétés que celles des luminophores actuellement connus, voire des propriétés supérieures.Another object of the invention is to provide phosphors which nevertheless have the same properties as those of currently known phosphors, or even superior properties.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention fournit un phosphate de terre rare (Ln) Ln représentant soit au moins une terre rare choisie parmi le cérium et le terbium, soit le lanthane en combinaison avec au moins l'une des deux terres rares précitées, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline soit de type rhabdophane soit de type mixte rhabdophane/monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 300 ppm.For this purpose, according to a first aspect, the invention provides a rare earth phosphate (Ln) Ln representing either at least one rare earth chosen from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the two rare earths mentioned above, characterized in that it has a crystalline structure of either rhabdophane or mixed rhabdophane / monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
L'invention concerne aussi un phosphate de terre rare (Ln), Ln ayant la même signification que précédemment, et qui est caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline de type monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 300 ppm.The invention also relates to a rare earth phosphate (Ln), Ln having the same meaning as above, and which is characterized in that has a crystalline structure of monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
Selon un autre aspect, l'invention concerne encore un luminophore à base d'un phosphate de terre rare (Ln), Ln ayant la même signification que précédemment, et qui est caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline de type monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 75 ppm.According to another aspect, the invention also relates to a phosphor based on a rare earth phosphate (Ln), Ln having the same meaning as above, and which is characterized in that it has a crystalline structure of monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 75 ppm.
Les luminophores de l'invention, malgré la présence d'un alcalin, le lithium, présentent de bonnes propriétés de luminescence et une bonne durabilité. Ils peuvent même présenter un meilleur rendement de luminescence que les produits connus.The phosphors of the invention, despite the presence of an alkali, lithium, have good luminescence properties and good durability. They may even have a better luminescence yield than the known products.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront encore plus complètement à la lecture de la description qui va suivre, ainsi que des divers exemples concrets mais non limitatifs destinés à l'illustrer. On précise aussi pour la suite de la description que, sauf indication contraire, dans toutes les gammes ou limites de valeurs qui sont données, les valeurs aux bornes sont incluses, les gammes ou limites de valeurs ainsi définies couvrant donc toute valeur au moins égale et supérieure à la borne inférieure et/ou au plus égale ou inférieure à la borne supérieure. En ce qui concerne les teneurs en lithium mentionnées dans la suite de la description pour les phosphates et les luminophores, on notera que sont données des valeurs minimales et des valeurs maximales. On doit comprendre que l'invention couvre toute plage de teneur en lithium définie par l'une quelconque de ces valeurs minimales avec l'une quelconque de ces valeurs maximales.Other features, details and advantages of the invention will appear even more fully on reading the description which follows, as well as various concrete but non-limiting examples intended to illustrate it. It is also specified for the remainder of the description that, unless otherwise indicated, in all ranges or limits of values that are given, the values at the terminals are included, the ranges or limits of values thus defined thus covering any value at least equal to and greater than the lower bound and / or at most equal to or less than the upper bound. With regard to the lithium contents mentioned in the following description for phosphates and phosphors, it will be noted that minimum values and maximum values are given. It should be understood that the invention covers any range of lithium content defined by any of these minimum values with any one of these maximum values.
Par terre rare on entend pour la suite de la description les éléments du groupe constitué par l'yttrium et les éléments de la classification périodique de numéro atomique compris inclusivement entre 57 et 71.For rare earth is meant for the remainder of the description the elements of the group consisting of yttrium and the elements of the periodic classification of atomic number inclusive between 57 and 71.
Il est précisé aussi ici et pour l'ensemble de la description que la mesure de la teneur en lithium est faite selon deux techniques. La première est la technique de fluorescence X et elle permet de mesurer des teneurs en lithium qui sont d'au moins 100 ppm environ. Cette technique sera utilisée plus particulièrement pour les phosphates ou précurseurs ou les luminophores pour lesquels les teneurs en lithium sont les plus élevées. La seconde technique est la technique ICP (Inductively Coupled Plasma) - AES (Atomic Emission Spectroscopy) ou ICP - OES (Optical Emission Spectroscopy). Cette technique sera utilisée plus particulièrement ici pour les précurseurs ou les luminophores pour lesquels les teneurs en lithium sont les plus faibles, notamment pour les teneurs inférieures à environ 100 ppm.It is also specified here and for the whole of the description that the measurement of the lithium content is made according to two techniques. The first is the X-ray fluorescence technique and it can measure lithium levels that are at least about 100 ppm. This technique will be used more particularly for phosphates or precursors or phosphors for which the lithium contents are the highest. The second technique is the Inductively Coupled Plasma (ICP) technique - AES (Atomic Emission Spectroscopy) or ICP - OES (Optical Emission Spectroscopy). This technique will be used more particularly here for the precursors or the phosphors for which the lithium contents are the lowest, especially for contents of less than about 100 ppm.
Comme cela a été vu plus haut, l'invention concerne deux types de produits : des phosphates, appelés aussi par la suite précurseurs, et des luminophores obtenus à partir de ces précurseurs. Les luminophores ont, eux, des propriétés de luminescence suffisantes pour les rendre directement utilisables dans les applications souhaitées. Les précurseurs n'ont pas de propriétés de luminescence ou éventuellement des propriétés de luminescence trop faibles pour une utilisation dans ces mêmes applications. Ces deux types de produits vont maintenant être décrits plus précisément.As has been seen above, the invention relates to two types of products: phosphates, also called precursors, and phosphors obtained from these precursors. The luminophores themselves have sufficient luminescence properties to make them directly usable in the desired applications. The precursors have no luminescence properties or possibly luminescence properties that are too low for use in these same applications. These two types of products will now be described more precisely.
Les phosphates ou précurseursPhosphates or precursors
Les phosphates de l'invention se présentent selon deux modes de réalisation qui diffèrent l'un de l'autre par la structure cristallographique des produits. Les caractéristiques communes à ces deux modes de réalisation vont être décrites tout d'abord.The phosphates of the invention are in two embodiments which differ from each other in the crystallographic structure of the products. The characteristics common to these two embodiments will be described first.
Les phosphates de l'invention sont essentiellement, la présence d'autres espèces phosphatées résiduelles étant en effet possible, et, préférentiellement, totalement de type orthophosphate de formule LnPO4, Ln étant tel que défini plus haut.The phosphates of the invention are essentially, the presence of other residual phosphate species being indeed possible, and preferably completely orthophosphate type of formula LnPO 4 , Ln being as defined above.
Les phosphates de l'invention sont des phosphates de cérium ou de terbium ou encore d'une combinaison de ces deux terres rares. Ce peut être aussi des phosphates de lanthane en combinaison avec au moins une de ces deux terres rares précitées et ce peut être aussi tout particulièrement des phosphates de lanthane, de cérium et de terbium.The phosphates of the invention are cerium or terbium phosphates or a combination of these two rare earths. It can also be lanthanum phosphates in combination with at least one of these two rare earths mentioned above and it can also be very particularly lanthanum, cerium and terbium phosphates.
Les proportions respectives de ces différentes terres rares peuvent varier dans de larges limites et, plus particulièrement, dans les gammes des valeurs qui vont être données ci-dessous. Ainsi, les phosphates de l'invention comprennent essentiellement un produit qui peut répondre à la formule générale (1 ) suivante :The respective proportions of these different rare earths may vary within wide limits and, more particularly, in the range of values that will be given below. Thus, the phosphates of the invention essentially comprise a product which can satisfy the following general formula (1):
LaxCeyTbzPO4 (1 ) dans laquelle la somme x+y+z est égale à 1 et au moins un de y et de z est différent de 0.La x Ce y Tb z PO 4 (1) wherein the sum x + y + z is equal to 1 and at least one of y and z is different from 0.
Dans la formule (1 ) ci-dessus, x peut être compris plus particulièrement entre 0,2 et 0,98 et encore plus particulièrement entre 0,4 et 0,95.In formula (1) above, x may be more particularly between 0.2 and 0.98 and even more particularly between 0.4 and 0.95.
La présence des autres espèces phosphatées résiduelles mentionnées plus haut peut entrainer que le rapport molaire Ln (ensemble des terres rares)/PO4 puisse être inférieur à 1 pour l'ensemble du phosphate. Si au moins un de x et de y est différent de O dans la formule (1 ), de préférence z est d'au plus 0,5, et z peut être compris entre 0,05 et 0,2 et plus particulièrement entre 0,1 et 0,2.The presence of the other phosphate species mentioned above may result in the molar ratio Ln (all the rare earths) / PO 4 being less than 1 for all the phosphate. If at least one of x and y is different from O in formula (1), preferably z is at most 0.5, and z may be between 0.05 and 0.2 and more preferably between 0. , 1 and 0.2.
Si y et z sont tous deux différents de 0, x peut être compris entre 0,2 et 0,7 et plus particulièrement entre 0,3 et 0,6.If y and z are both different from 0, x may range from 0.2 to 0.7 and more particularly from 0.3 to 0.6.
Si z est égal à 0, y peut être plus particulièrement compris entre 0,02 et 0,5 et encore plus particulièrement entre 0,05 et 0,25.If z is 0, y may be more particularly between 0.02 and 0.5 and even more particularly between 0.05 and 0.25.
Si y est égal à 0, z peut être plus particulièrement compris entre 0,05 et 0,6 et encore plus particulièrement entre 0,08 et 0,3. Si x est égal à 0, z peut être plus particulièrement compris entre 0,1 etIf y is 0, z may be more particularly between 0.05 and 0.6 and even more particularly between 0.08 and 0.3. If x is equal to 0, z can be more particularly between 0.1 and
0,4.0.4.
On peut mentionner, à titre d'exemples seulement, les compositions plus particulières suivantes :By way of examples only, the following particular compositions may be mentioned:
Lao,44Ceo,43Tbo,i3PO4 Lao,57Ceo,29Tbo, -I4PO4 Lao , 44 Ceo , 4Tbo , i3PO 4 The o , 57Ce o , 29Tbo, -I 4 PO 4
Le phosphate de l'invention peut comprendre d'autres éléments jouant classiquement un rôle notamment de promoteur des propriétés de luminescence ou de stabilisateur des degrés d'oxydation des éléments cérium et terbium. A titre d'exemple de ces éléments, on peut citer plus particulièrement le bore et d'autres terres rares comme le scandium, l'yttrium, le lutécium et le gadolinium. Lorsque le lanthane est présent, les terres rares précitées peuvent être plus particulièrement présentes en substitution de cet élément. Ces éléments promoteurs ou stabilisateurs sont présents en une quantité généralement d'au plus 1 % en masse d'élément par rapport à la masse totale du phosphate de l'invention dans le cas du bore et généralement d'au plus 30% pour les autres éléments mentionnés ci-dessus.The phosphate of the invention may comprise other elements that typically play a role, in particular a promoter of the luminescence properties or of stabilizing the oxidation levels of the cerium and terbium elements. By way of example of these elements, mention may be made more particularly of boron and other rare earths such as scandium, yttrium, lutetium and gadolinium. When lanthanum is present, the aforementioned rare earths may be more particularly present in substitution for this element. These promoter or stabilizer elements are present in an amount generally of at most 1% by weight of element relative to the total weight of the phosphate of the invention in the case of boron and generally at most 30% for the others. elements mentioned above.
Les phosphates de l'invention se caractérisent aussi par leur granulométhe.The phosphates of the invention are also characterized by their granulometry.
Ils sont en effet constitués de particules présentant généralement une taille moyenne comprise entre 1 et 15 μm, plus particulièrement entre 2 μm et 6 μm.They consist in fact of particles generally having an average size of between 1 and 15 μm, more particularly between 2 μm and 6 μm.
Le diamètre moyen auquel il est fait référence est la moyenne en volume des diamètres d'une population de particules.The average diameter referred to is the volume average of the diameters of a particle population.
Les valeurs de granulométhe données ici et pour le reste de la description sont mesurées au moyen d'un granulomètre laser de type Malvern sur un échantillon de particules dispersées dans l'eau aux ultrasons (130 W) pendant 1 minute 30 secondes.The granulometry values given here and for the remainder of the description are measured by means of a Malvern type laser granulometer. on a sample of particles dispersed in ultrasonic water (130 W) for 1 minute 30 seconds.
Par ailleurs, les particules ont de préférence un faible indice de dispersion, typiquement d'au plus 0,5, de préférence d'au plus 0,4. Par "indice de dispersion" d'une population de particules, on entend, au sens de la présente description, le rapport I tel que défini ci-dessous : où : 0s4 est le diamètre des particules pour lequel 84% des particules ont un diamètre inférieur à 0s4; 016 est le diamètre des particules pour lequel 16% des particules ont un diamètre inférieur à 0-ι6; etMoreover, the particles preferably have a low dispersion index, typically at most 0.5, preferably at most 0.4. By "dispersion index" of a population of particles is meant, for the purposes of this description, the ratio I as defined below: where: 0s 4 is the particle diameter for which 84% of the particles have a diameter less than 0s 4 ; 016 is the particle diameter for which 16% of the particles have a diameter less than 0-ι 6 ; and
050 est le diamètre moyen des particules, diamètre pour lequel 50% des particules ont un diamètre inférieur à 05o-050 is the average particle diameter, diameter for which 50% of particles have a diameter less than 0 5 o
Cette définition de l'indice de dispersion donnée ici pour les particules des précurseurs s'applique aussi pour le reste de la description aux luminophores.This definition of the dispersion index given here for the precursor particles also applies for the remainder of the phosphor description.
Une caractéristique importante des phosphates de l'invention et commune aux deux modes de réalisation est la présence de lithium. La quantité de lithium dépend du mode de réalisation. On peut penser que le lithium n'est pas présent dans le phosphate simplement en mélange avec les autres constituants de celui-ci mais qu'il est chimiquement lié avec un ou des éléments chimiques constitutifs du phosphate.An important characteristic of the phosphates of the invention and common to both embodiments is the presence of lithium. The amount of lithium depends on the embodiment. It may be thought that lithium is not present in phosphate simply in mixture with the other constituents of it but that it is chemically bound with one or more constituent chemical elements of phosphate.
Selon un mode de réalisation particulier les phosphates ne contiennent que du lithium à titre d'élément alcalin. Les deux modes de réalisation des phosphates de l'invention ont par ailleurs des caractéristiques plus spécifiques qui vont être décrites ci-dessous.According to a particular embodiment, the phosphates contain only lithium as an alkaline element. The two embodiments of the phosphates of the invention also have more specific characteristics which will be described below.
Pour le premier mode de réalisation de l'invention, le phosphate présente une structure cristalline de type rhabdophane ou de type mixte rhabdophane/monazite. Les structures cristallines auxquelles il est fait référence ici et dans le reste de la description peuvent être mise en évidence par la technique de diffraction aux rayons X (DRX).For the first embodiment of the invention, the phosphate has a crystalline structure of rhabdophane type or mixed type rhabdophane / monazite. The crystalline structures referred to herein and in the remainder of the description can be demonstrated by the X-ray diffraction technique (XRD).
Les phosphates peuvent avoir ainsi une structure de type rhabdophane et ils peuvent être dans ce cas phasiquement purs, c'est-à-dire que les diagrammes DRX ne font apparaître qu'une seule et unique phase rhabdophane. Néanmoins, les phosphates de l'invention peuvent aussi ne pas être phasiquement purs et dans ce cas, les diagrammes DRX des produits montrent la présence de phases résiduelles très minoritaires. Les phosphates peuvent avoir aussi une structure de type mixte rhabdophane/monazite.The phosphates can thus have a rhabdophane type structure and they can be in this case phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only a single phase rhabdophane. Nevertheless, the phosphates of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases. Phosphates may also have a mixed-type rhabdophane / monazite structure.
La structure rhabdophane ou mixte rhabdophane/monazite correspond aux phosphates soit n'ayant pas subi de traitement thermique à l'issue de leur préparation soit ayant subi un traitement thermique à une température généralement inférieure à 6000C, notamment comprise entre 4000C et 500°C. La teneur en lithium du phosphate selon ce premier mode de réalisation est d'au plus 300 ppm, plus particulièrement d'au plus 250 ppm et encore plus particulièrement d'au plus 100 ppm. Cette teneur est exprimée, ici et pour l'ensemble de la description, en masse d'élément lithium par rapport à la masse totale du phosphate.The rhabdophane or mixed rhabdophane / monazite structure corresponds to phosphates that have not undergone heat treatment at the end of their preparation or have undergone heat treatment at a temperature generally below 600 ° C., in particular between 400 ° C. and 500 ° C. The lithium content of the phosphate according to this first embodiment is at most 300 ppm, more particularly at most 250 ppm and even more particularly at most 100 ppm. This content is expressed, here and for the entire description, in mass of lithium element relative to the total mass of phosphate.
La teneur minimale en lithium n'est pas critique. Elle peut correspondre à la valeur minimale détectable par la technique d'analyse utilisée pour mesurer la teneur en lithium. Toutefois, généralement cette teneur minimale en lithium est généralement d'au moins 10 ppm et plus particulièrement d'au moinsThe minimum lithium content is not critical. It may correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure the lithium content. However, generally this minimum lithium content is generally at least 10 ppm and more particularly at least
90 ppm.90 ppm.
Le phosphate de structure cristalline de type rhabdophane est constitué de particules elles-mêmes constituées d'une agrégation de cristallites dont la taille, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 25 nm, plus particulièrement d'au moins 30 ppm. Cette taille peut varier en fonction de la température du traitement thermique ou de la calcination subie par le précurseur lors de sa préparation.The phosphate of rhabdophane-type crystalline structure consists of particles that are themselves composed of an aggregation of crystallites whose size, measured in the (012) plane, is at least 25 nm, more particularly at least 30 ppm. . This size may vary depending on the temperature of the heat treatment or the calcination suffered by the precursor during its preparation.
Il est précisé ici et pour l'ensemble de la description que la valeur mesurée en DRX correspond à la taille du domaine cohérent calculé à partir de la largeur de la raie principale de diffraction correspondant au plan cristallographique (012). On utilise pour cette mesure le modèle de Scherrer, tel que décrit dans l'ouvrage « Théorie et technique de la radiochstallographie », A. Guinier, Dunod, Paris, 1956.It is specified here and for the whole of the description that the value measured in XRD corresponds to the size of the coherent domain calculated from the width of the main diffraction line corresponding to the crystallographic plane (012). The Scherrer model is used for this measurement, as described in the book "Theory and technique of radio-stallography", A. Guinier, Dunod, Paris, 1956.
Il faut noter que la description qui vient d'être faite sur la taille des cristallites s'applique essentiellement au cas des phosphates de structure rhabdophane car la détermination de cette taille par la technique DRX devient beaucoup plus difficile dans le cas d'une structure de type mixte rhabdophane/monazite.It should be noted that the description that has just been given on the crystallite size applies essentially to the case of phosphates of rhabdophane structure because the determination of this size by the XRD technique becomes much more difficult in the case of a structure of mixed type rhabdophane / monazite.
Cette taille de cristallite qui est plus importante que celles de phosphates de l'art antérieur obtenus après un traitement thermique à même température et pouvant présenter en outre la même taille de particules traduit une meilleure cristallisation des produits. Les phosphates du premier mode de réalisation n'ayant pas subi de traitement thermique sont généralement hydratés; toutefois, de simples séchages, opérés par exemple entre 60 et 1000C, suffisent à éliminer la majeure partie de cette eau résiduelle et à conduire à des phosphates de terres rares substantiellement anhydres, les quantités mineures d'eau restante étant quant à elles éliminées par des calcinations conduites à des températures plus élevées et supérieures à 4000C environ.This size of crystallite, which is greater than that of phosphates of the prior art obtained after a heat treatment at the same temperature and which may also have the same particle size, results in a better crystallization of the products. The phosphates of the first embodiment which have not undergone heat treatment are generally hydrated; however, simple drying, operated for example between 60 and 100 0 C, sufficient to remove most of this residual water and lead to substantially anhydrous rare earth phosphates, the minor amounts of remaining water being removed by calcinations conducted at higher temperatures and above about 400 ° C.
Pour le second mode de réalisation les phosphates présentent une structure cristalline de type monazite ce qui correspond à des produits qui sont obtenus après un traitement thermique plus poussé que dans le cas des phosphates du premier mode et opéré à une température d'au moins 600°C, avantageusement comprise entre 700 et 10000C.For the second embodiment, the phosphates have a monazite-type crystalline structure which corresponds to products which are obtained after a higher heat treatment than in the case of the phosphates of the first mode and operated at a temperature of at least 600 ° C. C, advantageously between 700 and 1000 ° C.
Comme pour le mode de réalisation précédent, les phosphates peuvent être dans ce cas phasiquement purs, c'est-à-dire que les diagrammes DRX ne font apparaître qu'une seule et unique phase monazite. Néanmoins, les phosphates de l'invention peuvent aussi ne pas être phasiquement purs et dans ce cas, les diagrammes DRX des produits montrent la présence de phases résiduelles très minoritaires.As for the previous embodiment, the phosphates can in this case be phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only one single monazite phase. Nevertheless, the phosphates of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases.
La teneur en lithium du phosphate selon ce second mode de réalisation est d'au plus 300 ppm, plus particulièrement d'au plus 250 ppm.The lithium content of the phosphate according to this second embodiment is at most 300 ppm, more particularly at most 250 ppm.
Comme pour le premier mode de réalisation, la teneur minimale en lithium n'est pas critique et elle peut correspondre à la valeur minimale détectable par la technique d'analyse utilisée pour mesurer cette teneur.As for the first embodiment, the minimum lithium content is not critical and may correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure this content.
Toutefois, généralement cette teneur minimale en lithium est généralement d'au moins 10 ppm, plus particulièrement d'au moins 90 ppm.However, generally this minimum lithium content is generally at least 10 ppm, more particularly at least 90 ppm.
Les phosphates de structure cristalline monazite sont constitués de particules elles-mêmes constituées d'une agrégation de cristallites dont la taille, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 70 nm, plus particulièrement d'au moins 80 nm, cette taille variant aussi en fonction de la température de calcination subi par le précurseur lors de sa préparation. Là encore, on peut faire ici la même remarque que précédemment en ce qui concerne la meilleure cristallisation des phosphates de l'invention par rapport aux phosphates de même structure de l'art antérieur.Phosphates of monazite crystalline structure consist of particles themselves consisting of an aggregation of crystallites whose size, measured in the (012) plane, is at least 70 nm, more particularly at least 80 nm, this size also varies according to the calcination temperature suffered by the precursor during its preparation. Here again, the same remark can be made here as before concerning the best crystallization of the phosphates of the invention compared with phosphates of the same structure of the prior art.
Bien que les phosphates ou précurseurs selon l'invention présentent, pour ceux ayant subi une calcination ou un traitement thermique à une température généralement supérieure à 600°C, et avantageusement comprise entre 800 et 900°C, des propriétés de luminescence à des longueurs d'onde variables selon la composition du produit et après exposition à un rayon de longueur d'onde donné (par exemple émission à une longueur d'onde d'environ 550 nm, c'est-à-dire dans le vert après exposition à un rayon de longueur d'onde de 254 nm pour les phosphate de lanthane, de cérium et de terbium), il est possible et même nécessaire d'améliorer encore ces propriétés de luminescence en procédant sur les produits à des post-traitements, et ceci afin d'obtenir un véritable luminophore directement utilisable en tant que tel dans l'application souhaitée.Although the phosphates or precursors according to the invention have, for those having undergone a calcination or a heat treatment at a temperature generally greater than 600 ° C., and advantageously between 800 and 900 ° C., luminescence properties at lengths of variable wave according to the composition of the product and after exposure to a radius of given wavelength (for example emission at a wavelength of about 550 nm, ie in green after exposure to a wavelength of 254 nm for lanthanum phosphate, of cerium and terbium), it is possible and even necessary to further improve these luminescence properties by proceeding with the products to post-treatments, and this in order to obtain a real luminophore directly usable as such in the desired application.
On comprend que la frontière entre un simple phosphate de terres rares et un réel luminophore reste arbitraire, et dépend du seul seuil de luminescence à partir duquel on considère qu'un produit peut être directement mis en œuvre de manière acceptable par un utilisateur.It is understood that the boundary between a single rare earth phosphate and a real phosphor remains arbitrary, and depends on the only luminescence threshold from which it is considered that a product can be directly implemented in a manner acceptable to a user.
Dans le cas présent, et de manière assez générale, on peut considérer et identifier comme précurseurs de luminophores des phosphates de terres rares selon l'invention qui n'ont pas été soumis à des traitements thermiques supérieurs à environ 9000C, car de tels produits présentent généralement des propriétés de luminescence que l'on peut juger comme ne satisfaisant pas au critère minimum de brillance des luminophores commerciaux susceptibles d'être utilisés directement et tels quels, sans aucune transformation ultérieure. A l'inverse, on peut qualifier de luminophores, les phosphates de terres rares qui, éventuellement après avoir été soumis à des traitements appropriés, développent des brillances convenables, et suffisantes pour être utilisés directement par un applicateur, par exemple dans des lampes ou des écrans de télévision.In the present case, and in a rather general manner, it is possible to consider and identify as phosphor precursors rare earth phosphates according to the invention which have not been subjected to heat treatments greater than about 900 ° C., since such The products generally have luminescence properties which can be judged as not satisfying the minimum brightness criterion of commercial phosphors which can be used directly and as such without any subsequent processing. On the other hand, rare earth phosphates which, possibly after being subjected to appropriate treatments, develop suitable glosses which are sufficient to be used directly by an applicator, for example in lamps or lamps, can be qualified as phosphors. television screens.
La description des luminophores selon l'invention va être faite ci- dessous.The description of the phosphors according to the invention will be made below.
Les luminophoresThe luminophores
Les luminophores de l'invention présentent des caractéristiques communes avec les phosphates ou précurseurs qui viennent d'être décrits.The phosphors of the invention have characteristics in common with the phosphates or precursors which have just been described.
Ainsi, ils présentent les mêmes caractéristiques de granulométhe que ceux-ci, c'est à dire une taille moyenne de particule comprise entre 1 et 15 μm avec un indice de dispersion d'au plus 0,5. Tout ce qui a été décrit plus haut au sujet de la granulométrie pour les précurseurs s'applique de même ici.Thus, they have the same granulomethane characteristics as these, ie an average particle size of between 1 and 15 μm with a dispersion index of at most 0.5. All that has been described above about granulometry for precursors applies likewise here.
Ils présentent aussi, sous une forme d'orthophosphate de même formule que celle donnée plus haut, une composition sensiblement identique à celle des précurseurs. Les proportions relatives de lanthane, cérium et terbium qui ont été données plus haut pour les précurseurs s'appliquent aussi ici. De même, ils peuvent comprendre les éléments promoteurs ou stabilisateurs qui ont été mentionnés plus haut pour les phosphates et dans les proportions indiquées.They also have, in a form of orthophosphate of the same formula as that given above, a composition substantially identical to that of the precursors. The relative proportions of lanthanum, cerium and terbium which have been given above for the precursors also apply here. Similarly, they may include the promoters or stabilizers that have been mentioned above for phosphates and in the proportions indicated.
Les luminophores ont une structure cristalline de type monazite. Selon un mode de réalisation préférentiel, les luminophores de l'invention sont phasiquement purs, c'est-à-dire que les diagrammes DRX ne font apparaître que la seule et unique phase monazite. Néanmoins, les luminophores de l'invention peuvent aussi ne pas être phasiquement purs et dans ce cas, les diagrammes DRX des produits montrent la présence de phases résiduelles très minoritaires. Ils contiennent du lithium dans une teneur d'au plus 75 ppm, plus particulièrement d'au plus 50 nm. Cette teneur est exprimée, là aussi, en masse d'élément lithium par rapport à la masse totale du luminophore.The phosphors have a crystalline structure of the monazite type. According to a preferred embodiment, the phosphors of the invention are phasically pure, that is to say that the XRD diagrams show only the single monazite phase. Nevertheless, the phosphors of the invention may also not be phasically pure and in this case, the X-ray product diagrams show the presence of very minor residual phases. They contain lithium in a content of not more than 75 ppm, more particularly not more than 50 nm. This content is also expressed in mass of lithium element relative to the total mass of the phosphor.
La teneur minimale en lithium n'est pas critique. Là aussi, comme pour les phosphates, elle peut correspondre à la valeur minimale détectable par la technique d'analyse utilisée pour mesurer la teneur en cet élément. Toutefois, généralement cette teneur minimale en lithium peut être d'au moins 10 ppm.The minimum lithium content is not critical. Here again, as for phosphates, it can correspond to the minimum value detectable by the analysis technique used to measure the content of this element. However, generally this minimum lithium content may be at least 10 ppm.
Selon un mode de réalisation particulier les luminophores ne contiennent pas d'autre élément alcalin que le lithium.According to a particular embodiment, the phosphors do not contain any other alkaline element than lithium.
Les luminophores de l'invention sont constitués de particules dont la longueur de cohérence, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 300 nm.The phosphors of the invention consist of particles whose coherence length, measured in the (012) plane, is at least 300 nm.
Cette longueur, qui est mesurée par la même technique que pour les précurseurs, peut varier en fonction de la température du traitement thermique ou de la calcination subi par le luminophore lors de sa préparation.This length, which is measured by the same technique as for the precursors, may vary depending on the temperature of the heat treatment or calcination undergone by the phosphor during its preparation.
Cette longueur de cohérence peut être plus particulièrement d'au moins 350 nm.This coherence length may be more particularly at least 350 nm.
Comme pour les précurseurs, on observe aussi ici que cette longueur de cohérence est plus importante que celles des luminophores de l'art antérieur obtenus après un traitement thermique à même température et pouvant présenter en outre la même taille de particules. Cela traduit là encore une meilleure cristallisation des produits ce qui est bénéfique pour leur propriété de luminescence, notamment pour le rendement de luminescence.As for the precursors, it is also observed here that this length of coherence is greater than those of the phosphors of the prior art obtained after heat treatment at the same temperature and may also have the same particle size. This again reflects a better crystallization of the products which is beneficial for their luminescence property, especially for the luminescence yield.
Les particules constituant les luminophores de l'invention peuvent avoir une forme sensiblement sphérique. Ces particules sont denses.The particles constituting the phosphors of the invention may have a substantially spherical shape. These particles are dense.
Les procédés de préparation des précurseurs et des luminophores de l'invention vont maintenant être décrits. Les procédés de préparation des phosphates ou précurseurs Le premier procédé qui va être décrit concerne la préparation des précurseurs selon le premier mode de réalisation, c'est-à-dire ceux à structure cristalline soit de type rhabdophane soit de type mixte rhabdophane/monazite. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :The processes for preparing precursors and phosphors of the invention will now be described. The processes for preparing the phosphates or precursors The first method which will be described concerns the preparation of the precursors according to the first embodiment, that is to say those with a crystalline structure, either of the rhabdophane type or of the mixed rhabdophane / monazite type. This method is characterized in that it comprises the following steps:
- on introduit, en continu, une première solution contenant des chlorures de terres rares (Ln), dans une seconde solution contenant des ions phosphates et présentant un pH initial inférieur à 2;a first solution containing rare earth chlorides (Ln) is continuously introduced into a second solution containing phosphate ions and having an initial pH of less than 2;
- on contrôle au cours de l'introduction de la première solution dans la seconde, le pH du milieu ainsi obtenu à une valeur constante et inférieure à 2, ce par quoi on obtient un précipité, la mise à un pH inférieur à 2 de la seconde solution pour la première étape ou le contrôle du pH pour la seconde étape ou les deux étant réalisés au moins en partie avec de l'hydroxyde de lithium;during the introduction of the first solution in the second, the pH of the medium thus obtained is checked at a constant value and less than 2, whereby a precipitate is obtained, the pH at second solution for the first step or the pH control for the second step or both being carried out at least in part with lithium hydroxide;
- on récupère le précipité ainsi obtenu et, éventuellement, on le calcine à une température inférieure à 6000C;the precipitate thus obtained is recovered and, if appropriate, calcined at a temperature of less than 600 ° C.
- on redisperse dans l'eau chaude le produit obtenu puis on le sépare du milieu liquide.the product obtained is redispersed in hot water and then separated from the liquid medium.
Les différentes étapes du procédé vont maintenant être détaillées. Selon l'invention, on réalise une précipitation directe et à pH contrôlé d'un phosphate de terre rare (Ln), et ceci en faisant réagir une première solution contenant des chlorures d'une ou plusieurs terres rares (Ln), ces éléments étant alors présents dans les proportions requises pour l'obtention du produit de composition désirée, avec une deuxième solution contenant des ions phosphates. Selon une première caractéristique importante du procédé, un certain ordre d'introduction des réactifs doit être respecté, et, plus précisément encore, la solution de chlorures de la ou des terres rares doit être introduite, progressivement et en continu, dans la solution contenant les ions phosphates. Selon une deuxième caractéristique importante du procédé selon l'invention, le pH initial de la solution contenant les ions phosphates doit être inférieur à 2, et de préférence compris entre 1 et 2.The different steps of the process will now be detailed. According to the invention, a direct precipitation is carried out at controlled pH of a rare earth phosphate (Ln), and this by reacting a first solution containing chlorides of one or more rare earths (Ln), these elements being then present in the proportions required to obtain the desired composition product, with a second solution containing phosphate ions. According to a first important characteristic of the process, a certain order of introduction of the reagents must be respected, and more precisely still, the chlorides solution of the rare earth element (s) must be introduced, progressively and continuously, into the solution containing the phosphate ions. According to a second important characteristic of the process according to the invention, the initial pH of the solution containing the phosphate ions must be less than 2, and preferably between 1 and 2.
Selon une troisième caractéristique, le pH du milieu de précipitation doit ensuite être contrôlé à une valeur de pH inférieure à 2, et de préférence comprise entre 1 et 2.According to a third characteristic, the pH of the precipitation medium must then be controlled at a pH value of less than 2, and preferably of between 1 and 2.
Par "pH contrôlé", on entend un maintien du pH du milieu de précipitation à une certaine valeur, constante ou sensiblement constante, par addition d'un composé basique dans la solution contenant les ions phosphates, et ceci simultanément à l'introduction dans cette dernière de la solution contenant les chlorures de terres rares. Le pH du milieu variera ainsi d'au plus 0,5 unité de pH autour de la valeur de consigne fixée, et de préférence encore d'au plus 0,1 unité de pH autour de cette valeur. La valeur de consigne fixée correspondra avantageusement au pH initial (inférieur à 2) de la solution contenant les ions phosphates.By "controlled pH" is meant a maintenance of the pH of the precipitation medium to a certain value, constant or substantially constant, by addition of a basic compound in the solution containing the phosphate ions, and this simultaneously with the introduction into the latter of the solution containing the rare earth chlorides. The pH of the medium will thus vary by at most 0.5 pH units around the fixed setpoint, and more preferably by at most 0.1 pH units around this value. The fixed set value will advantageously correspond to the initial pH (less than 2) of the solution containing the phosphate ions.
La précipitation est réalisée de préférence en milieu aqueux à une température qui n'est pas critique et qui est comprise, avantageusement, entre la température ambiante (15°C - 25°C) et 1000C. Cette précipitation a lieu sous agitation du milieu de réaction.Precipitation is preferably carried out in an aqueous medium at a temperature which is not critical and which is advantageously between room temperature (15 ° C - 25 ° C) and 100 ° C. This precipitation takes place with stirring. reaction medium.
Les concentrations des chlorures de terres rares dans la première solution peuvent varier dans de larges limites. Ainsi, la concentration totale en terres rares peut être comprise entre 0,01 mol/litre et 3 mol/litre.The concentrations of rare earth chlorides in the first solution can vary within wide limits. Thus, the total concentration of rare earths can be between 0.01 mol / liter and 3 mol / liter.
On notera enfin que la solution de chlorures de terres rares peut comprendre en outre d'autres sels métalliques, notamment des chlorures, comme par exemple des sels des éléments promoteurs ou stabilisateurs décrits plus haut, c'est-à-dire de bore et d'autres terres rares.Note finally that the solution of rare earth chlorides may further comprise other metal salts, including chlorides, such as salts of the promoter or stabilizer elements described above, that is to say boron and other rare earths.
Les ions phosphates destinés à réagir avec la solution des chlorures de terres rares peuvent être apportés par des composés purs ou en solution, comme par exemple l'acide phosphorique, les phosphates d'alcalins ou d'autres éléments métalliques donnant avec les anions associés aux terres rares un composé soluble.Phosphate ions intended to react with the solution of the rare earth chlorides can be provided by pure or in solution compounds, for example phosphoric acid, alkali phosphates or other metallic elements giving with the anions associated with the rare earths a soluble compound.
Les ions phosphates sont présents en quantité telle que l'on ait, entre les deux solutions, un rapport molaire PO4/Ln supérieur à 1 , et avantageusement compris entre 1 ,1 et 3.The phosphate ions are present in such a quantity that there is, between the two solutions, a molar ratio PO 4 / Ln greater than 1, and advantageously between 1, 1 and 3.
Comme souligné ci-avant dans la description, la solution contenant les ions phosphates doit présenter initialement (c'est à dire avant le début de l'introduction de la solution de chlorures de terres rares) un pH inférieur à 2, et de préférence compris entre 1 et 2. Aussi, si la solution utilisée ne présente pas naturellement un tel pH, ce dernier est amené à la valeur convenable désirée soit par ajout d'un composé basique, soit par ajout d'un acide (par exemple de l'acide chlorhydrique, dans le cas d'une solution initiale de pH trop élevé).As pointed out above in the description, the solution containing the phosphate ions must initially have (ie before the beginning of the introduction of the solution of rare earth chlorides) a pH of less than 2, and preferably included between 1 and 2. Also, if the solution used does not naturally have such a pH, it is brought to the desired suitable value either by adding a basic compound or by adding an acid (for example, hydrochloric acid, in the case of an initial solution of too high pH).
Par la suite, au cours de l'introduction de la solution contenant le ou les chlorures de terres rares, le pH du milieu de précipitation diminue progressivement; aussi, selon l'une des caractéristiques essentielles du procédé selon l'invention, dans le but de maintenir le pH du milieu de précipitation à la valeur constante de travail désirée, laquelle doit être inférieure à 2 et de préférence comprise entre 1 et 2, on introduit simultanément dans ce milieu un composé basique.Subsequently, during the introduction of the solution containing the rare earth chloride (s), the pH of the precipitation medium gradually decreases; also, according to one of the essential features of the process according to the invention, in order to maintain the pH of the precipitation medium at the desired constant work value, which must be less than 2 and preferably between 1 and 2, is introduced simultaneously into this medium a basic compound.
Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, le composé basique qui est utilisé soit pour amener le pH initial de la seconde solution contenant les ions phosphates à une valeur inférieure à 2 soit pour le contrôle du pH lors de la précipitation est, au moins en partie, de l'hydroxyde de lithium. Par « au moins en partie » on entend qu'il est possible d'utiliser un mélange de composés basiques dont au moins un est de l'hydroxyde de lithium. L'autre composé basique peut être par exemple de l'ammoniaque. Selon un mode de réalisation préférentiel on utilise un composé basique qui est uniquement l'hydroxyde de lithium et selon un autre mode de réalisation encore plus préférentiel on utilise l'hydroxyde de lithium seul et pour les deux opérations précitées c'est-à-dire à la fois pour amener le pH de la seconde solution à la valeur convenable et pour le contrôle du pH de précipitation. Dans ces deux modes de réalisation préférentiels on diminue ou on supprime le rejet de produits azotés qui pourraient être apportés par un composé basique comme l'ammoniaque.According to another characteristic of the process of the invention, the basic compound which is used either to bring the initial pH of the second solution containing the phosphate ions to a value of less than 2 or to control the pH during the precipitation is, at less in part, lithium hydroxide. By "at least in part" is meant that it is possible to use a mixture of basic compounds of which at least one is lithium hydroxide. The other basic compound may be, for example, ammonia. According to a preferred embodiment, a basic compound which is solely lithium hydroxide is used and according to another even more preferred embodiment, lithium hydroxide alone is used and for the two abovementioned operations, that is to say both to bring the pH of the second solution to the proper value and to control the pH of precipitation. In these two preferred embodiments, the rejection of nitrogen products which may be provided by a basic compound such as ammonia is reduced or eliminated.
A l'issue de l'étape de précipitation, on obtient directement un phosphate, de terre rare (Ln), éventuellement additivé par d'autres éléments. La concentration globale en terres rares dans le milieu final de précipitation, est alors avantageusement supérieure à 0,25 mol/litre.At the end of the precipitation step, a phosphate of rare earth (Ln) is obtained directly, possibly additive by other elements. The overall concentration of rare earths in the final precipitation medium is then advantageously greater than 0.25 mol / liter.
A l'issue de la précipitation il est possible éventuellement d'effectuer un mûrissement en maintenant le milieu réactionnel obtenu précédemment à une température située dans la même gamme de température que celle à laquelle la précipitation a eu lieu et pendant une durée qui peut être comprise entre un quart d'heure et une heure par exemple.At the end of the precipitation, it is possible to carry out a maturing process by maintaining the reaction medium obtained previously at a temperature situated in the same temperature range as that at which the precipitation took place and for a period which can be understood between a quarter of an hour and an hour for example.
Le précipité de phosphate peut être récupéré par tout moyen connu en soi, en particulier par simple filtration. En effet, dans les conditions du procédé selon l'invention, on précipite un phosphate de terre rare non gélatineux et aisément filtrable.The phosphate precipitate can be recovered by any means known per se, in particular by simple filtration. Indeed, under the conditions of the process according to the invention, a non-gelatinous rare earth phosphate is precipitated and easily filtered.
Le produit récupéré est ensuite lavé, par exemple avec de l'eau, puis séché.The recovered product is then washed, for example with water, and then dried.
Le produit peut ensuite être soumis à un traitement thermique ou calcination. La température et la durée de cette calcination est fonction de la structure cristalline souhaitée pour le phosphate qui en sera issu. Généralement une température de calcination jusqu'à environ 4000C permet d'obtenir un produit à structure rhabdophane, structure qui est aussi celle présentée par le produit non calciné issu de la précipitation. Pour la structure mixte rhabdophane/monazite, la température de calcination est généralement d'au moins 4000C environ et elle peut aller jusqu'à une température inférieure à 6000C; elle peut être comprise ainsi entre 400°C et 5000C.The product can then be subjected to heat treatment or calcination. The temperature and duration of this calcination is a function of the desired crystalline structure for the phosphate that will be derived therefrom. Generally a calcination temperature up to about 400 0 C provides a product rhabdophane structure, which is also that presented by the non-calcined product from precipitation. For the structure mixed rhabdophane / monazite, the calcination temperature is generally at least 400 0 C and can go up to a temperature below 600 0 C; it can thus be between 400 ° C. and 500 ° C.
A titre d'exemple uniquement, cette durée peut être comprise entre 1 et 3 heures.By way of example only, this duration can be between 1 and 3 hours.
Le traitement thermique se fait généralement sous air. La taille de cristallite du phosphate sera d'autant plus grande que la température de calcination sera élevée.Heat treatment is usually done under air. The crystallite size of the phosphate will be greater the higher the calcination temperature.
Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le produit issu de la calcination ou encore issu de la précipitation en cas d'absence de traitement thermique est ensuite redispersé dans de l'eau chaude.According to another important characteristic of the invention, the product resulting from the calcination or from the precipitation in the absence of heat treatment is then redispersed in hot water.
Cette redispersion se fait en introduisant le produit solide dans l'eau et sous agitation. La suspension ainsi obtenue est maintenue sous agitation pendant une durée qui peut être comprise entre 1 et 6 heures environ, plus particulièrement entre 1 et 3 heures environ.This redispersion is done by introducing the solid product into the water and stirring. The suspension thus obtained is kept stirring for a period which may be between 1 and 6 hours, more particularly between 1 and 3 hours.
La température de l'eau peut être d'au moins 30°C, plus particulièrement d'au moins 60°C et elle peut être comprise entre environ 300C et 90°C, de préférence entre 60°C et 900C sous pression atmosphérique. Il est possible de conduire cette opération sous pression, par exemple dans un autoclave, à une température qui peut être alors comprise entre 100°C et 200°C, plus particulièrement entre 1000C et 150°C.The temperature of the water may be at least 30 ° C, more preferably at least 60 ° C and may be between about 30 ° C and 90 ° C, preferably between 60 ° C and 90 ° C under atmospheric pressure. It is possible to carry out this operation under pressure, for example in an autoclave, at a temperature which can then be between 100 ° C. and 200 ° C., more particularly between 100 ° C. and 150 ° C.
Dans une dernière étape on sépare par tout moyen connu en soi, par exemple par simple filtration le solide du milieu liquide. Il est possible éventuellement de répéter une ou plusieurs fois l'étape de redispersion dans les conditions décrites plus haut, éventuellement à une température différente de celle à laquelle a été conduite la première redispersion.In a final step is separated by any known means, for example by simple filtration of the solid liquid medium. It is possible to repeat the redispersion step one or more times under the conditions described above, possibly at a temperature different from that at which the first redispersion was conducted.
Le produit séparé peut être lavé, à l'eau notamment, et peut être séché. On obtient ainsi le phosphate de terre rare (Ln) à structure rhabdophane ou rhabdophane/monazite de l'invention et présentant les teneurs requises en lithium.The separated product can be washed, especially with water, and can be dried. This gives the rare earth phosphate (Ln) structure rhabdophane or rhabdophane / monazite of the invention and having the required lithium levels.
Le procédé de préparation des phosphates de terre rare (Ln) selon le second mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire à structure cristalline de type monazite est très proche de celui qui vient d'être décrit. Il n'en diffère que par le fait que le produit issu de la précipitation est calciné à une température d'au moins 600°C. Ce qui a été décrit plus haut pour les étapes précédentes dans le procédé de préparation des phosphates du premier mode s'applique donc de même ici pour le procédé de préparation des phosphates du second mode. Le traitement thermique ou calcination peut se faire plus particulièrement à une température comprise entre 800 et 9000C.The process for the preparation of rare earth phosphates (Ln) according to the second embodiment of the invention, that is to say with a crystalline structure of monazite type, is very similar to that which has just been described. It differs only in that the product resulting from the precipitation is calcined at a temperature of at least 600 ° C. What has been described above for the preceding steps in the process for the preparation of the phosphates of the first mode is therefore likewise applicable here for the process for the preparation of phosphates of the second mode. The heat treatment or calcination can be carried out more particularly at a temperature of between 800 and 900 ° C.
Là encore, la taille de cristallite du phosphate sera d'autant plus grande que la température de calcination sera élevée.Here again, the crystallite size of the phosphate will be greater the higher the calcination temperature.
La suite du procédé et notamment l'étape de redispersion dans l'eau est identique à celle décrite plus haut pour les phosphate selon le premier mode de réalisation.The rest of the process and in particular the redispersion step in water is identical to that described above for the phosphates according to the first embodiment.
Le procédé de préparation des luminophores Les luminophores de l'invention sont obtenus par calcination à une température d'au moins 10000C d'un phosphate ou précurseur selon les deux modes de réalisation tels que décrits plus haut ou d'un phosphate ou précurseur obtenu par les procédés qui ont aussi été décrits précédemment. Cette température peut être comprise entre 1000°C et 13000C environ. Par ce traitement, les phosphates ou précurseurs sont transformés en luminophores efficaces.The process for preparing phosphors The phosphors of the invention are obtained by calcination at a temperature of at least 1000 ° C. of a phosphate or precursor according to the two embodiments as described above or of a phosphate or precursor obtained by the methods which have also been described previously. This temperature can be between 1000 ° C and 1300 0 C. By this treatment, the phosphates or precursors are converted into effective phosphors.
La calcination peut se faire sous air, sous gaz inerte mais aussi et de préférence sous atmosphère réductrice (H2, N2/H2 ou Ar/H2 par exemple) afin, dans ce dernier cas, de convertir l'ensemble des espèces Ce et Tb à leur état d'oxydation (+III).The calcination can be carried out under air, under an inert gas but also and preferably under a reducing atmosphere (H 2 , N 2 / H 2 or Ar / H 2 for example), in the latter case, to convert all the species This and Tb at their oxidation state (+ III).
De manière connue, la calcination peut se faire en présence d'un flux ou agent fondant comme, par exemple, le fluorure de lithium, le tétraborate de lithium, le chlorure de lithium, le carbonate de lithium, le phosphate de lithium, le chlorure de potassium, le chlorure d'ammonium, l'oxyde de bore et l'acide borique et les phosphates d'ammonium, ainsi que leurs mélanges.In a known manner, the calcination can be carried out in the presence of a flux or fluxing agent such as, for example, lithium fluoride, lithium tetraborate, lithium chloride, lithium carbonate, lithium phosphate, chloride of potassium, ammonium chloride, boric oxide and boric acid and ammonium phosphates, and mixtures thereof.
Dans le cas de l'utilisation d'un flux, on obtient un luminophore qui présente des propriétés de luminescence qui, généralement, sont au moins équivalentes à celles des luminophores connus. L'avantage de l'invention le plus important ici est que les luminophores proviennent de précurseurs qui sont eux-mêmes issus d'un procédé qui rejette moins de produits azotés que les procédés connus ou pas du tout.In the case of the use of a flux, a luminophore is obtained which exhibits luminescence properties which, generally, are at least equivalent to those of known phosphors. The advantage of the most important invention here is that the phosphors come from precursors which are themselves derived from a process that rejects less nitrogen products than known methods or not at all.
Il est aussi possible de conduire la calcination en absence de tout flux donc sans mélange préalable de l'agent fondant avec le phosphate ce qui contribue à diminuer le taux d'impuretés présentes dans le luminophore. De plus on évite ainsi l'utilisation de produits qui peuvent contenir de l'azote ou dont la mise en œuvre doit se faire dans des normes strictes de sécurité compte tenu de leur possible toxicité ce qui est le cas d'un nombre important des agents fondants mentionnés plus haut. Toujours dans le cas de la calcination sans flux on constate que les précurseurs de l'invention permettent d'obtenir des luminophores dont les propriétés de luminescence sont au moins équivalentes à celles des luminophores obtenus à partir de précurseurs de l'art antérieur. Après traitement, les particules sont avantageusement lavées, de manière à obtenir un luminophore le plus pur possible et dans un état désaggloméré ou faiblement aggloméré. Dans ce dernier cas, il est possible de désagglomérer le luminophore en lui faisant subir un traitement de désagglomération dans des conditions douces. Les luminophores de l'invention présentent des propriétés de luminescence intenses pour des excitations électromagnétiques correspondant aux divers domaines d'absorption du produit.It is also possible to carry out the calcination in the absence of any flux, thus without prior mixing of the fluxing agent with the phosphate, which contributes to reducing the level of impurities present in the phosphor. In addition, it avoids the use of products that may contain nitrogen or whose implementation must be done in strict safety standards given their possible toxicity, which is the case for a large number of agents. fondants mentioned above. Still in the case of calcination without flux it is found that the precursors of the invention make it possible to obtain phosphors whose luminescence properties are at least equivalent to those of phosphors obtained from precursors of the prior art. After treatment, the particles are advantageously washed, so as to obtain the purest phosphor possible and in a deagglomerated or weakly agglomerated state. In the latter case, it is possible to deagglomerate the phosphor by subjecting it to deagglomeration treatment under mild conditions. The luminophores of the invention exhibit intense luminescence properties for electromagnetic excitations corresponding to the various absorption domains of the product.
Ainsi, les luminophores à base de cérium et de terbium de l'invention peuvent être utilisés dans les systèmes d'éclairage ou de visualisation présentant une source d'excitation dans la gamme UV (200 - 280 nm), par exemple autour de 254 nm. On notera en particulier les lampes trichromatiques à vapeur de mercure, les lampes pour rétro-éclairage des systèmes à cristaux liquides, sous forme tubulaire ou planaire (LCD Back Lighting). Ils présentent une forte brillance sous excitation UV, et une absence de perte de luminescence à la suite d'un post-traitement thermique. Leur luminescence est en particulier stable sous UV à des températures relativement élevées (100 - 3000C).Thus, the cerium and terbium phosphors of the invention can be used in lighting or visualization systems having an excitation source in the UV range (200-280 nm), for example around 254 nm . Of particular note are mercury vapor trichromatic lamps, backlighting lamps for liquid crystal systems, in tubular or planar form (LCD Back Lighting). They exhibit a high gloss under UV excitation, and a lack of luminescence loss as a result of thermal post-treatment. Their luminescence is particularly stable under UV at relatively high temperatures (100 - 300 0 C).
Les luminophores à base de terbium et de lanthane ou de lanthane, de cérium et de terbium de l'invention sont également de bons candidats comme luminophores verts pour les systèmes à excitation VUV (ou "plasma"), que sont par exemple les écrans plasma et les lampes trichromatiques sans mercure, notamment les lampes à excitation Xénon (tubulaires ou planaires). Les luminophores de l'invention possèdent une forte émission verte sous excitation VUV (par exemple, autour de 147 nm et 172 nm). Les luminophores sont stables sous excitation VUV.The phosphors based on terbium and lanthanum or lanthanum, cerium and terbium of the invention are also good candidates as green phosphors for VUV (or "plasma") excitation systems, such as for example plasma screens. and mercury-free trichromatic lamps, especially Xenon excitation lamps (tubular or planar). The luminophores of the invention have a high green emission under VUV excitation (for example, around 147 nm and 172 nm). The phosphors are stable under VUV excitation.
Les luminophores de l'invention peuvent également être utilisés comme luminophores verts dans des dispositifs à excitation par diode électroluminescente. Ils peuvent être notamment utilisés dans des systèmes excitables dans le proche UV. Ils peuvent être également utilisés dans des systèmes de marquage à excitation UV.The phosphors of the invention can also be used as green phosphors in LED devices. They can be used especially in systems excitable in the near UV. They can also be used in UV excitation labeling systems.
Les luminophores de l'invention peuvent être mis en œuvre dans les systèmes de lampes et d'écrans par des techniques bien connues, par exemple par sérigraphie, par pulvérisation, par électrophorèse ou sédimentation.The luminophores of the invention can be implemented in lamp and screen systems by well known techniques, for example by for example by screen printing, spraying, electrophoresis or sedimentation.
Ils peuvent également être dispersés dans des matrices organiques (par exemple, des matrices plastiques ou des polymères transparents sous UV ...), minérales (par exemple, de la silice) ou hybrides organo-minérales.They can also be dispersed in organic matrices (for example, plastic matrices or transparent polymers under UV ...), mineral (for example, silica) or organo-mineral hybrids.
L'invention concerne aussi, selon un autre aspect, les dispositifs luminescents du type précité, comprenant, à titre de source de luminescence verte, les luminophores tels que décrits plus haut ou les luminophores obtenus à partir de procédés décrits aussi précédemment. Des exemples vont maintenant être donnés.According to another aspect, the invention also relates to luminescent devices of the above-mentioned type, comprising, as a source of green luminescence, the phosphors as described above or the phosphors obtained from processes described above. Examples will now be given.
Dans ces exemples, la teneur en lithium est déterminée, comme indiqué précédemment, par deux techniques de mesure. Pour la technique de fluorescence X, il s'agit d'une analyse semi quantitative effectuée sur la poudre du produit tel quel. L'appareil utilisé est un spectromètre de Fluorescence X MagiX PRO PW 2540 de PANalytical. La technique ICP-AES (ou OES) est mise en œuvre en effectuant un dosage quantitatif par ajouts dosés avec un appareil ULTIMA de JOBIN YVON. Les échantillons sont préalablement soumis à une minéralisation (ou digestion) en milieu nitrique- perchlorique assistée par micro-ondes en réacteurs fermés. (Système MARS - CEM).In these examples, the lithium content is determined, as indicated above, by two measurement techniques. For the X-ray fluorescence technique, it is a semi-quantitative analysis performed on the powder of the product as such. The apparatus used is PANalytical's MagiX PRO PW 2540 Fluorescence Spectrometer. The ICP-AES (or OES) technique is carried out by performing a quantitative assay by additions dosed with a ULTIMA device of JOBIN YVON. The samples are first subjected to mineralization (or digestion) in nitric-perchloric medium assisted by microwaves in closed reactors. (MARS system - CEM).
Le rendement de luminescence est mesuré sur des produits sous forme de poudre en comparant les aires sous la courbe du spectre d'émission entre 380 nm et 750 nm enregistré avec un spectrofluorimètre sous excitation de 254 nm et en attribuant une valeur de 100% à l'aire obtenue pour le produit comparatif.The luminescence efficiency is measured on powdered products by comparing the areas under the emission spectrum curve between 380 nm and 750 nm recorded with a spectrofluorometer under excitation of 254 nm and assigning a value of 100% to the obtained for the comparative product.
EXEMPLE 1 COMPARATIFEXAMPLE 1 COMPARATIVE
Cet exemple concerne la préparation d'un phosphate de lanthane, de cérium et de terbium selon l'art antérieur. Dans 1 L d'une solution à 1 ,73 mol/L d'acide phosphorique H3PO4 de grade analytique préalablement amenée à pH 1 ,6 par addition d'ammoniaque et portée à 600C, sont ajoutés en une heure 1 L d'une solution de nitrates de terres rares de pureté 4N, de concentration globale 1 ,5 mol/L et se décomposant comme suit : 0,66 mol/L de nitrate de lanthane, 0,65 mol/L de nitrate de cérium et 0,20 mol/L de nitrate de terbium. Le pH au cours de la précipitation est régulé à 1 ,6 par ajout d'ammoniaque.This example relates to the preparation of a lanthanum phosphate, cerium and terbium according to the prior art. In 1 L of a solution of 1.73 mol / L of phosphoric acid H 3 PO 4 analytical grade previously brought to pH 1, 6 by addition of ammonia and brought to 60 0 C, are added in one hour 1 L of a solution of rare earth nitrates of purity 4N, of overall concentration 1, 5 mol / L and decomposing as follows: 0.66 mol / L of lanthanum nitrate, 0.65 mol / L of cerium nitrate and 0.20 mol / L of terbium nitrate. The pH during the precipitation is regulated to 1, 6 by addition of ammonia.
A l'issue de l'étape de précipitation, le mélange est encore maintenu 1 h à 600C. Le précipité résultant est ensuite récupéré par filtration, lavé à l'eau puis séché à 600C sous air, puis soumis à un traitement thermique de 2h à 8400C sous air. On obtient à l'issue de cette étape un précurseur de composition (Lao,44Ceo,43Tbo,i3)PO4.At the end of the precipitation step, the mixture is further maintained for 1 h at 60 ° C. The resulting precipitate is then recovered by filtration, washed with water and then dried at 60 ° C. under air and then subjected to a heat treatment for 2 h at 840 ° C. under air. Is obtained at the end of this step a precursor composition (Lao, 44 Ceo, 4 3Tbo, i3) PO 4.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
Cet exemple concerne la préparation d'un phosphate de lanthane, de cérium et de terbium selon l'invention.This example relates to the preparation of a lanthanum phosphate, cerium and terbium according to the invention.
Dans 1 L d'une solution à 1 ,5 mol/L d'acide phosphorique H3PO4 de grade analytique préalablement amenée à pH 1 ,6 par addition de LiOH et portée à 60°C, sont ajoutés en une heure 1 L d'une solution de chlorures de terres rares de pureté 4N, de concentration globale 1 ,3 mol/L et se décomposant comme suit : 0,57 mol/L de chlorure de lanthane, 0,56 mol/L de chlorure de cérium et 0,17 mol/L de chlorure de terbium. Le pH au cours de la précipitation est régulé à 1 ,6 par ajout de LiOH A l'issue de l'étape de précipitation, le mélange est encore maintenu 15 minutes à 600C. Le précipité résultant est ensuite récupéré par filtration, lavé à l'eau puis séché à 60°C sous air, puis soumis à un traitement thermique de 2h à 840°C sous air. A l'issue de la calcination, le produit obtenu est redispersé dans l'eau à 800C pendant 3h, puis lavé et filtré, et enfin séché. On obtient à l'issue de cette étape un précurseur de composition (Lao,44Ceo,43~rbo,i3)PO4.In 1 L of a solution of 1.5 mol / L of phosphoric acid H 3 PO 4 analytical grade previously brought to pH 1, 6 by addition of LiOH and heated to 60 ° C, are added in one hour 1 L of a solution of rare earth chlorides of 4N purity, of overall concentration 1.3 mol / L and decomposing as follows: 0.57 mol / L of lanthanum chloride, 0.56 mol / L of cerium chloride and 0.17 mol / L of terbium chloride. The pH during the precipitation is regulated to 1, 6 by adding LiOH. After the precipitation step, the mixture is further maintained for 15 minutes at 60 ° C. The resulting precipitate is then recovered by filtration, washed with water and then dried at 60 ° C in air and then subjected to a heat treatment of 2h to 840 ° C under air. At the end of the calcination, the product obtained is redispersed in water at 80 ° C. for 3 hours, then washed and filtered, and finally dried. Is obtained at the end of this step a precursor composition (Lao, 44 Ceo, 4 3 ~ rbo, i3) PO 4.
Les caractéristiques des produits des exemples 1 et 2 sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous.The characteristics of the products of Examples 1 and 2 are presented in Table 1 below.
Tableau 1Table 1
Le phosphate précurseur de l'invention est mieux cristallisé que celui de l'art antérieur tout en conservant des caractéristiques granulométriques semblables. EXEMPLE 3 COMPARATIFThe precursor phosphate of the invention is better crystallized than that of the prior art while maintaining similar granulometric characteristics. COMPARATIVE EXAMPLE 3
Cet exemple concerne la préparation d'un luminophore selon l'art antérieur obtenu à partir du phosphate de l'exemple 1.This example relates to the preparation of a phosphor according to the prior art obtained from the phosphate of Example 1.
Le phosphate précurseur obtenu à l'exemple 1 est retraité sous atmosphère réductrice (Ar/H2) pendant 2h à 10000C. Le produit de calcination obtenu est alors lavé dans l'eau chaude à 800C pendant 3h, puis filtré et séché.The precursor phosphate obtained in Example 1 is reprocessed under a reducing atmosphere (Ar / H 2) for 2 h at 1000 ° C. The calcination product obtained is then washed in hot water at 80 ° C. for 3 h, then filtered and dried. .
EXEMPLE 4 Cet exemple concerne la préparation d'un luminophore selon l'invention obtenu à partir du phosphate de l'exemple 2.EXAMPLE 4 This example relates to the preparation of a luminophore according to the invention obtained from the phosphate of Example 2.
Le phosphate précurseur obtenu à l'exemple 2 est retraité dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 3.The precursor phosphate obtained in Example 2 is reprocessed under the same conditions as those of Example 3.
Les caractéristiques des produits des exemples 3 et 4 sont présentées dans le tableau 2 ci-dessous.The characteristics of the products of Examples 3 and 4 are presented in Table 2 below.
Tableau 2Table 2
Le rendement de luminescence du produit de l'invention 4 est donné par rapport au produit comparatif 3. The luminescence yield of the product of the invention 4 is given with respect to the comparative product 3.

Claims

REVENDICATIONS
1- Phosphate de terre rare (Ln) Ln représentant soit au moins une terre rare choisie parmi le cérium et le terbium, soit le lanthane en combinaison avec au moins l'une des deux terres rares précitées, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline soit de type rhabdophane soit de type mixte rhabdophane/monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 300 ppm.1-rare earth phosphate (Ln) Ln representing either at least one rare earth selected from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the two rare earths mentioned above, characterized in that it has a crystalline structure either of the rhabdophane type or of the mixed rhabdophane / monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
2- Phosphate selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué de cristallites dont la taille, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 25 nm.2- phosphate according to claim 1 characterized in that it consists of crystallites whose size, measured in the plane (012), is at least 25 nm.
3- Phosphate de terre rare (Ln) Ln représentant soit au moins une terre rare choisie parmi le cérium et le terbium, soit le lanthane en combinaison avec au moins l'une des deux terres rares précitées, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline de type monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 300 ppm.3- rare earth phosphate (Ln) Ln representing either at least one rare earth chosen from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the two rare earths mentioned above, characterized in that it has a crystalline structure of the monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 300 ppm.
4- Phosphate selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sa teneur en lithium est d'au moins 10 ppm.4- phosphate according to one of claims 1 to 3, characterized in that its lithium content is at least 10 ppm.
5- Phosphate selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sa teneur en lithium est d'au moins 90 ppm.5. Phosphate according to one of claims 1 to 3, characterized in that its lithium content is at least 90 ppm.
6- Phosphate selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'il est constitué de cristallites dont la taille, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 70 nm.6. Phosphate according to one of claims 3 to 5 characterized in that it consists of crystallites whose size, measured in the plane (012), is at least 70 nm.
7- Phosphate selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de particules présentant une taille moyenne comprise entre 1 et 15 μm, de préférence avec un indice de dispersion d'au plus 0,5.7. The phosphate as claimed in one of the preceding claims, characterized in that it consists of particles having a mean size of between 1 and 15 μm, preferably with a dispersion index of at most 0.5.
8- Phosphate selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un produit de formule générale (1 ) suivante :8. The phosphate according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a product of general formula (1) below:
LaxCeyTbzPO4 (1 ) dans laquelle la somme x+y+z est égale à 1 et au moins un de y et de z est différent de 0, x pouvant être compris plus particulièrement entre 0,4 et 0,95. 9- Luminophore à base d'un phosphate de terre rare (Ln) Ln représentant soit au moins une terre rare choisie parmi le cérium et le terbium, soit le lanthane en combinaison avec au moins l'une des deux terres rares précitées, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline de type monazite et en ce qu'il contient du lithium, la teneur en lithium étant d'au plus 75 ppm.La x Ce y Tb z PO 4 (1) wherein the sum x + y + z is equal to 1 and at least one of y and z is different from 0, x can be understood more particularly between 0 and 0.4 95. 9- phosphor based on a rare earth phosphate (Ln) Ln representing either at least one rare earth chosen from cerium and terbium, or lanthanum in combination with at least one of the two rare earths mentioned above, characterized in it has a crystalline structure of monazite type and in that it contains lithium, the lithium content being at most 75 ppm.
10- Luminophore selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est constitué de particules dont la longueur de cohérence, mesurée dans le plan (012), est d'au moins 300 nm.10- phosphor according to claim 9, characterized in that it consists of particles whose coherence length, measured in the plane (012), is at least 300 nm.
11 - Luminophore selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que sa teneur en lithium est d'au moins 10 ppm.11 - phosphor according to claim 9 or 10, characterized in that its lithium content is at least 10 ppm.
12- Procédé de préparation d'un phosphate selon l'une des revendications 1 , 2 et 4, 5, 7 ou 8 en combinaison avec l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :12- Process for preparing a phosphate according to one of claims 1, 2 and 4, 5, 7 or 8 in combination with one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises the following steps:
- on introduit, en continu, une première solution contenant des chlorures de terres rares (Ln), dans une seconde solution contenant des ions phosphates et présentant un pH initial inférieur à 2;a first solution containing rare earth chlorides (Ln) is continuously introduced into a second solution containing phosphate ions and having an initial pH of less than 2;
- on contrôle au cours de l'introduction de la première solution dans la seconde, le pH du milieu ainsi obtenu à une valeur constante et inférieure à 2 ce par quoi on obtient un précipité, la mise à un pH inférieur à 2 de la seconde solution pour la première étape ou le contrôle du pH pour la seconde étape ou les deux étant réalisés au moins en partie avec de l'hydroxyde de lithium;during the introduction of the first solution in the second, the pH of the medium thus obtained is controlled at a constant value and less than 2, whereby a precipitate is obtained, the setting at a pH below 2 of the second solution for the first step or pH control for the second step or both being carried out at least in part with lithium hydroxide;
- on récupère le précipité ainsi obtenu et, éventuellement, on le calcine à une température inférieure à 6000C;the precipitate thus obtained is recovered and, if appropriate, calcined at a temperature of less than 600 ° C.
- on redisperse dans l'eau chaude le produit obtenu puis on le sépare du milieu liquide.the product obtained is redispersed in hot water and then separated from the liquid medium.
13- Procédé de préparation d'un phosphate selon la revendication 3 ou l'une des revendications 4 à 8 en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :13- Process for preparing a phosphate according to claim 3 or one of claims 4 to 8 in combination with claim 3, characterized in that it comprises the following steps:
- on introduit, en continu, une première solution contenant des chlorures de terres rares (Ln), dans une seconde solution contenant des ions phosphates et présentant un pH initial inférieur à 2;a first solution containing rare earth chlorides (Ln) is continuously introduced into a second solution containing phosphate ions and having an initial pH of less than 2;
- on contrôle au cours de l'introduction de la première solution dans la seconde, le pH du milieu ainsi obtenu à une valeur constante et inférieure à 2, ce par quoi on obtient un précipité, la mise à un pH inférieur à 2 de la seconde solution pour la première étape ou le contrôle du pH pour la seconde étape ou les deux étant réalisés au moins en partie avec de l'hydroxyde de lithium;during the introduction of the first solution in the second, the pH of the medium thus obtained is checked at a constant value and less than 2, whereby a precipitate is obtained, bringing the second solution for the first step or the pH control for the second step or both to at least a portion with lithium hydroxide at a pH of less than 2;
- on récupère le précipité ainsi obtenu et on le calcine à une température d'au moins 6000C;the precipitate thus obtained is recovered and calcined at a temperature of at least 600 ° C .;
- on redisperse dans l'eau chaude le produit obtenu puis on le sépare du milieu liquide.the product obtained is redispersed in hot water and then separated from the liquid medium.
14- Procédé de préparation d'un luminophore selon l'une des revendications 9 à 11 , caractérisé en ce qu'on calcine à une température d'au moins 10000C un phosphate selon l'une des revendications 1 à 8 ou un phosphate obtenu par le procédé selon la revendication 12 ou 13.14- Process for the preparation of a luminophore according to one of claims 9 to 11, characterized in that calcined at a temperature of at least 1000 0 C a phosphate according to one of claims 1 to 8 or a phosphate obtained by the process according to claim 12 or 13.
15- Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on effectue la calcination sous atmosphère réductrice.15. Process according to claim 14, characterized in that the calcination is carried out under a reducing atmosphere.
16- Dispositif du type système à plasma, lampe à vapeur de mercure, lampe de rétro-éclairage de systèmes à cristaux liquides, lampe trichromatique sans mercure, dispositif à excitation par diode électroluminescente, système de marquage à excitation UV, caractérisé en ce qu'il comprend ou en ce qu'il est fabriqué en utilisant un luminophore selon l'une des revendications 9 à 11 ou un luminophore obtenu par le procédé selon la revendication 14 ou 15. 16- Plasma system device, mercury vapor lamp, backlighting lamp for liquid crystal systems, mercury-free trichromatic lamp, light-emitting diode-driven device, UV-activated marking system, characterized in that it comprises or is manufactured using a luminophore according to one of claims 9 to 11 or a luminophore obtained by the process according to claim 14 or 15.
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