TW201437182A - 強散射性陶瓷轉換器及其製備方法 - Google Patents

強散射性陶瓷轉換器及其製備方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201437182A
TW201437182A TW102147942A TW102147942A TW201437182A TW 201437182 A TW201437182 A TW 201437182A TW 102147942 A TW102147942 A TW 102147942A TW 102147942 A TW102147942 A TW 102147942A TW 201437182 A TW201437182 A TW 201437182A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
converter
cermet
weight
sintering
ceramic
Prior art date
Application number
TW102147942A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI570093B (zh
Inventor
Yvonne Menke
Volker Hagemann
Bernd Hoppe
Original Assignee
Schott Ag
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 Schott Ag filed Critical Schott Ag
Publication of TW201437182A publication Critical patent/TW201437182A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI570093B publication Critical patent/TWI570093B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—Aluminates
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C04B2235/764—Garnet structure A3B2(CO4)3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/81—Materials characterised by the absence of phases other than the main phase, i.e. single phase materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • Y—GENERAL 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]

Abstract

本發明係有關於一種密度＜97%的強散射性光陶瓷轉換器材料以及一種製備相應光陶瓷的方法。採用該製備方法後，特別是能利用成分、混合工藝及燒結條件來為轉換器材料提供量身定做的性能。

Description

強散射性陶瓷轉換器及其製備方法 發明領域
本發明係有關於由光陶瓷材料構成的強散射性轉換器，本發明之轉換器在漫反射(remisson)式光電子部件中的應用，以及一種提供本發明之轉換器的製備方法。
發明背景
轉換器材料應用於光電子部件，如LED中。其中，轉換器材料對所射入之具有第一波長的激勵光(下文亦稱藍色激勵光)至少部分地進行轉換並發射具有第二波長的光。其中，陶瓷轉換器材料因其物理性能較佳而得到愈來愈多的應用。
陶瓷轉換器材料通常應用於具有透射配置的轉換器中。採用透射轉換器時，藍色激勵光入射至轉換器材料的一側，另一側供射出該轉換器的光使用。
為用透射轉換器產生白色的色彩印象，必須將一定比例的藍色激勵光混入所發射的光。所混入之藍色激勵光的比例與經轉換之發射光的波長及需要達到的色度座標相關。
在此情況下，所混入之藍色激勵光的比例應具有類似於經轉換之光的空間輻射特性。透過由陶瓷轉換器材料對藍色光進行散射來實現此點。
先前技術係透過安裝第二相或者將孔隙作為散射中心裝入陶瓷轉換器來對藍色光進行散射。
但該散射不允許造成藍色激勵光出現任何漫反射，因為藍色激勵光的漫反射分量無助於有用光光通量，從而降低轉換器的效率。因此，精確控制孔隙度及轉換器材料中的孔徑是必要的。
公開案US 2009/0066221 A1描述一種陶瓷轉換元件，其在若干孔隙上對藍色激勵光進行散射，該轉換器之密度至少為97%。該案係透過對生坯進行不完全燒結來產生孔隙度。其孔徑為250nm至2900nm，主要取決於所用離析劑的粒度。
WO 2011/094404描述一種多孔陶瓷，其孔隙大體呈球形。孔徑為500nm至10微米。該案透過添加球形粒子，如PMMA粒子或PE粒子作為孔隙成型添加劑來控制孔隙度。下一燒結工序中將此等添加劑燃盡。
一般而言，實施轉換時係首先將經轉換之光朝所有方向等向發射。採用透射機構時僅利用了通過方向上的光。漫反射的光被損失掉或者必須藉由反射器或塗層而受到“再利用”。根據一種構建透射式轉換器的方案，該轉換器採用漫反射工作模式。
採用漫反射工作模式時，藍色激勵光與受到利用 的發射光在轉換器的同一側射入及射出。因此，轉換器在此較佳採用較高的漫反射。
相應地，在漫反射用途方面對陶瓷轉換材料的要求與在透射用途方面對轉換器材料的要求存在顯著區別。
因此，先前技術所揭露之轉換器材料不適於應用在漫反射轉換器中。
發明概要
有鑒於此，本發明之目的在於提供陶瓷轉換器材料，其具有應用於漫反射轉換器中的最佳光學性能及機械性能。本發明之另一目的在於提供一種製備相應轉換器材料的方法，從而獲得具有量身定做之光學性能的陶瓷轉換器材料。
上述目的極其簡單地透過獨立項之標的而達成。本發明之有利設計方案及改良方案參閱附屬項。
本發明之光陶瓷、下文亦稱轉換器材料適用於至少部分地將具有第一波長的激勵光轉換為第二波長之發射光。本發明之光陶瓷尤其適用於將激勵光轉換為漫反射的發射光。
因此，本發明之光陶瓷係指強散射性轉換器材料，但其同時具有較高的量子產量。
此點係透過該轉換器材料之獨一無二的成分及形態而實現。
該轉換材料係指僅具一光陶瓷相的多孔光陶 瓷。該陶瓷相實施為單相或者至少基本上實施為單相。其中，本發明之意義上的“單相”此一概念僅就轉換器材料之陶瓷成分而言，亦即，該轉換器材料中的孔隙在本發明中不視為第二陶瓷相。此外，本發明中的“單相陶瓷相”此一概念並不排除以下情況：在相關工藝中，例如因稱量過程中的偏差錯誤而存在程度較輕之其他陶瓷相。
此外，採用稱量後亦可例如將研磨球磨損考慮在內。
例如因起始材料未被完全轉化而存在的第二陶瓷相的痕跡係工藝相關且非有意為之。
較小的轉換器材料密度係因轉換器材料之孔隙度而產生。其中，光陶瓷中的孔隙導致較強的光散射，下文亦簡稱“散射”。其中，強散射對應用於漫反射轉換器中的轉換器材料而言是有利的。本文中的密度係指幾何密度。
此點既適用於旨在產生白色光的應用，又適用於旨在獲得光譜儘可能純之色彩頻道的應用。
產生白色光時，散射必須達到某種程度，使得一部分藍色激勵光並不被轉換器吸收，而是被漫反射並與經轉換之發射光混合。
對旨在獲得光譜儘可能純之色彩頻道的漫反射應用而言，如在投影機上，重要之處在於僅產生轉換器材料的發射光譜。在此情況下，儘可能將藍色激勵光完全吸收可提高轉換器效率。亦即，與藍色光之吸收相比，負責 將藍色光漫反射的散射不允許過強。但應儘可能用增強藍色吸收而非削弱散射來實現此種比例，因為強散射在此同樣係有益之舉：散射有助於將經轉換之發射光空間分佈於轉換器表面上。如此便能防止經轉換之光延伸至轉換器表面或者使得使其延伸程度低於藍色激勵光的相應延伸。光點的此種定位方式可透過轉換器材料的強散射而實現且在整個轉換器上產生均勻的色彩印象。
有鑒於此，該轉換器材料包含成分A3B5O12的一陶瓷相，其中，A=Y、Gd、Lu及上述之組合，B=Al、Ga及上述之組合。
透過該光陶瓷的此種成分可對發射光的波長範圍進行針對性調節。該光陶瓷相較佳為活化之Y3Al5O12相或Lu3Al5O12相。
根據本發明的一種改良方案，該光陶瓷相為(Gd,Y)3Al5O12相或(Y,Lu)3Al5O12相。該光陶瓷相進一步較佳為Lu3(Al,Ga)5O12相。
該陶瓷相另含有Cer作為活性元素。該光陶瓷較佳含有用作活性元素的Cer。Cer含量由CeO2在離析劑之總稱量中的重量百分比給出且較佳為0.001至3wt%，尤佳為0.05至0.25wt%。其中，該活性元素在晶系中被化學計量地算作A位置。根據本發明的一種特別有利的實施方式，Cer含量為0.003至0.3wt%。採用此種Cer含量之光陶瓷具有特別有利的散射長度與吸收長度之比。
根據本發明的一種改良方案，應用至少另一活性 元素。藉由該活性元素之類型及濃度可調節散射長度與吸收長度之比。該比例對有多少藍色激勵光被漫反射具有重要意義。故可透過該活性元素之類型及濃度調節該轉換器之色度座標。
該光陶瓷所含另一活性元素較佳選自由以下構成之群：元素鋱、鐠、釤及上述元素之組合。
根據本發明的一種改良方案，該光陶瓷含有作為第二元素A的釓。特定言之，該光陶瓷之Gd2O3含量就A位置而言為0.5至8mol%，較佳為1至4mol%，尤佳為1.5至3.5mol%。較佳將釓結合釔用作元素A。尤佳將釓應用於釔鋁石榴石。
根據本發明的另一改良方案，該光陶瓷含有鎵作為第二元素B。特定言之，該光陶瓷之Ga2O3含量就B位置而言為0.5至15mol%，較佳為1至10mol%，尤佳為1.5至7mol%。較佳將鎵結合鑥用作元素B。
根據一種實施方式，較佳應用25至30mol%Lu的Lu含量。此點在需要產生綠色光的應用中特別有利。根據本發明的另一實施方式，鑥含量為0.5至7mol%。該含量對需要具有較高溫度穩定性的轉換器而言特別有利。
有鑒於此，本發明之轉換器材料的優點在於，藉其密度及孔隙度、光陶瓷相之成分以及所含活化劑之濃度及選取來視需要調節色度座標。
根據本發明的一種實施方式，藉由上述參數對該散射進行調節，使得一部分藍色激勵光並不被該轉換器吸 收，而是被漫反射並與發射光混合。此點特別是對需要在反射中產生儘量能白色之色度座標的應用而言具有重要意義。
先前技術中的光陶瓷係透過安裝第二相來實現散射。而本發明之轉換器材料僅具一陶瓷相。特定言之，本發明之陶瓷至少基本上不含初始粒子。根據一種實施方式，自由的、即未結合於經燒結之陶瓷相中的A2O3粒子及/或B2O3粒子在A3B5O12陶瓷中的含量小於5%，尤佳小於2.5%，進一步較佳小於1.5%體積百分比(SEM影像所測)。
此點係特別有利之舉，因為如此便能用較高的功率密度，如用雷射激勵本發明之陶瓷。與此不同，例如在第二相係實施為黏聚初始粒子之Al2O3的陶瓷上，存在該等粒子升溫的危險，此種情況可能導致在陶瓷形成裂紋。
根據一種有利實施方式，平均孔徑為0.1至100μm，較佳為0.5至50μm，尤佳為3至5μm。粒度係利用SEM影像而測得。(最大及最小馬丁直徑)。
特定言之，該等孔隙呈多邊形或者至少基本呈多邊形。該等孔隙藉其多邊形形狀而與棱面類似。故可據此而推測，該等孔隙因其形狀而共同產生某種形式的“貓眼效應”，從而增強轉換器材料的散射。
根據本發明的一種有利改良方案，該光陶瓷具有另一活性元素。特定言之，該改良方案之光陶瓷具有至少一選自由以下元素構成之群的元素：Pr、Sm、Tb。
轉換器的強散射與光陶瓷的低密度相對應。
根據本發明的一種實施方式，1mm厚之陶瓷轉換器在600nm時的漫反射為0.7至1，較佳為0.75至0.95。
該漫反射係利用帶積分球的分光光度計測得，該樣本稍呈傾斜放置，亦即，連同菲涅耳反射一起實施測量。樣本厚度總是為1mm，以便實現測量資料的可比性。就一定厚度d之被動散射器而言，漫反射為散射長度S之單調遞增函數。例如可採用庫貝卡-孟克理論來為此種關聯建模，公式為：R=1/(a(S)+b(S)*coth(k(S)*d)
(參閱：公式5.2.9，G.A.Klein,Farbenphysik für industrielle Anwendungen,Springer,Berlin 2004)。因此，漫反射為針對轉換器之散射的一種適宜且易於測出的大小。
必須在被動材料上，即在激勵光譜外，但儘可能在發射光譜內對散射進行評價。選擇600nm的評價波長滿足上述條件。散射愈強，該材料在600nm時的漫反射愈強。
該光陶瓷之密度較佳為90至96.5%，尤佳為93至96.5%。特定言之，採用上述密度之光陶瓷在機械穩定性較高的同時具有強散射。該方案較為有利，因為採用該方案後，較薄的光陶瓷亦具可加工性。如此便能在部分應用中採用介電塗佈之200微米的轉換器，該等轉換器之轉換器材料必須針對必要的切割、研磨及拋光工藝具有足夠的穩定性。
根據本發明的一種有利設計方案，該光陶瓷之厚度為100至300微米，特別是150至250微米。減小光陶瓷之 厚度有利於光點之定位。減小轉換器材料之厚度還能提高冷卻效果。
該設計方案又有利於提高轉換器效率。與較厚的轉換器相比，薄轉換器能將主要由史托克損失所引起的熱功率更有效且熱阻更小地輸出。
該等光陶瓷的量子效率較佳大於85%，尤佳大於95%。
轉換器的量子效率由經轉換之發射光子的數目與激勵藍色光子的數目之商給出。
上述值係指用Hamamatsu量子效率測量站C9920上測得之量子效率。該測量係在佈置於一積分球中且用已知功率及波長的藍色激勵光加以激勵的轉換器上實施。可根據針對激勵功率而標準化的發射光譜算出量子效率。根據該發射光譜還可算出在藍色激勵光之波長條件下的漫反射度(連同菲涅耳反射)，以及轉換器的色度座標。
此處需要注意，採用上述方式所測出的色度座標毋需與設有該轉換器的光源之色度座標一致，因為應用相關之參數，如背面鏡、菲涅耳反射的作用以及轉換器厚度會對該色度座標造成影響。
因此，本發明之光陶瓷適於用作漫反射轉換器中的轉換器材料。基於其熱穩定性及熱傳導性，該等光陶瓷尤其可應用於用功率密度較高之雷射加以激勵，如用雷射二極體加以激勵的漫反射轉換器中。
本發明之製備單相陶瓷轉換器材料的方法，該轉 換器材料之密度<97%，含有成分A3B5O12的一摻雜有Cer作為第一活化劑的陶瓷相，其中，A選自由以下構成之元素群：Y、Gd、Lu及上述之組合，且B選自由以下構成之元素群：Al、Ga及上述之組合，該方法至少包括以下處理步驟a)至i)。
步驟a)係按照目標成分之比稱出實施為氧化物形式之A2O3、B2O3與CeO2的起始材料。其中，該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，特定言之以0.001-2.5mol%的幅度朝A2O3富集側變動或者以0.001-2.5mol%的幅度朝B2O3富集側變動，皆屬本發明之範圍。該目標成分自石榴石成分之化學計量範圍朝A2O3富集側或B2O3富集側偏離的幅度較佳<1.5mol%，尤佳<1mol%。
其中，該等起始材料之初始粒子的平均粒度<1微米。該等起始材料的粒度較佳<750nm，尤佳<300nm。
該平均粒度係藉由對相應SEM影像進行評價而測定。
根據本發明的一種實施方式，採用粒度為20至300nm，較佳為30至60nm的初始粒子。
根據一種實施方式，在步驟a)中採用Y2O3與Al2O3為主成分。根據另一實施方式，採用Lu2O3與Al2O3為主成分。
根據本發明的一種改良方案，在步驟a)中還採用Gd2O3，其中，Gd2O3的比例為0.5至20wt%，較佳為1至15wt%，尤佳為2.5至10wt%。
根據一種改良方案，CeO2含量為0.01至3wt%，較佳為0.1至0.2wt%，尤佳為0.03至0.2wt%。
步驟a)中可往該混合物另添加分散劑、黏合劑及/或壓製輔劑。
步驟b)係透過將起始材料懸浮於一適宜液體中來產生一懸浮液，下一步驟c)係對該懸浮液施加第一均勻化步驟。
該第一均勻化步驟c)係透過用研磨體進行濕式混合來將該等起始材料之黏聚體壓碎以及對其進行均勻化。該研磨體較佳採用Al2O3或者依照需要達到之陶瓷之主相的成分。
該第一均勻化步驟c)完畢後，可在步驟d)中將該懸浮液靜置。
步驟e)係在第二均勻化步驟中進行另一均勻化。
隨後之步驟f)係自該懸浮液將研磨體分離並實施乾燥。此點例如可透過利用旋轉蒸發器、噴霧乾燥器或粒化操作實施液體分離來達成。
步驟g)係在10至50MPa的壓力條件下對乾燥後的混合物進行單軸擠壓以製備生坯，並在步驟h)中在100至300MPa的壓力條件下藉由均壓操作將其壓縮。
步驟i)係在600至1000℃溫度範圍內較佳將該生坯脫黏。步驟j)係在1550至1800℃溫度範圍內對經由上述方式所獲得的褐色體進行燒結。
利用本發明之製備方法可獲得具有量身定做之 性能的轉換器材料，尤其適用於漫反射轉換器。
如此便能透過成分、特別是透過活性元素之濃度、混合工藝及燒結溫度等參數來對光陶瓷的密度、均勻度及孔隙度進行針對性調節。
該混合工藝包括處理步驟c)至e)，該混合工藝係設置至少兩個均勻化步驟，其中，在該等均勻化步驟之間將該懸浮液靜置以使粒子沈積。本發明中的概念“靜置”尤指不形成任何對流。
該第一均勻化步驟(處理步驟c)係透過用研磨體進行濕式研磨來將該等黏聚之初始粒子壓碎以及對該懸浮液進行均勻化。
特定言之，該均勻化係透過含有研磨體之懸浮液進行單軸運動而實施。為此，較佳在步驟c)中採用輥台。根據一種實施方式，研磨時間為12至16小時。該實施方式特別有利，因為研磨時間較短時無法達到足夠的粉碎及均勻化程度。而研磨時間過長可能會加大研磨體的磨損程度，並導致需要均勻化的懸浮液受到污染。
較佳在該第一均勻化步驟完畢後，在步驟c)中將該懸浮液靜置3至20小時，較佳5至12小時。此點特別是在於步驟a)中添加分散劑時較為有利。尤佳採用的是基於帶酯基之聚合體的分散劑。
採用該第一均勻化步驟後，該等初始粒子係在該懸浮液中處於充分粉碎且均勻分佈的形態，使得該分散劑在步驟c)中毋需實施進一步之對流運動亦能起作用。遂能 在整體上減少研磨時間以及研磨體之磨損。
隨後之步驟d)係執行第二均勻化步驟。步驟d)中較佳透過待磨物料與研磨體之多軸運動來實施均勻化。根據本發明的一種有利實施方式，該第二均勻化步驟係利用轉鼓式混合器實施。步驟d)中的研磨時間較佳為12至24小時。
該第二均勻化步驟將該第一均勻化步驟中已壓碎的黏聚體特別有效地進一步去黏聚化並使該懸浮液達到更高的均勻度。在該第二均勻化步驟中的懸浮液與研磨體一起進行多軸運動的情況下，此種效果尤佳。
此外，一分散劑被前述之處理步驟c)活化或者此前已作用於該等粒子，使得該懸浮液的均勻度在該第二均勻化步驟中能進一步提高。
因此，該混合工藝使得該等粒子極其均勻地分佈於該懸浮液中及經燒結之陶瓷中。該混合工藝還能防止出現團簇現象。此點特別有利於防止較大的顆粒在本發明之燒結條件下不完全反應進而在光陶瓷中出現相形成。
根據本發明的一種改良方案，在步驟d)中添加一燒結輔劑，特別是基於SiO2且該燒結輔劑的含量小於0.2wt%(以SiO2計)的燒結輔劑。此種較少含量的燒結輔劑特別有利，因為此點對經燒結之光陶瓷的透明度有積極影響。其中，此種較少含量的燒結輔劑特定言之藉由起始材料之均勻分佈以及本發明之混合工藝而實現。根據本發明的一種有利實施方式，甚至以不使用燒結輔劑的方式實施燒結。
根據本發明的一種實施方式，分散劑的含量為0.1至3wt%，較佳為0.1至1wt%，尤佳為0.1至0.6wt%。
根據本發明的一種實施方式，黏合劑的含量為0.1至3wt%，較佳為0.1至1wt%，尤佳為0.1至0.6wt%。
步驟i)中，較佳在不高於700℃時，特定言之在流動氣氛下對該生坯進行熱處理。特別是由於該生坯的碳含量較少，例如因黏合劑含量較少，可在相對較低的溫度條件下實施脫黏，此點亦有利於節約成本。採用流動氣氛還能加快脫黏進程。
該生坯之成型以及該脫黏完畢後，在步驟j)中對該褐色體進行反應性燒結。
燒結溫度為1550至1800℃。根據本發明的一種實施方式，燒結時間為2至24小時，較佳為2至13小時，尤佳為2至7小時。
根據本發明的一種有利設計方案，該燒結係在含氧氣氛下，較佳在由富氧空氣所構成的氣氛下實施。例如與在還原性氣氛下進行燒結不同，在採用含氧空氣的情況下毋需在該燒結工序後執行再氧化步驟。
在與前述之混合工藝相結合的情況下，可透過燒結條件對該光陶瓷之密度及孔隙度進行針對性調節。因此，儘管燒結溫度相對較低，用本發明之方法所製備之光陶瓷亦具較高的透明度及量子效率。
此外，相應製備之光陶瓷在孔隙數目及孔隙形狀方面亦具較高的均勻度。
因此，毋需添加成孔劑，如聚合物粒子。此舉特別有利，因為如此便可減少混入該混合物的含碳材料，而在脫黏工序中需要費力地去除此種含碳材料。亦不必為了去除碳而實施預燒結。
其中，光陶瓷在應用為轉換器時的碳含量應當儘可能低，因為此種碳含量對轉換器之量子效率具有負面影響。
本發明之製備方法中，孔隙形成取決於燒結溫度及燒結時間，因此，該等孔隙在燒結過程中在顆粒之三相點上，即在二面角為120°的三個微晶之接觸點上形成。該混合工藝實現了均勻的顆粒分佈及粒度，故而可產生具有均勻分佈之多邊形孔隙的光陶瓷。
1‧‧‧本發明之區域
2‧‧‧區間
3‧‧‧區間
11‧‧‧孔隙
101‧‧‧光柵單色儀
102‧‧‧樣本
103‧‧‧積分球
d‧‧‧厚度
S‧‧‧散射長度
圖1為用於測量600nm時之漫反射的測量裝置，用以對散射進行評價；圖2為600nm時之漫反射與密度的關聯圖；圖3為混合工藝及燒結溫度對光陶瓷之密度的影響；圖4為混合工藝及燒結溫度對1mm厚之光陶瓷在600nm下的漫反射的影響；圖5為混合工藝及燒結溫度對藍色激勵光之漫反射的影響；圖6為混合工藝及燒結溫度對轉換器量子效率的影響；圖7為混合工藝及燒結溫度對經激勵之轉換器所發射 的光之色度座標的影響；圖8為與材料系統、Ce含量及釓含量相關的轉換器材料色度座標；圖9為本發明之陶瓷的SEM(掃描式電子顯微鏡)影像；圖10為圖5所示陶瓷放大十倍後的SEM影像；圖11為混合工藝對陶瓷轉換器之均勻度的影響；及圖12為採用漫反射工作模式之轉換器於產生白色光時的發射光譜。
較佳實施例之詳細說明
下面結合附圖、一般性製備規程及實施例對本發明進行詳細說明。
圖1為用於測量600nm時之漫反射的測量裝置，用以對散射進行評價。
利用帶積分球的分光光度計，如製造商Perkin Elmer的Lambda 950實施測量。光柵單色儀101的光入射至待測之樣本102。該樣本稍呈傾斜放置，亦即，連同菲涅耳反射一起對其實施測量。樣本厚度為1mm。該值係任選之值，但必須總是為相同之值，以便實現測量可比性。用積分球103測量該樣本所漫反射的光。透過與此前所測得之漫反射標準建立關聯便能測量該樣本的絕對漫反射。就一定厚度d之被動散射器而言，漫反射為散射長度S之單調遞增函數，故而為測量陶瓷轉換器之散射用的合適標準。
圖2為經燒結之光陶瓷之密度與600nm時之漫反 射的關聯圖。
該密度係透過對經燒結之樣本進行幾何學測量及稱重而測定。通常之樣本幾何體係直徑為15mm且高度約為10mm之圓柱體，但亦可採用其他幾何形狀及大小之樣本密度。該等密度值係指理論密度。
如圖2所示，密度較小時，漫反射一般較高。特別是在密度大於97%時，漫反射急劇下降。
而本發明之區域1的特徵在於漫反射較高。
此外如圖2所示，密度相同或相近之陶瓷可能具有不同的漫反射值。由此可見，本發明之光陶瓷的漫反射除密度外亦可受成分及活化劑濃度等其他參數的影響。
如圖3所示，光陶瓷之密度除所選燒結溫度外亦與混合工藝相關。
圖表1歸納了圖3所示轉換器的主要製備參數。
所有測量皆在1mm厚的轉換器上進行，以便實現可比性並確保藍色激勵光在一次性光通過的情況下被完 全吸收。而在應用中通常係採用200μm厚的轉換器且視情況結合背面反射器。
所繪示之區間2的光陶瓷係用本發明之方法的一實施方式製成，在該方法之步驟c)中，第一均勻化步驟係在一輥台上，即利用單軸運動將含有起始材料及研磨體的懸浮液均勻化。而第二均勻化步驟係藉由轉鼓式混合器，即利用雙軸運動來實施。與上述方案不同，區間3的光陶瓷無論在第一或者第二均勻化步驟中皆用輥台來實施混合。
從圖3可明顯看出混合工藝對所獲得之光陶瓷的密度的影響。區間2的光陶瓷在溫度較低時就已具有較高密度。而區間3的光陶瓷在相同燒結溫度條件下的密度低得多。圖3令人驚異地指出，混合工藝較燒結溫度對密度的影響更大。有鑒於此，在第二均勻化步驟中用轉鼓式混合器在1650℃燒結溫度條件下所獲得之樣本的密度與兩個均勻化步驟皆用輥台且在高得多的燒結溫度條件下(1750℃)燒結而成之樣本相當。
圖4為600nm下的漫反射與所用燒結溫度及所用混合工藝的關聯。
區間2及3與圖3所示區間相同。
此處亦示出混合工藝對光陶瓷之漫反射的較大影響及混合工藝之於光陶瓷之光學性能的意義。
圖5為混合工藝及燒結溫度對藍色激勵光之漫反射的影響。
該藍色激勵光之漫反射明顯低於圖4所示600nm 下的漫反射，因為一部分藍色激勵光被吸收。該藍色激勵光之漫反射與活性元素之濃度相關，故該大小不適用於對散射進行絕對評價，而對轉換器所發射的光之色度座標起決定性作用。採用此處所選之測量法時，漫反射之下限由轉換器之菲涅耳反射給出。
圖6為混合工藝及燒結溫度對轉換器量子效率的影響。採用本發明之轉換器時，量子效率令人驚異地主要取決於燒結溫度與混合工藝。故可實現強散射性且高效的轉換器。
圖7為混合工藝及燒結溫度對經激勵之轉換器所發射的光之色度座標的影響。
對相關轉換器而言可達到的CIE 1931色空間之色度座標基本上分佈在位於藍色激勵光之色度座標與經轉換之光之色度座標之間的路徑(Strecke)上。該路徑上的位置由藍色光與經轉換之光的混合部分定義，故在本發明之轉換器上可透過選擇燒結溫度及混合工藝來加以調節。該色度座標係在量子效率測量站Hamamatsu C9920上測得。
圖8為燒結溫度及光陶瓷成分對色度座標的影響。
該色度座標係在量子效率測量站Hamamatsu C9920上測得。
圖8中樣本2a至7的材料系統、燒結溫度、釓添加量及其他製備參數參見圖表2：
如圖8所示，除透過材料系統(LuAG、YAG)外亦可透過燒結溫度以及藉由改變成分(此處係添加釓)來調節色度座標。
圖9為本發明之樣本的SEM影像。攝製SEM影像時，將該樣本的斷裂邊放置於樣本座上再用碳進行氣相沈積。將斷裂面置於掃描式電子顯微鏡下觀察。孔隙11均勻分佈於該陶瓷之待測表面上。該等孔隙大小均一。
圖10為圖5所示陶瓷放大10倍後的SEM影像。顯然，孔隙11呈多邊形。
圖11為混合工藝對陶瓷轉換器之均勻度的影響。
照片示出兩個200μm厚且直徑為15mm的片狀轉換器。該等轉換器之材料成分相同且用同一燒結工藝燒結而成。僅在混合工藝上有所不同。在此情況下，第二均勻化步驟採用轉鼓式混合器所獲得之樣本具有好得多的均 勻度。
圖12為採用漫反射工作模式之轉換器於產生白色光時的發射光譜。
該光譜並非記錄於量子效率測量站上，而是記錄於一設有200μm厚的轉換器的光源上，該轉換器係黏貼於一強反射金屬面鏡上，其中，藍色激勵光以60°入射至該轉換器。以不高於3W的光學功率在直徑小於600μm的光點上實施激勵。
利用一間隔為15cm之積分球沿轉換器之表面法線測量光譜。因此，該激勵光之菲涅耳反射在此無助於測得之有用光。對CIE 1931座標系的2°觀測者而言，該光源的色度座標為(cx/cy)=(0.316/0.340)。為達到此種接近白色點的色彩印象，藍色光的功率比例必須為27%左右。此點透過將約20%的藍色激勵光漫反射的強散射性轉換器而實現。轉換器材料之良好的機械性能係藉由製備200μm厚的轉換器而獲得。轉換器材料之良好的熱性能係藉由功率密度較高之轉換器的無損害負荷而獲得。
下面對以下材料組之製備進行詳細說明。
1.藉由單軸擠壓(包括反應燒結)並用Y 3 Al 5 O 12 與CeO 2 製備半透明陶瓷的實例
按照目標成分之比稱出粉末，其初始粒子的直徑<1μm，較佳<300nm且由Al2O3、Y2O3與CeO2構成。該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，亦即，特定言之例如以0.01-2.5mol%的幅度朝Y2O3富集側變動或 者以0.01-2.5mol%的幅度朝Al2O3富集側變動。CeO2被化學計量地算作Y位置且為0.01至3wt%。添加0.5至3wt%的分散劑及/或黏合劑後，將該混合物與乙醇及Al2O3球在一球磨機中攪拌12至16小時。靜置後將該混合物在其研磨容器中保持原樣5至12小時，可在一轉鼓式混合器中實施第二均勻化12至20小時。作為可選方案，可在實施該第二混合前往該混合物添加TEOS作為燒結輔劑，換算為置入約0至0.5et%的SiO2。
可選地，在一旋轉蒸發器上將該研磨懸浮液烘乾，或者在一噴霧乾燥器中將其粒化。
隨後將該粉末單軸地擠壓為若干片狀物或桿狀物。單軸之壓力條件為10至50MPa，壓力持續時間為數秒至1分鐘。在一冷均壓機中對該預成型之壓製品進行再壓縮，其中，該擠壓力為100至300MPa。壓力傳遞介質為水或油。
隨後在第一熱步驟中視情況將黏結劑燃盡。退火時間為1-24小時，溫度為600至1000℃。隨後在一腔室爐中在氧氣流條件下對所燃盡的生坯進行燒結。燒結溫度及時間視該混合物之燒結特性而定，亦即，形成組合物後實施該另一壓縮以形成一具有預設孔隙的陶瓷。涉及Ce：Y3Al5O12時，石榴石相形成於約高於1350至1450℃的條件下。在1550至1800℃之更高的溫度條件下以2至24小時燒結為陶瓷體。
產生了半透明且均勻的物體，其可進一步加工為 轉換器材料。
2.藉由單軸擠壓(包括反應燒結)並用(Y,Gd) 3 Al 5 O 12 與CeO 2 製備半透明陶瓷的實例
按照目標成分之比稱出粉末，其初始粒子的直徑<1μm，較佳處於奈米級範圍內(<300nm)且由Al2O3、Gd2O3與CeO2構成。該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，亦即，特定言之例如以0.01-2.5mol%的幅度朝Y2O3富集側變動或者以0.01-2.5mol%的幅度朝Al2O3富集側變動。Gd2O3被算作Y2O3。Gd2O3含量可為0至20%的Gd為Y，亦即，0至20%的元素A可為Gd。CeO2被化學計量地算作Y位置且為0.01至3wt%。添加分散劑及黏合劑後，將該混合物與乙醇及Al2O3球在一球磨機中攪拌12至16小時。可選地在一轉鼓式混合器中實施第二混合10至24小時。作為可選方案，可在實施該第二混合前往該混合物添加TEOS作為燒結輔劑，換算為置入約0至0.5et%的SiO2。
可選地，在一旋轉蒸發器上將該研磨懸浮液烘乾，或者在一噴霧乾燥器中將其粒化。
隨後將該粉末單軸地擠壓為若干片狀物或桿狀物。單軸之壓力條件為10至50MPa，壓力持續時間為數秒至1分鐘。在一冷均壓機中對該預成型之壓製品進行再壓縮，其中，該擠壓力為100至300MPa。壓力傳遞介質為水或油。
隨後在第一熱步驟中視情況將黏結劑燃盡。退火時間為1-24小時，溫度為600至1000℃。隨後在一腔室爐中 在氧氣流條件下(亦可直接用空氣)對所燃盡的生坯進行燒結。燒結溫度及時間視該混合物之燒結特性而定，亦即，形成組合物後實施該另一壓縮以形成一具有預設孔隙的陶瓷。涉及Ce：Y3Al5O12時，石榴石相形成於約高於1350至1450℃的條件下。在1550至1800℃之更高的溫度條件下以2至24小時燒結為陶瓷體。
產生了半透明且均勻的物體，其可進一步加工為轉換器材料。
3.藉由單軸擠壓(包括反應燒結)並用Lu 3 Al 5 O 12 製備半透明陶瓷的實例
按照目標成分之比稱出粉末，其初始粒子的直徑<1μm，較佳處於奈米級範圍內(<300nm)且由Al2O3、Lu2O3與CeO2構成。該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，亦即，特定言之例如以0.01-2.5mol%的幅度朝Lu2O3富集側變動或者以0.01-2.5mol%的幅度朝Al2O3-Ga2O3富集側變動。CeO2被化學計量地算作Y位置且為0.01至3wt%。添加分散劑及黏合劑後，將該混合物與乙醇及Al2O3球在一球磨機中攪拌12至16小時。在一轉鼓式混合器中實施第二混合10至24小時前，可往該混合物添加TEOS作為燒結輔劑，換算為置入約0至0.5wt%的SiO2。
可選地，在一旋轉蒸發器上將該研磨懸浮液烘乾，或者在一噴霧乾燥器中將其粒化。
隨後將該粉末單軸地擠壓為若干片狀物或桿狀物。單軸之壓力條件為10至50MPa，壓力持續時間為數秒 至1分鐘。在一冷均壓機中對該預成型之壓製品進行再壓縮，其中，該擠壓力為100至300MPa。壓力傳遞介質為水或油。
隨後在第一熱步驟中視情況將黏結劑燃盡。退火時間為1-24小時，溫度為600至1000℃。隨後在一腔室爐中在氧氣流條件下(亦可直接用空氣)對所燃盡的生坯進行燒結。燒結溫度及時間視該混合物之燒結特性而定，亦即，形成組合物後實施該另一壓縮以形成一具有預設孔隙的陶瓷。涉及Ce：Y3Al5O12時，石榴石相形成於約高於1350至1450℃的條件下。在1550至1800℃之更高的溫度條件下以2至24小時燒結為陶瓷體。
產生了半透明且均勻的物體，其可進一步加工為轉換器材料。
4.藉由單軸擠壓(包括反應燒結)並用(Y,Lu) 3 Al 5 O 12 與CeO 2 製備半透明陶瓷的實例
按照目標成分之比稱出粉末，其初始粒子的直徑<1μm，較佳處於奈米級範圍內(<300nm)且由Al2O3、Y2O3、Lu2O3與CeO2構成。該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，亦即，特定言之例如以0.01-2.5mol%的幅度朝Y2O3富集側變動或者以0.01-2.5mol%的幅度朝Al2O3富集側變動。Lu2O3被算作Y2O3。Lu2O3含量可為100%至50%的Lu針對Y。CeO2被化學計量地算作Lu位置且為0.01至3wt%。添加分散劑及黏合劑後，將該混合物與乙醇及Al2O3球在一球磨機中攪拌12至16小時。可選地在一轉鼓式 混合器中實施第二混合10至24小時。作為可選方案，可在實施該第二混合前往該混合物添加TEOS作為燒結輔劑，換算為置入約0至0.5et%的SiO2。
可選地，在一旋轉蒸發器上將該研磨懸浮液烘乾，或者在一噴霧乾燥器中將其粒化。
隨後將該粉末單軸地擠壓為若干片狀物或桿狀物。單軸之壓力條件為10至50MPa，壓力持續時間為數秒至1分鐘。在一冷均壓機中對該預成型之壓製品進行再壓縮，其中，該擠壓力為100至300MPa。壓力傳遞介質為水或油。
隨後在第一熱步驟中視情況將黏結劑燃盡。退火時間為1-24小時，溫度為600至1000℃。隨後在一腔室爐中在氧氣流條件下(亦可直接用空氣)對所燃盡的生坯進行燒結。燒結溫度及時間視該混合物之燒結特性而定，亦即，形成組合物後實施該另一壓縮以形成一具有預設孔隙的陶瓷。涉及Ce：Y3Al5O12時，石榴石相形成於約高於1350至1450℃的條件下。在1550至1800℃之更高的溫度條件下以2至24小時燒結為陶瓷體。
產生了半透明且均勻的物體，其可進一步加工為轉換器材料。
5.藉由單軸擠壓(包括反應燒結)用Lu 3 (Al,Ga) 5 O 12 與CeO 2 製備半透明陶瓷的實例
按照目標成分之比稱出粉末，其初始粒子的直徑<1μm，較佳處於奈米級範圍內(<300nm)且由Al2O3、 Ga2O3、Lu2O3與CeO2構成。該目標成分可在石榴石成分之化學計量範圍左右變動，亦即，特定言之例如以0.01-2.5mol%的幅度朝Lu2O3富集側變動或者以0.01-2.5mol%的幅度朝Al2O3-Ga2O3富集側變動。CeO2被化學計量地算作Y位置且為0.01至3wt%。算作Al2O3含量之Ga2O3含量為0至20%。添加分散劑及黏合劑後，將該混合物與乙醇及Al2O3球在一球磨機中攪拌12至16小時。在一轉鼓式混合器中實施第二混合10至24小時前，可往該混合物添加TEOS作為燒結輔劑，換算為置入約0至0.5wt%的SiO2。
可選地，在一旋轉蒸發器上將該研磨懸浮液烘乾，或者在一噴霧乾燥器中將其粒化。
隨後將該粉末單軸地擠壓為若干片狀物或桿狀物。單軸之壓力條件為10至50MPa，壓力持續時間為數秒至1分鐘。在一冷均壓機中對該預成型之壓製品進行再壓縮，其中，該擠壓力為100至300MPa。壓力傳遞介質為水或油。
隨後在第一熱步驟中視情況將黏結劑燃盡。退火時間為1-24小時，溫度為600至1000℃。隨後在一腔室爐中在氧氣流條件下(亦可直接用空氣)對所燃盡的生坯進行燒結。燒結溫度及時間視該混合物之燒結特性而定，亦即，形成組合物後實施該另一壓縮以形成一具有預設孔隙的陶瓷。涉及Ce：Y3Al5O12時，石榴石相形成於約高於1350至1450℃的條件下。在1550至1800℃之更高的溫度條件下以2至24小時燒結為陶瓷體。
實施例
圖表3為本發明之形式為實施例的具體實施方式。
11‧‧‧孔隙

Claims (29)

  1. 一種製備單相陶瓷轉換器材料的方法，該轉換器材料之密度<97%，含有成分A3B5O12的一摻雜有Cer作為一第一活化劑的陶瓷相，其中，A選自由以下構成之元素群：Y、Gd、Lu及上述之組合，且B選自由以下構成之元素群：Al、Ga及上述之組合，其特徵在於以下處理步驟a)稱出實施為氧化物形式之A2O3、B2O3與CeO2的起始材料，其中，該等起始材料之初始粒子的粒度<1微米，b)透過懸浮於一適宜液體中製備該等起始材料的一懸浮液c)在一第一均勻化步驟中透過用研磨體進行濕式研磨來將該等起始材料壓碎及均勻化，d)在一第二均勻化步驟中將該懸浮液進一步均勻化，e)藉由分離該液體對該等起始材料實施乾燥，f)以10至50MPa的壓力對在步驟e)中經乾燥處理的該等起始材料進行單軸擠壓以製備一生坯，g)以100至300MPa的壓力對該生坯進行均壓，h)在600至1000℃的溫度條件下將該生坯燃盡，i)在1550至1800℃的溫度條件下對該生坯進行反應性燒結。
  2. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟a)中添加0.01至3wt%，較佳0.1至0.2wt%，尤佳0.03至0.2wt%的CeO2。
  3. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟a)中往該混合物添加Gd2O3作為一第二元素A，以及/或者Gd2O3的比例為0.5至20wt%，較佳為1至15wt%，尤佳為2.5至10wt%。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟a)中往該混合物添加Ga2O3作為一第二元素B，以及/或者Ga2O3的比例為0.5至20wt%，較佳為1至15wt%，尤佳為2.5至10wt%。
  5. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟a)中所加入之該初始粒子的粒度為20至300nm，以及/或者該加入之初始粒子A2O3的粒度為30至60nm。
  6. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟a)中往該混合物另添加分散劑、壓製輔劑及/或黏合劑作為添加劑。
  7. 如請求項5之方法，其中，分散劑及/或黏合劑的比例小於3.5wt%，較佳小於2.5wt%，尤佳小於1wt%。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟c)中採用一輥台。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟c)之後且在步驟d)之該第二均勻化之前，往該混合物添加燒結輔劑。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟c)之後且在步驟d)之該第二均勻化之前，往該混合物添加一含SiO2的燒結劑，以及/或者該燒結劑就SiO2而言的含量小於0.2wt%。
  11. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟d)中透過較佳用一轉鼓式混合器進行多軸運動來對該混合物進行均勻化。
  12. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟h)中，在500至1000℃，較佳650至850℃的溫度條件下將該生坯燃盡。
  13. 如前述請求項中任一項之方法，其中，在步驟i)中，在一含氧氣氛下，較佳在富氧空氣下實施該燒結。
  14. 如前述請求項中任一項之方法，其中，步驟i)中的燒結時間為2至13小時，較佳為2至7小時。
  15. 一種單相多孔光陶瓷，適用於至少部分地將具有一第一波長的激勵光轉換為具有一第二波長之發射光，包含一陶瓷相A3B5O12，其中，A選自由以下構成之元素群：Y、Gd、Lu及上述之組合，且B選自由以下構成之元素群：Al、Ga及上述之組合，該光陶瓷含有Ce作為至少一活性元素，其中該光陶瓷之密度<97%。
  16. 如請求項15之光陶瓷，其中，自由的A2O3及/或B2O3的含量<5體積百分比。
  17. 如請求項15及16之光陶瓷，其中，該平均孔徑為0.1至100 μm，較佳為0.5至50μm，尤佳為3至5μm。
  18. 如請求項15至17中任一項之光陶瓷，其中，該等孔隙基本呈多邊形。
  19. 如請求項15至18中任一項之光陶瓷，其中，該陶瓷相主要包含Y3Al5O12或Lu3Al5O12。
  20. 如請求項15至19中任一項之光陶瓷，其中，該陶瓷相另含作為一第二元素A的釓，以及/或者該陶瓷相之Gd2O3含量就A位置而言為0.5至8mol%，較佳為1至4mol%，尤佳為1.5至3.5mol%。
  21. 如請求項15至20中任一項之光陶瓷，其中，該陶瓷相含有作為一第二元素B的鎵，以及/或者該Ga2O3含量為0.5至15mol%，較佳為1至10mol%，尤佳為1.5至7mol%。
  22. 如請求項15至21中任一項之光陶瓷，其中，該Cer含量為0.001至3wt%，較佳為0.05至0.3wt%。
  23. 如請求項15至22中任一項之光陶瓷，其中，該光陶瓷相含有另一活性元素，較佳一選自由以下元素構成之群的元素：Pr、Sm、Tb。
  24. 如請求項15至23中任一項之光陶瓷，其中，該光陶瓷之密度為90至96.5%，較佳為93至96.5%。
  25. 如請求項15至24中任一項之光陶瓷，其中，在600nm時的該漫反射為0.7至1，較佳為0.75至0.95。
  26. 如請求項15至25中任一項之光陶瓷，其中，該光陶瓷之厚度為100至300微米，較佳為150至250微米。
  27. 如請求項15至26中任一項之光陶瓷，其中，該光陶瓷的 量子效率大於85%，較佳大於95%。
  28. 一種如請求項15至27中任一項之光陶瓷在一採用漫反射工作模式之轉換器中作為轉換材料的應用。
  29. 如請求項28之光陶瓷的應用，其中，在該轉換器中係藉由一雷射二極體實施激勵。
TW102147942A 2013-01-28 2013-12-24 Strong scattering ceramic converter and its preparation method TWI570093B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013100832.1A DE102013100832A1 (de) 2013-01-28 2013-01-28 Stark streuender keramischer Konverter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201437182A true TW201437182A (zh) 2014-10-01
TWI570093B TWI570093B (zh) 2017-02-11

Family

ID=49943359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102147942A TWI570093B (zh) 2013-01-28 2013-12-24 Strong scattering ceramic converter and its preparation method

Country Status (7)

Country Link
US (2) US11427511B2 (zh)
JP (3) JP6312709B2 (zh)
KR (1) KR101942618B1 (zh)
CN (1) CN104968630B (zh)
DE (1) DE102013100832A1 (zh)
TW (1) TWI570093B (zh)
WO (1) WO2014114473A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6486441B2 (ja) * 2017-01-31 2019-03-20 日本特殊陶業株式会社 光波長変換部材の製造方法、光波長変換部材、光波長変換部品、及び発光装置
US11063186B2 (en) 2016-10-28 2021-07-13 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method for producing light wavelength conversion member, light wavelength conversion member, light wavelength conversion component and light emitting device
WO2018079501A1 (ja) * 2016-10-28 2018-05-03 日本特殊陶業株式会社 光波長変換部材の製造方法、光波長変換部材、光波長変換部品、及び発光装置
US10947448B2 (en) 2017-02-28 2021-03-16 Nichia Corporation Method for manufacturing wavelength conversion member
CN108017412A (zh) * 2017-12-13 2018-05-11 魏健 一种植入量子技术功能的陶瓷球的制备方法
EP3505503B1 (en) 2017-12-27 2020-04-08 Schott Ag Optical converter
US11560513B2 (en) 2018-07-11 2023-01-24 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Optical wavelength conversion member and light-emitting device
CN112470044B (zh) * 2018-07-31 2023-01-13 日本特殊陶业株式会社 光波长转换构件和发光装置
DE102018127831A1 (de) 2018-11-07 2020-05-07 Schott Ag Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise mit einstellbarem oder eingestelltem Farbort, und ihre Verwendung sowie Verfahren zur Einstellung des Farborts einer Beleuchtungseinrichtung
JP7148797B2 (ja) * 2018-12-20 2022-10-06 日亜化学工業株式会社 希土類アルミン酸塩蛍光体の製造方法、希土類アルミン酸塩蛍光体及び発光装置
US11920072B2 (en) * 2019-04-11 2024-03-05 Nichia Corporation Method for producing rare earth aluminate sintered body
CN111925202B (zh) * 2019-05-13 2022-04-15 中国科学院福建物质结构研究所 一种无烧结助剂的钇铝石榴石粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用
DE102020117119A1 (de) 2019-07-04 2021-03-18 Schott Ag Optisches Konverterrad
JP2022030837A (ja) 2020-08-07 2022-02-18 日亜化学工業株式会社 希土類アルミン酸塩焼結体及びその製造方法
DE102022113940A1 (de) 2022-06-02 2023-12-07 Schott Ag Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes eines Probenkörpers
EP4328207A1 (en) 2022-08-24 2024-02-28 Nichia Corporation Sintered body and method for producing sintered body

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030078156A1 (en) * 2001-08-23 2003-04-24 Lowden Richard A. Creep resistant refractory with controlled optical emission
US7554258B2 (en) * 2002-10-22 2009-06-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light source having an LED and a luminescence conversion body and method for producing the luminescence conversion body
US6899827B2 (en) * 2003-05-16 2005-05-31 Ut-Battelle, Llc Inorganic optical taggant and method of making
WO2006111907A2 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Illumination system comprising a ceramic luminescence converter
CN100482763C (zh) * 2005-06-17 2009-04-29 厦门通士达照明有限公司 制备白光led荧光粉的方法及助熔剂
JP5049336B2 (ja) * 2006-03-21 2012-10-17 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ エレクトロルミネセントデバイス
EP2001973A1 (en) * 2006-03-23 2008-12-17 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Light emitting device with a ceramic garnet material
CN101489951A (zh) * 2006-06-21 2009-07-22 株式会社村田制作所 透光性陶瓷及光学部件以及光学装置
EP2049450A1 (en) * 2006-07-26 2009-04-22 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Yag-based ceramic garnet material comprising at least one multi-site element
WO2008056292A1 (en) 2006-11-07 2008-05-15 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Arrangement for emitting mixed light
JP5670745B2 (ja) * 2008-01-15 2015-02-18 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Ｌｅｄ用の光学セラミックにおける、制御された多孔による光の散乱
JP5416092B2 (ja) 2008-03-28 2014-02-12 古河電気工業株式会社 板材の製造方法
JP2010024278A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Stanley Electric Co Ltd 蛍光体セラミック板およびそれを用いた発光素子
ES2667009T3 (es) * 2008-07-22 2018-05-09 Philips Lighting Holding B.V. Un elemento óptico para un dispositivo de emisión de luz y un método de fabricación del mismo
US8123981B2 (en) * 2009-02-19 2012-02-28 Nitto Denko Corporation Method of fabricating translucent phosphor ceramics
KR101800345B1 (ko) * 2009-06-01 2017-11-22 닛토덴코 가부시키가이샤 발광 세라믹 및 이를 이용한 발광 디바이스
WO2011094404A1 (en) 2010-01-28 2011-08-04 Osram Sylvania Inc. Luminescent ceramic converter and method of making same
JP5312692B2 (ja) * 2010-07-29 2013-10-09 京セラ株式会社 光電変換装置
JP2012064484A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Stanley Electric Co Ltd 光源装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014114473A1 (de) 2014-07-31
CN104968630A (zh) 2015-10-07
KR101942618B1 (ko) 2019-01-25
JP6926160B2 (ja) 2021-08-25
JP2017197774A (ja) 2017-11-02
US20150329778A1 (en) 2015-11-19
JP2016509103A (ja) 2016-03-24
US11623892B2 (en) 2023-04-11
JP6312709B2 (ja) 2018-04-18
US20220371961A1 (en) 2022-11-24
TWI570093B (zh) 2017-02-11
US11427511B2 (en) 2022-08-30
KR20150113132A (ko) 2015-10-07
DE102013100832A1 (de) 2014-07-31
JP6738309B2 (ja) 2020-08-12
JP2019218560A (ja) 2019-12-26
CN104968630B (zh) 2017-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI570093B (zh) Strong scattering ceramic converter and its preparation method
RU2510946C1 (ru) Люминесцентный керамический преобразователь и способ его изготовления
WO2016077196A1 (en) Translucent alumina filaments and tape cast methods for making
CN112939578B (zh) 荧光陶瓷及其制备方法、发光装置以及投影装置
JP5850450B2 (ja) 高反射率セラミック基板
CN104900786A (zh) 波长转换煅烧体
EP3505503B1 (en) Optical converter
CN110342908A (zh) 陶瓷复合体、投影仪用光源和陶瓷复合体的制造方法
CN109896851B (zh) 具有浓度梯度的陶瓷复合体、制备方法及光源装置
WO2015141711A1 (ja) 光変換用セラミックス複合材料、その製造方法、およびそれを備えた発光装置
JP2018077463A (ja) 光波長変換部材及び発光装置
CN105764872A (zh) 多孔材料及绝热膜
JP6591951B2 (ja) 光波長変換部材及び発光装置
Hostaša et al. Layered Yb: YAG ceramics produced by two different methods: processing, characterization, and comparison
JP7140968B2 (ja) セラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法
JP2009215495A (ja) 蛍光体
EP3534190A1 (en) Light wavelength conversion member and light emitting device
WO2021100839A1 (ja) 蛍光発光素子、及びその製造方法
JP7335506B2 (ja) セラミックス複合体の製造方法
JP2018070431A (ja) 光波長変換部材及び発光装置
JP2015143173A (ja) 発光素子搭載用セラミック基体および発光装置