專利名稱：一種納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法
一種納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于LED的釔鋁石榴石(YAG)球形熒光 粉以及其它稀土氧化物球形熒光粉的制備方法。
背景技術(shù)：
在全球能源日益短缺的今天，以LED為代表的新型綠色照明光源正受到越來越多 的關(guān)注。而作為一種重要的支撐材料，熒光粉的高發(fā)光強(qiáng)度、良好的微觀形貌和適宜的粒度 可以有效地提高LED器件的性能。常用的熒光粉有鋁酸鹽基質(zhì)、硅酸鹽基質(zhì)和氮化物基質(zhì) 三大類。近年來，隨著熒光粉質(zhì)量的提高和封裝工藝的改進(jìn)，釔鋁石榴石熒光粉(YAG:Ce) 與LED藍(lán)光芯片組合的白光輸出功率提高到了 1611m/w，使LED光源真正進(jìn)入了照明領(lǐng)域。
目前，合成熒光粉的方法有高溫固相法、燃燒法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和噴霧 熱解法。采用燃燒法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和噴霧熱解法制備熒光粉時，反應(yīng)溫度低，粉 末呈近球形，粒度大小可控(參考專利CN 1888011A)。但工業(yè)生產(chǎn)中，仍以傳統(tǒng)的高溫固相 法為主。這是因為與上述方法相比，采用高溫固相法制備的熒光粉晶體質(zhì)量優(yōu)良，發(fā)光效率 高，工藝易于操作，利于工業(yè)化生產(chǎn)(參考專利CN 101148583A)。而存在的問題是，該工藝 制備的熒光粉晶粒粗大，必須進(jìn)行輥破、鄂破、氣流磨，耗時耗能，破壞結(jié)晶，球磨后所得粉 體與原產(chǎn)物相比，發(fā)光亮度衰減嚴(yán)重(參考專利CN 101665688A)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)方案存在的缺陷，提供一種用于LED的YAG納米結(jié) 構(gòu)球形熒光粉以及其它稀土氧化物納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法。
本發(fā)明的方法完全不同于傳統(tǒng)的制備方法，是采用火焰法加熱流態(tài)粉末，然后淬 水激冷制備出非晶球形粉末，對非晶球形粉末進(jìn)行晶化處理后，可獲得粒徑分布窄、具有納 米結(jié)構(gòu)的晶態(tài)球形熒光粉。通過本發(fā)明方法制備出的熒光粉無需通過球磨減小粒徑，即可 達(dá)到制作LED器件的涂敷要求。
本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法包括以下步驟
(1)按所得納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的化學(xué)式組成(Aa_xMb0。:Rex)的化學(xué)計量關(guān)系稱取 A、M和Re的氧化物粉末，然后裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入粘結(jié)劑、分散劑、消泡劑和蒸 餾水，球磨分散制得漿料；
所述的納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的化學(xué)式組成為Aa_xMb0。:Itex ；其中，A為Sc、Y、La、Gd、 Yb、Lu、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的一種或幾種；M為Al或Si ;Re為Ce或Eu ； 1彡a彡5，1彡b < 20，3 彡 c < 30，0 < χ 彡 0. 06 ；
(2)對步驟(1)制得的漿料進(jìn)行噴霧造粒，收集造粒粉末；
(3)將步驟⑵得到的造粒粉末通過送粉器以10 30克/分鐘的速率送入乙 炔-氧氣火焰中；造粒粉末受熱熔融、珠化，然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟(3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗(攪拌水洗2 3次即可)去除雜質(zhì)，烘干后進(jìn)行400目篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1000 1500°C、還原氣氛中保溫2 6小 時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的所述的納米結(jié)構(gòu)的球形熒光粉；所述的還原氣氛是體 積分?jǐn)?shù)為10%的吐和體積分?jǐn)?shù)為90%的隊組成的混合氣。
所述的納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的粒徑分布范圍為2 16 μ m。
在所述步驟(1)中，漿料中的氧化物粉末為40 70wt%、粘結(jié)劑為1 2wt%、分 散劑為0. 2 0. #t%、消泡劑為1 2wt%、余量為蒸餾水。
在所述步驟(1)中，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷或甲基纖維素；所述的 分散劑為聚乙烯酰胺；所述的消泡劑為正丁醇。
在所述步驟(1)中，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散的時間為4 12小 時。
在所述步驟(3)中，乙炔的流量為10 20升/分鐘，氧氣的流量為8 15升/ 分鐘。
本發(fā)明與現(xiàn)有制備方法相比具有以下優(yōu)點
(1)本發(fā)明提出的火焰球化制備方法采用氧化物粉末作為原料，與溶膠-凝膠等 方法相比，可以提高制備效率、降低成本。
(2)本發(fā)明提出的火焰球化制備方法采用火焰法加熱流態(tài)粉末，可以防止粉末的尚溫團(tuán)聚ο
(3)采用本發(fā)明提出的火焰球化法制備的熒光粉是由火焰球化過程生成的非晶粉 晶化而成，包含納米尺度的晶粒，晶體質(zhì)量高。
(4)采用本發(fā)明提出的火焰球化法制備的熒光粉粒徑分布窄、微觀形貌為球形，發(fā) 光性能優(yōu)良，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。


圖1.本發(fā)明實施例1所制備的Y2.94Al5012:Cea(l6球形熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光■i並 曰O
圖2.本發(fā)明實施例1所制備的Y2.94A15012 = Ceatl6球形熒光粉的微觀形貌照片。
具體實施方式
實施例1
(1)按化學(xué)式^94Al5O12 Q6中的化學(xué)計量關(guān)系稱取原料粉末Al2O3J2O3和CeO2, 裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入聚乙烯醇粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正丁醇消泡劑和蒸餾 水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散4小時得到漿料；其中，漿料中氧化物粉末 的總量為70wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為lwt%、聚乙烯酰胺分散劑為0. 3wt%、正丁醇消泡劑 為lwt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟(2)得到的造粒粉末通過送粉器以20克/分鐘的速率送入乙炔-氧氣 火焰中，其中乙炔流量為20升/分鐘，氧氣流量為15升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化， 然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟C3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗2次去除雜質(zhì)，烘干后用400目 篩進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1200°C、體積分?jǐn)?shù)為10%的!12和體 積分?jǐn)?shù)為90%的N2組成的還原氣氛中保溫2小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的 ^15012:&。.。6球形熒光粉，粒徑分布范圍為4 16口!11。其中Y2.94A15012 = Ceatl6球形熒光 粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜如圖1所示；微觀形貌照片如圖2所示。
實施例2
(1)按化學(xué)式Lua99AlO3 = Ci5acil中的計量化學(xué)關(guān)系稱取原料粉末Lu203、Al2O3和 CeO2,裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入聚乙烯醇粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正丁醇消泡劑 和蒸餾水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散8小時得到漿料；其中，漿料中氧化 物粉末的總量為40wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為1. 5wt%、聚乙烯酰胺分散劑為0. 2wt%、正丁 醇消泡劑為1. 5wt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟( 得到的造粒粉末通過送粉器以10克/分鐘的速率送入乙炔-氧氣 火焰中，其中乙炔流量為20升/分鐘，氧氣流量為15升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化， 然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟C3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗2次去除雜質(zhì)，烘干后用400目 篩進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1300°C、體積分?jǐn)?shù)為10%的!12和體 積分?jǐn)?shù)為90%的N2組成的還原氣氛中保溫2小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的 Lu0.99A103:Ce0.01球形熒光粉，粒徑分布范圍為3 9μπι。
實施例3
(1)按化學(xué)式Gd2. Jc2Al3O12: Ceatl6中的化學(xué)計量關(guān)系稱取原料粉末Gd203、Sc203、 Al2O3和CeO2，裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入聚環(huán)氧乙烷粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正 丁醇消泡劑和蒸餾水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散12小時得到漿料；其 中，漿料中氧化物粉末的總量為50wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為lwt%、聚乙烯酰胺分散劑為 0. 2wt%、正丁醇消泡劑為2wt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟(2)得到的造粒粉末通過送粉器以10克/分鐘的速率送入乙炔-氧氣 火焰中，其中乙炔流量為20升/分鐘，氧氣流量為15升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化， 然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟C3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗3次去除雜質(zhì)，烘干后用400目 篩進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1500°C、體積分?jǐn)?shù)為10%的!12和體 積分?jǐn)?shù)為90%的N2組成的還原氣氛中保溫4小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的 Gd2.9Jc2A13012: Ceatl6球形熒光粉，粒徑分布范圍為3 10 μ m。
實施例4
(1)按化學(xué)式BEia98Mg2Al16O27 = Euaci2中的化學(xué)計量關(guān)系稱取原料粉末BaO、MgO、 Al2O3和Eu2O3,裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入甲基纖維素粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正丁醇消泡劑和蒸餾水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散12小時得到漿料；其 中，漿料中氧化物粉末的總量為40wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為lwt%、聚乙烯酰胺分散劑為 0. #t%、正丁醇消泡劑為2wt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟(2)得到的造粒粉末通過送粉器以10克/分鐘的速率送入乙炔-氧氣 火焰中，其中乙炔流量為20升/分鐘，氧氣流量為15升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化， 然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟(3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗3次去除雜質(zhì)，烘干后用400目 篩進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1500°C、體積分?jǐn)?shù)為10%的!12和體 積分?jǐn)?shù)為90%的N2組成的還原氣氛中保溫6小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的 Ba0.98Mg2Al16027:Eu0.02球形熒光粉，粒徑分布范圍為2 9 μ m。
實施例5
(1)按化學(xué)式Cau7SiO3 = Euatl3中的化學(xué)計量關(guān)系稱取原料粉末CaO、Si&和Eu2O3， 裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入聚乙烯醇粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正丁醇消泡劑和蒸餾 水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散6小時得到漿料；其中，漿料中氧化物粉末 的總量為60wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為2wt%、聚乙烯酰胺分散劑為0. 2wt%、正丁醇消泡劑 為lwt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟(2)得到的造粒粉末通過送粉器以20克/分鐘的速率送入乙炔-氧氣 火焰中，其中乙炔流量為15升/分鐘，氧氣流量為12升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化， 然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉；
(4)收集步驟(3)得到的非晶玻璃粉，攪拌水洗2次去除雜質(zhì)，烘干后用400目篩 進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉于1200°C、體積分?jǐn)?shù)為10%的H2和體積分?jǐn)?shù)為 90%的N2組成的還原氣氛中保溫2小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的Ca1.97Si03:Euatl3 球形熒光粉，粒徑分布范圍為3 12 μ m。
實施例6
(1)按化學(xué)式Y(jié)1^7SiO5 = Ci5aci3中的化學(xué)計量關(guān)系稱取原料粉末103、SiO2和CeO2, 裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入聚乙烯醇粘結(jié)劑、聚乙烯酰胺分散劑、正丁醇消泡劑和蒸餾 水，調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散4小時得到漿料；其中，漿料中氧化物粉末 的總量為60wt%、聚乙烯醇粘結(jié)劑為lwt%、聚乙烯酰胺分散劑為0. #t%、正丁醇消泡劑 為lwt%、余量為蒸餾水；
(2)采用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，過200目篩，收集篩下造粒粉末；
(3)將步驟( 得到的造粒粉末通過送粉器以30克/分鐘的速率送入乙炔-氧火 焰中，其中乙炔流量為10升/分鐘，氧氣流量為8升/分鐘；造粒粉末受熱熔融、珠化，然后 淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；
(4)收集步驟C3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗3次去除雜質(zhì)，烘干后用400目 篩進(jìn)行篩分；
(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1000 、體積分?jǐn)?shù)為10%的H2和體積分?jǐn)?shù) 為90%的N2組成的還原氣氛中保溫2小時完全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的A97SiO5 Ce0.03 球形熒光粉，粒徑分布范圍為4 15 μ m。
權(quán)利要求
1.一種納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)按所得納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的化學(xué)式組成的化學(xué)計量關(guān)系稱取A、M和Re的氧化 物粉末，然后裝入球磨機(jī)的球磨罐中，并加入粘結(jié)劑、分散劑、消泡劑和蒸餾水，球磨分散制 得漿料；所述的納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的化學(xué)式組成為Aa_xMb0。:Itex ；其中，A為Sc、Y、La、Gd、％、 Lu、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的一種或幾種；M為Al或Si ;Re為Ce或Eu ;1彡a彡5，1彡b < 20，3 彡 c < 30，0 < χ 彡 0. 06 ；(2)對步驟(1)制得的漿料進(jìn)行噴霧造粒，收集造粒粉末；(3)將步驟( 得到的造粒粉末通過送粉器以10 30克/分鐘的速率送入乙炔-氧 氣火焰中；造粒粉末受熱熔融、珠化，然后淬入水中激冷，形成非晶球形玻璃粉末；(4)收集步驟C3)得到的非晶玻璃粉末，攪拌水洗去除雜質(zhì)，烘干后進(jìn)行400目篩分；(5)將步驟(4)得到的非晶玻璃粉末于1000 1500°C、還原氣氛中保溫2 6小時完 全晶化，得到由納米晶粒構(gòu)成的所述的納米結(jié)構(gòu)的球形熒光粉；所述的還原氣氛是體積分 數(shù)為10%的H2和體積分?jǐn)?shù)為90%的N2組成的混合氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的粒徑為 2 16 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在所述步驟(1)中，漿料中的氧化物粉 末為40 70wt%、粘結(jié)劑為1 2wt%、分散劑為0. 2 0. 、消泡劑為1 2 丨％、余 量為蒸餾水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征是所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚環(huán)氧 乙烷或甲基纖維素；所述的分散劑為聚乙烯酰胺；所述的消泡劑為正丁醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在所述步驟(1)中，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為 120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨分散的時間為4 12小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在所述步驟C3)中，乙炔的流量為10 20升/分鐘，氧氣的流量為8 15升/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)球形熒光粉的制備方法。所述熒光粉的化學(xué)式組成為Aa-xMbOc:Rex，其中A為Sc、Y、La、Gd、Yb、Lu、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的一種或幾種；M為Al或Si；Re為Ce或Eu；1≤a≤5，1≤b＜20，3≤c＜30，0＜x≤0.06。所述方法為1)以A、M和Re的氧化物為原料，配制漿料，并噴霧造粒；2)采用乙炔-氧氣火焰加熱流態(tài)的造粒粉末，通過水淬形成非晶球形粉末；3)在還原氣氛中，對非晶球形粉末進(jìn)行晶化處理，得到納米結(jié)構(gòu)的晶態(tài)球形熒光粉。該熒光粉無需球磨，微觀形貌為球形，發(fā)光性能優(yōu)良，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。
文檔編號C09K11/80GK102031114SQ20101057031
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者劉光華, 李江濤, 梅林 , 王麗麗, 賀剛 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所