[发明专利]一种Eu3+掺杂氧化镧钇透明陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用于照明和显示领域的掺Eu³⁺氧化镧钇透明陶瓷的制备方法，属特种陶瓷制造工艺技术领域。

背景技术

我国能源缺口大，电力一直紧张，用于照明显示方面的电量约占总发电量的7％。而我国又是稀土资源丰富的国家，因此合理有效地利用稀土资源，开发和推广高效节能的稀土荧光灯及显示器产品以节约电能，潜力很大。

稀土荧光材料在上述照明及显示领域中起着至关重要的作用。目前，我国稀土发光材料已形成三大主流产品：信息显示用荧光粉、灯用三基色荧光粉、长余辉荧光粉。其中信息显示是稀土荧光粉的主要应用领域之一。每只阴极射线管显示器（CRT）需红粉平均为10～12克，而每台42英寸等离子彩电用稀土荧光粉约100克，并且屏幕越大，用量越大。由此可见，在显示器的应用中稀土荧光粉占据着相当重要的位置。目前显示用荧光粉研究主要集中在对现有荧光粉制备工艺的设计与改进，以及开发高效的显示用三色荧光粉。其中公认为较好的显示用红色荧光粉主要是Eu³⁺:Y₂O₃和Eu³⁺:Y₂O₂S。

三基色荧光灯是稀土发光材料的又一重要领域。早期以卤磷酸钙荧光粉涂复的荧光灯，其发光效率为白炽灯的3～4倍，但因该类荧光灯发射光谱中缺少450 nm以下的蓝光和600 nm附近的红光，显色性差(显色指数Ra只有65左右)，被其照射物体的颜色呈现失真。虽然通过添加少量其它光色的荧光粉可使Ra得到改善，但发光效率会下降，显色性和光效互相制约难以兼得。直到1974年荷兰飞利浦公司发明了稀土三基色荧光粉并研制成节能的三基色荧光灯。这种灯具有高亮度、高节电(经测试比白炽灯节电80％)、高显色（Ra=85）、高寿命，且结构紧凑等特点,真正符合绿色节能光源的要求。以该灯为蓝本发展出的新一代三基色节能荧光灯现今仍具有广阔的市场。

目前商用的三基色荧光粉主要是指稀土离子激活的发红、绿、蓝三种荧光的荧光粉，由它们组成几种不同的荧光粉体系主要有：由Eu:Y₂O₃红粉分别与铝酸盐绿粉和蓝粉组成的铝酸盐体系、与磷酸盐绿粉和蓝粉组成的磷酸盐体系、与硼酸盐绿粉和蓝粉组成的硼酸盐体系以及各种混合体系。其中Eu:Y₂O₃红粉在照明领域的地位迄今无法撼动。但另一方面，Eu:Y₂O₃红粉大都采用传统涂粉工艺涂覆在玻璃灯管上，易导致涂层粗糙、不均匀、空隙大，粉体间结合不好，荧光粉颗粒之间相互重叠，从而导致发光不均匀。此外，在应用于三基色白光LED时，由于荧光粉需采用环氧树脂包裹，其在UV光照射及高温作用下，易发生老化变质，从而影响荧光灯的寿命及品质。

综上所述，人们希望找到一种既保留原有Eu:Y₂O₃红粉发光性能，又省去繁琐涂覆工艺的新型红色荧光材料，因此考虑采用Eu:Y₂O₃块体材料替代Eu:Y₂O₃红粉。然而Y₂O₃的熔点高达2430℃，且在2280℃附近会发生立方相向六方相的多晶相变，因而制备Eu:Y₂O₃单晶成本高，不切实际。随着陶瓷制备技术及纳米制粉技术的发展，Y₂O₃透明陶瓷的烧结温度可降低至1700℃左右。采用La₂O₃作为Y₂O₃的烧结助剂后，其烧结温度还能进一步降低。通过陶瓷工艺制备的Eu³⁺掺杂氧化镧钇透明陶瓷具有与Eu:Y₂O₃粉相同的红光发射特征，能与紫外或阴极射线激发源部件直接结合，无需涂粉的繁复工艺，克服了粉体均匀性及稳定性差等缺点，并可以制造大尺寸和形状复杂的样品，具有工艺简单、制备成本低、适宜批量生产等特点。此外，该陶瓷材料还具有Eu³⁺掺杂浓度高且均匀性好的优点，可通过Eu³⁺的高浓度掺杂达到有效提高红光发射强度的目的。

发明内容