[发明专利]一种大功率暖白光固态照明用SiAlON荧光透明陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大功率暖白光固态照明用SiAlON荧光透明陶瓷及其制备方法，该方法包括如下步骤：根据通式Ca_{m/2‑x‑yv/2}Si_12‑m‑nAl_m+nO_nN_16‑n:xEu²⁺,yM^v+,其中v为化合价，0.8≤m≤2.0，1.0≤n≤2.0，0x≤m/4，0≤y≤m/2v‑2x/v，按上述通式选取α‑Si₃N₄、AlN、α‑Al₂O₃、CaCO₃、Eu₂O₃和含M的原料，得混合物A，然后加入混合物B，混合，所述混合物B为AlN和α‑Si₃N₄的混合物，其中：混合物B的质量为混合物A质量的5～50wt％，混合物B中Si₃N₄与AlN的重量比为0～5：1，球磨并干燥，采用热压烧结或放电等离子体烧结，得到烧结体；切割、研磨、抛光至镜面，得到在蓝光激发下呈宽带发射，主波长为570‑600nm且波长可调的Ca‑α‑sialon:Eu²⁺荧光透明陶瓷。本发明工艺简单，可重复性强，所制备的荧光透明陶瓷热导率高、热猝灭性能优异，适用于大功率暖白光固态照明。

技术领域

本发明涉及一种大功率暖白光固态照明用SiAlON荧光透明陶瓷及其制备方法，属于稀土发光材料和固态照明制备领域。

背景技术

固态照明具有节能环保、光效高、寿命长、可靠性高、体积小等优点，是最具发展潜力的绿色光源。白光LED照明是目前固态照明的主流，其中“蓝色LED芯片+黄色荧光粉”组合是实现白光LED照明最常见的方式。然而，因其所用的环氧树脂或硅胶封装材料易老化、耐高温性差及其所致LED的光效下降、色偏移、寿命缩短等问题限制了大功率白光LED进一步发展。因此，采用新型封装方式以适应大功率白光LED照明迫在眉睫。最近，另一种具有更高亮度，而无“效率骤降”现象的固态照明技术——激光照明，对荧光材料及封装材料则提出了更高的要求。

因具有透明性好，热导率高、热稳定性好等良好的综合性能，荧光透明陶瓷取代“传统荧光粉+有机物封装材料”已引起强烈兴趣。目前YAG:Ce³⁺荧光透明陶瓷已开始应用于大功率LED与激光照明，例如宝马激光大灯。然而，YAG:Ce³⁺荧光材料因缺少红色成分，所产生的白光存在显色性较差和色温偏高等缺点，以致于无法在暖白光领域内应用。为此，研究人员通过各种措施增加红光发射。如添加Gd³⁺取代Y³⁺[Opt.Express,2015,23 14 18243-18255]使发光光谱整体红移，直接加入红色发光离子如Cr³⁺[发光学报,2016,37 10 1213-1216]、Pr³⁺[J.Eur.Ceram.Soc.,2017,93 11 3403-3409]。尽管这些措施能一定程度上降低色温，但多以牺牲一部分的流明效率为代价。更关键的是，YAG:Ce³⁺材料的热猝灭温度相对较低，当加入一定含量的Gd³⁺、Ga³⁺、以及掺杂高浓度的Ce³⁺(如商业产品)，热猝灭性能则显著降低。因此，在不断优化YAG:Ce³⁺荧光陶瓷性能的同时，有必要探寻新的荧光透明陶瓷体系以适应大功率乃至超大功率暖白光固态照明。最近研究证明(半)透明陶瓷里存在部分光散射不仅能够提高蓝光吸收，而且还能降低全内反射，从而提高出光率[Opt.Express,2015,23 14 17923-17928]。可见荧光透明陶瓷并不要求具有很高的透明度，反而半透明状态可能获得更好的发光性能，这为探寻新的荧光(半)透明陶瓷提供了更广阔的空间。