[发明专利]激光照明用浓度渐变荧光陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开激光照明用浓度渐变荧光陶瓷及其制备方法，所述荧光陶瓷以YAG陶瓷作为基质材料，Ce³⁺离子作为发光离子，其分子式为Ce_x:Y_3‑xAl₅O₁₂，x的取值范围：0≤x≤0.06，所述荧光陶瓷沿激光光源激发入射方向上呈浓度渐变升高分布。本发明的有益效果在于：能够均匀地吸收激发激光能量，从而实现材料温度均匀，解决材料因温差导致的荧光转化效率降低及样品炸裂问题，并且利用渐变浓度对荧光光谱拓宽，提高荧光陶瓷显色指数。

技术领域

本发明涉及激光照明用荧光材料领域，特别地是，激光照明用浓度渐变荧光陶瓷及其制备方法。

背景技术

Ce:YAG荧光粉是非常重要的荧光材料，然而面向高功率激光照明，荧光粉已经无法满足需求，而最近市场上兴起的玻璃陶瓷材料由于基质材料为玻璃，荧光粉颗粒和玻璃折射率差距较大，导致材料散射太大，部分激发光源能量以热的形式耗散在基质玻璃当中，而玻璃基质热导率低，导致发光材料温度升高，发光效率降低；同时由于玻璃属于亚稳态结构，因此在持续高温的情况下容易析晶，导致材料性能的进一步下降；再者由于玻璃机械性能较差，所以在材料使用过程中，材料温度急剧升降也会导致样品开裂问题。

Ce:YAG荧光陶瓷样品热导率高(-8.0W/m·K)、为立方相材料，因此在光学上为各向同性材料，陶瓷中晶粒方向的随机性和晶界的出现不会影响YAG材料的光学特性，是一种非常优秀的荧光陶瓷。但是面向高功率激光照明应用，均匀掺杂的Ce:YAG荧光陶瓷由于在激光激励端面吸收能量比例大，因此会产生更多的热量，从而导致材料激励端面附近温度较高，同时，由于荧光陶瓷对激发光源能量的吸收，导致发光材料后端可吸收的能量偏低，更加加剧了材料温差，严重时可导致发光材料炸裂，因此如何设计制备复合荧光陶瓷材料，匹配材料中激活离子浓度，使得整个材料可以均匀的吸收激发激光能量，从而实现材料在发光过程中发光及温度的均匀，解决材料温差问题，提升材料荧光转化效率。

同时，单一浓度的Ce:YAG荧光陶瓷发射光谱较窄，直接用蓝色激光LD激发荧光陶瓷所得白光缺少红光成分，显示指数低，Ce³⁺离子半径大于Y³⁺离子半径，根据半径经验值可知，提高Ce³⁺离子浓度可以使得荧光陶瓷的发射光谱红移，即在同一材料中实现浓度梯度掺杂，可以获得比单浓度掺杂的样品更宽的光谱，实现白光显色指数的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光照明用浓度渐变荧光陶瓷，更具体地说是一种以Ce³⁺离子为激活离子，在激光激励方向上激活离子浓度梯度渐变的一种复合荧光陶瓷及其制备方法。该复合荧光陶瓷通过标准粉体配制，根据具体激光照明系统要求以及激发光源特性进行浓度梯度设计，之后从所配置的标准粉体中进行取样压制、高温烧结控制Ce³⁺离子的扩散，从而使得材料中激活离子浓度基本呈线性递增分布，实现材料内激发光源能量均匀吸收，解决材料激励端面温度过高导致样品荧光效率降低及样品开裂问题的同时实现白光显色指数的提升。

本发明的技术方案是这样实现的：所述荧光陶瓷以YAG陶瓷作为基质材料，Ce³⁺离子作为发光离子，其分子式为Ce_x:Y_3-xAl₅O₁₂，x的取值范围：0≤x≤0.06，所述荧光陶瓷沿激光光源激发入射方向上呈浓度渐变升高分布。

上述的复合荧光陶瓷的制备方法包括下列步骤：