[发明专利]一种复相荧光陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复相荧光陶瓷及其制备方法，所述复相荧光陶瓷包括：高导热介质陶瓷基体，以及分布在高导热介质陶瓷基体中的呈周期排布的荧光陶瓷主体；相邻荧光陶瓷主体之间的最短距离L为200～1000μm，高导热介质陶瓷基体占复相荧光陶瓷的体积分数δ为5～60%；所述荧光陶瓷主体为稀土掺杂透明陶瓷；所述高导热介质陶瓷基体的材料选自Al₂O₃、AlN、BeO、Sc₂O₃、Si₃N₄、BN、SiC和MgO中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种具备优异发光热稳定性能的复相荧光陶瓷及其制备方法，具体涉及一种提高荧光陶瓷导热性能的方法，属于荧光材料应用技术领域。

背景技术

在基于激光激发远程荧光体技术(LARP)的激光显示器件中，光转换材料是核心之一，也是近年来的研究热点，其光色光温、荧光量子效率及其在高功率密度激光辐照下的发光稳定性直接关联器件的品质。树脂封装荧光粉、稀土掺杂玻璃及微晶玻璃等无机发光材料竞相发展，不断推动激光显示器件的品质提升。在此发展过程中，稀土掺杂透明陶瓷(简称荧光陶瓷)凭借相较于树脂封装荧光粉、荧光玻璃等传统无机发光材料更加优异的热传导和物理化学稳定性等优势，在激光显示领域脱颖而出，成为当前高功率密度LD驱动发光材料的绝佳选择之一。

LD作为光源与LED等传统固态光源最大区别在于荧光材料在LD激发下Stokes位移、非辐射跃迁和光-物质作用引起的局域温升效应更加显著，即便是具备高热导率(10W/m·K)的荧光陶瓷在高功率密度LD辐照下仍然极易表现出激发饱和、荧光衰减和色坐标偏移等。不仅如此，随着激光显示逐步向高亮度、紧凑型和静态模式的方向发展，急剧增加的热负荷、热冲击和不断压缩的空间给荧光陶瓷的可靠性、光效和发光稳定性带来了更加严峻的考验。专利1(中国公开号CN107285745A)公布了一种氧化铝基质的荧光陶瓷，通过将荧光粉与高导热的氧化铝粉体混合共烧得到氧化铝弥散分布的氧化铝-荧光粉复相陶瓷，提高了陶瓷的有效热导率，增强了散热性能。但是，引入不连续Al₂O₃晶粒增加了异质界面和界面声子散射，阻碍了热的定向输运。因此，从界面热阻的角度分析，弥散分布的高热导介质对提升散热效率的贡献是有限的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种周期性结构复相荧光陶瓷及其制备方法，其中高导热介质构成连续的导热通道，可避免大量的异质晶界声子散射，显著提高荧光陶瓷的定向热输运能力，进而获得导热性能更加优异的荧光陶瓷材料。

一方面，本发明提供了一种复相荧光陶瓷，所述复相荧光陶瓷包括：高导热介质陶瓷基体，以及分布在高导热介质陶瓷基体中的呈周期排布的荧光陶瓷主体；相邻荧光陶瓷主体之间的距离L为200～1000μm，高导热介质陶瓷基体占复相荧光陶瓷的体积分数δ为5～60％；

所述荧光陶瓷主体为稀土掺杂透明陶瓷；所述高导热介质陶瓷基体的材料选自Al₂O₃、AlN、BeO、Sc₂O₃、Si₃N₄、BN、SiC和MgO中的至少一种。

在本公开中，通过在具有连续导热的高导热介质陶瓷基体内部构筑有序的周期性排布的荧光陶瓷主体，制备得到复相荧光陶瓷。其中，高导热介质陶瓷基体本身便是连续的导热介质(即形成连续导热通道)，将表面热源引起的热或荧光陶瓷主体发光过程中因Stokes位移、非辐射跃迁引起的热高效地输运至热耗散端，有效增强陶瓷的热输运能力，从而保持陶瓷体较低的体相温度，为荧光陶瓷的稳定发光提供良好的条件。也就是说，本发明中复相荧光陶瓷在不影响其荧光特性的基础上，还具有定向热输运特性。而且，L为荧光陶瓷主体之间的最短距离，也可以理解为连续导热高导热介质陶瓷基体中多孔结构之间形成的壁厚，δ为高导热介质陶瓷基体占据复相荧光陶瓷的体积分数，L和δ共同决定荧光主体的有效尺寸。

较佳的，300μm≤L≤500μm；10％≤δ≤40％。