[发明专利]一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃及其制备方法

说明书

本发明报道一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃及其制备方法，属于无机发光领域。以二氧化硅，氧化铝，碳酸钙和氮化硅为原料，按照一定的化学计量比混合均匀，在高温熔融后得到基础玻璃。将基础玻璃在高温热处理后首次得到了含有六方相Ca₁₃Al₂₂Si₁₀O₆₆晶体的微晶玻璃。在280纳米紫外光激发下，微晶玻璃发出青色的光。因为玻璃基体对析出的Ca₁₃Al₂₂Si₁₀O₆₆晶体具有很好的包覆作用，从而提高了微晶玻璃的稳定性，使得该微晶玻璃浸泡在水中365天后其发光强度仍能保持初始值的97％，在LED照明领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于无机发光材料领域，涉及一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

稀土离子由于其特殊的电子层结构，可以发射从紫外线到红外光的窄带或宽带发光谱线。因此，稀土掺杂的发光材料已被广泛应用于光源照明、显示成像等领域。然而稀土在地壳中含量有限，是一种非可再生资源，这也导致了其价格昂贵。因此开发无稀土掺杂的发光材料成为了如今的研究热点。

LED作为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长、体积小的优点，已被广泛应用于各类显示、照明、装饰灯领域。现如今，LED照明器件都是将稀土离子掺杂的荧光粉涂敷在紫外光芯片或蓝光芯片表面从而被激发发出白光或其它颜色的光。但是这种照明器件存在以下不足之处：(1)稀土材料价格昂贵，导致稀土掺杂发光材料成本较高。(2)荧光粉材料物理与化学稳定性较差，这阻碍了LED照明器件的长时间使用。

微晶玻璃是晶体与玻璃的复合材料，它具备晶体材料优异的发光性能，同时还拥有玻璃材料优异的物理化学稳定性。稀土离子掺杂的微晶玻璃材料近年来已经被证实在高功率、长寿命LED照明领域具有很大的潜力。因此，开发一种无稀土掺杂的微晶玻璃发光材料，在提高发光效率、增加使用寿命的同时，还能够有效地降低制备的成本。

发明内容

本发明公开一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃，具体是以锶铝硅酸盐玻璃为基础玻璃，通过恒温热处理在玻璃中析出Ca₁₃Al₂₂Si₁₀O₆₆晶体。由于特殊设计的玻璃组分，使得在玻璃与晶相中存在大量的氧缺陷，在紫外光激发条件下，缺陷捕获电子并使之与空穴复合产生青色的发光。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃，以锶铝硅酸盐玻璃为基础玻璃，通过恒温热处理在玻璃中析出Ca₁₃Al₂₂Si₁₀O₆₆晶体。

其中，通过掺入Si₃N₄以改变玻璃的结构，调整玻璃网络中桥氧和非桥氧的比例，从而达到可控析晶的目的。

进一步的，通过差热分析玻璃的热力学性能，确定其析晶温度，在析晶温度附近以合适的析晶时间进行热处理得到微晶玻璃。

一种无稀土掺杂的青色发光微晶玻璃的制备方法，依次包括如下步骤：

(1)按照摩尔百分比，称取35～50％的CaCO₃,5～10％的Al₂O₃,35～55％的SiO₂,5～10％的Si₃N₄原料，总质量为10-30克，将原料在玛瑙研钵中研磨40-80分钟，使其充分混合均匀；

(2)将混合均匀的原料倒入20毫升的氧化铝坩埚中，在CO还原气氛中在1550～1620℃的温度下第一次熔融3～4小时。待一次熔融结束并冷却后，将其继续放入升降炉中二次熔融3～4小时；