含铝氮化物陶瓷基质复合物及其制造方法和使用方法与流程

本公开一般而言涉及用于处理用于制造多晶陶瓷复合物(包括含铝氮化物基质复合物)的材料的技术。更具体地，本公开的实施方式包括用于使用处理技术的组合来制造在含铝氮化物基质中掺入了一种或多种磷光体组合物的陶瓷基质复合物的技术。此类陶瓷基质复合物可用于多种应用，包括用于强光源(例如激光二极管等)的磷光体构件。背景技术：固态照明在过去二十年中已经取得了巨大的发展，并广泛应用于许多住宅、商业和工业环境中。通常，(例如由发光二极管(led)发射的)来自蓝色和/或紫色激发源的光被一种或多种磷光体组合物吸收，所述一种或多种磷光体组合物进而发射蓝色、绿色、黄色和/或红色光，从而产生整体白光，所述白光的色温和其他特性(例如显色指数(colorrendition index,cri))可以控制。最近，激光二极管已被用作激发源，所述激发源提供极高亮度和照度以及非常窄的射束角、更长的投射距离和更高的对比度的能力的优点。然而，为了充分实现基于激光的照明的优点，需要具有非常高的热导率的磷光体组合物，使得由磷光体内的光转换过程生成的热量可以被带走，而不降低磷光体或包装的性能。对于led，磷光体通常分散在有机硅、环氧树脂或其他具有非常低的热导率的聚合物组合物中。许多小组已经证明玻璃磷光体(phosphor-in-glass，pig)组合物具有良好的磷光体性能，但这些组合物的热导率仍然相当低。至少在原则上，陶瓷磷光体组合物对于基于激光的照明来说是理想的。理想地，它应具有高热导率和高内量子效率和外量子效率。然而，目前，发黄光的ce掺杂的钇铝石榴石(yag:ce+3)是唯一广泛商购可得的陶瓷磷光体组合物，而蓝色+yag白光具有低cri。几个小组已经展示了陶瓷形式的其他磷光体组合物，其中烧结和致密化已经通过传统方法(例如热压、热等静压和放电等离子体烧结)实现。然而，与这些传统陶瓷处理方法相关联的高温常常会降低磷光体的性能。此外，对于许多应用来说，需要具有彼此紧密接近的多种磷光体组合物，例如绿色磷光体和红色磷光体，并且共烧结涉及除了简单组合物的烧结之外的附加挑战。使用基质可以潜在地克服共烧结中的一些困难，但迄今为止已展示的基质材料在所得陶瓷基质复合物的光学和热性质方面具有重大的局限性。由于至少上述问题，需要一种具有优异的磷光体性能和高热导率的含磷光体的陶瓷基质复合物。

背景技术

技术实现思路

1、根据本公开，提供了与处理用于制造含铝陶瓷基质复合物的材料的技术相关的另外技术。更具体地，本公开的实施方式包括。

2、本公开的实施方式还可以提供一种用于形成含铝的氮化物陶瓷基质复合物的方法。所述方法可包括：形成至少一种生坯，所述至少一种生坯包含磷光体粉末和含铝组合物，其中所述至少一种生坯的特征在于孔隙率在约10％与约80％之间；以及将可密封的容器加热至在约400摄氏度与约800摄氏度之间的温度和在约10mpa与约1000mpa之间的压力。在对可密封的容器进行加热和加压之前，将至少一种生坯、氨、和矿化剂组合物设置在所述可密封的容器内。所述磷光体粉末包含至少一种磷光体组合物，所述磷光体粉末粒子的d50直径在约100纳米与约500微米之间。含铝组合物基于金属计的纯度为约90％至约99.9999％。在对可密封的容器进行加热和加压之前，填充有液氨的可密封的容器内的自由体积分数在约10％与约95％之间。加热可密封的容器包括将所述可密封的容器加热达第一时间段以形成含铝的氮化物陶瓷基质复合物，所述含铝的氮化物陶瓷基质复合物的特征在于，磷与aln的体积比在约1％与约99％之间，孔隙率在约1％与约50％之间，并且热导率在约1瓦/米-开尔文与约320瓦/米-开尔文之间。

3、本公开的实施方式还可以提供一种含铝组合物。所述含铝组合物包含含铝的氮化物基质材料和多个二次陶瓷相粒子。所述多个二次陶瓷相粒子的特征在于具有在约1微米与约10微米之间的d10值和在约10微米与约100微米之间的d90值的粒径分布。所述含铝组合物还包括：与含铝基质材料结合的多个二次陶瓷相粒子的边界的至少50％；在约1％与约99％之间的多个二次陶瓷相粒子与含铝基质材料的比率；并且所述含铝组合物的特征在于孔隙率在约1％与约50％之间并且热导率在约1瓦/米-开尔文与约320瓦/米-开尔文之间。所述多个二次陶瓷相粒子还可包含至少一种磷光体组合物。所述多个二次陶瓷相粒子还可包含至少两种磷光体组合物。在一些实施方式中，所述含铝组合物的特征还可在于，所述多个二次陶瓷相粒子与所述含铝基质材料的比率在约5％与约95％之间，孔隙率在约2％与约50％之间，并且热导率在约5瓦/米-开尔文与约260瓦/米-开尔文之间。所述磷光体组合物还可包含以下中的至少一者：y3al5o12:ce3+、lu3al5o12:ce3+、(y,gd,tb,sc,lu,la)3(al,ga,in)5o12:ce3+、β-sialon:eu2+、α-sialon:eu2+和caalsin3:eu2+。在一些实施方式中，所述含铝组合物的经抛光区段的二次电子显微照片揭露在所述多个二次陶瓷相粒子与所述含铝基质材料之间的边界的至少50％内没有可观察到的间隙。

4、本公开的本质和优点的进一步理解可通过参考说明书和附图来进一步理解。

技术特征：

1.一种用于形成含铝的氮化物陶瓷基质复合物的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述磷光体组合物包含以下中的一者或多者：y3al5o12:ce3+、lu3al5o12:ce3+、(y,gd,tb,sc,lu,la)3(al,ga,in)5o12:ce3+、β-sialon:eu2+、α-sialon:eu2+、srsi2o2n2:eu2+、srga2s4:eu2+、srs:eu2+和caalsin3:eu2+。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末粒子的特征在于d50直径在约1微米与约200微米之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝组合物包含涂层，所述涂层设置在所述生坯的至少一部分上并且厚度在约50纳米与约100微米之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝组合物进一步包含吸气剂组合物，所述吸气剂组合物包含以下中的一者或多者：铍、镁、钙、锶、钡、钪、钛、钒、铬、钇、锆、铌、稀土金属、铪、钽或钨。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸气剂组合物包含以下中的一者或多者：铍、镁、钪或钇。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生坯进一步包含含铝粒子，所述含铝粒子包含以下中的一者或多者：氮化铝粉末、氮化铝砂粒、铝粉、铝片、铝丸粒、铝刨花、铝砂粒或铝蒸发料块。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述含铝粒子的特征在于最大尺寸在约1微米与约10毫米之间。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括通过流延成型、丝网印刷或刮刀刀片方法形成所述至少一个生坯。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述流延成型、丝网印刷或刮刀刀片方法进一步包括使用镂空掩模。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述生坯通过造粒、粒化或压片工艺中的一者或多者形成。

12.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿化剂包含以下中的一者或多者：li、na、k、rb、cs、be、mg、ca、sr或ba，或其氢化物、酰胺、酰亚胺、酰胺酰亚胺、氮化物或叠氮化物。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述矿化剂包括叠氮化钠和叠氮化钾中的至少一者。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述可密封的容器在加热所述可密封的容器之前进一步包含金属组合物，并且设置在所述可密封的容器内的所述金属组合物的组成和量使得通过叠氮化物矿化剂的分解生成氮气物质，并且通过摩尔比为约1:3的至少所述金属与所述超临界氨的反应生成氢气物质。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿化剂包含以下中的一者或多者：nh4f、nh4cl、nh4br、nh4i、alf3、alcl3、albr3、ali3，或通过f、cl、br、i、hf、hcl、hbr、hi、al、aln、和nh中的两者或更多者的反应形成的任何化合物。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝氮化物陶瓷基质复合物的特征在于，孔隙率在约3％与约20％之间。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝的氮化物陶瓷基质复合物的特征在于，热导率在约10瓦/米-开尔文与约170瓦/米-开尔文之间。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝的氮化物陶瓷基质复合物包含至少两种磷光体组合物。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铝的氮化物陶瓷基质复合物包含至少一种内量子效率为至少约30％的磷光体组合物。

技术总结本公开的实施方式可以提供一种用于形成含铝的氮化物陶瓷基质复合物的方法，所述方法包括：将生坯、含铝组合物、氨和矿化剂组合物在可密封的容器中加热至在约400摄氏度与约800摄氏度之间的温度和约10MPa与约1000MPa之间的压力，以形成含铝的氮化物陶瓷基质复合物，其特征在于，磷与氮化铝(AlN)的体积比在约1％与约99％之间，孔隙率在约1％与约50％之间，并且热导率在约1瓦/米‑开尔文与约320瓦/米‑开尔文之间。所述生坯体包含磷光体粉末，所述磷光体粉末包含至少一种磷光体组合物，其中所述磷光体粉末粒子的特征在于D50直径在约100纳米与约500微米之间，并且所述生坯的孔隙率在约10％与约80％之间。含铝组合物基于金属计的纯度为约90％至约99.9999％。在所述可密封的容器中加热所述生坯、所述含铝组合物、氨和所述矿化剂组合物之前，所述可密封的容器内的自由体积分数含有在约10％与约95％之间的液氨。技术研发人员：马克·P·德'芙琳,大卫·N·意大利诺受保护的技术使用者：SLT科技公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29