一种蓝色荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用

本发明涉及无机发光材料，具体涉及一种蓝色荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相比于传统白炽灯和荧光灯，第四代固体照明光源白光led具有光效高、节能性好、使用寿命长等特点，在普通照明、植物生长、生物医疗等领域有着广泛的应用[1,2]。

2、目前大多数led产品都是需要用环氧树脂或硅胶作为荧光粉封装的透明基质，然后加热固化成型。尽管它们成本低且易于应用，但它们的热稳定性和化学稳定性差，从而导致led发光效率下降、色坐标漂移及寿命缩短[3,4]。

3、因此，这样的封装方法已不能满足相应的技术要求。相对而言，荧光玻璃陶瓷(pig)是将一定量的荧光粉分散在玻璃基体中通过共烧结的方法制备，结合了玻璃基质和荧光粉的优点，不仅可以保留荧光粉原本的发光性能，而且还获得了与玻璃基体相关的优良的化学和力学稳定性，具有更高的导热性和更高的耐高功率光照射能力；且制备简单、折射率可调、可适应的荧光粉材料种类繁多，使其可用于固态激光照明[5-7]。由于荧光玻璃陶瓷制备过程伴随玻璃的熔融，荧光粉颗粒需要具有出色的耐热性，在现有的pig文献中往往要求选择的玻璃基质要与荧光粉不发生反应，保持荧光粉的发光性能，所以对于荧光粉而言选择合适的玻璃基质是困难的[8,9]。但如果荧光粉与玻璃基质发生了反应，却依然具有较好的发光性能就依然可以投入应用。

4、[1]deng c,he c,sai q,et al.performance enhancement of white led withtag-al2o3:ce eutectic phosphor by partial gd ion substitution[j].optik,2018,160:176-81.

5、[2]zhao y,zhong y,chang h,et al.luminescent properties of tm3+-dy3+co-doped p2o5-sro-bao-b2o3-zno glasses for white led applications[j].journal ofnon-crystalline solids,2021,573:121121.

6、[3]he m,jia j,zhao j,et al.glass-ceramic phosphors for solid statelighting:a review[j].ceramics international,2021,47(3):2963-80.

7、[4]liang y,bao s,zhang y,et al.a unique green-emitting phosphor-in-glass(pig)for solid state laser lighting and displays[j].journal of materialschemistry c,2021,9(37):12751-8.

8、[5]zhang h,li y,ling j,et al.(sr,ca)alsin3:eu2+phosphor-in-glass andyag ceramic composites for high cri and high-power white leds[j].ceramicsinternational,2023,49(14,part a):23871-7.

9、[6]lee i-j,noh h s,elayappan v,et al.high luminous efficiency of aphosphor-in-glass plate by optimization of the glass and phosphor content forhigh-power led applications[j].ceramics international,2023,49(9,part a):14505-11.

10、[7]hong m,chen c,wang h,et al.cost-effective way of improving theoptical properties of phosphor-in-glass by adjusting the particle size ofglass powder[j].ceramics international,2023,49(13):22547-54.

11、[8]bao s,liang y,wang l,et al.superhigh-luminance ce:yag phosphor inglass and phosphor-in-glass film for laser lighting[j].acs sustainablechemistry&engineering,2022,10(24):8105-14.

12、[9]chen l-y,cheng w-c,tsai c-c,et al.high-performance glass phosphorfor white-light-emitting diodes via reduction of si-ce3+:yag inter-diffusion[j].optical materials express,2014,4(1):121-8.

技术实现思路

1、针对硅胶/环氧树脂和荧光粉复合带来老化和泛黄问题影响了led的发光效率和荧光寿命的问题，本发明提供一种原料较少、制备工艺简单，且具有热/化学稳定性、导热性好、发光均匀、发光效率高、易加工等特性的新型荧光玻璃陶瓷。本发明的目的在于提供一种蓝色荧光粉玻璃及其制备方法和应用，所述的蓝色荧光玻璃陶瓷有较宽的激发带，在近紫外光激发下可以实现发射波长范围390nm至600nm，中心峰位于460nm左右的宽带可见蓝色荧光。

2、本发明通过下列技术方案实现：

3、一种蓝色荧光玻璃陶瓷，由蓝色荧光粉和基质玻璃粉共烧结，所述蓝色荧光粉和玻璃粉的质量比为5～25：75～95；所述蓝色荧光粉的结构式为gd2o3：xbi3+，其中x＝0.4-2％。制备所述蓝色荧光粉的原料包括gd2o3粉末和bi2o3粉末，所述gd2o3与bi2o3的摩尔比为0.99～0.998：0.002～0.01。所述的基质玻璃的摩尔组成如下：p2o5：35-50mol％；zno：50-65mol％。

4、本发明的蓝色荧光粉玻璃的制备方法具体包括以下步骤：

5、(1)蓝色荧光粉的制备

6、根据化学组成称量所需的原料包括gd2o3粉末和bi2o3粉末，将称量好的原料用玛瑙研钵混合均匀后，置于高温箱式炉中升温至700-1000℃进行预烧，保温2-10小时后，随炉温冷却；取出研磨后，再次放置于箱式炉中升温至1400-1500℃煅烧，保温10-36小时后随炉冷却，取出研磨后得到蓝色荧光粉。

7、优选的，蓝色荧光粉的基质为gd2o3，而不是gdpo4。

8、(2)基质玻璃粉的制备

9、按摩尔比例称量原料，将称量后的原料混合研磨均匀，置于高温箱式炉升温至1200-1400℃，并保温15-25min，随后快速取出并浇筑在预热到300-450℃的不锈钢模具中，冷却至室温后再经粉碎研磨过筛，得到玻璃粉。

10、(3)荧光粉与玻璃粉的共烧结

11、按照质量比称量蓝色荧光粉和玻璃粉于玛瑙研钵中混合均匀，随后置于高温箱式炉中共熔，熔融温度为1000-1150℃，熔融时间为10-20min，将熔液浇筑在预热好的不锈钢模具中，冷却至室温，得到荧光粉玻璃。

12、本发明的蓝色荧光粉玻璃可应用于基于大功率、高亮度的固体照明领域。

13、本发明与现有的近紫外led激发的发光材料相比，具有如下突出的优点：

14、所得材料具有耐高温、耐腐蚀、耐潮湿等优点，以较少的原料和简单的配方实现了荧光发光，具有较高的发光性能，可以克服传统点胶式封装方式胶体易老化、黄化等问题。虽然在本次发明中gd2o3荧光粉与磷锌酸盐玻璃发生反应使荧光粉晶相变成了gdpo4，但制备的荧光玻璃陶瓷依然具有较强的发光强度。在近紫外光的激发下具有高效宽带发射响应特性，可以实现波长范围390nm至600nm，中心峰位于460nm左右的可见蓝色荧光发射，能够与紫外芯片及其他荧光转换材料匹配，制作白光led。另外，可以方便地通过改变荧光粉与玻璃粉的质量比和荧光玻璃片的厚度来改变白光led的色温和显色指数。同时，所得材料具有一定的可塑性，可加工成不同的形状以满足不同的封装需求，适用于高稳定、大功率led器件，可应用于植物生长、生物医疗、普通照明等方面。