具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及激光照明用荧光材料领域，特别地是，具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷及其制备方法。

背景技术：

现有商业化的白光照明主流方案白光led照明，其白光输出由蓝光芯片激发ce:yag黄色荧光体来实现。白光led中荧光材料可承受的蓝光光功率密度大部分在1w/mm²以下，当驱动功率密度增加超出该范围时，led出现与散热无关的“效率骤降”现象，出光效率快速衰减，光效稳定性大幅降低。近几年来，科研人员围绕白光led“效率骤降”问题提出了一些改进措施，在一定程度上提升了效率，但仍未从根本上解决功率与效率之间的矛盾。为了保证高转换效率的稳定性，蓝光led只能工作在较低的驱动功率密度下。这样导致单个蓝光led器件的光通量偏低，严重影响cob（chiponboard）集成大功率led照明的推广普及。

激光二极管（ld）无“效率骤降”现象，在高电流密度下工作仍有高的转换效率，目前产品化半导体激光器的电光转换效率可达到45%～55%，基于蓝光ld激发的白光光源被认为是具有极大发展潜力的新一代固态照明光源。激光照明通常会采用多颗激光器汇聚（单颗激光器光功率密度约1.5w/mm²），其荧光材料需要承受的蓝光辐照功率密度远高于白光led。因此激光照明用荧光材料对稳定性提出更高要求，需要在高辐照功率密度下，保持稳定的光谱和高光效，保障大功率激光照明在使用过程中稳定的高光通量。

传统白光led主要采用树脂或硅胶封装ce:yag荧光粉的技术方式，易发生热老化降低透过率，且散射性能较差，在蓝光芯片的持续发热下，严重影响器件的发光效率和发光颜色，降低使用寿命。基于此问题，研究人员尝试用具有高均匀性、高光学透过率、高热导率和耐热老化特点的ce:yag透明陶瓷作为荧光体和封装材料，在一定程度上提高了led的亮度和光谱稳定性，但仍然不能满足大功率照明使用环境。中国专利cn104449718a、cn102501478a、cn107384399a均公开了用于白光led封装的pr、gd、mn等元素掺杂的ce:yag透明荧光陶瓷，但针对具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的光谱和光效稳定性研究还未有详细论述。

激光白光技术目前仍处于起步阶段，远没有白光led照明技术成熟。激光照明由于具有能效高、体积小等优点而存在巨大应用潜力，现已成功商业化应用于车灯激光照明，但其采用的荧光材料主要仍为树脂封装的荧光粉，大功率激光照明用荧光体的关键技术并未成熟，还需要开展荧光陶瓷研制和实验验证研究工作，以满足激光照明实现规模化应用推广。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有的问题，而提供一种新型的具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷，包含有，荧光陶瓷含有单相荧光颗粒，单相荧光颗粒的化学式为(cextbyluzy1-x-y-z)3al5o12，其中，x、y、z的取值范围为：0.001≤x≤0.01，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4。

作为具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的优选方案，用于激发荧光陶瓷的激光波长范围为420-500nm，并且荧光陶瓷在激光的激发下所形成的发射光波的波长范围为450-750nm。

作为具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的优选方案，在蓝光ld激光激发下，发射光与蓝光激光混合产生白光，在正常使用条件下黄光光谱移动≤5nm（工作温度80℃）。

本发明还提供具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的制备方法，用于制备上述荧光陶瓷，包含有以下步骤，

步骤s1，制备yag相原料粉体：根据(cextbyluzy1-x-y-z)3al5o12的化学计量配比采用共沉淀制备，其中，x、y、z的取值范围为：0.001≤x≤0.01，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4；

步骤s2，制备浆料：yag相原料粉体、al2o3原料粉体以及烧结助剂在行星式球磨机中球磨，得到浆料；

步骤s3，制备陶瓷素坯：浆料经干燥、过筛、成型、冷等静压，得到陶瓷素坯；以及，

步骤s4，真空烧结陶瓷素坯，得到荧光陶瓷。

作为具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的制备方法的优选方案，步骤s2中，yag相原料粉体的晶粒粒径为100-400nm，al2o3原料粉体的晶粒粒径为50-200nm。

作为具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷的制备方法的优选方案，步骤s4中，荧光陶瓷为平板状，其厚度d范围为0.1≤d≤0.8mm，具有光入射方向的表面镀有蓝光增透膜，具有光出射方向的表面分别依次镀有介质全反膜层和金属膜层，并焊接在铜质散热基座中。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：经辐照功率密度可控的发光装置测试验证，荧光体具有优异的发光效率和稳定性，可以满足大功率激光照明应用。

附图说明

图1为本发明的透明荧光体的光谱高温稳定性测试。

图2为本发明的透明荧光体的cie高温稳定性测试。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

以氧化钇（y2o3）、氧化镥（lu2o3）、氧化铈（ceo2）和al(no3)3•9h2o为原料配成硝酸盐溶液，按照(ce0.05lu0.2y0.72)3al5o12透明陶瓷的化学配比混合相应硝酸盐溶液，将碳酸氢铵溶解到蒸馏水中，用反滴法将混合硝酸盐溶液滴加至碳酸氢铵溶液中，滴定完成后陈化24h。将陈化后的母盐溶液进行冲洗、抽滤，干燥后得到前驱体，高温煅烧后形成粒径在100-400nm范围的黄色荧光粉体。将所述黄色荧光粉体与商用纳米al2o3粉体（粒径50nm）按质量占比70%:30%进行配比，然后添加一定量的烧结助剂，在行星式球磨机中球磨制备混合均匀的浆料；将所述浆料经干燥、过筛、成型、冷等静压制得素坯；将所述素坯经真空烧结、后加工制得ce:yluag复合透明陶瓷，厚度为0.2mm。

将透明荧光体ce:yluag的光入射面镀一层蓝光增透膜，光出射面分别依次镀介质反射膜层和银层，并焊接在铜质散热基座中。利用两个bank共16颗ld（额定功率为4w，共64w）作为蓝光激发光源，蓝光激光经准直、聚焦、复眼匀化后，激发荧光体发射黄光，最终获得高稳定性、高发光效率的高品质白光。

参见图1和2。25-100℃工作时，荧光体光谱移动≤5nm，单片可满足蓝光激光辐照功率密度≥20w/mm²以上。25-100℃工作时，荧光体δx≤0.01、δy≤0.01，单片可满足蓝光激光辐照功率密度≥20w/mm²以上。

实施例2：

以氧化钇（y2o3）、氧化镥（lu2o3）、氧化铽（tb7o4）、氧化铈（ceo2）和al(no3)3•9h2o为原料配成硝酸盐溶液，按照(ce0.05tb0.1lu0.2y0.62)3al5o12透明陶瓷的化学配比混合相应硝酸盐溶液，将碳酸氢铵溶解到蒸馏水中，用反滴法将混合硝酸盐溶液滴加至碳酸氢铵溶液中，滴定完成后陈化24h。将陈化后的母盐溶液进行冲洗、抽滤，干燥后得到前驱体，高温煅烧后形成粒径在100-400nm范围的黄色荧光粉体。将所述黄色荧光粉体与商用纳米al2o3粉体（粒径50nm）按质量占比70%:30%进行配比，然后添加一定量的烧结助剂，在行星式球磨机中球磨制备混合均匀的浆料；将所述浆料经干燥、过筛、成型、冷等静压制得素坯；将所述素坯经真空烧结、后加工制得ce,tb:yluag复合透明陶瓷，厚度为0.2mm。

将透明荧光体ce,tb:yluag的光入射面镀一层蓝光增透膜，光出射面分别依次镀介质反射膜层和银层，并焊接在铜质散热基座中。利用两个bank共16颗ld（额定功率为4w，共64w）作为蓝光激发光源，蓝光激光经准直、聚焦、复眼匀化后，激发荧光体发射黄光，最终获得高稳定性、高发光效率的高品质白光。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。