一种激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料及其制备方法

本发明属于激光照明，具体涉及一种激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、激光照明作为一种新型的固态照明，凭借其光通量高、亮度高、体积小等突出优势，有望成为下一代通用照明。作为激光照明中极为重要的荧光转换材料，荧光陶瓷由于具有较高的热稳定性和热导率、高的量子效率以及微观结构易调控等特点，成为综合性能最佳和最具应用潜力的大功率固态照明用荧光材料。对于常见的ce3+掺杂的石榴石基荧光陶瓷,由于缺乏有效的红光成分，其显色指数较低(cri～60)，故而存在发射颜色偏移、人眼感官舒适度降低等多种缺点。

2、目前已有大量文献报道了对荧光陶瓷的改性处理，以期实现对荧光陶瓷进行发光行为的调控。文献(thermostability and reliability propertiesstudies oftransparent ce:gdyag ceramic by gd substitution for whiteleds.opticalmaterials,2019,94,172-181)报道了通过共掺杂gd3+可以使ce3+离子的发光峰位产生红移，但是移动范围十分有限，且色温改善效果不明显。文献(composite structure cr:yag/ce:yag and(ce,cr):yag/ce:yag transparentceramics with high color renderingindex for white leds/lds.ceram.int,2021,47(8),11415-11422)报道了通过干法压制和真空烧结制备了yag:ce、cr:/yag:ce双层复合磷光体陶瓷，在蓝光激发下实现了显色指数的提升，然而由于存在严重的界面效应，极大的限制了其发光效率，使器件的光量损失严重。cn114497326a公开了一种荧光转换复合层及制备方法和白光发光器件，通过层叠布置的荧光陶瓷层以及荧光玻璃层，实现白光发射，获得了较高的显色指数，但是其发光效率较低，且制备成本更高，工艺更复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料，该陶瓷作为发光材料可具有显色指数高、发光效率高的优点。

2、本发明的目的之二是提供一种激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料的制备方法，易于实现工业化生产。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、第一方面，本发明提供一种激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料，所述荧光转换复合材料由透镜形荧光陶瓷和涂覆在所述荧光陶瓷表面的荧光硅胶层组成，所述荧光陶瓷由蓝光激发光激发而发出黄绿光，所述荧光硅胶层由所述蓝光激发光激发而发出红光；

5、其中，所述荧光陶瓷参数为：曲率0.2～0.9，底部直径5～20mm，高度5～20mm；所述荧光硅胶层厚度为0.1～2mm。

6、优选的，所述荧光陶瓷的组成为(re1-xcex)3al5o12，其中re为y、lu、ga、gd、tb中的一种或多种，x是ce掺杂re位的摩尔百分数，0.0001≤x≤0.005。

7、第二方面，本发明还提供上述激光照明用高显色指数高光效荧光转换复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

8、步骤一：采用凝胶注模法制备透镜形荧光陶瓷；

9、步骤二：制备红色荧光硅胶层：

10、(1)将有机硅胶与红色荧光粉均匀混合，真空除泡后制得混合液；

11、(2)将得到的混合液均匀涂抹在透镜形荧光陶瓷表面，在烘干箱中干燥0.5～10h，得到荧光转换复合材料。

12、优选的，所述凝胶注模法制备透镜形荧光陶瓷的具体步骤为：

13、(1.1)原料粉体制备：按照组分(re1-xcex)3al5o12中各元素的化学计量比分别称量原料粉体，其中re为y、lu、ga、gd、tb中的一种或多种，0.0001≤x≤0.005；加入分散剂pei、烧结助剂mgo和teos、无水乙醇，球磨得到混合浆料；烘干浆料，过筛后进行煅烧，得到荧光陶瓷粉体；

14、(1.2)注模浆料配制：向步骤(1.1)中制备的荧光陶瓷粉体中加入分散剂丙烯酰胺、ph调节剂四甲基氢氧化铵、单体丙烯酰胺、交联剂n-n’亚甲基双丙烯酰胺、纯水，球磨后过滤出浆料，真空除泡后加入催化剂四甲基乙二胺，混合均匀；

15、(1.3)凝胶注模成型：将混合浆料倒入定制模具，在50～80℃下进行热引发，凝固成型；

16、(1.4)干燥与排胶：固化后的坯体在恒温恒湿箱中干燥12～36h，干燥后放入马弗炉中排胶，得到荧光陶瓷素坯；

17、(1.5)将陶瓷素坯放入真空烧结炉中烧结，得到透镜形荧光陶瓷，接着在马弗炉中进行空气退火，陶瓷表面抛光处理后得到透镜形荧光陶瓷；

18、优选的，步骤(1.1)中，分散剂的加入量为原料质量总和的0.1～0.5wt％；mgo的加入量为原料质量总和的0.1～0.6wt％；teos的加入量为原料质量总和的0.3～0.5wt％；球磨转速为160～220r/min，球磨时间为12～24h；烘干温度50～80℃，时间为6～24h；筛网目数为80～300目；马弗炉煅烧温度为800～1000℃。

19、优选的，步骤(1.2)中加入分散剂的量为原料质量总和的0.25～0.5wt％，加入ph调节剂的量为原料质量总和的1～1.5wt％，加入单体的量为原料质量总和的2～3wt％，加入交联剂的量为原料质量总和的0.2～0.3wt％；球磨转速140～200r/min，球磨时间8～12h；浆料固含量为40～60vol.％。

20、优选的，步骤(1.4)中干燥温度为25～60℃，干燥湿度为30％～80％，排胶温度为600～900℃，排胶时间24～72h。

21、优选的，步骤(1.5)中真空烧结温度为1740～1820℃，保温时间8～30h；退火温度为1400～1500℃，退火时间8～16h。

22、优选的，所制备的荧光陶瓷在800nm处的直线透过率为60～80％。

23、优选的，步骤二(1)中，所述红光荧光粉选自(sr,ca)alsin3:eu2+、caalsin3:eu2+、k2gef6:mn4+、k2tif6:mn4+、k2sif6:mn4+、y2o3:eu3+、sr2si5n8:eu2+、ca[lial3n4]:eu2+、sr[lial3n4]:eu2+和sr[li2al2o2n2]:eu2+中的至少一种；所述有机硅胶与所述红色荧光粉的质量比为1:0.1-10.0。

24、优选的，步骤二(2)中，所述混合液的干燥温度为50～150℃。

25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、(1)本发明制备的复合荧光材料在波长为455nm蓝光ld芯片激发下，实现高亮白光发射，发光效率190～260lm/w，其显色指数为90～96。

27、(2)本发明中荧光陶瓷设计成透镜状，通过调节透镜陶瓷的曲率灵活控制荧光的出射角度，实现光束整形，提升荧光材料的色彩均匀性；相比传统的平行结构，透镜状的荧光陶瓷可有效减少界面处的“全内反射效应”，提升材料的光提取率，实现高流明效率和高亮度的发光性能。

28、(3)本发明采用在荧光陶瓷表面涂覆红色荧光硅胶的方案，获得复合荧光转换材料，可以有效调节荧光材料的相关色温，获得高的显色指数，进一步提升照明品质。

29、(4)本发明采用凝胶注模制备透镜状荧光陶瓷素坯，可以有效控制素坯的精细结构而不发生裂纹、变形等缺陷，同时实现大批量生产，有利于该复合荧光陶瓷制备产业化。