一种用于WLED的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法

本发明涉及磷酸盐荧光玻璃陶瓷，具体涉及一种用于wled的白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，人类照明光源已经从白炽灯、荧光灯以及气体放电灯发展到现如今第四代照明技术——白光发光二极管(wled)。作为一种新型固态照明光源，wled具有节能、环保、寿命长、体积小等优异性能，在背光、汽车灯以及日常照明等应用中发挥着至关重要的作用。目前实现wled的方法主要是将蓝光led芯片与荧光体组合。这种实现方法最经典的组合方式就是将蓝光ingan芯片与黄色荧光粉y3al5o12:ce3+(yag:ce)相结合，这也是目前最成熟的商业化wled，但该方法缺少红光发射，色温较低，作为照明光源会对人眼有一定损伤，其稳定性也需要进一步改善。此外，在wled封装过程多用环氧树脂作为封装材料，这种材料在长时间使用后会老化发黄，导致发光效率大幅下降。稀土掺杂磷酸盐玻璃陶瓷能够较好的避免上述问题发生。磷酸盐玻璃具有较低的声子能量，减少非辐射弛豫的发生，提高发光效率。相比于环氧树脂封装的wleds，稀土掺杂玻璃陶瓷所构成的wleds无需封装、能量损失少、稳定性好、极端环境表现更优异。因此，稀土掺杂磷酸盐玻璃陶瓷在取代传统荧光粉作为白光光源方面有着巨大潜力。

技术实现思路

1、本发明目的在于，提供一种用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法，该玻璃陶瓷玻璃化学通式为10bao-32zno-32p2o5-26b2o3(mol％)，采用原料准备、熔融与淬冷、消除内应力、切割与抛光和热处理步骤完成。该玻璃陶瓷材料通过玻璃控温析晶得到的玻璃相与微晶相共存的多相复合物，既保留了玻璃相的主体特性，也保留了微晶相的光学特性。玻璃相为微晶相提供了稳定的基质环境、高强度的机械性能以及宏观形貌可塑性。具有接近正白光的发光颜色以及较高的荧光量子效率，可以作为一种新型白光发射荧光材料。

2、本发明所述的一种用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷，该磷酸盐荧光玻璃陶瓷的玻璃基底为10bao-32zno-32p2o5-26b2o3，按质量百分比由：baco310％-15％，zno15％-20％，nh4h2po445％-50％，h3bo320％-25％，所述玻璃基底中以氧化物的形式掺杂tm3+，tb3+和sm3+，其中，所掺杂的tm2o3，tb4o7和sm2o3分别占原料总质量的tm2o3 0.2％-0.3％，tb4o7 0.9％-1％，sm2o30.9％-1％，具体操作按下列步骤进行：

3、a、原料准备：按质量百分比称取原料baco310％-15％，zno15％-20％，nh4h2po445％-50％，h3bo320％-25％，tm2o30.2％-0.3％，tb4o70.9％-1％，sm2o30.9％-1％，置于玛瑙研钵中充分研磨，得到混合物，再将混合物转移至刚玉坩埚中；

4、b熔融与淬冷：将步骤a中盛有混合物的刚玉坩埚置于马弗炉中，温度为1200-1300℃，煅烧2-4h，将高温熔融物倾倒在预热过的钢板表面淬冷，得到玻璃；其中钢板需要提前在马弗炉中预热，炉温升至400-500℃，预热时间为5-10min；

5、c、消除内应力：将步骤b中淬冷后的玻璃立即置于马弗炉中进行热处理消除内应力，自然冷却至室温后得到玻璃；

6、d、切割与抛光：将步骤c中得到的玻璃进行切割与抛光，得到玻璃块；

7、e、热处理：将步骤d中得到的玻璃块置于马弗炉中进行热处理，即得到磷酸盐荧光玻璃陶瓷片。

8、一种用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷的制备方法，按下列步骤进行：

9、a、原料准备：按质量百分比称取原料baco310％-15％，zno15％-20％，nh4h2po445％-50％，h3bo320％-25％，tm2o30.2％-0.3％，tb4o70.9％-1％，sm2o30.9％-1％，置于玛瑙研钵中充分研磨，得到混合物，再将混合物转移至刚玉坩埚中；

10、b、熔融与淬冷：将步骤a中盛有混合物的刚玉坩埚置于马弗炉中，温度为1200-1300℃，煅烧2-4h，将高温熔融物倾倒在预热过的钢板表面淬冷，得到玻璃；

11、c、消除内应力：将步骤b中淬冷后的玻璃立即置于马弗炉中升温至400-500℃，保温时间为5-6h，进行热处理消除内应力，然后自然冷却至室温，得到玻璃；

12、d、切割与抛光：将步骤c中得到的玻璃进行切割与抛光，得到玻璃块；

13、e、热处理：将步骤d中得到的玻璃块置于马弗炉中炉温升至550-600℃，保温时间为0-2h，进行热处理，自然冷却至室温，即得到在363nm光源激发下，色坐标从冷白光向中性光变化，色温为5053k-6581k，荧光量子效率为19.37％-27.85％的磷酸盐荧光玻璃陶瓷片。

14、步骤b中的钢板需要提前在马弗炉中预热，炉温升至400-500℃，预热时间为5-10min。

15、本发明所述的一种用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷及其制备方法，所选用的磷酸盐玻璃具有较低的声子能量，可承载稀土离子浓度较高，相比于传统需要封装的wled材料，有更好的稳定性，可以减少封装材料老化导致的发光效率降低的问题。因此，本发明所述荧光玻璃陶瓷材料可作为一种新型白光发光材料应用于wled。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、(1)最佳热处理时间的tm2o3/tb4o7/sm2o3共掺杂的bao-zno-p2o5-b2o3玻璃陶瓷的色坐标为(0.3248，0.3483)，是典型的中性白光发光颜色，且最接近正白光色坐标(0.3333，0.3333)；

18、(2)随着热处理时间的增加，tm2o3/tb4o7/sm2o3共掺杂的bao-zno-p2o5-b2o3玻璃和玻璃陶瓷的发光颜色从冷白光逐渐向中性白光变化，且有效增强发射强度；

19、(3)随着热处理时间的增加，tm2o3/tb4o7/sm2o3共掺杂的bao-zno-p2o5-b2o3玻璃和玻璃陶瓷的荧光量子效率从19.37％增加至27.85％。

技术特征：

1.一种用于wled的白光发射的磷酸盐荧光玻璃陶瓷，其特征在于，该磷酸盐荧光玻璃陶瓷的玻璃基底的化学通式为10bao-32zno-32p2o5-26b2o3，按质量百分比由：baco310%-15%，zno15%-20%，nh4h2po445%-50%，h3bo320%-25%，所述玻璃基底中以氧化物的形式掺杂tm3+，tb3+和sm3+，其中，所掺杂的tm2o3，tb4o7和sm2o3分别占原料总质量的tm2o3 0.2%-0.3%，tb4o7 0.9%-1%，sm2o3 0.9%-1%，具体操作按下列步骤进行：

2.一种用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，按下列步骤进行：

3.根据权利要求2所述用于wled的新型白光发射磷酸盐荧光玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤b中的钢板需要提前在马弗炉中预热，炉温升至400-500℃，预热时间为5-10min。

技术总结
本发明涉及一种用于WLED的白光发射的磷酸盐荧光玻璃陶瓷材料及其制备方法，该玻璃陶瓷玻璃化学通式为10BaO‑32ZnO‑32P<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑26B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;(mol%)，采用原料准备、熔融与淬冷、消除内应力、切割与抛光和热处理步骤完成。该玻璃陶瓷材料通过玻璃控温析晶得到的玻璃相与微晶相共存的多相复合物，既保留了玻璃相的主体特性，也保留了微晶相的光学特性。玻璃相为微晶相提供了稳定的基质环境、高强度的机械性能以及宏观形貌可塑性。具有接近正白光的发光颜色以及较高的荧光量子效率，可以作为一种新型白光发射荧光材料。

技术研发人员：陈朝阳,王思平,刘义,高祖阳,张博隆,范艳伟
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23