CN102352245B - 一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法，该荧光粉化学式为(1-x-y)AlN:xEu，ySi(0≤x≤0.01，0≤y≤0.1)。将铝粉、氮化铝、氧化铕、碳化硅球磨混合，随后将混合物在较低氮气气氛下进行燃烧合成，将燃烧合成后的产物研磨粉碎，即得蓝色Eu掺杂氮化铝荧光粉。本发明首次利用燃烧合成法制备出氮化铝基荧光粉，该方法工艺简单、成本低、重复性好、对环境没有污染，适于工业化生产。

Description

一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光粉，特别涉及了一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法。
背景技术：
近年来，氮(氧)化物荧光粉因其显著的热稳定性、化学稳定性、发光光谱覆盖范围广以及结构多样性等优点在白光LED的应用领域得到广泛的研究和关注。此类荧光粉一般可被近紫外光或蓝光有效激发，表现出特殊的发光特性。氮化铝(AlN)陶瓷是氮(氧)化物家族中的重要一员，它具有宽的带隙(6eV)，因此稀土元素的能级可位于其中，使得AlN基荧光粉能够应用于光致发光及电致发光器件中。目前研究较多且较成熟的是稀土Eu2+离子掺杂的氮化铝基荧光粉，该材料在白光LED领域显示出了很强的应用前景。然而，目前制备Eu2+掺杂氮化铝荧光粉的方法仅限于高温固相法和碳热还原氮化法。如Hirosaki等[Hirosaki N，Xie RJ，Inoue K，et al.，Appl.Phys.Lett.，2007，91：061101]报道的以AlN、α-Si3N4和Eu2O3为原料，通过高温固相法在2050℃、1.0MPa N2压力的条件下反应4h，制备出Eu2+掺杂氮化铝，以及Yin等[Yin LJ，Xu X，Yu W，et al.，J.Am.Ceram.Soc.，2010，93：1702]采用碳热还原氮化法，在1750℃、8h的条件下制备出该种荧光粉。但是由于这些方法在制备过程中都需要高温及长时保温，导致制备成本偏高，生产效率过低，严重限制了其应用范围。因此急需探索出一条经济快速并且有效的合成路径来制备Eu2+掺杂AlN荧光粉，以满足日益增长的工业生产需求。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种AlN:Eu2+荧光粉制备方法，成本高、效率低的缺点，该方法工艺简单、成本低、速度快、所需生产设备简单、能耗低，易于实现工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法，包括以下基本步骤：
(1)将铝粉、氮化铝粉、氧化铕粉和碳化硅粉混合，放入球磨罐中球磨混合；
(2)将混合后的粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入纯度为99.999％的氮气；
(3)通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟发生燃烧反应；
(4)燃烧反应后，将产物研磨粉碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝荧光粉。
本发明的进一步技术方案是，该荧光粉其化学式为(1-x-y)AlN:xEu，ySi(0.001≤x≤0.01，0.01≤y≤0.1)，且铝粉和氮化铝粉按摩尔比例为3∶7～7∶3的范围混合。
优选地，所述的燃烧合成是在氮气压力为0.5～3MPa的环境气氛中进行的。
本发明以铝粉、氮化铝、氧化铕、碳化硅为原料，将原料球磨后在较低氮气气氛下进行燃烧合成，制备蓝色Eu掺杂氮化铝荧光粉；该方法不仅工艺简单，重复性好，成本低，无污染，且制备出的蓝色Eu掺杂氮化铝荧光粉性能优异。
本发明的有益效果在于，制备方法中所使用的原料是较为廉价的金属铝粉、氮化铝粉、碳化硅粉和氮气，且制备时间短，能耗低，成本低，效率高；由于无挥发，无分解，所以对环境友好；而且方法简单，重复性好；产品的产量高、纯度高；粉末粒径分布较为均匀。合成出的Eu掺杂氮化铝荧光粉在白光LED领域具有广泛应用前景。
附图说明
图1是本发明使用的燃烧合成装置结构示意图；
图2是Eu掺杂氮化铝荧光粉的XRD图；
图3是Eu掺杂氮化铝荧光粉的SEM图；
图4是Eu掺杂氮化铝荧光粉的发光性能图。
具体实施方式：
下面结合附图对发明作进一步详细说明。
如图1所示，图中，1为反应室；2为电极；3为多孔石墨坩埚；4为反应物粉料；5为石墨纸带；6为进气口；7为排气口；8为抽真空气口；9为直流电源；10为气压表；本发明的制备过程在燃烧合成装置中完成，在适当氮气压力条件下，使铝粉直接与氮气发生燃烧反应，得到Eu掺杂氮化铝荧光粉末。
实施例1：
按照化学式组成(1-x-y)AlN:xEu，ySi，取x＝0.01，y＝0.1，铝粉和氮化铝粉的摩尔比例取5∶5，即将铝粉6.07克、氮化铝粉9.22克、氧化铕0.79克、碳化硅1.80克混合后放入球磨罐中(不抽真空)球磨混料2小时，转速为400转/分，随后在110℃下干燥8小时并过100目筛网。将混合粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入2.0MPa纯度99.99％的高纯氮气；通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟使燃烧反应发生。经过反应后，将多孔石墨坩埚中的产物取出并研碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝荧光粉。
利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光分光光度计(PL)对所得到的产物进行表征。图2是产物的XRD图谱，所有谱峰指标化为六方氮化铝相，没有出现任何杂质相的谱峰。图3是产物的SEM照片，可见产物粒径在0.5～3μm之间。图4是荧光粉的发光性能图谱，激发峰位置在290nm和330nm，发射峰位于470nm。
实施例2：
按照化学式组成(1-x-y)AlN:xEu，ySi，取x＝0.001，y＝0.01，铝粉和氮化铝粉的摩尔比例取3∶7，即将铝粉3.90克、氮化铝粉13.80克、氧化铕0.09克、碳化硅0.20克混合后放入球磨罐中(不抽真空)球磨混料2小时，转速为400转/分，随后在110℃下干燥8小时并过100目筛网。将混合粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入3.0MPa纯度99.99％的高纯氮气；通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟使燃烧反应发生。经过反应后，将多孔石墨坩埚中的产物取出并研碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝荧光粉。
实施例3：
按照化学式组成(1-x-y)AlN:xEu，ySi，取x＝0.005，y＝0.05，铝粉和氮化铝粉的摩尔比例取7∶3，即将铝粉8.58克、氮化铝粉5.59克、氧化铕0.96克、碳化硅0.42克混合后放入球磨罐中(不抽真空)球磨混料2小时，转速为400转/分，随后在110℃下干燥8小时并过100目筛网。将混合粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入0.5MPa纯度99.99％的高纯氮气；通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟使燃烧反应发生。经过反应后，将多孔石墨坩埚中的产物取出并研碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝荧光粉。
实施例4：
按照化学式组成(1-x-y)AlN:xEu，ySi，取x＝0.005，y＝0.06，铝粉和氮化铝粉的摩尔比例取6∶4，即将铝粉7.29克、氮化铝粉7.38克、氧化铕0.41克、碳化硅1.15克混合后放入球磨罐中(不抽真空)球磨混料2小时，转速为400转/分，随后在110℃下干燥8小时并过100目筛网。将混合粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入1.0MPa纯度99.99％的高纯氮气；通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟使燃烧反应发生。经过反应后，将多孔石墨坩埚中的产物取出并研碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝荧光粉。

Claims (2)

1.一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）按照化学式(1-x-y)AlN:xEu ySi，0.001≤x≤0.01,0.06<y≤0.1，将铝粉、氮化铝粉、氧化铕粉和碳化硅粉混合，放入球磨罐中球磨混合，其中，铝粉和氮化铝粉的摩尔比例为3:7～7:3；
（2）将混合后的粉末装入多孔石墨坩埚，多孔石墨坩埚放入高压燃烧合成装置的反应室中，反应室抽真空至气压小于10Pa后，充入纯度为99.999%的氮气；
（3）通过石墨纸带由粉末底部引燃，在电压为20V，电流为60A的条件下给石墨纸带通电10秒钟发生燃烧反应；
（4）燃烧反应后，将产物研磨粉碎过筛，即得Eu掺杂氮化铝基荧光粉。
2.如权利要求1所述的一种Eu掺杂氮化铝基荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，氮气压力为0.5～3MPa。
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