CN115894028B - 一种用于交变电场指示的发光陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于交变电场指示的发光陶瓷及其制备方法，其化学式为(Gd3‑xCex)Al3(Ga2‑y Liy)O12，其中0.02≤x≤0.08，0.02≤y≤0.05；通过高温固相法制备了该发光陶瓷，由于变电站内存在较强的交变电场，当电场作用于陶瓷内部电介质的极化方向上时，使得陶瓷产生了机械拉伸现象，陶瓷的机械拉伸使得其内部产生电极化现象，同时在其表面上产生符号相反的电荷；最终实现了陶瓷的发光。本发明制备的发光陶瓷耐候耐酸碱性强，不会因日晒雨淋，而产生泛黄及水解的现象；绝缘性能优良，适合各种电器设备装饰；此发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到20～40cd/m2，避免了以往蓄光型发光材料随着时间延长发光强度减弱，发光不持久的问题，还避免了以往电致发光指示材料带来的安全隐患。

Description

一种用于交变电场指示的发光陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光陶瓷制备技术领域，具体涉及一种用于交变电场指示的发光陶瓷及其制备方法。
背景技术
电致发光材料是在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发，将电能直接转换成光能的材料。机械发光材料是指可将机械能转换成光能的一类材料的统称。目前市面上的电致发光材料和机械发光材料的种类很多，但是如何结合和利用两种材料的性能，制造一种适用于交变电场的发光指示材料却寥寥无几。
在变电站中，常常存在缺少指示或者即便存在指示，需要额外耗费电能，而且会带来一些安全隐患。由于变电站中存在天然的交变电场，如何利用这种天然的电场，发明一种发光指示材料是亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于交变电场指示的发光陶瓷。
本发明的另一目的是提供上述用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种用于交变电场指示的发光陶瓷，其化学式为(Gd3-xCex)Al3(Ga2-y Liy)O12，其中0.02≤x≤0.08，0.02≤y≤0.05。
另一方面，本发明还提供上述用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量：按照(Gd3-xCex)Al3(Ga2-yLiy)O12，0.02≤x≤0.08，0.02≤y≤0.05中各元素的化学计量比分别称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的原料粉体放置在球磨罐内，同时加入球磨介质和无水乙醇进行球磨混合；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于烘箱内干燥；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体进行研磨，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1200～1500℃下保温4～6h，随后随炉冷却至室温，即得到发光陶瓷。
优选的，步骤(2)中，所述球磨介质为玛瑙球，其中，原料粉体、球磨介质和无水乙醇的质量比为1：2～4：1～3。
优选的，步骤(2)中，所述球磨转速为180～300r/min，球磨时间为12～18h优选的，步骤(3)中，所述的干燥温度为50～80℃，干燥时间为18～30h。
优选的，步骤(4)中，所述研磨的时间为30～40min。
优选的，步骤(5)中，所述烧结时升温速率为3～5℃/min。
本发明通过高温固相法制备了该发光陶瓷，由于变电站内存在较强的交变电场，当电场作用于陶瓷内部电介质的极化方向上时，使得陶瓷产生了机械拉伸现象，陶瓷的机械拉伸使得其内部产生电极化现象，同时在其表面上产生符号相反的电荷，最终实现了陶瓷的发光。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.Ce4+对Gd3+以及Li+对Ga3+的取代使得陶瓷内部产生大量的晶格缺陷，从而使得陶瓷内部存储能量的陷阱增多，最终提高了陶瓷在交变电场环境下的发光亮度。本发明制备的发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到20～40cd/m2，满足日常指示用发光陶瓷15cd/m2的亮度要求。
2.由于本发明制备的发光陶瓷是利用变电站内的交变电场来实现发光，不仅避免了以往蓄光型发光指示材料无法持久发光的缺陷，而且避免了以往电致发光指示材料带来的安全隐患。
3.本发明提供的发光陶瓷的制备方法，制备的陶瓷耐候耐酸碱性强，不会因日晒雨淋，而产生泛黄及水解的现象；绝缘性能优良，适合各种电器设备装饰。
附图说明
图1为本发明实施例3制备发光陶瓷的X射线衍射图谱；
图2为本发明实施例3制备发光陶瓷的显微结构图；
图3是本发明实施例1-4制备的发光陶瓷在12个小时内的发光亮度曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：Gd2.98Ce0.02Al3Ga1.98Li0.02O12
(1)称量：按照化学计量比分别称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的30g原料粉体放置在球磨罐内，同时加入60g玛瑙球、30g无水乙醇进行球磨混合，球磨转速为180r/min，球磨时间为12h；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于50℃烘箱内干燥18h；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体置于玛瑙研钵内研磨30min，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1200℃下保温4h，升温速率为3℃/min随后随炉冷却至室温，即得到上述发光陶瓷。
如图3所示，本实施例制备的发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到22cd/m2左右，满足日常指示用发光陶瓷15cd/m2的亮度要求。
实施例2：Gd2.96Ce0.04Al3Ga1.97Li0.03O12
(1)称量：按照化学计量比分别称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的30g原料粉体放置在球磨罐内，同时加入80g玛瑙球、50g无水乙醇进行球磨混合，球磨转速为240r/min，球磨时间为15h；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于60℃烘箱内干燥24h；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体置于玛瑙研钵内研磨35min，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1300℃下保温5h，升温速率为4℃/min随后随炉冷却至室温，即得到上述发光陶瓷。
如图3所示，本实施例制备的发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到28cd/m2左右，满足日常指示用发光陶瓷15cd/m2的亮度要求。
实施例3：Gd2.94Ce0.06Al3Ga1.96Li0.04O12
(1)称量：按照化学计量比分别称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的30g原料粉体放置在球磨罐内，同时加入100g玛瑙球、60g无水乙醇进行球磨混合，球磨转速为240r/min，球磨时间为15h；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于80℃烘箱内干燥30h；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体置于玛瑙研钵内研磨35min，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1500℃下保温6h，升温速率为5℃/min随后随炉冷却至室温，即得到上述发光陶瓷。
如图1所示，经XRD测试，本实施例制备的发光陶瓷为纯相。
如图2所示，经SEM检测，本实施例制备的发光陶瓷晶粒生长良好。
如图3所示，本实施例制备的发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到36cd/m2左右，满足日常指示用发光陶瓷15cd/m2的亮度要求。
实施例4：Gd2.92Ce0.08Al3Ga1.95Li0.05O12
(1)称量：按照化学计量比称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的30g原料粉体放置在球磨罐内，同时加入120g玛瑙球、90g无水乙醇进行球磨混合，球磨转速为300r/min，球磨时间为18h；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于80℃烘箱内干燥30h；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体置于玛瑙研钵内研磨40min，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1500℃下保温6h，升温速率为5℃/min随后随炉冷却至室温，即得到上述发光陶瓷。
如图3所示，本实施例制备的发光陶瓷在500V/m～1000V/m的交变电场作用下的发光亮度可以达到28cd/m2左右，满足日常指示用发光陶瓷15cd/m2的亮度要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于交变电场指示的发光陶瓷，其特征在于，所述发光陶瓷的化学式为(Gd3- xCex)Al3(Ga2-y Liy)O12，其中0.02≤x≤0.08，0.02≤y≤0.05。
2.一种权利要求1所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称量：按照(Gd3-xCex)Al3(Ga2-y Liy)O12，0.02≤x≤0.08，0.02≤0<y≤0.05中各元素的化学计量比分别称量纯度大于99.99％的Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2和Li2CO3作为原料；
(2)混料：将称得的原料粉体放置在球磨罐内，同时加入球磨介质和无水乙醇进行球磨混合；
(3)干燥：将球磨后的浆料置于浆料杯中，并置于烘箱内干燥；
(4)研磨：将干燥后的混合粉体进行研磨，使粉体细化并混合均匀；
(5)烧结：将研磨好的混合料置于氧化铝坩埚中进行烧结，在1200～1500℃下保温4～6h，随后随炉冷却至室温，即得到发光陶瓷。
3.根据权利要求2所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述球磨介质为玛瑙球，其中，原料粉体、球磨介质和无水乙醇的质量比为1：2～4：1～3。
4.根据权利要求2所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述球磨转速为180～300r/min，球磨时间为12～18h。
5.根据权利要求2所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥温度为50～80℃，干燥时间为18～30h。
6.根据权利要求2所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述研磨的时间为30～40min。
7.根据权利要求2所述的用于交变电场指示的发光陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述烧结时升温速率为3～5℃/min。
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