CN116262660B - 一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷及其制备方法和应用。本发明所述氧化镁复相陶瓷包括氧化镁相和发光相，所述氧化镁相为连续相，所述发光相分散在氧化镁相中，所述发光相为荧光粉，所述发光相在氧化镁复相陶瓷中所占的比例为10wt％‑90wt％。本发明所述氧化镁复相陶瓷既保持荧光粉的良好的发光特性，同时提供高热导率、以及由高热导率带来的高饱和激光功率阈值、弱热致淬灭效应等优异性能，可应用于大功率照明、激光半导体照明等相关领域。本发明的制备方法采用低温烧结方式，制备温度低，工艺简单，具有成本低、成品率高，易于产业化等优点。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
发光二极管(LEDs)作为一种固态照明光源，因具有高光效、节能、响应时间快、使用寿命长等优点被广泛应用于显示、照明、探测、通讯等领域。然而，白光LED光源在高输出功率(＞10W/cm2)时产生的“效率骤降”现象严重限制了其在高功率照明领域的应用。与LED光源相比，蓝光激光驱动的照明光源(LD)类似“点光源”，具有更高的亮度、更小的光源尺寸及高功率密度下的高发光效率。这些优点使激光照明在高功率照明及显示如汽车大灯、激光投影、医疗、光通讯等领域拥有广阔的应用前景。
然而，LD光源的高亮度也伴随着更高的热负荷。传统荧光转换材料是将荧光粉混合在硅胶或者环氧树脂中。受限于其较低的热导率(0.1-0.4W/m.K),在LD光源中这种荧光粉封装形态无法提供高功率输出时的光色稳定性，同时在高温下引发的碳化、光衰等不良现象极大的缩减了使用寿命。
近年来，以高热导率陶瓷材料替代硅胶作为荧光粉的装载材料成为一种新型荧光转换材料，被应用于激光照明。如专利文献CN109133940A、CN111377713A、CN107285745A等，涉及的高热导率陶瓷材料包括氧化铝、氮化铝、氧化镁等。其中，氧化镁属于立方晶系，具备高热导率(50-60W/m.K)，在制备过程中不受烧结气氛的影响，是一种合适的荧光粉基质材料。但是，氧化镁具有高的熔点(2850℃)，而高温(＞1350℃)时又会与荧光粉发生反应生成杂相。因此，如何在低温下合成高致密度、具备高热导率的装载荧光粉的氧化镁复合陶瓷成为该材料的技术难点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷及其制备方法和应用。本发明通过低温烧结并任选加入烧结助剂，能够制备得到具有高致密度、高热导率和良好发光性能的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷。
本发明提供一种氧化镁复相陶瓷，所述氧化镁复相陶瓷包括氧化镁相和发光相，所述氧化镁相为连续相，所述发光相分散在氧化镁相中，所述发光相为荧光粉，所述发光相在氧化镁复相陶瓷中所占的比例为10wt％-90wt％。
根据本发明的实施方案，任选地，所述氧化镁相中还包括氧化钙，所述氧化钙相对于所述氧化镁相的重量比例为0wt％以上且小于5.0wt％，优选为0-4.5wt％。
根据本发明的实施方案，所述荧光粉选自绿粉或黄粉中的至少一种。
优选地，所述荧光粉选自Ce:Lu3Al5O12、Ce:Y3Al5O12、(Ce,Gd):Y3Al5O12中的至少一种。
根据本发明的实施方案，本发明的氧化镁复相陶瓷是一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷。如图1所示，该氧化镁复相荧光陶瓷包括氧化镁相2和发光相3(图1中的下图)，与纯相氧化镁陶瓷1(图1中的上图)相比，氧化镁复相荧光陶瓷中的氧化镁相2同样为连续相，荧光粉作为发光相3，分散在氧化镁相2中。在氧化镁相2中，氧化镁相2呈面心立方晶系，当氧化镁相2中还存在氧化钙时，部分镁离子的格位被钙离子取代而成为固溶形式，但并不会改变氧化镁相2的面心立方晶系。因此，氧化钙的添加基本不会改变氧化镁相2和发光相3之间的稳定性，而且得到的本发明的氧化镁复相陶瓷具有高致密度和良好的高导热性能。
需要说明的是，在本申请中，“复相”是指氧化镁相和发光相各自作为单独的相存在，而并未发生反应生成杂相。在本申请中，“致密度”是指氧化镁复相陶瓷的实际密度相对于理论密度的比值。
根据本发明的实施方案，所述氧化镁复相陶瓷具有高致密度、高热导率或良好发光性等中的至少一种。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的致密度至少为80％，优选为80-99.99％，例如为80％、85％、90％、95％、99.91％。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的热导率至少为30W/(m·K)，优选为30-50W/(m·K)，例如为30W/(m·K)、35W/(m·K)、40W/(m·K)、45W/(m·K)、50W/(m·K)。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的量子效率至少为80％，优选为80-99％，例如为80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％。
本发明还提供上述氧化镁复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将荧光粉、氧化镁粉、和任选地烧结助剂混合，得到复相粉体；
(2)将所述复相粉体经成型处理，得到陶瓷素坯；
(3)将所述陶瓷素坯进行真空烧结，得到所述氧化镁复相陶瓷，
其中，步骤(3)中，烧结温度为1100-1350℃。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述荧光粉选自绿粉或黄粉中的至少一种。优选地，所述荧光粉选自Ce:Lu3Al5O12、Ce:Y3Al5O12、(Ce,Gd):Y3Al5O12中的至少一种。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，按重量份计，所述荧光粉在荧光粉和氧化镁粉的合计中所占的比例为10wt％-90wt％，优选为10wt％-50wt％，例如为10wt％、20wt％、30wt％、35wt％、40wt％、50wt％。本发明中，根据氧化镁复相陶瓷的发光性能、致密度、热导率的不同需求，可调整所述荧光粉的用量来实现。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述氧化镁粉的粒径范围在50-500nm之间，优选在100-300nm之间。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述烧结助剂选自氧化钙粉(CaO)、氢氧化钙粉(Ca(OH)2)、碳酸钙粉(CaCO3)中的至少一种。优选地，所述烧结助剂选自氧化钙粉。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述烧结助剂相对于氧化镁粉的重量比例为0wt％以上且小于5.0wt％，优选为0.1wt％-2.0wt％，例如为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、2wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，混合还可以在溶剂的存在下进行。优选地，所述溶剂可选用本技术领域常用的具有易挥发性的溶剂，如乙醇。本发明中对溶剂的用量不做具体的限定，只要能实现均匀混合即可。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述混合过程包括球磨混合，在混合之后可以进行烘干和/或筛粉。本发明中所述的球磨混合、烘干、筛粉不作具体限定，可选自本技术领域常用的方法进行。示例性地，所述球磨混合是指采用行星球磨机混合球磨1-48h，例如24h。示例性地，所述球磨选用氧化铝球，所述氧化铝球与所述氧化镁粉的质量比例如为3:0.8。示例性地，所述烘干是指在50-100℃下烘干1-10h，例如在90℃下烘干3h。示例性地，所述筛粉是利用筛子进行筛分，得到粒径小于150微米的复相粉体。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，还可以进一步加入成型助剂。优选地，所述成型助剂及其用量可采用本技术已知的成型助剂及其合适的用量。示例性地，所述成型助剂选自聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚乙二醇(PEG)中的至少一种。示例性地，所述成型助剂PVB的用量在复相粉体中所占的比例为0.1wt％、0.25wt％、0.5wt％、1wt％等。
根据本发明的实施方案，步骤(2)中，所述成型处理可以通过干法成型或湿法成型来进行。本发明中所述干法成型或湿法成型均是指本领域已知的成型方法，不做具体限定。示例性地，所述干法成型是指在10MPa压力下将复相粉体压制成圆片，再利用冷等静压设备在200MPa压力下将圆片压制成具有一定致密度的陶瓷素坯，例如致密度约为50％。
根据本发明的实施方案，在步骤(1)中加入成型助剂的情况下，在步骤(3)之前，本发明的制备方法还可以任选地包括对所述陶瓷素坯进行热处理的步骤。所述热处理是指在含氧气氛中加热，优选在空气气氛中加热。本发明热处理的目的在于对所述陶瓷素坯进行排胶脱脂从而去除陶瓷素坯中的有机物，例如上述的成型助剂。所述热处理可在本领域已知的设备中进行，例如马弗炉中。
优选地，所述热处理的条件包括：处理温度为500-800℃，优选为800℃；处理时间为1-5h，优选为5h。
根据本发明的实施方案，步骤(3)中，所述真空烧结优选在烧结炉中进行。本发明中的烧结炉可选用本技术领域已知的烧结炉，优选为真空烧结炉。
根据本发明的实施方案，步骤(3)中，真空烧结时，真空度不低于10-3Pa，优选为10-3Pa-10-5Pa。
根据本发明的实施方案，步骤(3)中，真空烧结的程序具体包括烧结升温和烧结保温。
优选地，所述烧结升温程序包括升温速率150～250℃/min，优选为200℃/min。
优选地，所述烧结保温程序包括：所述烧结的温度为1100-1350℃，优选为1200-1350℃；所述烧结的时间为1-24h，优选为5-20h。示例性地，所述烧结保温程序为：在烧结温度1350℃保温5h。
关于真空烧结的温度，如图2所示，本案发明人研究发现：氧化镁相与发光相在超过1350℃时会相互反应并生成尖晶石相以及YAlO3相，影响发光性能及热性能。但由于氧化镁具有较高的熔点(约2850℃)，太低的烧结温度无法获得致密的氧化镁复相荧光陶瓷。因此，本发明的烧结的温度为1100-1350℃。
进一步地，为了在1100-1350℃烧结温度下获得更高致密度的氧化镁复相陶瓷，本发明以无机钙盐例如氧化钙(CaO)作为烧结助剂，在上述烧结温度下，以部分钙离子取代镁离子格位的固溶形式提升氧化镁烧结活性，并以此提升烧结驱动力，从而在同等烧结温度下获得更高致密度的复相陶瓷，实现良好的高导热性能。需要说明的是，所述烧结助剂可以是氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中的至少一种，烧结助剂在＞900℃的温度下发生分解得到氧化钙。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括：(4)在真空烧结之后，进行二次烧结。本发明中，所述二次烧结的目的在于，进一步提高复相陶瓷的致密度、热导率等性能。
优选地，所述二次烧结选自热等静压烧结、热压烧结、放电等离子烧结中的至少一种。
进一步优选地，所述二次烧结为热等静压烧结。本发明中对所述热等静压烧结的条件不做具体限定，可选用本技术领域已知的条件进行。示例性地，所述热等静压烧结的条件包括1350℃保温2h，并通入氩气，所述氩气的压强例如为180MPa。
本发明还提供一种氧化镁复相陶瓷，所述氧化镁复相陶瓷通过上述制备方法得到。
根据本发明的实施方案，所述氧化镁复相陶瓷包括氧化镁相和发光相，所述氧化镁相为连续相，所述发光相分散在氧化镁相中，所述发光相为荧光粉，所述发光相在氧化镁复相陶瓷中所占的比例为10wt％-90wt％。
根据本发明的实施方案，任选地，所述氧化镁相中还包括氧化钙，所述氧化钙相对于所述氧化镁相的重量比例为0wt％以上且小于5.0wt％，优选为0-4.5wt％。
根据本发明的实施方案，所述荧光粉选自绿粉或黄粉中的至少一种。
优选地，所述荧光粉选自Ce:Lu3Al5O12、Ce:Y3Al5O12、(Ce,Gd):Y3Al5O12中的至少一种。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的致密度至少为80％，优选为80-99.99％，例如为80％、85％、90％、95％、99.91％。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的热导率至少为30W/(m·K)，优选为30-50W/(m·K)，例如为30W/(m·K)、35W/(m·K)、40W/(m·K)、45W/(m·K)、50W/(m·K)。
优选地，所述氧化镁复相陶瓷的量子效率至少为80％，优选为80-99％，例如为80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％。
本发明还提供上述氧化镁复相陶瓷的应用，优选在大功率照明或激光半导体照明中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷及其制备方法和应用，所述氧化镁复相陶瓷既保持荧光粉的良好的发光特性，同时提供高热导率、以及由高热导率带来的高饱和激光功率阈值、弱热致淬灭效应等优异性能，为高功率密度光源的应用提供了良好的材料基础，可应用于大功率照明(如LED光源)、激光半导体照明等相关领域。此外，本发明的制备方法采用低温烧结方式，制备温度低，工艺简单，并且与热等静压烧结、热压烧结、放电等离子烧结方式相比，具有成本低、成品率高，易于产业化等优点。
附图说明
图1为纯相氧化镁陶瓷和实施例1的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的扫描电镜图；1-纯相氧化镁陶瓷；2-氧化镁相；3-发光相(荧光粉)；
图2为实施例1-2和对比例1-2中氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱；
图3为实施例1、3-5和对比例3中氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱；
图4为实施例4、6-7中氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
除非另有说明，以下实施例中的氧化镁复相陶瓷的致密度、热导率和量子效率通过如下方法测得：致密度通过本领域已知的阿基米德排水法测试；热导率值参照GB/T22588-2008通过激光闪射法测试得到；量子效率通过稳态/瞬态荧光光谱仪进行测试。
实施例1
装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备过程如下：
(1)准确称量20g Ce:Y3Al5O12荧光粉，80g MgO粉(粒径范围为100-300nm)作为陶瓷载体材料，乙醇120g作为溶剂，0.1g的PVB粉作为成型助剂，加入300g球磨用的氧化铝球共混后采用行星球磨机混合球磨24h后放置烘箱中90℃烘干3h。将上述烘干粉块通过研钵研磨并过筛获得粒径小于150微米的复相陶瓷粉体；
(2)使用干压成型设备将上述复相陶瓷粉体在10MPa压力下压制成圆片，再利用冷等静压设备在200MPa压力下将圆片压制成致密度约50％的复相陶瓷素坯；
(3)将上述复相陶瓷素坯放置在真空烧结炉中进行烧结，制备得到氧化镁复相陶瓷，烧结程序为升温速率200℃/min，在1350℃保温5h，真空度为5×10-4Pa。
(4)将上述真空烧结制得的复相陶瓷通过减薄、抛光后得到一种装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷材料。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷的致密度达到82.2％，热导率达到33W/(m·K)，量子效率达到88％。本实施例的相关数据记于表1中。
实施例2
本实施例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(3)中，烧结程序为升温速率200℃/min，在1300℃保温5h。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷致密度达到80.4％，热导率达到30W/(m·K)，量子效率达到87.5％，本实施例的相关数据记于表1中。
对比例1
本对比例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(3)中，烧结程序为升温速率200℃/min，在1400℃保温5h。本对比例的相关数据记于表1中。
对比例2
本对比例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(3)中，烧结程序为升温速率200℃/min，在1450℃保温5h。本对比例的相关数据记于表1中。
将纯相氧化镁陶瓷和实施例1的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的扫描电镜图示于图1。如图1所示，实施例1中的氧化镁复相陶瓷包括氧化镁相2和发光相(荧光粉)3，与纯相氧化镁陶瓷1相比，氧化镁复相陶瓷中的氧化镁相2同样为连续相，荧光粉作为发光相3，分散在氧化镁相2中。
图2为实施例1-2和对比例1-2中氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱，其中，图2中以烧结温度1350℃、1300℃、1400℃、1450℃分别代表实施例1-2和对比例1-2的氧化镁复相陶瓷；YAG代表Ce:Y3Al5O12荧光粉纯相；MgO代表氧化镁纯相。通过图2可知，实施例1和2制得的氧化镁复相陶瓷具有良好的复相结构；而对于对比例1的氧化镁复相陶瓷而言，氧化镁相与发光相开始发生反应，开始出现较弱的尖晶石相(MgAl2O4)以及YAlO3相，热导率下降至26W/(m·K)，量子效率下降至63％；对于对比例2的氧化镁复相陶瓷而言，与对比例1相比，氧化镁相与发光相反应更加明显，尖晶石相(MgAl2O4)以及YAlO3相的强度明显提升，热导率下降至23.1W/(m·K)，量子效率下降至59％。
从图2中实施例1-2和对比例1-2的测试结果可以判断，在真空烧结过程中，当烧结温度不超过1350℃时，氧化镁相与发光相没有发生反应，因此1350℃是装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷烧结的临界温度。而当烧结温度超过1350℃时，氧化镁相与发光相会相互反应并生成尖晶石相以及YAlO3相，从而影响发光性能及热性能。
但由于氧化镁具有较高的熔点(约2850℃)，因此烧结温度过低，也无法获得致密的氧化镁复相陶瓷。这一点也可以从实施例1-2的氧化镁复相陶瓷的致密度和热导率测试结果得到验证，当烧结温度降低后，实施例2制备的氧化镁复相陶瓷的致密度和热导率均下降。
实施例3
本实施例3的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，还添加了氧化钙粉作为烧结助剂，添加量为氧化镁粉重量的0.2wt％。
本实施例制得的氧化镁复相陶瓷同样具有良好的复相结构，经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷的致密度由实施例1中的82.2％提升至96.5％，热导率也由实施例1中的33W/(m·K)提升至40.5W/(m·K)，量子效率达到93.5％。上述致密度、热导率和量子效率的提高是得益于在氧化镁复相陶瓷中引入烧结助剂。
实施例4
本实施例4的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，还添加了氧化钙粉作为烧结助剂，添加量为氧化镁粉重量的0.5wt％。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷的致密度由实施例1中的82.2％提升至97.1％，热导率也由实施例1中的33W/(m·K)提升至41W/(m·K)，量子效率达到94.3％。
实施例5
本实施例5的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，还添加了氧化钙粉作为烧结助剂，添加量为氧化镁粉重量的2.0wt％。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷的致密度由实施例1中的82.2％提升至96.2％，热导率也由实施例1中的33W/(m·K)提升至39.8W/(m·K)，量子效率达到92.7％。
对比例3
本对比例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，还添加了氧化钙粉作为烧结助剂，其添加量为氧化镁粉重量的5.0wt％。
图3为实施例1、3-5和对比例3的氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱，其中，图3中以CaO的含量为0％、0.2％、0.5％、2.0％、5.0％分别代表实施例1、3-5和对比例3的氧化镁复相陶瓷；YAG代表Ce:Y3Al5O12荧光粉纯相；MgO代表氧化镁纯相。由图3可知，对比例3的氧化镁复相陶瓷在1350℃温度烧结时部分地发生了反应而生成杂相。这表明加入过量的氧化钙会降低氧化镁相与发光相的反应温度，从而促进两相之间发生反应。对比例3的氧化镁复相陶瓷的热导率为27W/(m·K)，量子效率仅为71.2％。
从实施例1、3-5和对比例3的测试结果可以看出，在氧化镁复相陶瓷中添加少量烧结助剂，可以极大的提升氧化镁复相陶瓷的致密度、热导率和量子效率，而且烧结助剂的添加并不会改变氧化镁相的晶体结构。然而，添加过量的烧结助剂反而会导致氧化镁相与发光相之间发生反应而生成杂相。因此，烧结助剂相对于所述氧化镁粉的重量比例为0wt％以上且小于5.0wt％，优选为0wt％-4.5wt％。
实施例6
本实施例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，荧光粉称量35g，氧化镁粉称量65g，荧光粉重量在荧光粉和氧化镁粉的总量中的占比提升至35wt％；同时，添加占氧化镁粉重量的0.5wt％氧化钙(即0.325g)作为烧结助剂。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷的致密度提升至97.3％，但更高比例的荧光粉使氧化镁复相陶瓷的热导率降低为35.8W/(m·K)，量子效率达到94.4％。
实施例7
本实施例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，荧光粉称量50g，氧化镁粉称量50g，荧光粉重量在荧光粉和氧化镁粉的总量中的占比进一步提升至50wt％。同时，添加占氧化镁粉重量的0.5wt％氧化钙(0.25g)作为烧结助剂。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷致密度提升至97.2％，但更高比例的荧光粉使氧化镁复相陶瓷的热导率为30.3W/(m·K)，量子效率达到91.2％。
图4为实施例4、6-7制得的氧化镁复相陶瓷的X射线衍射图谱，其中，图4中以荧光粉的比例为20％、35％、50％分别代表实施例4、实施例6、实施例7的氧化镁复相陶瓷；YAG代表Ce:Y3Al5O12荧光粉纯相；MgO代表氧化镁纯相。从图4可以看出，当提高荧光粉的比例后，氧化镁复相陶瓷仍具有良好的复相结构。通过实施例4、6-7的测试结果，可以看出，氧化镁复相陶瓷的致密度提高得益于烧结助剂的引入；但由于提高了荧光粉加入量，其热导率降低。
实施例8
本实施例的装载荧光粉的氧化镁复相陶瓷的制备方法和实施例1基本一致，区别在于：步骤(1)中，添加了氧化钙粉作为烧结助剂，其添加量为氧化镁粉重量的0.5wt％；同时，在步骤(3)的真空烧结之后，采用热等静压烧结方式(HIP)进行二次烧结，热等静压烧结程序为1350℃保温2h，通入氩气压强为180MPa。
经测试可知，本实施例的氧化镁复相陶瓷致密度达到99.91％，复相陶瓷热导率达到45.7W/(m·K)，量子效率达到95.1％。可以看出，在真空烧结之后，采用热等静压烧结方式(HIP)进行二次烧结，可以进一步提高复相陶瓷的致密度、热导率和量子效率。
表1为实施例1-8和对比例1-3的氧化镁复相陶瓷的实验数据和测试数据汇总表
*：由于氧化镁相与发光相发生相反应，无法准确计算理论密度。
以上对本发明示例性的实施方式进行了说明。但是，本申请的保护范围不拘囿于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氧化镁复相陶瓷，其特征在于，所述氧化镁复相陶瓷包括氧化镁相和发光相，所述氧化镁相为连续相，所述发光相分散在氧化镁相中，所述发光相为荧光粉，所述发光相在氧化镁复相陶瓷中所占的比例为10wt%-50wt%；
所述氧化镁相中还包括氧化钙，所述氧化钙相对于所述氧化镁相的重量比例为0wt%以上且小于等于4.5wt%；
所述荧光粉选自Ce:Lu3Al5O12、Ce:Y3Al5O12、(Ce,Gd):Y3Al5O12中的至少一种；
所述氧化镁复相陶瓷的致密度为80-99.99%；所述氧化镁复相陶瓷的热导率为30-50W/（m·K）；所述氧化镁复相陶瓷的量子效率为80-99%；
所述的氧化镁复相陶瓷的制备方法包括以下步骤：
（1）将荧光粉、氧化镁粉和烧结助剂混合，得到复相粉体；所述烧结助剂选自氧化钙粉、氢氧化钙粉、碳酸钙粉中的至少一种；所述烧结助剂相对于氧化镁粉的重量比例为0wt%以上且小于等于4.5wt%；按重量份计，所述荧光粉在荧光粉和氧化镁粉的合计中所占的比例为10 wt%-50 wt%；
（2）将所述复相粉体经成型处理，得到陶瓷素坯；
（3）将所述陶瓷素坯进行真空烧结，得到所述氧化镁复相陶瓷；
其中，步骤（3）中，烧结温度为1100-1350℃；真空度不低于10-3Pa。
2.权利要求1所述的氧化镁复相陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将荧光粉、氧化镁粉和烧结助剂混合，得到复相粉体；所述烧结助剂选自氧化钙粉、氢氧化钙粉、碳酸钙粉中的至少一种；所述烧结助剂相对于氧化镁粉的重量比例为0wt%以上且小于等于4.5wt%；按重量份计，所述荧光粉在荧光粉和氧化镁粉的合计中所占的比例为10 wt%-50 wt%；所述荧光粉选自Ce:Lu3Al5O12、Ce:Y3Al5O12、(Ce,Gd):Y3Al5O12中的至少一种；
（2）将所述复相粉体经成型处理，得到陶瓷素坯；
（3）将所述陶瓷素坯进行真空烧结，得到所述氧化镁复相陶瓷，
其中，步骤（3）中，烧结温度为1100-1350℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，任选地进一步加入成型助剂；
所述成型助剂选自聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇中的至少一种；
步骤（2）中，所述成型处理通过干法成型或湿法成型来进行。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述真空烧结在真空烧结炉中进行；
步骤（3）中，真空烧结时，真空度不低于10-3Pa；
步骤（3）中，真空烧结的程序具体包括烧结升温和烧结保温；
所述烧结升温程序包括升温速率为150~250℃/min；
所述烧结保温程序包括：所述烧结的温度为1100-1350℃；所述烧结的时间为1-24h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结升温程序包括升温速率为200℃/min；
所述烧结保温程序包括：所述烧结的温度为1200-1350℃；所述烧结的时间为5-20h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结保温程序为：在烧结温度1350℃保温5h。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：（4）在真空烧结之后，进行二次烧结；
所述二次烧结选自热等静压烧结、热压烧结、放电等离子烧结中的至少一种。
8.权利要求1所述的氧化镁复相陶瓷在大功率照明或激光半导体照明中的应用。
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| CN112174646A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-05 | 东北大学 | 一种激光照明用高导热荧光陶瓷及其制备方法 |
| CN113135737A (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-20 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种装载荧光粉的透明陶瓷材料及其制备方法与应用 |
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2021
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