一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法及其所制成的熒光粉技術

本發明專利技術公開一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法及其所制成的熒光粉。該制備方法中，按照熒光粉化學式中各元素的化學計量比稱取原料，其中Si源由α-Si3N4和β-Si3N4組成，原料經充分混勻后，在常壓、1300-1850℃下保溫燒結5-20小時，最后將燒結產物經過破碎、洗滌、烘干等處理后得到熒光粉。與現有技術相比，本發明專利技術熒光粉的制備方法所需燒結時間短，常壓下制備的類Si3N4結構熒光粉具有結晶性好和光效高等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法及其所制成的熒光粉
本專利技術屬于半導體
，尤其涉及一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法及其所制成的熒光粉。
技術介紹
與常規的發光技術如白熾燈或熒光燈相比，白光發光二極管(LightEmittingDiode，LED)作為新一代綠色照明產品具有低電壓、高光效、低能耗、長壽命、無污染等優點，和體積小、響應快、發熱少和可靠性高等特點，目前已在半導體照明及背光顯示領域得到了成功的應用，是我國重點發展的戰略性新興產業。現階段，熒光粉在白光LED技術中起著關鍵性的作用，其性能決定了白光LED的發光效率、色溫、顯色性及使用壽命等關鍵技術參數。近年來業界圍繞高光效的LED熒光粉開展了許多有創造性的工作，其中最為突出的就是上個世紀末氮化物/氮氧化物熒光粉的首次成功開發。氮化物/氮氧化物熒光粉體系中氮-氮鍵較強的共價鍵性，會產生強的電子云膨脹效應，使發光中心(Eu2+，Ce3+等)的5d電子的激發態能量降低從而實現高效寬譜帶發射。氮化物/氮氧化物結構是由一個相互聯結的SiX4(X＝O/N)四面體組成的高度致密的三維網絡結構所構筑，這種高度凝聚的網絡以及原子間穩定的化學鍵造就了其優異的化學和熱穩定性。Si3N4作為非常關鍵的氮化物/氮氧化物熒光粉的合成原料，是其他氮化物/氮氧化物基質結構的基本構架，因此大多數氮化物/氮氧化物體系熒光粉都可以歸結為具有類Si3N4結構。但是由于Si3N4具有很強的共價鍵、擴散系數低、反應活性差，因此以Si3N4為原料的氮化物/氮氧化物合成條件往往比較苛刻。而目前制備氮化物/氮氧化物熒光粉的手段多從制備陶瓷材料的工藝演變而來，如高溫高壓氮化、氣相還原氮化、碳熱還原氮化(CRN)或自蔓延高溫合成(SHS)等；其中高溫高壓氮化和自蔓延高溫合成均需要高溫(1700-2200℃)、高壓(5-10atm)等條件，而氣相還原氮化需要進行長時間的高溫氮化還原，碳熱還原氮化易有碳殘留。近年來，我國圍繞氮化物/氮氧化物物熒光粉方面開展了許多方面的研究工作，但由于合成技術的壁壘，限制了實用化的高性能稀土氮化物/氮氧化物熒光粉的應用步伐。
技術實現思路
本專利技術提供一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，具體技術方案如下：一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，具體為：按照熒光粉化學式中各元素的化學計量比稱取原料，原料經充分混勻后，在常壓、1300-1850℃下保溫燒結5-20小時，最后將燒結產物經過破碎、洗滌、烘干等處理后得到具有類Si3N4結構熒光粉，其中，原料中的Si源由β-Si3N4和α-Si3N4所組成。所述的制備方法通過采用以β-Si3N4和α-Si3N4為Si源，利用α-Si3N4在溶解-沉淀機制作用下相變轉化為β-Si3N4時，預先加入β-Si3N4不僅有利于晶體的有序生長，而且能夠使相變產物β-Si3N4在較低的過飽和度下析出，從而加速相變轉化過程，進而提高具有類Si3N4結構熒光粉的合成反應速率，縮短生產周期，更能夠實現常壓合成。當β-Si3N4所占摩爾比較低或較高時，Si3N4兩相原料混合物所表現出來的性質是僅以α-Si3N4或β-Si3N4為主，不能起到影響Si3N4相變反應的有益效果，并且有可能帶來雜相。因此，上述原料中的β-Si3N4和α-Si3N4的摩爾比為0.005-1。優選地，上述原料中的β-Si3N4和α-Si3N4的摩爾比為0.15-0.35。本專利技術所述具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法中，燒結氣氛為N2或N2/H2混合氣。優選地，上述N2/H2混合氣中H2體積比例為0.5-5％。為了提高所制備的具有類Si3N4結構熒光粉的光色性能及純度，上述熒光粉制備方法中的洗滌過程，包括弱酸洗滌和去離子水洗滌。洗滌至電導率小于10μs/cm后，經過分級和烘干等過程得到熒光粉。本專利技術所述具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法所得到的熒光粉化學式為：(Ma1Alb1Sic1)3(Nd1)4:x1Eu2+，其中M為Ca和Sr中的至少一種，0.27≤a1≤0.4，0.27≤b1≤0.4，1.27≤c1≤1.4，1.7≤d1≤1.8，0.001≤x1≤0.2。該熒光粉所需制備條件為：常壓，合成溫度為1500℃-1700℃下保溫燒結8-20小時。本專利技術所述具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法所得到的熒光粉化學式為：(Ma2Alb2Sic2)3(Nd2)4:x2Eu2+，其中M為Ca和Sr中的至少一種，0.27≤a2≤0.4，0.27≤b2≤0.4，0.27≤c2≤0.4，0.7≤d2≤0.8，0.001≤x2≤0.15。該熒光粉所需制備條件為：常壓，合成溫度為1400℃-1600℃下保溫燒結6-15小時。本專利技術所述具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法所得到的熒光粉化學式為：(Ma3Sic3)3(Nd3)4:x3Eu2+，其中M為Ca和Sr中的至少一種，0.6≤a3≤0.73，1.6≤c3≤1.73，1.95≤d3≤2.05，0.01≤x3≤0.2。該熒光粉所需制備條件為：常壓，合成溫度為1300℃-1500℃下保溫燒結5-10小時。本專利技術所述具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法所得到的熒光粉化學式為：(Si2-mAlm)3(O0.75mN2-0.75m)4:x4Eu2+，其中0.1≤m≤0.83，0.005≤x4≤0.8。該熒光粉所需制備條件為：常壓，合成溫度為1750℃-1850℃下保溫燒結10-20小時。本專利技術的優點在于：采用本專利技術所提供的制備方法，能夠提高具有類Si3N4結構熒光粉的合成反應速率，縮短生產周期，更能夠實現常壓合成。采用本專利技術所提供的制備方法，所得熒光粉的純度、結晶性和光效能夠很好地滿足高效白光LED的封裝及應用要求。附圖說明圖1為本專利技術實施例5涉及的熒光粉的XRD圖譜。圖2為本專利技術實施例5涉及的熒光粉的SEM圖。圖3為本專利技術實施例5涉及的熒光粉的發射光譜。圖4為本專利技術實施例15涉及的熒光粉的XRD圖譜。圖5為本專利技術實施例15涉及的熒光粉的SEM圖。具體實施方式以下是本專利技術的實施例，本專利技術的保護范圍不受這些實施例的限定，其保護范圍由權利要求來決定。比較例1本比較例所制備的具有類Si3N4結構熒光粉化學式為(Sr0.999/3Al1/3Si4/3)3(N7/4)4:0.001Eu2+。其制備方法為：按化學式中各元素的化學計量比稱取適量的Sr3N2、α-Si3N4、AlN、EuN作為原料并研混均勻。將混勻的原料放入坩堝中，然后在氮氣氣氛、合成溫度1800℃和保溫15小時的條件下進行燒結。反應完畢后，待產物溫度降至100℃以下將其取出，最后進行破碎、洗滌、烘干等處理后得到具有類Si3N4結構熒光粉。該熒光粉的主峰位置及相對發光亮度等光色數據，如表1所示。實施例1本實施例所制備的具有類Si3N4結構熒光粉化學式為(Sr0.999/3Al0.81/3Si4/3)3(N6.8/4)4:0.001Eu2+。其制備方法為：按化學式中各元素的化學計量比稱取適量的Sr3N2、Si3N4、AlN、EuN作為原料并研混均勻，其中Si3N4原料由α-Si3N4和β-Si3N4所組成，且β-Si3N4和α-Si3N4的摩爾比為0.005。將混勻的原本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，其特征在于：按照熒光粉化學式中各元素的化學計量比稱取原料，原料經充分混勻后，在常壓、1300?1850℃下保溫燒結5?20小時，最后將燒結產物經過破碎、洗滌、烘干等處理后得到具有類Si3N4結構熒光粉，其中，原料中的Si源由β?Si3N4和α?Si3N4所組成。

【技術特征摘要】
1.一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，其特征在于：按照熒光粉化學式中各元素的化學計量比稱取原料，原料經充分混勻后，在常壓、1300-1850℃下保溫燒結5-20小時，最后將燒結產物經過破碎、洗滌、烘干處理后得到具有類Si3N4結構熒光粉，其中，原料中的Si源由β-Si3N4和α-Si3N4所組成，β-Si3N4和α-Si3N4的摩爾比為0.005-1；其中，具有類Si3N4結構熒光粉的化學式為：(Ma1Alb1Sic1)3(Nd1)4:x1Eu2+，其中M為Ca和Sr中的至少一種，0.27≤a1≤0.4，0.27≤b1≤0.4，1.27≤c1≤1.4，1.7≤d1≤1.8，0.001≤x1≤0.2。2.一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，其特征在于：按照熒光粉化學式中各元素的化學計量比稱取原料，原料經充分混勻后，在常壓、1300-1850℃下保溫燒結5-20小時，最后將燒結產物經過破碎、洗滌、烘干處理后得到具有類Si3N4結構熒光粉，其中，原料中的Si源由β-Si3N4和α-Si3N4所組成，β-Si3N4和α-Si3N4的摩爾比為0.005-1；其中，具有類Si3N4結構熒光粉的化學式為：(Ma2Alb2Sic2)3(Nd2)4:x2Eu2+，其中M為Ca和Sr中的至少一種，0.27≤a2≤0.4，0.27≤b2≤0.4，0.27≤c2≤0.4，0.7≤d2≤0.8，0.001≤x2≤0.15。3.一種具有類Si3N4結構熒光粉的制備方法，其特征在于：按照熒光粉化學式中各元...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周小芳，莊衛東，劉榮輝，劉元紅，徐會兵，何華強，陳觀通，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，有研稀土新材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11