專利名稱：燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能熒光燈用紅色發(fā)光材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Y2O3:Eu3+是一種重要的紅色發(fā)光材料，由于它的發(fā)光效率高，已被廣泛用于緊湊型節(jié)能熒光燈[1，2]；該材料的合成均采用高溫固相反應(yīng)法(包括干法混料法和濕法前驅(qū)體法)，物料需1300℃以上高溫灼燒，再用粉體工程方法制得符合制燈要求的粉末發(fā)光材料。
Y2O3:Eu3+是一類稀土發(fā)光材料，以稀土氧化物或其鹽類為原料制備。隨著節(jié)能照明光源用量的不斷增大，稀土用量也不斷增大；用于發(fā)光材料生產(chǎn)的熒光級稀土產(chǎn)品的市場價格也不斷攀升。為了減少高價稀土用量、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本和增加產(chǎn)品市場競爭力，研究者們一方面研究和開發(fā)新的制備方法，另一方面探尋價廉高效的新型發(fā)光材料[3，4]。
作為節(jié)能熒光燈用紅色熒光粉，Y2O3:Eu3+是目前不可替代的；因此研究新的合成方法成為目前改善產(chǎn)品品質(zhì)、降低產(chǎn)品成本的主要工作方面。通過雙助熔劑的作用，在較低溫度下燒制成粒度適中、發(fā)光性能穩(wěn)定、不經(jīng)球磨處理的“不球磨熒光粉”[5]就是紅粉制備新方法的典型例證。但該方法主要為改善產(chǎn)品品質(zhì)，但同時增加了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
從Y2O3:Eu3+紅粉的組成來看，由于銪、釔化合物的價格差距很大，降低產(chǎn)品中銪的含量將有效地降低產(chǎn)品生產(chǎn)直接材料消耗。因此，綜合使用低耗制備方法、尋求降低銪用量的方式，成為了研究者研究與開發(fā)Y2O3:Eu3+紅粉的重要工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料，在紫外線不能深入的部分為不含銪的氧化釔，從而較大程度地降低了Y2O3:Eu3+紅粉生產(chǎn)中銪的用量，達(dá)到降低成本的目的。
本發(fā)明的另一目的旨在提供上述燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的簡單，方便，實(shí)用的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料，為固體粉末，粉體為核殼結(jié)構(gòu)，粉體內(nèi)核為Y2O3，外殼層為Y2O3:Eu3+發(fā)光材料；內(nèi)核中心粒徑4～6μm。
所述的Y2O3:Eu3+納米或超細(xì)粉末，粒徑60～140nm。
所述燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料表觀為白色固體粉末。
所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，以分析純的可溶于水的釔鹽、銪鹽、釔銪沉淀劑和熒光級Y2O3為原料；其制備過程為由釔、銪鹽及其沉淀劑經(jīng)前驅(qū)體法制得納米Y2O3:Eu3+粉體；將經(jīng)處理過的粒徑為4～6μm的Y2O3加入到用去離子水或純水分散Y2O3:Eu3+粉體的分散體系中(即將Y2O3:Eu3+包覆于粒徑4~6μm的Y2O3表面)，烘干后，高溫?zé)Y(jié)。
所述的前驅(qū)體法為將釔鹽、銪鹽、釔銪沉淀劑與分散劑及適量潤滑劑于陶瓷質(zhì)球磨罐中球磨混合，充分反應(yīng)，取出產(chǎn)物，分別用蒸餾水、乙醇多次洗滌，于烘箱中70~80℃烘干，得到前驅(qū)體粉末；將前驅(qū)體在700～900℃下鍛燒2～3h，得納米或超細(xì)Y2O3:Eu3+粉體。
所述的經(jīng)處理過的粒徑為4～6μm的Y2O3是指將Y2O3經(jīng)粉體氣流分級設(shè)備進(jìn)行粒度調(diào)整至中心粒徑4～6μm；用鹽酸或硝酸溶液處理粉粒表面0.5～2h.；加少量氨水中和至中性；過濾；得含水Y2O3。所述的烘干溫度為70～80℃。
納米Y2O3:Eu3+粉體與干基Y2O3粉末的重量比為0.2～0.4。
所述的高溫?zé)Y(jié)的過程為在高溫爐中，900～1200℃下燒結(jié)2.0～3.0小時。
本發(fā)明通過制備納米或超細(xì)級Y2O3:Eu3+紅粉、改善Y2O3粒度分布、實(shí)現(xiàn)納米或超細(xì)紅粉包覆Y2O3粉體、高溫?zé)Y(jié)形成以Y2O3為核、Y2O3:Eu3+為殼的存在Eu梯度分布的發(fā)光材料。該材料在紫外線不能深入的部分為不含銪的氧化釔，從而較大程度地降低了Y2O3:Eu3+紅粉生產(chǎn)中銪的用量，達(dá)到降低成本的目的。
本發(fā)明材料具體的制備過程為(1)將計量的YCl3·6H2O(或硝酸釔)、EuCl3·6H2O(或硝酸銪)和H2C2O4·2H2O與少量分散劑及適量潤滑劑于陶瓷質(zhì)球磨罐中球磨混合和反應(yīng)；分散劑為親水的有機(jī)高分子化合物，如聚乙烯醇；潤滑劑為親水的小分子有機(jī)物，如乙醇；(2)充分反應(yīng)后，取出產(chǎn)物后，用蒸餾水多次洗滌后，再用乙醇洗滌3次。于烘箱中70～80℃烘干，得到稀土草酸鹽前驅(qū)體粉末；(3)將前驅(qū)體在700～900℃下鍛燒2～3h，得白(略顯淺紅)色納米或超細(xì)Y2O3:Eu3+粉體；(4)Y2O3經(jīng)粉體氣流分級設(shè)備進(jìn)行粒度調(diào)整至中心粒徑4～6μm；用0.1～0.2mol/L鹽酸或硝酸溶液處理粉粒表面0.5～2h.；加少量氨水中和至中性；過濾；得含水Y2O3；(5)用適量去離子水(純水)分散納米Y2O3:Eu3+粉體，并加入經(jīng)處理的含水Y2O3粉末，攪拌混合均勻；于烘箱中70～80℃烘干；納米Y2O3:Eu3+粉體與干基Y2O3粉末的重量比為0.2～0.4；(6)干粉入高溫爐中，在900～1200℃下燒結(jié)2.0～3.0小時；(7)粉碎、分級；得產(chǎn)物成品；制得的產(chǎn)品用激光粒度儀測定其表觀粒度及其分布；用熒光分光光度計和彩色分析系統(tǒng)測量其發(fā)射光譜和色坐標(biāo)；用亮度計測量產(chǎn)物相對發(fā)光強(qiáng)度。
本發(fā)明所指的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料主要用于緊湊型節(jié)能熒光燈用三基色熒光粉的紅色組分。本發(fā)明的材料經(jīng)254nm紫外線照射，其發(fā)光強(qiáng)度不低于市售Y2O3:Eu3+紅粉發(fā)光強(qiáng)度的98％。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)采用常溫固相合成法制備納米紅粉前驅(qū)體，操作方便；2)采用分級設(shè)備對Y2O3粉體進(jìn)行粒度分級，易于進(jìn)行粉體粒度的調(diào)整操作；3)納米紅粉Y2O3:Eu3+產(chǎn)品粒度小、比表面積大，活性高；方便在Y2O3表面涂覆，并易于燒結(jié)成殼；4)產(chǎn)品粉體內(nèi)部為Y2O3核，不含Eu；產(chǎn)品生產(chǎn)的直接材料成本低；5)采用納米材料燒結(jié)法形成的發(fā)光殼層Y2O3:Eu3+，發(fā)光性能優(yōu)越；本發(fā)明將推動低銪高性能紅色發(fā)光材料Y2O3:Eu3+的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。


圖1為納米Y2O3:Eu3+粉體SEM圖。
具體實(shí)施例方式
以下為本發(fā)明的部分具體實(shí)施例。這些實(shí)施例的給出決不是限制本發(fā)明。
實(shí)施例1按Y2O3∶Eu2O3＝19∶1(重量比)計量，稱取YCl3·6H2O(AR)、EuCl3·6H2O(AR)，取化學(xué)反應(yīng)計量1.2倍的沉淀劑H2C2O4·2H2O(AR)和適量表面活性劑聚乙烯醇，放入陶瓷再球磨罐中，原料與陶瓷球的質(zhì)量比為1∶1，加入適量潤滑劑乙醇。在室溫下球磨2.0小時；取出產(chǎn)物，經(jīng)蒸餾水多次洗滌后，再用乙醉洗滌3次；于烘箱中80℃烘干；干燥物在700℃下鍛燒2.0小時，得白色的納米Y2O3:Eu3+粉體，中心粒徑為70～80nm，(見圖1)。
將熒光級Y2O3于氣流分級機(jī)組中進(jìn)行粒度分級，控制中心粒徑4~6μm；較粗粒度的Y2O3經(jīng)球磨后返回分級。本實(shí)施例中Y2O3中心粒徑4.7μm。
實(shí)施例2將實(shí)施例1得到的Y2O3用0.15mol/L鹽酸溶液處理粉粒表面1.0h.；加少量氨水中和至中性；過濾；按Y2O3重量20％取Y2O3:Eu3+紅粉，攪拌分散于適量去離子水中；加入經(jīng)處理的含水Y2O3粉末，攪拌混合成均勻漿體；于烘箱中75℃烘干；干粉入高溫爐中，在950℃下燒結(jié)3.0小時；粉碎、分級；得產(chǎn)物成品；產(chǎn)品主發(fā)射峰611nm；色坐標(biāo)x＝0.6464，y＝0.3457；相對強(qiáng)度98.7％。
實(shí)施例3將實(shí)施例1得到的Y2O3用0.2mol/L鹽酸溶液處理粉粒表面1.5h.；加少量氨水中和至中性；過濾；按Y2O3重量30％取Y2O3:Eu3+紅粉，攪拌分散于適量去離子水中；加入經(jīng)處理的含水Y2O3粉末，攪拌混合成均勻漿體；于烘箱中80℃烘干；干粉入高溫爐中，在1200℃下燒結(jié)2.0小時；粉碎、分級；得產(chǎn)物成品；產(chǎn)品主發(fā)射峰611nm；色坐標(biāo)x＝0.6455，y＝0.3475；相對強(qiáng)度101.4％。
實(shí)施例4將實(shí)施例1得到的Y2O3用0.1mol/L鹽酸溶液處理粉粒表面2.0h.；加少量氨水中和至中性；過濾；按Y2O3重量40％取Y2O3:Eu3+紅粉，攪拌分散于適量去離子水中；加入經(jīng)處理的含水Y2O3粉末，攪拌混合成均勻漿體；于烘箱中80℃烘干；干粉入高溫爐中，在1100℃下燒結(jié)2.0小時；粉碎、分級；得產(chǎn)物成品；產(chǎn)品主發(fā)射峰611nm；色坐標(biāo)x＝0.6441，y＝0.3480；相對強(qiáng)度102.6％。
權(quán)利要求
1.燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料，其特征在于為固體粉末，粉體為核殼結(jié)構(gòu)，粉體內(nèi)核為Y2O3，外殼層為Y2O3:Eu3+發(fā)光材料；內(nèi)核中心粒徑4～6μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料，其特征在于所述的Y2O3:Eu3+為納米或超細(xì)粉末，粒徑60～140nm。
3.制備權(quán)利要求1所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的方法，其特征在于以分析純的可溶于水的釔鹽、銪鹽、釔銪沉淀劑和熒光級Y2O3為原料；其制備過程為由釔、銪鹽及其沉淀劑經(jīng)前驅(qū)體法制得納米或超細(xì)Y2O3:Eu3+粉體；將經(jīng)處理過的粒徑為4～6μm含水Y2O3粉末加入到用去離子水或純水分散Y2O3:Eu3+粉體的分散體系中攪拌混合均勻，烘干后，高溫?zé)Y(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，其特征為所述的前驅(qū)體法為將釔鹽、銪鹽、釔銪沉淀劑與分散劑及潤滑劑于陶瓷質(zhì)球磨罐中球磨混合，充分反應(yīng)，取出產(chǎn)物，分別用蒸餾水、乙醇多次洗滌，于70～80℃烘干，得到前驅(qū)體粉末；將前驅(qū)體在700～900℃下鍛燒2～3h，得納米或超細(xì)Y2O3:Eu3+粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，其特征為所述的經(jīng)處理過的粒徑為4～6μm含水Y2O3是指將Y2O3經(jīng)粉體氣流分級設(shè)備進(jìn)行粒度調(diào)整至中心粒徑4～6μm；用鹽酸或硝酸溶液處理粉粒表面0.5～2h.；加少量氨水中和至中性；過濾；得含水Y2O3。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，其特征為納米或超細(xì)Y2O3:Eu3+粉體與干基Y2O3粉末的重量比為0.2~0.4。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，其特征為所述的烘干溫度為70～80℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料的制備方法，其特征為高溫?zé)Y(jié)的過程為在高溫爐中，900～1200℃下燒結(jié)2.0～3.0小時。
全文摘要
燈用殼層梯度紅色發(fā)光材料及其制備方法，本發(fā)明材料為固體粉末，粉體為核殼結(jié)構(gòu)，粉體內(nèi)核為Y
文檔編號H01J61/44GK101070473SQ200710035139
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者胡啟陽, 李新海, 王志興, 郭華軍 申請人:中南大學(xué)