一种超大粒径YAG:Ce3+黄色荧光粉及其制备方法

摘要

本发明公开了一种超大粒径YAG:Ce3+黄色荧光粉及其制备方法，得到的黄色荧光粉为平均粒径≥40μm的微球，其制备方法是采用盐浴法，以YF3和AlF3先混合球磨成细粉作为盐浴的原料，然后加入Y2O3、Al2O3和CeO2混合均匀，在经过还原气氛炉中于1300～1500℃中烧结1～15h，冷却到室温后，通过热硝酸溶液浸泡洗涤和去离子水洗涤数次，120℃烘干后即得最终产物。本发明制备的荧光粉颗粒形貌发育好、表面缺陷少、晶面清晰完整，并且颗粒分布均匀、呈类球形，化学稳定性和热稳定性好，能够发射540～565nm峰值波长的黄色荧光，且制备工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，尤其适合应用于大功率蓝光LD光源。

权利要求

1.一种YAG:Ce3+黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：包括：

1)将YF3和AlF3按照1:4～4:1的质量比混合制得YF3-AlF3混合物，向其中加入Y2O3、Al2O3和CeO2，混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的18～30wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据YAG:Ce3+黄色荧光粉中设定的各元素的化学计量比确定；

2)将步骤1)得到的反应混合物在还原气氛下进行盐浴法制备，加热温度1300～1500℃，加热时间1～15h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

3)将步骤2)得到的粗产物进行破碎，用60～80℃的5％～10％的热硝酸溶液浸泡洗涤，再用去离子水洗涤，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉，其平均粒径≥40μm。

2.根据权利要求1所述的一种YAG:Ce3+黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：所述YAG:Ce3+黄色荧光粉为Y3-xAl5O12:xCe3+，其中0.02≤x≤0.2。

3+

3.根据权利要求1所述的一种YAG:Ce 黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤

2)中，还原气氛为H2和N2按体积比1:9混合的气体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法所制备的YAG:Ce3+黄色荧光粉的用途，其特征在于：所述用途为在大功率蓝光LD光源上的用途。

说明书

3+

一种超大粒径YAG:Ce 黄色荧光粉及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及荧光粉及其制备方法，具体涉及一种超大粒径YAG:Ce3+黄色荧光粉及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，由于大功率蓝光激光(LD)性能的不断发展，LD作为光源发展迅速，并且越来越多的应用在新兴领域，例如大功率LD照明、射灯、舞台灯、激光电视、汽车前大灯等等。与传统光源器件相比，LD作为光源具有节能、环保、成本低、效率高、响应时间短、使用寿命长、抗冲击和振动等优点，因而成为新一代光源器件的理想选择，具有广阔的应用前景和经济社会效益。

[0003] 大功率LD作为光源，主要是指大功率的单色蓝光LD通过激发荧光粉转换而发射出所需光色的光源，也被称为激光荧光粉的方案。早期采用的红、绿、蓝三个颜色都是用激光来产生的光源方案，具有成本高昂、产生高温等缺陷，很难进入普通家庭当中。而现在的激3+
光荧光粉方案不仅很大程度上降低了成本，而且也很好的解决了散热问题。目前YAG:Ce 黄色荧光粉是LD光源中重要的黄色光来源，而市面上商业化YAG:Ce3+黄色荧光粉大部分是平均粒径小于25μm的粉体，这种较小粒径的粉体，在大功率蓝光LD激发下，热光衰较严重，并且在粉体表面集聚的温度较高，加速了有机胶类的老化等问题，严重影响了大功率LD光源的光学性能。而超大粒径(平均粒径≥40μm)YAG:Ce3+黄色荧光粉，由于颗粒表面结晶更完善，热光衰更低，散热更好，有助于提高大功率LD光源的光学性能和使用寿命。因此，研制超大粒径(平均粒径≥40μm)YAG:Ce3+黄色荧光粉具有十分重要的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种超大粒径YAG:Ce3+黄色荧光粉 及其制备方法，工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，得到的荧光粉形状规则，尤其适合应用于大功率蓝光LD光源。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

[0006] 一种YAG:Ce3+黄色荧光粉的制备方法，包括：

[0007] 1)将YF3和AlF3按照1:4～4:1的质量比混合制得YF3-AlF3混合物，向其中加入Y2O3、Al2O3和CeO2，混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的18～30wt％，作为盐浴法的原料和添加剂，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据YAG:Ce3+黄色荧光粉中设定的各元素的化学计量比确定；

[0008] 2)将步骤1)得到的反应混合物在还原气氛下进行盐浴法制备，加热温度1300～1500℃，加热时间1～15h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0009] 3)将步骤2)得到的粗产物进行破碎，用60～80℃的5％～10％的热硝酸溶液浸泡洗涤，再用去离子水洗涤，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉，其平均粒径≥40μm。

[0010] 一实施例中：所述YAG:Ce3+黄色荧光粉为Y3-xAl5O12:xCe3+，其中0.02≤x≤0.2。

[0011] 一实施例中：所述步骤2)中，还原气氛为H2和N2按体积比1:9混合的气体。

[0012] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

[0013] 根据上述的制备方法所制备的YAG:Ce3+黄色荧光粉的用途。

[0014] 一实施例中：所述用途为在大功率蓝光LD光源上的用途。

[0015] 本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

[0016] 1.现有技术中，YAG:Ce3+黄色荧光粉大部分是平均粒径小于25μm的粉体，因为制备大粒径的荧光粉粉末是具有一定技术难度的，这主要是由于晶体在生长过程中，速度较慢、生长周期长、晶体自身成长一般较小；而本发明通过加入YF3-AlF3混合物，并结合各组分的配比及盐浴的反应条件，成功实现了超大粒径(平均粒径≥40μm)YAG:Ce3+黄色荧光粉的制备，且本 发明所获得的超大粒径(平均粒径≥40μm)YAG:Ce3+黄色荧光粉，颗粒形貌发育好、表面缺陷少、颗粒表面结晶更完善，晶面清晰完整，并且颗粒粒度分布均匀、呈类球形，能够发射540～565nm峰值波长的黄色荧光，发光效率更高，热光衰更低，化学稳定性和热稳定性好，可应用于120W大功率蓝光LD光源，产生温度更低，可使LD的转换效率进一步提高。

[0017] 2.本发明所提供的制备方法简单，成本低廉，易于工业化生产。

附图说明

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0019] 图1为实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉的扫描电镜图。

[0020] 图2为实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉的粒径分布示意图。

[0021] 图3为对比例1的荧光粉在450nm激发下的发射光谱示意图。

[0022] 图4为实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉，对比例1和对比例2的荧光粉在蓝光LD光源上的应用装置示意图。

具体实施方式

[0023] 下面通过实施例具体说明本发明的内容：

[0024] 实施例1：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce3+

[0025] 1)将YF3和AlF3按照1:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0026] 2)将12.0g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.83g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.15g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的23.1wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据YAG:Ce3+黄色3+
荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce 中各元素的化学计量比确定；

[0027] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1500℃，加热时间10h，然后冷却至室温，得到块体状的 粗产物；

[0028] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce3+，其平均粒径≥40μm，其扫描电镜图与粒径分布示意图分别如图1和图2所示。

[0029] 实施例2：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.92Al5O12:0.08Ce3+

[0030] 1)将YF3和AlF3按照2:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0031] 2)将15.0g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.98g的Y2O3、16.99g的Al2O3和0.92g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的27.3wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.92Al5O12:3+
0.08Ce 中各元素的化学计量比确定；

[0032] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1500℃，加热时间6h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0033] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.92Al5O12:0.08Ce3+，其平均粒径≥40μm。

[0034] 实施例3：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.88Al5O12:0.12Ce3+

[0035] 1)将YF3和AlF3按照1:2的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0036] 2)将17.2g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.68g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.38g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中 YF3-AlF3混合物占反应混合物的30wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.88Al5O12:0.12Ce3+中各元素的化学计量比确定；

[0037] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1500℃，加热时间2h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0038] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.88Al5O12:0.12Ce3+，其平均粒径≥40μm。

[0039] 实施例4：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce3+

[0040] 1)将YF3和AlF3按照1:4的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0041] 2)将10.0g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.83g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.15g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其3
中YF3-AlF3混合物占反应混合物的20wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.9Al5O12:0.1Ce+中各元素的化学计量比确定；

[0042] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1400℃，加热时间14h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0043] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce3+，其平均粒径≥40μm。

[0044] 实施例5：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.94Al5O12:0.06Ce3+

[0045] 1)将YF3和AlF3按照1:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物， 作为盐浴法的原料；

[0046] 2)将8.8g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.13g的Y2O3、16.99g的Al2O3和0.69g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的18.1wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.94Al5O12:3+
0.06Ce 中各元素的化学计量比确定；

[0047] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1500℃，加热时间6h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0048] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.94Al5O12:0.06Ce3+，其平均粒径≥40μm。

[0049] 实施例6：制备YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.85Al5O12:0.15Ce3+

[0050] 1)将YF3和AlF3按照1:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0051] 2)将16.0g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.45g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.72g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的28.5wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.85Al5O12:0.15Ce3+中各元素的化学计量比确定；

[0052] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1350℃，加热时间8h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0053] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘 干4h后，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.85Al5O12:0.15Ce3+，其平均粒径≥40μm。

[0054] 对比例1：按化学式Y2.9Al5O12:0.1Ce3+制备荧光粉

[0055] 1)将YF3和AlF3按照1:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0056] 2)将8.0g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.83g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.15g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的16.7wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.9Al5O12:0.1Ce3+中各元素的化学计量比确定；

[0057] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1500℃，加热时间5h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0058] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物荧光粉，其在450nm激发下的发射光谱示意图如图3所示。

[0059] 对比例2：按化学式Y2.9Al5O12:0.1Ce3+制备荧光粉

[0060] 1)将YF3和AlF3按照1:1的质量比混合，球磨成微米级别的细粉，得到YF3-AlF3混合物，作为盐浴法的原料；

[0061] 2)将6g步骤1)得到的YF3-AlF3混合物装入混料桶，再分别往其中加入21.83g的Y2O3、16.99g的Al2O3和1.15g的CeO2，置于混料机中混合4h以混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的13.1wt％，Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据Y2.9Al5O12:3+
0.1Ce 中各元素的化学计量比确定；

[0062] 3)将步骤2)得到的反应混合物在还原气氛(还原气氛为体积比1:9的H2和N2的混合气体)下进行盐浴法制备，加热温度1450℃，加热时间4h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0063] 4)将步骤3)得到的粗产物放入对辊破碎机中进行破碎，用60～80℃的10％的热硝酸溶液浸泡洗涤2次，再用去离子水洗涤4次，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干4h后，即得到最终产物荧光粉。

[0064] 实验例

[0065] 将实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉Y2.9Al5O12:0.1Ce3+、对比例1和对比例2的荧光粉的各项性能进行比对。

[0066] 如表1所示，为实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉，对比例1和对比例2的荧光粉的性能参数以及在蓝光LD上的应用性能对比。

[0067] 表1实施例1、对比例1与对比例2的性能参数及在蓝光LD上的应用性能对比[0068]

[0069] 表1所示的各种特性，其中CIE色坐标、亮度和外量子效率是荧光粉通过荧光光谱仪，以450nm的蓝光来激发而测定的，而效率和温度是通过120W的445nm蓝光激光激发而测定的。在表1中，亮度和效率是以实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉为100％来表示其相对值。

[0070] 如表2所示，为实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉，对比例1和对比例2的荧光粉的热衰减特性。

[0071] 表2实施例1、对比例1与对比例2的热衰减特性

[0072]

[0073]

[0074] 表2所示的荧光粉的热衰减特性是随着温度的升高以450nm的蓝光来激发而测定的。在表2中，亮度以实施例1，对比例1和对比例2各自所获得的荧光粉在30℃时为100％来表示其相对值。由表2可知实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉较对比例1和对比例2有更佳的热衰减性能。

[0075] 图4表示实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉，对比例1和对比例2的荧光粉在蓝光LD光源上的应用装置。其中荧光轮是由实施例1，对比例1和对比例2各自的荧光粉和有机硅胶以及二氧化硅气凝胶按照60：39：1的质量比，在镜面铝表面制备成的厚度为0.2毫米，内外径分别为52毫米和60毫米的圆环荧光粉胶膜。如表1所示的温度，即是荧光粉胶膜表面测量到的温度，而实施例1的YAG:Ce3+黄色荧光粉，应用于120W大功率蓝光LD，具有更高的效率和更低的温度。

[0076] 本领域技术人员可知，当本发明的技术参数在如下范围内变化时，可以预期得到与上述实施例相同或相近的技术效果：

[0077] 一种YAG:Ce3+黄色荧光粉的制备方法，包括：

[0078] 1)将YF3和AlF3按照1:4～4:1的质量比混合制得YF3-AlF3混合物，向其中加入Y2O3、Al2O3和CeO2，混合均匀，作为反应混合物；其中YF3-AlF3混合物占反应混合物的18～30wt％，3+
Y2O3、Al2O3和CeO2的加入量根据YAG:Ce 黄色荧光粉中设定的各元素的化学计量比确定；

[0079] 2)将步骤1)得到的反应混合物在还原气氛下进行盐浴法制备，加热温度1300～1500℃，加热时间1～15h，然后冷却至室温，得到块体状的粗产物；

[0080] 3)将步骤2)得到的粗产物进行破碎，用60～80℃的5％～10％的热硝酸溶液浸泡洗涤，再用去离子水洗涤，以去除未反应的YF3-AlF3混合物；再置于120℃烘干，即得到最终产物YAG:Ce3+黄色荧光粉，其平均粒径≥40μm。

[0081] 所述YAG:Ce3+黄色荧光粉为Y3-xAl5O12:xCe3+，其中0.02≤x≤0.2。

[0082] 以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。