本發(fā)明涉及一種氧化鋁熒光陶瓷片，具體涉及一種利用凝膠注模成型方法制備得到的氧化鋁熒光陶瓷片。此外，本發(fā)明還涉及所述氧化鋁熒光陶瓷片的制備方法和應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白色led已成為第四代照明的主流。白色led的生產(chǎn)工藝有多種，其中，用藍(lán)光led芯片與ce：yag黃色熒光粉合成白光的制造方法最為簡便，且實(shí)用性強(qiáng)，已成為目前市場產(chǎn)品的主流。其具體制造過程包括：將ce：yag黃色熒光粉與有機(jī)硅膠充分混合，涂覆在藍(lán)光led芯片之上，隨后固化成型。該工藝具有成本低、工藝簡單、形狀隨意可變等優(yōu)點(diǎn)，但是其缺陷在于：導(dǎo)熱系數(shù)低于1w/m.k，折射率小于1.5，在惡劣環(huán)境中容易老化，致使led的光學(xué)性能發(fā)生畸變等等。這些缺陷在大功率led照明器件中表現(xiàn)的尤為嚴(yán)重，極大地阻礙了led照明技術(shù)的推廣應(yīng)用。
為此，國內(nèi)外led照明企業(yè)均在尋找一種性能更好的黃色熒光材料取代黃色熒光硅膠，并努力使其實(shí)現(xiàn)低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。而在眾多的選擇中，最具優(yōu)勢的是氧化鋁黃色熒光陶瓷。例如，美國專利6630691b1公開了用ce：yag單晶片取代藍(lán)寶石作為外延襯底材料，在其上生長led膜，實(shí)現(xiàn)了白光轉(zhuǎn)換；cn1815765a中公開了用ce：yag單晶片代替黃色熒光硅膠，與藍(lán)色led芯片封裝，實(shí)現(xiàn)了白光輸出。然而，ce：yag單晶的生長工藝復(fù)雜，成本高昂，無法市場化。cn10490974a中公開了用ce：yag黃色熒光粉作為原材料，采用熱壓燒結(jié)工藝制成yag熒光陶瓷塊狀材料，再經(jīng)切割、拋光成陶瓷薄片，與藍(lán)光led芯片封裝，以實(shí)現(xiàn)白光輸出，然而，yag熒光粉的價(jià)格昂貴，陶瓷薄片的加工成本也很高，故難以產(chǎn)業(yè)化。另外，cn105753457a中公開了以95％-99％純度的氧化鋁粉末加入ce：yag黃色熒光粉，用傳統(tǒng)的有機(jī)流延法作出了陶瓷薄膜坯體，再用剛玉砂作隔離防粘結(jié)，疊層燒結(jié)后，經(jīng)清砂、高溫加壓再整片等工藝，制造出氧化鋁黃色熒光陶瓷薄片，實(shí)現(xiàn)了較低成本的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，為熒光陶瓷在led照明行業(yè)的推廣應(yīng)用邁出了可喜的一部。然而，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝存在很多弊端：首先，制造過程中需要使用有機(jī)溶劑，這有損人體健康并會(huì)對環(huán)境造成污染；其次，制得的產(chǎn)品的密度較低，透光性不高；另外，制造過程繁瑣，還需清砂、高溫整平等后續(xù)工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備工藝簡單、制造成本低廉且性能優(yōu)異的氧化鋁熒光陶瓷片。此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述氧化鋁熒光陶瓷片的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種所述氧化鋁熒光陶瓷片的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種氧化鋁熒光陶瓷片，其由以下組分制成：氧化鋁粉末、黃色熒光粉、分散劑、有機(jī)單體、偶聯(lián)劑、塑化劑、消泡劑、粘合劑、引發(fā)劑、ph調(diào)節(jié)劑以及去離子水。
優(yōu)選的是：所述氧化鋁粉末的純度為98％-99.99％，粒徑d50為1μm-3μm；所述黃色熒光粉為ce：yag釔鋁石榴石，且所述黃色熒光粉的加入量為氧化鋁粉末用量的2％-10％。
優(yōu)選的是：所述分散劑為檸檬酸銨和/或聚丙烯酸銨，且其加入量分別為氧化鋁粉末用量的0.1-1wt％；所述有機(jī)單體為丙烯酰胺，其加入量為氧化鋁粉末用量的3-4wt％。
優(yōu)選的是：所述偶聯(lián)劑為n,n-亞甲基雙丙烯酰胺，其加入量為有機(jī)單體用量的5wt％-10wt％；所述塑化劑為聚乙二醇和/或丙三醇，且其加入量分別為氧化鋁粉末用量的0.1-1wt％。
優(yōu)選的是：所述消泡劑為無水乙醇和/或二甲基硅油，且其加入量為氧化鋁粉末用量的0.1-1wt％；所述粘合劑為聚維酮，其加入量為氧化鋁粉末用量的0.5wt％。
優(yōu)選的是：所述引發(fā)劑為過硫酸銨，其加入量為氧化鋁粉末用量的0.01wt-0.07wt％；所述ph調(diào)節(jié)劑為濃氨水；所述去離子水的用量為氧化鋁粉末用量的13％。
本發(fā)明的另一目的，一種如上所述的氧化鋁熒光陶瓷片的制備方法，其包括以下制備步驟：
1)漿料制備：將氧化鋁粉末、黃色熒光粉、分散劑、有機(jī)單體、偶聯(lián)劑、塑化劑、消泡劑、粘合劑以及去離子水混合形成混合漿料，加入ph調(diào)節(jié)劑將混合漿料的ph調(diào)節(jié)至8-10，球磨混合15-20小時(shí)后過濾去除混合漿料中的大氣泡以及雜質(zhì)，隨后加入引發(fā)劑，以真空攪拌的方式去除混合漿料中的氣泡，得漿料；
2)注模成型：將步驟1)中制得的漿料注入模具中，于80℃下加熱固化1-4小時(shí)，冷卻后開模并沖裁成所需的尺寸，得柔性熒光陶瓷坯體；
3)素?zé)簩⒉襟E2)中制得的陶瓷坯體在電爐中慢速升溫至1350℃-1450℃素?zé)古黧w中的有機(jī)物徹底氧化分解完全揮發(fā)；
4)燒結(jié)成型：當(dāng)所采用的氧化鋁粉體的純度為99％-99.99％時(shí)，將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入真空爐或氫氣爐中，于1630℃-1830℃、真空度5×10-3torr下保溫2-4小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，即得所述的氧化鋁熒光陶瓷片；或者，
當(dāng)所采用的氧化鋁粉體的純度為98％-99％時(shí)，將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入鉬碳棒爐中，于1600℃保溫2小時(shí)，隨后將爐溫降溫至800℃后，自然冷卻即可制得所述的氧化鋁熒光陶瓷片。
優(yōu)選的是：步驟3)中所述的慢速升溫的速度為100℃/h。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種所述的氧化鋁熒光陶瓷片在led照明中的應(yīng)用，尤其是在led照明的cob封裝或360°雙面發(fā)光燈條中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的氧化鋁熒光陶瓷片的制備工藝簡單，不使用有毒有害的有機(jī)溶劑，不會(huì)造成污染；坯體中有機(jī)物總含量小于6％，坯體密度高，燒結(jié)時(shí)的收縮僅為10％左右，產(chǎn)品變形小，結(jié)構(gòu)致密，透光率高。此外，相對于現(xiàn)有的有機(jī)流延法，本發(fā)明的制備方法省去了撒砂、清砂以及二次高溫加壓整平的后工序，大大簡化了工藝，降低了生產(chǎn)成本，有利用產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明所述的氧化鋁熒光陶瓷片，其由氧化鋁粉末、黃色熒光粉、分散劑、有機(jī)單體、偶聯(lián)劑、塑化劑、消泡劑、粘合劑、引發(fā)劑、ph調(diào)節(jié)劑以及去離子水制備而成。其中，所述氧化鋁粉末的純度為98％-99.99％，粒徑d50為1μm-3μm；所述黃色熒光粉為ce：yag釔鋁石榴石，其激發(fā)波長為430nm-480nm，發(fā)光峰值為355nm-558nm，密度為3.7g/cm3，按氧化鋁粉末的用量計(jì)，所述黃色熒光粉的加入量為2wt％-10wt％。所述分散劑為檸檬酸銨和/或聚丙烯酸銨，且其加入量分別為氧化鋁粉末用量的0.1wt-1wt％；所述有機(jī)單體為丙烯酰胺，且其加入量為氧化鋁粉末用量的3-4wt％；所述偶聯(lián)劑為n,n-亞甲基雙丙烯酰胺，且其加入量為有機(jī)單體用量的5wt％-10wt％；所述塑化劑為聚乙二醇和/或丙三醇，且其加入量分別為氧化鋁粉末用量的0.1-1wt％；所述消泡劑為無水乙醇和/或二甲基硅油，且其加入量為氧化鋁粉末用量的0.1-1wt％；所述粘合劑為聚維酮，其加入量為氧化鋁粉末用量的0.5wt％；所述引發(fā)劑為過硫酸銨，其加入量為氧化鋁粉末用量的0.01wt-0.07wt％；所述ph調(diào)節(jié)劑為濃氨水；此外，所述去離子水的用量為氧化鋁粉末用量的13％。
本發(fā)明還提供了一種如上所述的氧化鋁熒光陶瓷片的制備方法，其制備步驟包括：
1)漿料制備：將上述組分中的氧化鋁粉末、黃色熒光粉、分散劑、有機(jī)單體、偶聯(lián)劑、塑化劑、消泡劑、粘合劑以及去離子水混合形成混合漿料，加入濃氨水將混合漿料的ph調(diào)節(jié)至8-10后，以球磨混合的方式混料15-20小時(shí)，經(jīng)200目尼龍篩網(wǎng)過濾去除混合漿料中的大氣泡以及雜質(zhì)后，加入引發(fā)劑，并以真空攪拌的方式去除混合漿料中的氣泡，得到固含量在55vol％以上、無微氣泡且流動(dòng)性良好的漿料；
2)注模成型：將步驟1)中制得的漿料注入玻璃片或不銹鋼組成的多層模具中，并于80℃下加熱固化1-4小時(shí)，使?jié){料發(fā)生凝膠反應(yīng)，漿料中的有機(jī)單體發(fā)生聚合，凝固成有韌性的陶瓷膜片，待冷卻后開模并沖裁成所需的尺寸，得到柔性熒光陶瓷坯體；
3)素?zé)簩⒉襟E2)中制得的陶瓷坯體在電爐中以100℃/h的升溫速度慢速升溫至1350℃-1450℃素?zé)?，使坯體中的有機(jī)物徹底氧化分解完全揮發(fā)，坯體具有一定的強(qiáng)度，以供接下來的燒結(jié)處理；
4)燒結(jié)成型：在本發(fā)明中，根據(jù)所采用的氧化鋁粉體的純度的不同，可采用兩種不同的燒結(jié)方式：其中，當(dāng)所采用的氧化鋁粉體的純度為99％-99.99％時(shí)，可將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入真空爐或氫氣爐中，于1630℃-1830℃、真空度5×10-3torr下保溫2-4小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，即得本發(fā)明所述的氧化鋁熒光陶瓷片；
或者，當(dāng)所采用的氧化鋁粉體的純度為98％-99％時(shí)，可將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入鉬碳棒爐中，于1600℃保溫2小時(shí)，隨后將爐溫以100℃/h慢速降溫至800℃后，自然冷卻即可制得本發(fā)明所述的氧化鋁熒光陶瓷片。
實(shí)施例1
一種氧化鋁熒光陶瓷片，其由以下原料制成：純度為99.99％、d50粒徑為2μm的氧化鋁粉末：1000g、ce：yag釔鋁石榴石：25g、丙烯酰胺：35g、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺：3g、檸檬酸銨：5g、聚丙烯酸銨：5g、聚乙二醇：5g、丙三醇：5g、二甲基硅油：5g、無水乙醇：5g、聚維酮：5g、濃氨水、過硫酸銨：0.3g、去離子水：130g。其制備步驟包括：
1)漿料制備：將氧化鋁粉末、ce：yag釔鋁石榴石、丙烯酰胺、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、無水乙醇、聚維酮以及去離子水于3l的聚氨酯球磨罐中混合，加入5ml濃氨水將混合漿料的ph調(diào)節(jié)至8-10后，以聚氨酯球磨球球磨混合18小時(shí)，隨后經(jīng)200目尼龍篩網(wǎng)過濾去除混合漿料中的大氣泡以及雜質(zhì)后，加入過硫酸銨，并以真空攪拌的方式去除混合漿料中的氣泡，得到固含量在55vol％以上、無微氣泡且流動(dòng)性良好的漿料；
2)注模成型：采用5-6mm厚的玻璃片或不銹鋼組成面積為300×250mm的10層組合模具中，其中，每片玻璃片或不銹鋼片之間用塑料片隔離成0.6mm的間隙，將步驟1)中制得的漿料以0.2mpa的壓力注入該組合模具的間隙中，并將注模后的組合模具置于烘箱中，于80℃下加熱1小時(shí)，使?jié){料發(fā)生凝膠反應(yīng)，待冷卻后開模并沖裁成所需的尺寸，得到柔性熒光陶瓷坯體；
3)素?zé)簩⒉襟E2)中制得的陶瓷坯體在電爐中以100℃/h的速度緩慢升溫至1400℃，使坯體中的有機(jī)物徹底氧化分解完全揮發(fā)，坯體具有一定的強(qiáng)度，以供接下來的燒結(jié)處理；
4)燒結(jié)成型：將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入真空爐或氫氣爐中，于1830℃、真空度5×10-3torr下保溫2-4小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，即得所述的氧化鋁熒光陶瓷片。經(jīng)測試得，所制得的氧化鋁熒光陶瓷片的密度為理論密度的99.9％，總透光率為98％，導(dǎo)熱系數(shù)為33w/m.k，可替代有機(jī)黃色熒光硅膠用于大功率led的cob封裝，增加散熱效果和光通量，改善led的老化性能。
實(shí)施例2
一種氧化鋁熒光陶瓷片，其由以下原料制成：純度為98.5％、d50粒徑為1μm的氧化鋁粉末：1000g、ce：yag釔鋁石榴石：80g、丙烯酰胺：30g、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺：3g、檸檬酸銨：0.5g、聚丙烯酸銨：2.5g、聚乙二醇：0.1g、丙三醇：2g、二甲基硅油：2.5g、無水乙醇：2.5g、聚維酮：5g、濃氨水、過硫酸銨：0.7g、去離子水：130g。其制備步驟包括：
1)漿料制備：將氧化鋁粉末、ce：yag釔鋁石榴石、丙烯酰胺、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、無水乙醇、聚維酮以及去離子水于3l的聚氨酯球磨罐中混合，加入5ml濃氨水將混合漿料的ph調(diào)節(jié)至8-10后，以聚氨酯球磨球球磨混合20小時(shí)，隨后經(jīng)200目尼龍篩網(wǎng)過濾去除混合漿料中的大氣泡以及雜質(zhì)后，加入過硫酸銨，并以真空攪拌的方式去除混合漿料中的氣泡，得到固含量在55vol％以上、無微氣泡且流動(dòng)性良好的漿料；
2)注模成型：采用5-6mm厚的玻璃片或不銹鋼組成面積為300×250mm的10層組合模具中，其中，每片玻璃片或不銹鋼片之間用塑料片隔離成0.6mm的間隙，將步驟1)中制得的漿料以0.2mpa的壓力注入該組合模具的間隙中，并將注模后的組合模具置于烘箱中，于80℃下加熱1小時(shí)，使?jié){料發(fā)生凝膠反應(yīng)，待冷卻后開模并沖裁成所需的尺寸，得到柔性熒光陶瓷坯體；
3)素?zé)簩⒉襟E2)中制得的陶瓷坯體在電爐中以100℃/h的速度緩慢升溫至1350℃，使坯體中的有機(jī)物徹底氧化分解完全揮發(fā)，坯體具有一定的強(qiáng)度，以供接下來的燒結(jié)處理；
4)燒結(jié)成型：將步驟3)中經(jīng)素?zé)蟮奶沾膳黧w放入鉬碳棒爐中，于1600℃保溫2小時(shí)，隨后將爐溫以100℃/h緩慢降溫至800℃后，自然冷卻至100℃以下，將產(chǎn)品從爐中取出，即得所述的氧化鋁熒光陶瓷片，每片產(chǎn)品之間不會(huì)粘連，可以剝離開，而且尺寸平整，表面光滑，無需再做高溫整平處理。經(jīng)測試得，所制得的氧化鋁熒光陶瓷片的總透光率為70％，導(dǎo)熱系數(shù)為25w/m.k。以10×120×0.5mm的長條薄片制成3w的led白光發(fā)光體，正面涂黃色熒光硅膠，反面不涂，發(fā)光條的光源光效高達(dá)180lm/w以上，光效增加達(dá)30％以上，可用作大功率led的360°的雙面發(fā)光燈條，而且省略了現(xiàn)有技術(shù)中的背面涂覆黃色熒光硅膠工藝，降低了成本。
本發(fā)明已通過優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了詳盡的說明。然而，通過對前文的研讀，對各實(shí)施方式的變化和增加也是本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所顯而易見的。申請人的意圖是所有這些變化和增加落在了本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍中。本文中使用的術(shù)語僅為對具體的實(shí)施例加以說明，其并非意在對發(fā)明進(jìn)行限制。除非另有定義，本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)均與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員的理解相同。公知的功能或結(jié)構(gòu)出于簡要和清楚的考慮或不再贅述。