專利名稱：微波熱法擴散摻雜合成熒光粉的制作方法
技術領域：
本發明涉及熒光粉的一種新的合成方法，即在微波場的作用下驅使摻雜離子擴散進入熒光粉基質晶格中而合成熒光粉。
微波熱法合成熒光粉(中國專利申請95106117.8)相對于高溫固相反應法合成熒光粉，具有設備簡單、操作簡便、在微波場作用下化學反應徹底而又省時節能，且目標熒光粉產物的物相組成、發光學性能符合使用要求的優點。
本發明的目的是在微波熱法合成熒光粉的基礎上，改進反應物料的前處理及配制方法，即將熒光粉基質粉晶與摻雜離子溶液以及有機分散劑溶液均勻分散在基質粉晶表面，然后在微波熱的條件下，迅速且均勻地進入基質粉晶的晶格中，完成熒光光粉的合成過程。
本發明的方法是將熒光粉基質粉晶與摻雜離子溶液以及有機分散劑溶液充分混合，干燥后進行微波熱反應，得到目標熒光粉產物。
上述過程包括了摻雜離子分散到基質粉晶表面和摻雜離子進入基質粉晶晶格中兩大步驟。要使摻雜離子均勻分散到基質粉晶的表面，基質的選擇，基質粉晶粒度的控制，摻雜離子種類的選擇及其濃度的控制以及有機分散劑的選擇都是不可缺少的條件首先熒光粉基質粉晶必須是純凈的，即其晶相組成及雜質含量要符合目標熒光粉的要求，粉晶的粒度最好不大于10μm；摻雜離子可分為激活劑、共激活劑、敏化劑、助熔劑四種，根據熒光粉基質和目標熒光粉的要求選擇一種或一種以上，其中激活劑離子是必須的，當激活劑離子進入基質晶格中仍未能達到電荷平衡，共激活劑的加入，可以使電荷達到平衡，敏化劑的加入可增加目標熒光粉的發光效果，而助熔劑則有利于降低反應混合物的熔點，提高微波熱效應；有機分散劑則為不與基質反應也不與摻雜離子溶液反應的低沸點有機溶劑，如乙醇、丙酮等。
當基質粉晶與摻雜離子溶液以及有機分散劑溶液混合，完成摻雜離子向基質粉晶表面的均勻分散后，揮發掉有機分散劑，將混合物裝入反應裝置里并置于微波設備中進行微波熱反應，為使微波熱反應即驅使摻雜離子向基質晶格內部的擴散均勻迅速，且達到目標熒光粉的晶相組成要求，反應裝置的選擇、反應混合物裝料量、反應混合物的氣氛、微波設備的功率和微波熱反應時間都必須控制恰當反應裝置為雙層封閉容器、夾層填充微波吸收介質，反應物裝在內容器中，微波吸收介質為介電損耗大的化臺物，起著吸收微波產生熱和保護內容器的熱不致迅速散發的作用；反應氣氛可以是氧化氣氛或還原氣氛或其它氣氛，對于須在還原氣氛下反應的反應物，內容器中還須有一隔板將反應物與還原介質隔開，微波熱反應的條件為當目標產物的量為0.02～0.05mol時，微波預熱功率為100～200W，預熱時間為30～120秒，微波熱反應功率為320～800W，反應時間為15～30分鐘，微波熱反應使用的是頻率為2450MHz的微波輻射。
本發明方法的具體步驟為(1)熒光粉基質粉晶的準備采用符合目標熒光粉要求的化學試劑或采用化學合成方法準備粒度不大于10μm的基質粉晶；(2)摻雜離子溶液的準備選擇所需的摻雜離子原料配成適當濃度的溶液；(3)反應物料的配制稱取一定量熒光粉基質粉晶于混料器皿中，加入適量摻雜離子溶液，再加入一定量有機分散劑溶液，充分混合后干燥，然后裝入微波反應裝置；(4)微波預熱將裝好反應物料的反應裝置放入微波設備中，用低功率短時間預熱；(5)微波熱反應調高微波功率，加熱一定時間，得到目標熒光粉產物。
本發明的微波熱法擴散摻雜合成熒光粉，具有微波熱法合成熒光粉的優點，還具有以下顯著特點①擴散摻雜反應前的反應物料的混合比微波熱法的反應前處理簡單得多、且能達到摻雜離子均勻地分散到基質粉晶表面的目的；②由于擴散摻雜反應前，摻雜離子已均勻地分散在基質粉晶表面，使反應過程摻雜離子在微波作用下，能均勻迅速地擴散到粉晶晶格中，較快地完成反應，更加省時節能；③由于反應時間短，能有效地控制熒光粉的晶相組成，對于加熟后容易產生相轉變的基質更有利；④目標熒光粉產物不燒結；⑤本發明方法適用多種體系的熒光粉合成，如氧化物體系、硅酸鹽體系、鋁酸鹽體系、硼酸鹽體系、磷酸鹽體系、釩酸鹽體系、硫氧化物體系以及硫化物體系、鹵化物體系等。
以下為本發明方法的具體實施例實施例1β-ZnSCu、Al熒光粉合成分別稱取β-ZnS粉未5.00g、升華硫磺0.25g和MgCl2·6H2O 0.1g，混勻，加入含Cu2+濃度為1.0×10-8g/ml的CuSO4溶液1.0ml，含Al3+濃度為1.0×10-8g/ml的AlCl3溶液1.55ml，加丙酮15ml充分混勻后，裝入剛玉坩堝中，壓實，上面加一層升華硫磺，加蓋后放入大坩堝中，夾層填充氧化鐵粉未作為微波吸收介質，放入微波爐中先用160W預熱1分鐘后，繼續用400W加熱20分鐘，反應完畢，稍冷取出，再冷至室溫，產物為微綠色粉末，經X射線粉末衍射分析，結果表明為β-ZnS單相立方晶系，a為0.54092nm，與β-ZnS卡片值(36-1450)a＝0.54060nm非常一致，其中α-ZnS(100)線相對強度只占3.7％。實施例2氧化釔銪熒光粉合成稱取氧化釔粉末4.00g，加入含Eu3+濃度為0.215g/ml的Eu(NO3)3溶液1.0ml，加入乙醇15ml，充分混勻后，在紅外燈下干燥，裝入剛玉坩堝中壓實，加蓋后放入大坩堝中，夾層填充氧化鐵粉未，放入微波爐中，先用160W預熱1分鐘，繼續用720W加熱20分鐘，反應完畢，稍冷取出，冷至室溫，產物為白色粉末。實施例3β-ZnSAg熒光粉合成分別稱取粉末β-ZnS4.00g、升華硫磺0.16g、MgCl2·6H2O 0.05g和NaCl 0.05g混勻，加入含Ag+濃度為2×10-4g/ml的AgNO3溶液0.65ml，加丙酮15ml，充分混勻后，裝入剛玉坩堝中，壓實，加蓋，放入大坩堝中，夾層填充氧化鐵粉未，放入微波爐中，先用160W預熱1分鐘，繼續用400W加熱20分鐘，反應完畢，稍冷取出，冷至室溫，產物為白色粉末，經X-射線粉末衍射分析，結果表明為β-ZnS單相立方晶系，a＝0.54101nm，與β-ZnS卡片值(36-1450)a＝0.54060非常接近，其中α-ZnS(100)線相對強度僅占2.2％。實施例4正硅酸鋅錳熒光粉合成稱取正硅酸鋅粉未4.40g，加入含Mn2+濃度為0.1g/ml的MnCl3溶液0.3ml，加入乙醇15ml充分混勻后，在紅外燈下干燥，裝入坩堝中壓實，上加一隔板，隔板上加顆粒活性炭填滿，外加蓋，放入大坩堝中，夾層填充氧化鐵粉末，放入微波爐中，先用160W預熱1分鐘，繼續用640W加熱20分鐘，反應完畢，稍冷取出，冷至室溫，產物為白色粉末。實施例5多鋁酸鋇鎂銪熒光粉合成稱取BaMgAl10O17粉末4.00g，加入含Eu3+濃度0.215g/ml的Eu(NO3)3溶液0.7ml，加乙醇15ml充分混勻后，在紅外燈下干燥，裝入坩堝中，壓實，上面加一隔板，隔板上加顆粒活性炭填滿，外加蓋，放入大坩堝中，夾層填充氧化鐵粉未，放入微波爐中，先用160W預熱1分鐘，繼續用800W加熱20分鐘，反應完畢，稍冷取出，冷至室溫，產物為白色粉末。
權利要求
1.一種新的合成熒光粉的方法，其特征是將熒光粉基質粉晶與摻雜離子溶液以及有機分散劑溶液充分混合，干燥后進行微波熱反應，得到目標熒光粉產物，摻雜離子溶液為不與基質反應的激活劑離子、共激活劑離子、敏化劑離子和助熔劑離子等溶液中的一種或一種以上。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于所說的熒光粉基質粉晶的晶相組成及雜質含量符合目標熒光粉的要求，其粒度不大于10μm。
3.按權利要求1所述的方法，其特征在于所說的有機分散劑溶液為不與基質反應，也不與摻雜離子反應的低熔點有機溶劑。
4.按權利要求1所述的方法，其特征在于所說的微波反應條件為當目標產物的量為0.02～0.05mol時，微波預熱功率為100～200W，時間為30～120秒；微波加熱反應功率為320～800W，時間為15～30分鐘。
全文摘要
本發明方法是先將熒光粉基質粉晶與摻雜離子溶液以及有機分散劑溶液充分混勻，使摻雜離子在有機分散劑的作用下均勻地分散到熒光粉基質粉晶表面，然后揮發掉有機分散劑，最后進行微波熱反應，使摻雜離子在微波作用下均勻且迅速地進入熒光粉基質粉晶的晶格中，完成熒光粉的合成；本方法具有微波熱法合成熒光粉的特點，還具有擴散摻雜均勻迅速、更省時節能、目標熒光粉不燒結以及能有效地控制熒光粉的晶相組成的顯著優點。
文檔編號C09K9/00GK1157311SQ96114790
公開日1997年8月20日 申請日期1996年12月14日 優先權日1996年12月14日
發明者李源英, 蔡少華, 王思發, 崔俊峰, 余全紅, 黨華, 鐵紹龍 申請人:中山大學