專利名稱：用于微波合成磷光體的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微波處理，更具體而言，涉及一種用于合成磷光體的方法和裝置。
背景技術：
微波處理已經(jīng)在包括陶瓷、復合物、金屬陶瓷、硬金屬、電子陶瓷、金屬材料等之類的各種物質(即原材料)上進行。材料微波處理的一般特征包括容量式(volumetric)和選擇性加熱、提高的反應動力學(kinetics)、改善產(chǎn)品質量的潛力、工藝簡化、以及降低成本的潛力。
陶瓷材料的微波處理是一種介質加熱工藝。微波加熱的機理與傳統(tǒng)加熱的機理有本質區(qū)別，在微波加熱中，熱通過微波材料相互作用在暴露于微波場的材料內產(chǎn)生，而在傳統(tǒng)加熱期間，熱通過輻射和對流從加熱元件傳遞至負載的表面，然后通過熱傳導傳遞到負載的中心。在微波室中負載對微波能的吸收取決于微波場中材料的介電損耗因子。對于高損耗材料，微波處理可以在實質上節(jié)省時間和能量同時改善產(chǎn)品質量。例如，規(guī)則的多孔且透明的羥基磷灰石(HAp)陶瓷可以通過微波處理在幾分鐘內制成；Ba(Zn1/3Ta2/3)O3可以通過微波處理在1300-1400℃下于30分鐘內燒結成真密度，相比之下，相同材料的常規(guī)燒結需要在1600℃下進行24小時。
參考熒光燈磷光體的合成，為了將激活劑(activator)并入基質材料的晶格結構中，高溫熱處理是必需的。熒光燈磷光體的常規(guī)處理包括混合原材料，將混合物裝進坩堝中，并且在高溫下焙燒幾個小時。附加的完成步驟可以包括研磨、清洗以除去殘余材料、過濾、干燥和混合。雖然可以使用熔劑(flux)降低焙燒溫度并且加速合成，但無論怎樣通過常規(guī)處理合成熒光燈磷光體的時間仍要持續(xù)8-12小時。而且，需要考慮由于常規(guī)工藝的揮發(fā)物引起的污染。另外，由常規(guī)工藝得到的磷光體是硬的成塊物質，因而需要在使用前將磷光體磨碎。如上所述，磷光體合成的常規(guī)工藝不僅復雜，而且需要大量的時間和能量。
因此，降低得到熒光燈磷光體的復雜性以及需要的時間和能量將是有利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化磷光體，尤其是熒光燈磷光體合成的微波處理方法和裝置。特別地，本發(fā)明通過微波處理充分提高了磷光體合成的動力學。即，在微波工藝中保持在最后溫度的保溫時間(soaking time)比常規(guī)工藝所需的時間減少了高達90％。除了節(jié)約時間和能量以外，微波處理可以在不使用任何熔劑的情況下合成高質量的磷光體，從而降低污染并減少了運行成本。微波處理使得得到的磷光體呈現(xiàn)細粉性質，因此減少了將磷光體變?yōu)榭捎眯问降谋匾襟E的數(shù)量。可以通過本發(fā)明制造的最佳的熒光燈磷光體可以是白色、干凈、疏松的細粉。
用于微波合成磷光體的絕緣封裝(insulation package)包括具有開口的絕緣體，其中開口相對于絕緣體的中心軸線近似對稱地設置，并且其中開口適于容置原材料?？梢栽谇恢性O置感受器結構(susceptorconfiguration)，其中絕緣體、腔和感受器結構相對于絕緣封裝的轉軸近似對稱地設置。
用于連續(xù)微波合成磷光體的微波爐包括用于容置原材料的管，其中該管包括第一端部和第二端部；具有通孔的絕緣體，其中管延伸穿過通孔；用于容置管和絕緣體的微波室，其中管、絕緣體和微波室相互近似平行；至少一個用于引導微波進入微波室中的微波頭。
任何本發(fā)明所使用的微波都可以設定為提供用戶定義的氣氛環(huán)境，其中氣氛環(huán)境包括一種或多種相對于微波室外氣壓的氣壓降低；相對于微波室外氣壓的氣壓升高；和向微波室內引入一種或多種氣體。
還包括一種通過微波合成得到磷光體的方法。本發(fā)明可以用于合成包括但不限于鹵代磷酸鹽、鋁酸鎂鋇、磷酸鑭和銪摻雜氧化釔的各種磷光體。微波合成的方法可以包括使用絕緣封裝和微波爐。如果將原材料沉積在特殊幾何設計的低微波吸收絕緣體上，然后進行均勻分布的微波輻射，便可合成最佳的磷光體。特別地，絕緣體包括相對于絕緣體的中心軸線近似對稱地設置的開口。這種幾何設計，除了可任選感受器結構或其他熱處理對象或裝置外，有助于得到最佳的合成磷光體。
通過結合附圖對理想的實施例的說明，可以理解本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點，其中在所有附圖中使用相同的附圖標記表示相同的元件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明在間歇處理結構中微波轉盤上的絕緣封裝的側剖視圖；圖2是根據(jù)第一實施例的圖1的絕緣封裝沿II-II線的俯視圖；圖3是根據(jù)第二實施例的圖1的絕緣封裝沿III-III線的俯視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明在連續(xù)處理結構中微波爐的側剖視圖；圖5是示出微波處理的BAM磷光體和常規(guī)BAM(SBAM-1-HF1)磷光體的X射線衍射(XRD)圖；圖6是示出微波合成的LAP磷光體的熱穩(wěn)定性的圖；圖7是示出微波合成的未熔化的YOE磷光體與對照用YOE-ML材料相比較的X射線衍射圖，其顯示了同相組分；和圖8是示出微波合成的YOE磷光體的發(fā)射圖。
具體實施例方式
用于磷光體的間歇微波合成的絕緣封裝10在圖1-圖3中示出。如圖1所示，絕緣封裝10理想地包括絕緣體12和一個或多個感受器14。絕緣體12包括諸如腔16之類的開口，該開口適用于支撐內含原材料20的坩鍋18。在本文的微波合成中，絕緣封裝10可以設置在微波爐(未示出)的轉盤22上。與由絕緣封裝10提供的間歇微波合成相對比，圖4示出了適用于連續(xù)微波合成的微波爐24。如絕緣封裝10中實施的有利于最佳磷光體合成的配置也實施在微波爐24的結構中。
回到圖1，絕緣封裝10的絕緣體12理想地由諸如鋁硅酸鹽纖維、氧化鋁纖維或氮化硼纖維之類的絕緣材料構成，這種材料為多孔結構、重量輕、化學穩(wěn)定、熱穩(wěn)定，具有優(yōu)異的絕熱性和低微波吸收性質。應理解為，所用的絕緣材料的種類取決于所需的處理條件，尤其是溫度范圍和氣氛。理想地，用于絕緣體12的耐火材料在工作溫度范圍內基本允許微波穿透。一個已知的這樣的絕緣材料是由紐約Niagara Falls的Unifrax公司生產(chǎn)的FiberFrax。
理想地，絕緣封裝10是相對于轉軸對稱的設計，該轉軸在本實施例中為豎直軸26。因此，絕緣體12、感受器14和腔16相對于轉軸或豎直軸26對稱設置。因此，如圖1-圖3所示，絕緣體12的幾何結構是柱形，且感受器14的幾何排列是柱形。絕緣封裝10的軸對稱使得可以通過轉盤22圍繞豎直軸26轉動，從而使原材料20被微波均勻地輻射。對稱保證了溫度均勻分布，這有利于磷光體的最佳合成。絕緣體12可以包括開口28，該開口28允許諸如高溫計(未示出)之類的溫度測量裝置測量腔16內工作負載的溫度。
應理解為，絕緣封裝10可以實施為有利于磷光體的最佳微波合成的各種結構。每個結構均包括一個或多個感受器14的不同布置或形式。如現(xiàn)有技術已知的，感受器具有多種功能，包括分配(partition)微波、調節(jié)能量分布和補償物體表面的熱損失。在本發(fā)明上下文中的感受器14的用途是提高微波加熱效率，并且實現(xiàn)對原材料20的均勻微波加熱。應理解為，實現(xiàn)溫度均勻分布對于最佳的微波加熱是重要的。因此，絕緣體12的幾何結構和感受器14對于得到均勻的加熱是重要的。
對于間歇處理，使用一個或多個感受器14將使得微波加熱更有效。然而，應理解為，一個或多個感受器14的種類、數(shù)量和結構的結合是重要的。例如，碳化硅(SiC)被認為是良好的感受器14，但由于SiC感受器在還原氣氛中以高溫使用時會被還原成硅，因此其不能在這種情況下使用。由于大多數(shù)陶瓷材料在低溫下微波吸收非常少，因此使用合適的感受器將有助于使原材料預熱至原材料20開始有效地吸收微波的溫度范圍。應理解為，原材料20和感受器14之間的微波能量分配是重要的。感受器14的數(shù)量與原材料20相比越多，可用于原材料的微波能量就越少，因此對于原材料的微波輻射可能會降低。理想地，為了達到最佳的微波效果，感受器14的數(shù)量應該限制到所需的最小量。
因此，本發(fā)明中可以使用各種結構的感受器。例如，第一實施例的絕緣封裝10a在圖2中示出。第一實施例的絕緣封裝10a包括以環(huán)形結構設置在腔16中的多個感受器桿14a。理想地，為了補償腔16的頂部和底部的熱損失，每個感受器桿14a均比坩鍋18長。理想地，第一實施例的絕緣封裝10a的每個感受器桿均由裝在氧化鋁管或其他合適的管中的復合粒狀感受器構成，上述其他合適的管包括但不限于莫來石、熔融石英(fusedquartz)、MgO和ZrO2。粒狀感受器可以是SiC顆粒、SiC-Al2O3混合物、氧化鋯、MoSi2、鐵氧體(ferrite)、或其他微波吸收材料。在第一實施例的絕緣封裝10a的替換實施例(未示出)中，每個感受器桿14a均可以制成無需包括任何包裝管(encasing tubing)的一體燒結(unitary sintered)的感受器桿。
參考圖3，同時繼續(xù)參考圖2，其示出了絕緣封裝10b的第二實施例。與第一實施例的絕緣封裝10b相似，復合粒狀感受器14b可以由內氧化鋁管30a和外氧化鋁管30b包裝。內氧化鋁管或外氧化鋁管或兩者都可以由包括但不限于莫來石、熔融石英、MgO和ZrO2的其他合適的材料制成。比較圖2和圖3，顯示出第一實施例的絕緣封裝10a與第二實施例的絕緣封裝10b的全部區(qū)別在于感受器結構。第二實施例的絕緣封裝10b用柱形感受器結構代替了環(huán)狀等距多感受器桿結構。使用一種感受器結構還是另一種感受器結構取決于合成的應用。例如，由于感受器14a的結構，第一實施例的絕緣封裝10a允許更多微波直接輻射原材料20，因此本發(fā)明的優(yōu)選實施例是第一實施例的絕緣封裝10a。具有裝在內氧化鋁管30a和外氧化鋁管30b中的復合粒狀感受器14b的第二實施例的絕緣封裝10b可以在對敏感原材料20進行微波處理或在感受器桿14a無法使用時使用。
與絕緣封裝10a和10b一起使用的坩鍋18可以由氧化鋁或其他合適的陶瓷材料構成。坩鍋18的尺寸為可以防止原材料20在原材料20的中心形成“熱點(hot spot)”。例如，如果坩鍋18太厚，若原材料20的中心太熱則會發(fā)生熱耗散。另外，坩鍋18的尺寸被定為與腔16內相適應。
與絕緣封裝10a和10b一起使用的微波爐可以是在2.45GHz條件下工作的6kW間歇式微波多模式系統(tǒng)。該微波爐還可以裝備有用于在絕緣封裝10以及整個微波室中保持理想氣氛的真空泵和合適的氣氛控制系統(tǒng)(兩者均未示出)。因此，可以在各種受控的氣氛條件下進行微波合成。
參考圖4，同時參考圖1-圖3，圖4示出了用于連續(xù)微波合成的微波爐24。微波爐24包括原材料進口32，該原材料進口32理想地通過位于原材料進口32與粉末出口34之間的、諸如氧化鋁管36之類的轉管與粉末出口34液體連通。應理解為，轉管可以由其他合適的材料構成。與絕緣封裝10的絕緣體12的結構相似的絕緣件38將氧化鋁管36的外徑封住。理想地，氧化鋁管36延伸穿過貫穿絕緣件38的中心軸線的開口，例如通孔39。應理解為，氧化鋁管36和絕緣件38與絕緣封裝10實施的幾何對稱相似，是對稱設計。氧化鋁管36與絕緣件38位于微波室40內。構造一個或多個微波頭42以產(chǎn)生微波并引導微波進入微波室40內。微波爐24可以包括防止微波室的金屬壁和陶瓷管過熱的水冷裝置44。用于傳送氣體通過的進氣口46與原材料進口32相連。特別地，進氣口46構造為將氣體引向或引導穿過引入的原材料20，使得原材料20進入氧化鋁管36?；剞D馬達48使氧化鋁管36轉動。
在操作中，原材料20從氧化鋁管36的一端連續(xù)加入并從氧化鋁管36的另一端連續(xù)排出?？梢蕴嵘⒉t24的原材料進口32或氧化鋁管36的一端使微波爐24傾斜，從而便于原材料20經(jīng)過氧化鋁管36向粉末出口34移動。由于傾斜的氧化鋁管36通過回轉馬達而轉動，因此原材料在合成磷光體的同時，在氧化鋁管36中連續(xù)移動。因此，氧化鋁管36與圖1所示的間歇處理結構中的坩鍋18的功能等效。請注意，適用于連續(xù)微波合成的、具有連續(xù)處理結構的微波爐24不具有任何感受器14。沒有感受器14的理由是在處理過程中原材料20是連續(xù)加入微波爐24的，因此原材料20將會在進入“熱區(qū)”前被“熱區(qū)”散發(fā)的熱量逐漸預熱。特別地，在最初啟動微波爐24時，需要足夠的時間直到微波爐24完全加熱。然后，操作處于穩(wěn)定狀況，且區(qū)域分布變成固定。然而，這并不意味著在連續(xù)處理結構中從不使用感受器，因為感受器可以用于調節(jié)能量分布的目的。
現(xiàn)在將討論磷光體合成的微波處理過程的示范性實施例。通過本發(fā)明的微波處理技術在2.45GHz條件下操作的6kW間歇式微波多模式系統(tǒng)中合成各種燈的磷光體。磷光體包括Ca10(PO4)6(Cl，F(xiàn)):Sb:Mn(鹵代磷酸鹽(halophosphate))；Y2O3:Eu(YOE或銪摻雜的氧化釔)，單獨的BaMgAl10O17或BaMgAl10O17加MgAl2O4和Al2O3的相混合物(phasemixture)，或化學式為BaMg1+xAl10+yO17+z的產(chǎn)品，其中x，y和z的值為0＜x＜2.0，0＜y＜5.0，且0＜z＜10.5(BAM或鋁酸鎂鋇)；和(La，Ce，Tb)PO4:Ce:Tb(LAP或磷酸鑭)。可以加熔劑或不加熔劑制備磷光體。為了便于在低溫下吸熱，使用微波感受器14。用光學高溫計通過開口28測量溫度。
一般步驟以將30-70克原材料放入蓋有蓋子的氧化鋁坩鍋中開始。原材料為細粉狀。如果需要特殊的氣氛，則在充入所需的氣體前將微波室抽真空至10托。然后通過微波輻射加熱原材料。通過適當?shù)卣{節(jié)磁控管的功率水平來控制加熱速率和溫度。一旦達到期望的溫度，將裝入的材料保溫(soak)一段規(guī)定的時間，然后通過切斷微波電源冷卻。
采用常規(guī)制備磷光體所用的方法表征(characterize)微波合成產(chǎn)品的顆粒大小、亮度、相組分、形態(tài)、熒光發(fā)射、彩色坐標等。
實例1鹵代磷光體(halophosphor)a.焦磷酸鹽的合成發(fā)現(xiàn)可以通過微波處理在450℃下在10分鐘內完成從CaHPO4(磷酸氫鈣)至Ca2P2O7(焦磷酸鹽)的轉化。產(chǎn)品的重量損失和X射線衍射(XRD)表明轉化反應完全。微波轉化粉末是純的β-焦磷酸鹽，且比常規(guī)粉末細。當溫度或處理時間增加時，產(chǎn)品的顆粒大小增加。然而，微波轉化的焦磷酸鹽粉末明顯比常規(guī)轉化的產(chǎn)品細(見表1)。越細的粉末反應性越高，因此便于合成反應。焦磷酸鹽可以用于合成鹵代焦磷酸鹽(halophosphatephosphor)。
表1微波轉化的焦磷酸鹽的中值粒度

b.鹵代磷酸鈣(calcium halophosphate)的合成微波處理技術用于從原料混合物中合成鹵代磷光體(用Sb3+和Mn2+摻雜的氯氟磷灰石化鈣(calcium chlorofluoroapatite))。為了簡化合成工藝，在原材料混合物中使用磷酸氫鈣(HCaPO4)代替焦磷酸鹽(Ca2P2O7)。因此，微波合成在一個合成步驟中包括熱解和形成氯氟磷灰石(chlorofluoroapatite)。原料混合物包括HCaPO4、CaCO3、CaF2、NH4Cl、MnCO3和Sb2O3。一般，鹵代磷酸鹽通過在約1000℃下微波處理約20分鐘合成。微波合成的磷光體與對照樣品呈現(xiàn)相同的相、形態(tài)、摻雜(dopantincorporation)和性質。發(fā)現(xiàn)使用淺盤承載原材料混合物和純氮氣流有助于改善產(chǎn)品質量。
在典型的程序中，微波合成在最高溫度下保持20分鐘，并且總的加熱時間為120分鐘。微波處理僅使用常規(guī)處理所需時間(一般8-12小時)的一小部分，因此提供了節(jié)約時間和能量并提高生產(chǎn)力的機會。
表2提供了微波合成鹵代磷酸鹽磷光體和常規(guī)的磷酸鹽磷光體在發(fā)射的X和Y色坐標方面的比較。這些磷光體由254nm的UV激發(fā)。
表2在微波合成鹵代磷酸鹽磷光體樣品上的C.I.E.色坐標

實例2BAM通常，BaMgAl10O17:Eu(BAM)是通過在還原氣氛下于1600-1650℃下以BaF2作為熔劑焙燒原料混合物2小時而生產(chǎn)的?？偟谋簾^程持續(xù)6-8小時。在BAM的常規(guī)生產(chǎn)中，在推送式爐中使用氧化鋁坩鍋。每個坩鍋僅能用于有限數(shù)量的游程(runs)。
a.使用中等水平熔劑的BAM將含有氫氧化鋁、氧化鎂、碳酸鋇和氧化銪的混合物與中等水平的BaF2熔劑(10％)在微波爐中焙燒。溫度范圍從約1250℃至約1500℃，氣氛為25％N2和75％H2，進行約20分鐘。焙燒后的磷光體保持疏松、柔軟并且精細(見表3)。
表3使用熔劑的BAM的微波處理條件和物理性質

在1350℃以下，在焙燒后的材料中第二相為副相(minor phase)，因此，反應并不是100％完全。在約1400℃或以上時，反應完全。這是通過燒失量(LOI)和X射線衍射圖確認的。所有微波合成的磷光體可以通過160μm的篩而無需研磨。表4列出了通過幾種微波合成的BAM磷光體的Malvern和BET表面積測得的中值粒徑。與一般在工業(yè)中常規(guī)工藝得到的0.8-1.2m2/g的BET相比，微波合成的粉末明顯更細。另外，BAM的微波處理將處理溫度降低了200-250℃，并且最高溫度的處理時間降低了83％(20分鐘vs.2小時)。
表4微波合成的使用熔劑的BAM磷光體的中值粒徑和特定表面積

b.不使用熔劑的BAM未熔化的BAM原材料通過在25％N2、/75％H2氣氛下于如表5所列的1400-1500℃溫度之間通過微波處理而焙燒。
表5未熔化的BAM磷光體的微波處理條件和物理性質

*但是在2θ為28.5°處出現(xiàn)痕量的附加峰(trace extra peak)。
溫度越高，粉末越白。在溫度為1400-1500℃時，LOI增加很少。在所有微波焙燒的未熔化BAM磷光體中，XRD圖中2θ為28.5°處出現(xiàn)小峰。對于未熔化的BAM混合物，為了最佳的反應，微波合成中的焙燒溫度應該大于1500℃。
為微波處理的BAM磷光體的幾個樣品獲得X射線衍射圖。如圖5所示，有熔劑和沒有熔劑的磷光體的圖案均與常規(guī)BAM的圖案相同。
實例3LAP常規(guī)地，使用諸如硼酸(H3BO3)和碳酸鋰(Li2CO3)之類的熔劑制備LAP，然后在1200℃還原氣氛下焙燒約4小時。微波處理的LAP磷光體由磷酸鑭、磷酸鈰和磷酸鋱的混合共沉淀物(co-precipitate)制備。合成有和沒有熔劑的LAP磷光體。微波時間和溫度條件是變化的(見表6)。優(yōu)選地，LAP磷光體在約800℃至約1125℃下合成約10分鐘至約30分鐘。
表6通過微波處理合成LAP磷光體


通過測量粉末亮度對比常規(guī)LAP磷光體來表征這些LAP磷光體。在超聲處理前后用Malvern儀器測量中值粒徑?？缇嗍橇椒植嫉某叨?見表7)。
表7通過微波處理合成的LAP磷光體的性質

測量了幾個微波處理的LAP磷光體的熱穩(wěn)定性，并且與常規(guī)LAP磷光體進行了比較。可以發(fā)現(xiàn)由未熔化的原材料制成的LAP比由熔化的原材料制成的LAP表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性，且由低溫焙燒的原材料制成的LAP比高溫焙燒的原材料制成的LAP表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性。如圖6所示，在1020℃下微波處理10分鐘的磷光體表現(xiàn)出最好的熱穩(wěn)定性。
在與加熱工藝的緊密對照樣品(tight control)相同的條件下通過微波處理而焙燒8個LAP磷光體(平均65g/游程)。設計條件是在流動的5％H2/Ar下于1020℃下進行10分鐘。焙燒工藝對于所有的原材料都非常穩(wěn)定。微波室中的總加熱過程(包括加熱和保持)約90分鐘。所有得到的磷光體均是白色、干凈、疏松的細粉。這些磷光體的制備沒有加任何熔劑。這些LAP磷光體的性質在表8中列出。所有這些LAP磷光體再次表現(xiàn)了優(yōu)異的性質。這一批的熱穩(wěn)定性更優(yōu)直到600℃都沒有降解(degradation)。游程間的低標準差還表明該工藝優(yōu)異的均一性和再現(xiàn)性。
表8微波合成的LAP磷光體的性質

可以通過在約1020℃下微波處理10分鐘制得未熔化的LAP磷光體，而熔化的LAP磷光體可以在更低的溫度下于數(shù)分鐘內制得。與常規(guī)焙燒相比，微波處理可以節(jié)約大于95％的處理保持時間且在較低溫度下進行。微波處理可以在不使用任何熔劑的情況下合成高質量的LAP磷光體。
實例4YOE生產(chǎn)YOE的常規(guī)工藝需要在空氣中最高1300℃下焙燒原材料幾小時。原材料為混合的氧化釔和氧化銪的共沉淀物。在焙燒中一般使用熔劑，且熔劑可以包括碳酸鋰、碳酸鉀和硼酸。在時間和溫度范圍內用微波處理原材料來制備幾個YOE磷光體。熔化的和未熔化的磷光體均被處理。原材料在約1100℃到約1350℃下焙燒約10分鐘到約40分鐘。
對在空氣中1250-1325℃下通過微波處理合成的幾個未熔化的YOE磷光體進行X射線衍射和發(fā)射測試(見表9)。如圖7所示，微波合成的YOE磷光體的XRD圖與對照樣品相同。如圖8所示，在254nm激發(fā)強度下的發(fā)射性質隨焙燒條件而變化。
表9未熔化的YOE磷光體的微波焙燒條件


用SEM研究共沉淀物和微波合成的未熔化YOE磷光體的形態(tài)。與疏松且參差不齊(jagged)的未焙燒的共沉淀物相比，微波合成的磷光體顯示了原始顆粒間的鍵合(bonding)和結合(coalition)，這表明在短時間的微波處理期間發(fā)生了燒結。
通過在空氣中1200℃下微波焙燒20分鐘合成了一系列熔化的YOE磷光體。微波合成的YOE磷光體比常規(guī)產(chǎn)品軟。混合通過間歇微波處理合成的幾種熔化的YOE磷光體得到約500g的YOE磷光體粉末。用與市售產(chǎn)品相同的方法清洗混合樣品，然后用于燈測試，并且使用常規(guī)合成的市售YOE磷光體作為對照樣品。發(fā)現(xiàn)微波合成的YOE的100小時流明是對照樣品的99.7％。微波合成的YOE的100小時保持是初始的99％。在上述條件下微波合成的YOE顯示了可與市售產(chǎn)品相當?shù)男再|。表10示出了微波處理和常規(guī)處理的焙燒條件。請注意，在這些YOE磷光體的微波合成中，在最高溫度下的焙燒時間小于常規(guī)工藝的5％，而且微波處理的溫度比常規(guī)工藝的溫度低100℃。這證明磷光體的微波合成可以商業(yè)化生產(chǎn)高質量產(chǎn)品，同時充分節(jié)約時間和能量。
表10微波合成的熔化的YOE與常規(guī)產(chǎn)品的比較

未熔化的微波處理的YOE的形態(tài)與使用熔劑合成的常規(guī)YOE磷光體不同，其顆粒增大且具有圓邊。然而，用熔劑微波處理的磷光體顯示出與常規(guī)YOE的形態(tài)相似的形態(tài)。與常規(guī)焙燒相比，YOE磷光體可以通過微波用非常短的時間合成。此微波工藝具有節(jié)約能量和時間的潛力。
本發(fā)明已通過參考優(yōu)選實施例進行描述。通過閱讀前述詳細的說明可以進行明顯的修改、合并和變型。應該理解為本發(fā)明包括落入所附的權利要求書及其等同物范圍內的所有修改、合并和變型。
權利要求
1.一種用于微波合成磷光體的絕緣封裝，包括絕緣體，其內限定有一腔，其中該腔適于容置磷光體原材料；和感受器結構，其設置在該腔中，其中該絕緣體、該腔和該感受器結構相對于該絕緣封裝的轉軸近似對稱地設置。
2.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該絕緣體的形狀近似為柱形。
3.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該絕緣體包括在工作溫度范圍內基本允許微波穿透的材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的絕緣封裝，其中，該絕緣體包括鋁硅酸鹽纖維或氧化鋁纖維。
5.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該感受器結構包括多個感受器桿。
6.根據(jù)權利要求5所述的絕緣封裝，其中，所述多個感受器桿中的每一個與相鄰的所述感受器桿的距離均近似相等。
7.根據(jù)權利要求5所述的絕緣封裝，其中，各所述感受器桿均包括裝在一管中的多個粒狀感受器。
8.根據(jù)權利要求7所述的絕緣封裝，其中，所述粒狀感受器包括SiC、SiC-Al2O3、氧化鋯、MoSi2和鐵氧體中的一種。
9.根據(jù)權利要求7所述的絕緣封裝，其中，該管由氧化鋁、莫來石、熔融石英、MgO和ZrO2中的一種構成。
10.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該感受器結構包括內管和外管，且其中在該內管和該外管之間裝有多個粒狀感受器。
11.根據(jù)權利要求10所述的絕緣封裝，其中，所述粒狀感受器包括SiC、SiC-Al2O3、氧化鋯、MoSi2和鐵氧體中的一種。
12.根據(jù)權利要求10所述的絕緣封裝，其中，該內管和該外管各自由氧化鋁、莫來石、熔融石英、MgO和ZrO2中的一種構成。
13.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該絕緣封裝還包括適于容置溫度測量裝置的開口。
14.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該腔適于容置坩堝。
15.根據(jù)權利要求1所述的絕緣封裝，其中，該磷光體是鹵代磷酸鹽、鋁酸鎂鋇、磷酸鑭和銪摻雜氧化釔中的一種。
16.一種用于連續(xù)微波合成磷光體的微波爐，包括用于容置磷光體原材料的管，其中該管包括第一端部和第二端部；具有通孔的絕緣體，其中該管延伸穿過該通孔；用于容置該管和該絕緣體的微波室，其中該管、該絕緣體和該微波室相互近似平行；和至少一個將微波引入該微波室中的微波頭。
17.根據(jù)權利要求16所述的微波爐，其中，該微波爐還包括構造為冷卻該管的端部或該微波爐的水冷裝置。
18.根據(jù)權利要求16所述的微波爐，其中，該微波爐還包括進口，其與該管液體連通，其中該進口適于接收原材料并將該原材料導入該管的第一端部；和出口，其用于從該管的第二端部接收合成的磷光體。
19.根據(jù)權利要求18所述的微波爐，其中，該微波爐還包括用于將氣體引導穿過裝入的材料的進氣口，從而迫使該原材料從該第一端部向該第二端部移動穿過該管。
20.根據(jù)權利要求16所述的微波爐，其中，該管可圍繞該管的中心軸線轉動。
21.根據(jù)權利要求20所述的微波爐，其中，該微波爐還包括驅使該管轉動的馬達。
22.根據(jù)權利要求21所述的微波爐，其中，該絕緣體的形狀近似為柱形。
23.根據(jù)權利要求16所述的微波爐，其中，該絕緣體包括在工作溫度范圍內基本允許微波穿透的耐火材料。
24.根據(jù)權利要求16所述的微波爐，其中，該管由氧化鋁、莫來石、熔融石英、MgO和ZrO2中的一種構成。
25.一種用于通過微波合成得到磷光體的方法，該方法包括以下步驟提供具有開口的絕緣體，其中該開口相對于該絕緣體的中心軸線近似對稱地設置，并且其中該開口適于容置磷光體原材料；將該原材料沉積在該開口中；和對該原材料進行微波處理。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，該方法還包括以下步驟在腔中設置感受器結構，其中該感受器結構相對于該絕緣體的中心軸線近似對稱地設置。
27.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，該絕緣體包括在工作溫度范圍內基本允許微波穿透的耐火材料。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中，該絕緣體包括鋁硅酸鹽纖維或氧化鋁纖維。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中，該磷光體是鹵代磷酸鹽、鋁酸鎂鋇、磷酸鑭、和銪摻雜氧化釔中的一種。
30.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，該方法還包括在腔中設置感受器結構的步驟。
31.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，該微波爐適于通過提升該管的第一端部而傾斜，以便于該原材料移動穿過該管。
32.一種通過微波處理合成磷光體的方法，該方法包括以下步驟(a)提供具有微波室的微波爐；(b)在該微波室中設置磷光體原材料；和(c)對該原材料進行微波處理，從而使該原材料合成為磷光體。
33.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，該磷光體是鹵代磷酸鹽磷光體。
34.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，該磷光體是由Ca10(PO4)6(Cl，F(xiàn)):Sb:Mn表示的磷光體。
35.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，該磷光體是在約1000℃下通過微波處理合成的。
36.根據(jù)權利要求34所述的方法，其中，該原材料包括HCaPO4、CaCO3、CaF2、NH4Cl、MnCO3和Sb2O3的混合物。
37.根據(jù)權利要求36所述的方法，其中，該磷光體是在約1000℃下通過微波處理約20分鐘合成的。
38.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，該磷光體是鋁酸鎂鋇。
39.根據(jù)權利要求38所述的方法，其中，該磷光體是由BaMg1+xAl10+yO17+z表示的磷光體，其中0＜x＜2.0，0＜y＜5.0，且0＜z＜10.5，且該磷光體具有銪激活劑。
40.根據(jù)權利要求38所述的方法，其中，該磷光體是在約1250℃至約1500℃下在還原氣氛中通過微波處理合成的。
41.根據(jù)權利要求40所述的方法，其中，該磷光體是在約1400℃至約1500℃下通過微波處理合成的。
42.根據(jù)權利要求39所述的方法，其中，該原材料是氫氧化鋁、氧化鎂、碳酸鋇、氧化銪和氟化鋇熔劑的混合物。
43.根據(jù)權利要求42所述的方法，其中，該磷光體是在約1250℃至約1500℃下在還原氣氛中通過微波處理約20分鐘合成的。
44.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，該磷光體是磷酸鑭。
45.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，該磷光體是由(La，Ce，Tb)PO4:Ce:Tb表示的磷光體。
46.根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，該磷光體是在約800℃至約1125℃下通過微波處理合成的。
47.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中，該原材料是磷酸鑭、磷酸鈰和磷酸鋱的共沉淀混合物。
48.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中，該原材料還包括熔劑。
49.根據(jù)權利要求47所述的方法，其中，該磷光體是在約800℃至約1125℃下通過微波處理約10至30分鐘合成的。
50.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，該磷光體是銪摻雜的氧化釔。
51.根據(jù)權利要求50所述的方法，其中，該磷光體是在約1100℃至約1350℃下通過微波處理合成的。
52.根據(jù)權利要求50所述的方法，其中，該原材料為氧化釔和氧化銪的混合物。
53.根據(jù)權利要求52所述的方法，其中，該磷光體是在約1100℃至約1350℃下通過微波處理約10至約40分鐘合成的。
54.根據(jù)權利要求53所述的方法，其中，該混合物還包括熔劑。
55.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，該磷光體是在沒有熔劑的情況下合成的。
全文摘要
一種微波合成磷光體的方法包括具有微波室的微波爐；在微波室中設置原材料；和對原材料進行微波處理，從而使原材料合成為磷光體。公開了用于微波合成的絕緣封裝，其包括具有開口的絕緣體，其中該開口相對于絕緣體的中心軸線近似對稱地設置，并且其中該開口適于容置原料?？梢栽谇恢性O置感受器結構，其中，絕緣體、腔和感受器結構相對于絕緣封裝的轉軸近似對稱地設置。還公開了一種用于連續(xù)微波合成磷光體的微波爐。
文檔編號H05B6/02GK101019466SQ200580030975
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權日2004年9月15日
發(fā)明者迪內希·K.·阿格拉沃, 方毅 申請人:佩恩國家研究基金會