[发明专利]一种球形硅基氮化合物荧光材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土硅基化合物荧光材料合成方法，尤其是涉及LED照明光源用的一种球形硅基氮化合物荧光材料的合成方法。

背景技术

硅基化合物荧光材料，由于晶体结构是由SiX (X=O，N)共价键形成四面体网络结构特征，使之具有很高的化学稳定性和光谱热稳定性，是LED器件向大功率型发展的关键性基础材料。硅基化合物荧光材料结构中富氮晶体场环境引起稀土激活离子较大的电子云重排效应，使得稀土离子5d电子激发能级降低，促使荧光粉向长波方向的荧光激发和发射，能被蓝光或近紫外光高效激发、发射，与蓝光相匹配形成暖白型光谱，获得与日光相近的色温，使得被照物体颜色纯正不失真，适宜于作为室内照明、医用照明的白光光源，满足人类对新型电光源提出的节能、环保技术要求。

硅基氮化合物形成过程中需获得N源和Si源等基本反应单元的物质，1995年Schlieper研究小组首先开辟Si(NH₂)₂、碱土金属、稀土铕为原料合成M₂Si₅N₈ (M=Ca、Ba、Sr)，其优异的发光性能引起科技界广泛关注，但Si(NH₂)₂极易氧化吸湿，制备特殊、保存困难，难于在工业化生产中推广应用；随后Li, Y. Q.、Machida、Piao, X.等研究者以Si₃N₄取代Si(NH₂)₂、采取两步法、碳热还原法或气相还原法等技术合成，但两步法合成周期过长，碳热还原法残余反应物和生成副产物难以有效分离，极大影响材料的发光性能；并且Si₃N₄强共价键特性，导致起始原料自扩散系数低、反应活性低，需较高合成温度(1500～2000℃)，长时间保温，高温长时间合成造成的粒子团聚、粗大（8-10μm），粒径分布不均、需球磨破碎处理才能适合于后期涂覆工艺，破碎处理带来的杂质和杂相极大影响了其发光性能，该问题到目前尚未得到有效解决。欧洲专利EP 2163593 A1公开了以Eu[N（Si（CH₃)₃)₂]₃、SiCl₄为原料，利用碱土金属能溶解于液氨的特点，在氨溶剂中通过湿化学法合成硅基氮化物，其反应方程为：

(2- x) M + xEu [N (Si (CH3)₃)₂]₃ + 5SiCl₄ + 30NH₃

→ M₂-xEuxSi₅N₈ + 20 NH₄Cl + N₂ + (5-1.5x) H₂ +3xNH(Si(CH₃)₃)₂

但该方法形成的大量有机、无机副产物严重污染环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球形硅基氮化合物荧光材料的合成方法，改变合成条件保持材料发光性能的同时，改善材料的粉体学性能。

本发明采用的技术方案为：

采用气相法合成获得球形，分布均匀，带一定活性含氮非晶硅(Si_3+xN_4-x)为基质原始前驱体，利用基质含氮及非晶带来的化学活性、碱土金属能形成氨合金属溶液的特性，通过液相湿化学法在基质含氮非晶硅上复合微细金属，确保金属与基质非晶硅均匀混合，提高前驱体颗粒内物质互扩散性能、加快固相合成反应速度，降低合成温度、时间，同时保留了基质前驱体优良的粉体学特性，并获得粉体结晶度、晶相、杂质相含量，颗粒形貌，粒度分布，分散性等粉体学特性符合要求的硅基氮化物荧光粉，实现其发光性能的最佳发挥以及后期涂敷操作的简便可行，降低产品成本的同时提高产品质量。

本发明所选用的基质为气相法合成的非晶态Si_3+xN_4-x，其合成过程如下:

SiH₄ + NH₃ → Si_3+xN_4-x +H₂