РЕАКЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО ЛЮМИНОФОРА СИНЕГО СВЕЧЕНИЯ
REACTION MIXTURE FOR PRODUCING NARROW-BAND BLUE-EMITTING PHOSPHOR

Изобретение относится к области получения сложных оксидных материалов, в частности к получению алюминатных люминофоров различного химического состава, активированных ионами редкоземельных металлов (РЗМ), и может быть использовано при производстве материалов для источников и преобразователей света.
2
3
3
Известен способ получения сложного алюмината бария-магния, активированного ионами европия, основанный на осуществлении реакции горения порошковой смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в проточном реакторе с использованием в качестве горючего металлического магния и/или алюминия, а в качестве окислителей - пероксида бария и атмосферного кислорода. Кроме того, в реакционную смесь вводились в качестве разбавителей оксиды соответствующих металлов (AlO и MgO), а в качестве плавня - фторид алюминия (AlF) в количестве 2,5 мас. %. Активатор - европий вводили в систему в виде оксида европия (III) (Казарбина Т.В., Мишенина Л.Н., Некрасов Е.А. Макрокинетика фазообразования алюминатных люминофоров в режиме горения. - Журнал прикладной химии, 1997, т. 70, №3, с. 381- 385).
3
К недостаткам указанного способа относится необходимость использования специальной аппаратуры (проточного реактора), обеспечения тока кислорода в процессе синтеза, а также введение в систему дополнительно в виде сверхстехиометрической добавки плавня - фторида алюминия (AlF). Все эти факторы приводят к существенному усложнению и удорожанию процесса.
Известен способ получения люминофоров - сложных алюминатов, активированных ионами европия методом СВС, путем взаимодействия компонентов шихты, взятых в следующих соотношениях (RU 2455336, МПК С09К 11/78, С09К 11/80, опубл. 10.07.2012):
пероксид щелочноземельного
металла (пероксид стронция)
11,67-67,07
оксид алюминия
20,59-63,63
оксид магния
0,00-9,55
металлический алюминий
10,90-17,75
оксид редкоземельного металла
(оксид европия (III))
1,36-2,98
добавка сверхстехиометрического
количества перхлората натрия
15,55-23,07
2
4
0,9
0,1
10
17
0,9
0,1
10
17
К недостаткам известного способа относится присутствие в процессе СВС фазы MgAlO, что свидетельствует о существовании определенных дефектов в кристаллической структуре образующегося целевого алюмината MeEuMgAlO. Доказательством может служить рентгенофазовый анализ люминофора, полученный данным способом со структурой SrEuMgAlO, который показал наличие следующих фаз:
0,9
0,1
10
17
1) SrEuMgAlO
2
4
2) MgAlO
2
3
3) AlO
4) низкомолекулярные продукты синтеза
Технический результат заключается в улучшении светотехнических параметров, а именно интенсивности свечения алюминатного люминофора, а также в удешевлении его получения в режиме СВС.
Сущность изобретения заключается в том, что реакционная смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения включает пероксид стронция, оксид алюминия, оксид магния, металлический алюминий, оксид европия (III) и добавку перхлорат натрия. Дополнительно реакционная смесь содержит оксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
пероксид стронция
7,53-11,17
оксид кальция
1,76-3,51
оксид европия (III)
2,35-2,36
оксид магния
5,56-5,64
оксид алюминия
42,95-43,41
металлический алюминий
14,54-14,68
перхлорат натрия
21,67-22,87
Введение в состав реакционной смеси для получения узкополосного люминофора оксида кальция, который в процессе синтеза встраивается в решетку кристаллофора, в вакантные кристаллографические позиции Mg, способствует созданию более совершенного кристалла, все атомы которого совершают колебания вокруг средних положений, совпадающих с узлами решетки, все межатомные силы локально уравновешены, свободная энергия Гиббса минимальна.
2
Способ осуществляют следующим образом. Процесс осуществляют путем взаимодействия компонентов реакционной смеси, которую получают перемешиванием в течение 20 минут порошка пероксида стронция, оксида кальция, оксида европия (III), оксида магния, оксида алюминия, металлического алюминия и добавки перхлората натрия, для кислородного баланса реакции. Компоненты реакционной смеси брались в соответствии с табл. 1 (составы 1-3). Полученную гомогенизированную смесь помещают в кварцевый реактор. Процесс СВС инициировали горением затравки вспомогательного состава (смесь BaO-Al в соотношении 3:1, соответственно). После прохождения в объеме реакционной смеси устойчивого фронта волны горения образовывался спеченный пористый продукт светлого цвета. Полученный продукт естественным образом охлаждали на воздухе. Общее время синтеза с остыванием составляет ~10 мин. Полученный спек размалывали до состояния мелкодисперсного 4
порошка и обрабатывался 5%-ным раствором HCl, затем продукт выделяют декантацией, промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод и высушивают при 80°C. Выход люминофора составил более 60%. У образцов с содержанием оксида кальция не более 3,51 мас. % интенсивность свечения синтезированного сложного алюмината по сравнению с прототипом увеличилась на 10%, тогда как дальнейшее увеличение содержания оксида кальция вело к ухудшению данной светотехнической характеристики (табл. 1, состав 3).
2
2
3
2
3
4
Пример 1. Готовили стехиометрическую смесь, рассчитанную на получение стронций- магниевого алюмината, активированного ионами европия, общей формулы   Для приготовления смеси в количестве 20 г использовали следующие порошки: пероксид стронция (SrO) - 1,95 г; оксид кальция (СаО) - 0,91 г; оксид магния (MgO) - 1,457 г; оксид алюминия (AlO) - 11,24 г; алюминия - 3,8 г и оксида европия (EuO) - 0,61 г. В качестве добавки для кислородного баланса процесса в реакционную систему вводили порошок твердого окислителя - перхлората натрия (NaClO) - 5,92 г.
2
Осуществляли механическое перемешивание порошков в планетарной мельнице, что обеспечивало предварительную механическую активацию и гомогенизацию исходных компонентов в течение 20 минут. Полученную гомогенизированную смесь помещали в кварцевый реактор. Процесс СВС инициировали горением затравки вспомогательного состава (смесь BaO-Al в соотношении 3:1, соответственно). После прохождения в объеме реакционной смеси устойчивого фронта волны горения образовывался спеченный пористый продукт светлого цвета. Полученный продукт естественным образом охлаждали на воздухе. Общее время синтеза с остыванием составляет ~10 мин. Полученный спек размалывали до состояния мелкодисперсного порошка и обрабатывался 5%-ным раствором НС1, затем продукт выделяли декантацией, промывали дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод и высушивали при 80°C. Выход люминофора составил более 60%. Интенсивность свечения по сравнению с прототипом увеличилась на 10%.
По сравнению с известным решением предлагаемая смесь для получения узкополосного люминофора синего свечения позволяет улучшить светотехнические параметры, а именно увеличить интенсивность свечения и удешевить конечный продукт синтеза сложных оксидов в режиме СВС за счет частичной замены дорогостоящего пероксида щелочноземельного металла на оксид кальция и уменьшения длительности подготовки шихты. Увеличение интенсивности свечения дает возможность сохранения светотехнических показателей люминисцентных приборов и ламп с уменьшением потребляемой мощностью.
Таблица 1
Люминофор
1
2
3
4 (прототип)
Состав
пероксид стронция, мас.%
11,17
7,53
3,8
14,75
оксид кальция, мас.%
1,76
3,51
5,36
-
оксид европия (111), мас.%
2,35
2,36
2,39
2,38
оксид магния, мас.%
5,56
5,64
5,7
5,51
оксид алюминия, мас.%
42,95
43,41
43,84
42,49
алюминий металлический, мас.%
14,54
14,68
14,86
14,38
перхлорат натрия, мас.%
21,67
22,87
24,05
20,49
Длина волны излучения, нм
460±5
460±5
460±5
460±5
Яркость свечения относительно прототипа, %
1110,63
110,63
71,27
100