[其他]碳还原法合成灯用稀土蓝、绿两种荧光粉

说明书

一种稀土三基色荧光粉。使用稀土三基色荧光粉的荧光灯具，其具有光通量高，显色性好，色温可调和荧光灯光衰小，使用寿命长等优点。然而，稀土蓝、绿两种荧光粉均系由低价态稀土离子激活的铝酸盐荧光粉。其化学式分别为（Ba、Eu）Mg₂Al₁₆O₂₇，（蓝色）、（Ce，Tb）MgAl₁₁O₁₀、（绿色），即它们分别由Eu⁺²、Ce⁺³和Tb⁺³激活形成发光中心。使用的稀土原料，国内外一般是市售的稳定态的Eu₂O₃，CeO₂和Tb₄O₇，故在蓝、绿荧光粉的合成中，都要有“还原”步骤。而且由于Al₂O₃的化学性质，合成稀土铝酸盐必须在1400-1600℃下进行，这样才可以获得高质量的产品，因此，自1974年由VerstegenJ.M.P.J.成功地合成稀土铝酸盐蓝、绿两种荧光粉〔详见文献VerstegenJ.M.P.J.，J.Electrochem.Soc.，121，1623（1974）.〕至1981年和1983年徐燕等人作了合成方法的两次改进，〔详见《发光与显示》1，52-62（1981）和1，34-37（1983），〕其合成方法和还原手段仍采用高于1200℃下灼烧两次，每次三小时，然后在1000℃以上和H₂-N₂气氛中还原三小时以上的方法。这一生产工艺存在周期长（三次高温灼烧而且恒温时间不短），不安全（高温下氢气易引起爆炸事故），电能消耗大等缺点。

此外，碳还原法尚有两个有待解决的技术难题，一是高温下黑色碳粉粒要污染产品：二是高温下碳的还原性过强，会使盐类中的金属离子还原为金属单质（如Ba）会使产品的发光亮度下降。

针对上述问题，本发明研究出一步碳还原法合成灯用稀土蓝，绿荧光粉的新方法，本发明的特点是只需经过一个步骤，便可以完成合成还原两个操作程序，变三次灼烧为一次灼烧〔见附图1〕，这样既可缩短生产周期，提高生产效率，又不需要使用氢气，避免了氢气爆炸事故，保证了安全生产。

本发明的另一特点是采用了灼烧坩埚〔见附图2〕进行一步法合成。刚玉圆盖（5）和氧化铝粉（6）的作用是“挡住”大量的空气不让进入坩埚，只让极小量空气进入，“控制”氧气量，以造成氧气不足，使碳和氧实现下列化学反应：

2C+O₂2CO

而刚玉小圆盖（2）是“挡住”碳粒不让它污染试料，而刚玉小圆盖（2）和坩埚（7）之间留有缝隙，缝隙间装填该产品次品，让CO气体进入试料，使高价稀土还原为低价稀土（Eu²⁺，Ce³⁺，Tb³⁺）并可避免再氧化。

本发明还有一个特点：绿色荧光粉合成中，CeO₂和Tb₄O₇虽可在高温下还原为Ce³⁺和Tb³⁺，但在冷却过程中，由于空气中氧的作用，又有一部分Ce⁺³和Tb⁺³要被氧化成高价，使产品的发光亮度降低，国外在冷却过程中采用氮气保护，防止氧化，这给生产带来不便;可喜的是：采用本发明，圆满地控制了氧气进入试料中。很简便地防止了Ce⁺³和Tb⁺³再氧化。

本发明用于生产，采用一个坩埚生产，每炉产量可成10倍地增加;生产效率提高了两倍，每生产一公斤产品用电可节省160度以上;蓝色荧光粉的发光强度为N₂-H₂还原法产品的发光强度的110-120%，而成品率和产率均在95%以上;改用分析纯Al₂O₃代替光谱纯Al₂O₃，使生产成本有较大降低。

附图说明：附图1、系稀土三基色蓝色和绿色荧光粉合成工艺流程图;

附图2、为蓝色，绿色荧光粉灼烧样品的装置图;

图中1.蓝色或绿色荧光粉的试料;

2.刚玉小圆盖，用以隔开碳粒和试料;

3.本产品的次品，使CO能进入试料;

4.碳粒;用以与O₂反应得CO;