灯用稀土三基色荧光粉的质量改进

　　[摘 要] 本文叙述了生产灯用稀土三基色荧光粉的质量对荧光灯质量的诸多影响，其中绿粉对灯的贡献最大，而红、蓝粉的主要作用是将绿光调为白色的照明光、提高显色指数。通过小试、中试实验和大批量生产验证，发现原材料的质量、合成工艺的条件及配方等因素对三基色荧光粉的粒度大小、晶型结构、发光性能及温度猝灭特性均产生重大影响。对红粉、绿粉、蓝粉三种粉的质量改进进行阐述。

　　[关键词] 稀土三基色荧光粉 质量改进

　　中图分类号：G352.4

　　根据基质材料的不同，可将稀土三基色荧光粉分为铝酸盐、磷酸盐和硼酸盐三大系列。其中铝酸盐最早被发现和应用，国内多为铝酸盐系列，产销量最大。硼酸盐在国内很少实际应用，烧成温度范围窄，对电炉的温控条件要求极其苛刻【1】。众所周知，紧凑型节能荧光灯管主要是由玻璃管、荧光粉、灯丝等组成，其中稀土荧光粉扮演着极为重要的角色。如何提高灯的质量、降低生产成本是灯厂十分关注的问题，同时也是对制粉厂提出了更高的要求。在此，想从灯用稀土三基色荧光粉生产过程质量改进工作，以及如何将粉与灯的生产工艺配合等方面谈一些观点。

　　1 荧光粉质量对灯的影响

　　目前，国内三基色灯粉厂多为铝酸盐系列的生产工艺。红绿蓝三种单色粉的化学组成分别为（Y+Eu）2O3（红）；（Ce+Tb）MgAl11O19（绿）；（Eu，Mn）BaMgAl10O17（蓝）。单色粉按一定的比例配合成混合粉后制灯，绿粉对灯的贡献最大，而红、蓝粉的主要作用是将绿光调为白色的照明光、提高显色指数。从近三十年的应用情况来看，上述列举的铝酸盐荧光粉能够满足这些要求。但由于紧凑型节能灯的管径较小、管内的温度高，荧光粉要承受185nm的短波紫外辐射和高的管壁负载【3】。加之国内制灯工艺的不稳定性等因素，是灯的最主要指标――光效2000小时点燃后降低幅度较大。分析其原因，一般认为有三个方面：

　　（1）在管内形成吸光膜。主要由汞齐，残余的杂质气体、碳微粒和阴极溅射物引起，是粉的发光效率明显下降；

　　（2）薄壁管黑化。灯在燃点过程中产生汞渗透到灯管内而发黑；荧光粉表面过多的电荷也会使Hg、HgO的吸附量增大、引起灯管发黑【4】；

　　（3）荧光粉的劣化。管内的汞离子与电子复合，被荧光粉吸收，破坏了粉的晶格，从而降低荧光粉的发光效率。粉的劣化又与粉的纯度、颗粒大小和粉层的厚薄有关。成品中含有一定量的a-Al2O3等杂相、碱金属（如Na+）以及其他金属杂质，点燃过程中形成色心，吸收254nm的紫外线辐射和荧光粉的可见光发射，从而降低发光效率【2】。

　　荧光粉客户反馈的主要信息如下：

　　（1）荧光粉一次测试合格率低，需跟灯厂工艺反复磨合才能达到工艺要求。对应的指标有光效、色温、光衰等。同一种粉不同厂家测试结果相差较大。

　　（2）荧光粉的颗粒特性十分重要。颗粒大，虽然能提高粉的抗轰击能力，增加相对亮度，但同时给涂管带来困难，还造成散射现象，降低了初始光通量。颗粒太小，就有相当数量2μm以下的小颗粒，严重影响了对汞254nm的吸收效率。

　　（3）荧光粉的粉层厚薄也会影响灯的性能：过薄，紫外线辐射容易透过粉层，加速粉的劣化，造成光衰大；过厚，会使紫外辐射能力不足，难以激活发光中心，是粉的可见光输出明显减少。

　　根据客户的反馈信息，我们也做了大量的实验，根据不同光源、不同色温的要求，选择合适的单色粉。其中，最为关键的是选择单色粉的颗粒并合理级配成不同色温粉，从而达到较佳的涂层效果和光色参数。

　　2、 荧光粉的质量改进

　　经过不断的试验和摸索，我们发现原材料的质量、合成工艺的条件及配方等因素对荧光粉的粒度大小、晶型结构、发光性能及温度猝灭特性均产生重大影响。（1）首先以红粉的质量改进为突破口，我们对原材料的品质、烧成温度、恒温时间、助溶剂的加量进行系统的单因素试验，发现基质晶体的均匀形成和激活剂离子（Eu3+）的有效浓度是制造高质量红粉的关键。所以严格控制原料关，钇铕氧化物初始亮度大于80%才能进入下道工序。其次，对红粉的后处理工艺进行了探索，找出了一种最佳方案，降低球磨时间，不尽使团聚的荧光粉颗粒得到了分散，粉的基本形体也未被破坏，获得亮度、粒度、比表面积均符合要求的红粉。

　　（2）其次对蓝粉的生产工艺、原材料特性、烧成温度等重要因素进行了仔细研究。Eu2+激活的铝酸盐蓝色荧光粉属六方晶系，白色晶体。在三基色荧光粉中，蓝粉的作用主要在于提高光效、改善显色性，蓝粉的发射波长和光谱功率分布对荧光灯的光效、色温、光衰和显色性都有很大影响。蓝粉中随着Ba量的减少，发射波长和色坐标都减少。随着Mg量的增大，色坐标X、Y都增大。Mn2+和Sr2+的适量掺杂可提高蓝粉的亮度。【3】通过大量的试验，我们的蓝粉光衰有大的改进，同行做的最好是5%，我们小试也能做到5%，大生产考虑到设备承受能力做不到5%。目前国内还原气氛炉尚无法达到1600℃，可使还原温度接近1600℃，以消除或减少蓝粉中的杂相，减少晶格缺陷，提高结晶度。提高混合气体中H2的浓度：由于还原气氛不充分，产品中含有微量的Eu3+，影响蓝粉的发光效率。改进后处理工艺：由于煅烧温度的控制，降低了球磨时间，减少对粉粒基本形体

　　的破坏。

　　（3）最后对绿粉的质量进行改进，针对6400K荧光粉产品涂灯后光效低于主流产品2 lm/w以上，我们仔细分析原因主要是绿粉相对亮度偏低影响，由于绿粉（CAT）作为灯用三基色荧光粉的主要成分，其品质对荧光灯的光效和光通维持率起决定性的因素。自产绿粉跟国内一流产品指标对比，我们的相对亮度低2.8%～3.5%，粒度D50低0.48～3.01μm，虽然粒度大小影响相对亮度，我们决定对CAT绿粉品质进行改性，从原料的选择到灼烧还原、破碎、筛分等与粒度控制有关的工序进行严格的把控，最后得到晶型良好，亮度提高，中心粒径与粒度分布合理的CAT绿粉。

　　2 与制灯工艺的配合

　　根据这两年的测试、磨合，我们相同批次荧光粉到不同灯厂测试结果不同，通过市场跟踪服务和查阅资料，荧光粉与制灯工艺密切相关，需要注意的问题作一简述：

　　（1）选择优良的稀土三基色荧光粉。要求光效高、光衰低、晶型完整、表面光滑、无杂相、颗粒均匀，表面电荷少、水溶液呈中性。

　　（2） 严格把好玻璃管的质量关，有利于提高灯的性能。如果玻璃管中的杂质多，会是粉的激活中心污染中毒，导致荧光粉劣化，灯管发黑。

　　（3） 溶剂法涂粉的工艺要防止荧光粉吸潮。因粉中过量的氧化铝会吸收空气中的水，在排气时很难被抽尽。残留的水在点燃过程中会逐渐释放，引发化学物理变化，使灯的光衰增加、性能下降。

　　（4） 重视涂粉层的厚薄。适当的粉层厚度可提高灯的质量和涂粉率，降低成本。一般来说，粉层变薄，色温升高，光衰增大。同一批次的粉，涂层厚度如有变化，光衰、光色也会改变。

　　参考文献：

　　【1】《无机盐工业》2004年第5期

　　【2】《无机盐工业》2005年第4期

　　【3】百度文库――《节能照明》

　　【4】《灯与照明》第23卷第4期