长余辉发光陶瓷砖的研制

王晓娇 李智鸿 钟保民

摘 要：本文选取稀土掺杂高亮长余辉发光材料，通过制备低温熔块，烧制出一种长余辉发光陶瓷抛晶砖，光照激发后，暗置1h后的发光强度达到：25mcd/m2，余辉时间：4h， 表面莫氏硬度达到4，防污达到5级。

关键词：长余辉;发光;陶瓷砖

1 前 言

当前长余辉发光材料主要分为三大类：（1）硫化物系列长余辉发光材料;（2）铝酸盐体系长余辉发光材料;（3）硅酸盐体系长余辉发光材料[1，2];三类材料各具特点，硫化物系列由于长余辉性能差，基本已经淘汰使用，铝酸盐体系较常用，且生产工艺成熟，硅酸体系虽然长余辉、耐温性能优异，但产业化的类别并不多，并且产业化的产品与铝酸盐体系相比发光强度低于铝酸盐体系。

目前发光陶瓷砖主要分为两大类：一类是利用现有的长余辉发光材料与陶瓷釉料、干粒等球磨、混合烧制成发光陶瓷砖;另一类是将透明陶瓷或者普通陶瓷砖通过结构设计与LED等发光部件进行复合，制成附加发光、指示功能的陶瓷制品。而第一类发光陶瓷砖产品又可细分为几种制备方法：（1）是将发光粉与釉粉一起球磨混合制备出发光釉，喷施到砖体上进行烧制;（2）是将发光粉进行丝网布撒、丝网印刷，再在表面布施透明的干粒层进行烧制;（3）将发光粉与熔块、干粒进行干法混合，并通过丝网等布施在砖面上进行二度、三度低温烧制。前两种制备方法中由于球磨、长时间与水接触会大大减弱铝酸盐体系发光粉的发光效果[3]，丝网印刷发光粉，发光层无法烧结易产生剥离等缺陷。

本文选取高亮度长余辉稀土掺杂的发光材料为发光基质，制备低膨胀系数的的低温熔块，采用干法混合方法制备具有长余辉发光效果的陶瓷抛晶砖。

2 实验内容

2.1实验原料

高岭土，硅灰石，烧滑石，钾长石，钠长石，硼砂，硼酸，氧化锌，碳酸钡等常用陶瓷原料;发光粉优选稀土掺杂蓝绿色发光粉Sr4AL14O25：Eu，Dy。

2.2设备及表征

TC-16试验高温熔块炉，ST-86LA-3型屏幕亮度计，紫外光灯箱，莫氏硬度计，HYK-10000A型数显式抗折仪，真空吸水率仪。

3 工艺步骤

3.1熔块的制备

（1）配方设计。

透明熔块的化学组分：67.52%的SiO2、6.66%的Al2O3、0.14%的Fe2O3、4.26%的CaO、1.04%的MgO、3.44%的K2O、3.53%的Na2O、6.95%的B2O3、0.30%的ZnO、5.91%的BaO，及其他矿物材料带入的含量<0.01%的伴生元素。

（2）熔块的制备工艺。

配料—混料—高温熔制（1500℃，保温1h）—水淬—干燥—粉碎—过筛（取80目-200目）—除铁—备用。

将原料按比例称料并混合均匀并投入熔块炉，原料的颗粒粒径控制在80目以上。

3.2 喷涂粘性物质

取带有白底釉烧结的陶瓷砖做为基材，将陶瓷干粒胶水按比例（胶水：水=1：2）进行稀释，并搅拌均匀、喷涂在基材上。

3.3 布施发光层

将3.1所制备的80-200目的熔块颗粒与发光粉按比例混合均匀，发光粉的掺加比例为11%。选用布料皮带或布料模框等，将混合好的粉料在基材表面进行布施，布施厚度约为2mm，此层将形成发光层。

3.4 喷涂粘性物质

在布施发光层后喷涂稀释后的胶水，比例同上3.2。

3.5 烧成

将上述砖放进温度为900-930℃的二度或者三度烧的窑炉，进行烧制，高溫时间约为15-20min。

3.6抛光及打蜡

将制作的样板进行磨边、2000目抛光、打蜡。

4 结果与讨论

4.1发光强度与余辉时间

将样板放入紫外灯箱，紫外光照射10min，然后放进暗格中按时间连续测试其发光强度值，并绘制以下余辉衰减曲线图。

余辉时间的判定，以发光陶瓷砖在黑暗环境中亮度衰减至肉眼可辨识的光强（0.32mcd/m2）[4]的时间为余辉时间。本文试验制备的发光陶瓷砖发光余辉时间达到4h，笔者另外试验了更低温（700-800℃）烧结试验，其余辉时间可长达10h，试验表明烧成温度越高，高温陶瓷熔块或者干粒对发光粉的熔蚀破坏作用加强，发光余辉时间越短。

4.2样品的理化性能

5 结 论

由于受发光粉本身性能的限制：前期发光亮度衰减极快，一般是前半小时衰减最快，导致所制备的发光陶瓷制品也同样存在这个问题[5]。另外，虽然目前的发光砖产品余辉时间较长但是亮度不够高，应用领域大大缩小，尚未发现更好的发光材料或者制备方法可以使发光陶瓷砖的高亮时间持续长达数小时以上。如何解决发光陶瓷砖高亮度持续时间短的问题，待技术人员进一步的研究探索。

参考文献

[1]肖志国，罗昔贤，夏威，刘剑雄，刘丽芳.长余辉发光材料在陶瓷行业的应用研究[J].中国稀土学报，2001，19（6）：561-562

[2]李红娜.硅酸盐长余辉发光材料及其在釉料中的应用[D].武汉理工大学，2012：5-11

[3]康桂峦.铝酸锶型荧光釉的制备研究[D].华南理工大学，2015：23

[4]万红峰.中高温发光陶瓷釉的研究[D].武汉理工大学，2005：13

[5]吕霄，林元华，张中太，唐子龙，温长英.废玻璃再生利用制备长余辉蓄光釉面砖及其性能的研究[J].材料科学与工艺，2001，9（1）：16-18