发光陶瓷釉料的应用现状和展望

发光陶瓷釉料的应用现状和展望（精选2篇）

发光陶瓷釉料的应用现状和展望 篇1

【摘要】本文简单介绍了发光陶瓷的简介和发光釉的应用，主要从低、中、高温发光陶瓷釉和发光搪瓷的制备、性能和特点做一综述，并对发光釉料现代工业化现状进行了概括，最后对发光陶瓷釉的前景做一介绍和进行展望。

【关键词】发光釉

低、中、高温发光陶瓷釉

发光搪瓷

制备、性能与特点

工业化现状

前言

长余辉发光材料俗称为“夜光粉”，属于光致发光材料的一种，是指经日光和长波紫外线等光源的短时间照射，关闭光源后，仍可以在很长一段时间内持续发光的材料。20世纪9 0 年代后，相继发展到其他硫化物，铝酸盐，硅酸盐，复合氧化物或硫氧化物等多种基质材料体系长余辉发光材料可应用于塑料，涂料，陶瓷，玻璃等传统行业中，分别制得发光塑料，发光涂料，发光陶瓷，发光玻璃等【1】。而现在考虑发光陶瓷的发光性能，也考虑到发光陶瓷的成本比较而言，发光釉的制备容易工业化，可以预见长余辉的发光釉研制开发应该有美好前景。

1.发光陶瓷简介

1.1发光陶瓷的合成方法【2】

发光陶瓷的合成方法主要有三种:(l)将发光材料的粉料直接烧制成发光陶瓷块,再经过加工的方式制成各种形状的成品.新一代的铝酸盐和硅酸盐长余辉发光材料本身就是一种功能陶瓷;(2)将发光材料与传统的陶瓷原料相混合,直接烧制出光陶瓷;(3)先制成发光陶瓷釉料,将发光陶瓷釉料施于陶瓷胚体表面,烧制成表面发光的陶瓷制品.陶瓷釉料是指熔融在陶瓷表面上一层很薄的均匀的透明的玻璃质层,它可以改善制品使用性能,提高陶瓷的装饰质量.1.2发光釉简介【3】

发光釉是熔融在陶瓷坯体表面上的一层很薄的均匀的玻璃体物质，它具有玻璃所固有的一切物理化学性质:平滑光亮，硬度大，抗风化，易清洗，不吸湿，不透气，能抵抗氢氟酸和强碱除外的大部分酸和碱的侵蚀，如与坯体配合适当，则还能提高坯体的强度，以及具有荧光，抗菌等特殊功能。同时，也可使陶瓷制品外观丰富多彩。但是，釉又不完全等同于玻璃，例如它不单纯是硅酸盐，有时还含有硼酸盐或磷酸盐等，又例如玻璃中不含有A12O3，但A12O3是大多数釉的重要成分，它能增加坯与釉

发光陶瓷釉料的应用现状和展望 的附加性，又可防止失透。发光釉,是指具有长余辉发光功能的釉料,一般由发光粉,基础釉料和添加剂三部分组成,然后按一定比例混合后施于坯体表面，烧成后具有发光功能的一种釉料，可用于陶瓷制品和搪瓷制品的生产。发光釉发明于20世纪80年代,国外最早应用在日本,前苏联,法国等国【4-8】,国内相继也有了相关的一些专利【9-11】报道".其中基础釉的选择是决定发光釉的发光性能以及釉面质量的重要环节之一，基础釉的选择应该考虑到以下一些基本原则: 1.始熔温度必须低于发光釉的烧成温度，使基础釉在发光釉烧成温度以下熔融并包覆在发光粉颗粒的表面，防止发光粉与空气中的氧气接触而氧化;2.基础釉必须始透明的.该样既可以使光线透过，照射到发光材料上，保证发光粉得到最大的光吸收，也可以使发光粉产生的荧光损失降低到最少;3.热膨胀系数低，釉料的热膨胀系数应该略低于陶瓷坯体的热膨胀系数，这样，釉烧冷却过程中的收缩率比坯体的收缩率小，凝固的釉层受到压应力，从而可提高釉的机械强度，防止釉面开裂;4.不与发光粉发生化学反应，在烧成温度下粘度应该较大，不易析晶失透，与发光粉相容性应该较好；

5.不含使发光粉发生发光碎灭作用的元素；

6.与陶瓷坯体相匹配，以制得光滑，具有良好光泽的釉表面。

2.陶瓷发光釉的应用

夜光粉(发光粉)可作为一种添加剂或颜料，均匀分布在各种透明或半透明介质中，如涂料、油黑、塑料、印花玻璃、陶瓷、釉、卫浴、雕刻、玻璃马赛克、化纤物等也可以同色料一起用，实现介质的自发光功能，呈现良好的低度照明指示和装饰美化效果，该材料具有稳定的结晶结构，发光性能在结晶构造不受到破坏的前提下可永久保持吸光、蓄能、发光，一般使用寿命可长达15年以上，该材料在-20C-1300C范围内发光性能基本无变化，在300W高压银灯下1 000小时后，颜色及发光性能无变化，因此可在户外使用。

在旅游景点、危险区、保护区和森林等地方需要夜间标示或警示，若采用灯光照明系统，由于地域大或其它原因而无法实现。如果采用蓄能发光搪瓷标牌做指标将会给人们带来许多方便。较早研究的发光搪瓷釉料都是以重金属主要是铜激活的硫化锌或碱土金属硫化物为发光材料。这类发光材料的缺点在于发光余辉时间短，而且其中

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

一些因含有放射性物质，而不利于生产和应用。

3.陶瓷发光釉的制备与性能特点

近年来，发光釉料的研究从无到有，无论是制备工艺方面，性能特点方面都取得了很大的发展。发光釉根据烧成温度(550℃-1200℃)的不同，可分为低温釉，中温釉和高温釉。（1）低温发光陶瓷釉的烧成温度一般在550-980 ℃之间（2）中温发光陶瓷釉料的一般使用温度为 980~1050℃之间（3）高温发光陶瓷釉的烧成温度为 1050℃-1 2 0 0 ℃之间。而现代工业中有一种应用比较成熟的发光釉，就是发光搪瓷。本文就从低、中、高温发光陶瓷釉和发光搪瓷的制备、性能和特点做一综述。

3.1低温陶瓷发光釉料【12】

陶瓷发光釉的出现始于20世纪80年代，国外最早应用在日本、前苏联、法国等国。主要以硫化物为发光材料，与低温釉料混合制成。由于发光体为=+(固溶体，而一般情况下，重氧化成就开始明显氧化成硫酸锌，当温度超过，就已经严

(表面，所以在制备发光陶瓷釉料时要采取适当的防氧化措施：在形成保护膜，以减轻氧化。这样，可使此类发光釉料的烧成温度在传统发光釉的制造工艺大体上有3种：

（1）把合成好的荧光基质、激活剂和釉料混合均匀，一起施釉烧成；（2）把已含有激活剂的荧光粉和基础釉料混合均匀，一起施釉烧成；（3）把所有原料一起制成釉，在烧成的过程中，自动形成发光物质。

左右。

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良好，防止了发光粉与空气中的氧气接触而发生氧化。结果使此类发光釉的发光余辉时间达到了20~40min。

张宏泉等【15】运用分层施釉的方法，对发绿光的工艺过程进行了研究，从而达到了张希艳等【16】将

光致发光陶瓷釉的制备

荧光粉在高温下不发生荧光猝灭的目的。

发光粉体与基础釉料按比例混合后，利用丝网印刷的工艺，制备了陶瓷发光釉制品。

通过晶相显微镜观察发现，荧光粉晶体处在玻璃的包围之中，且是正常发光状态，目前这被大多数人认为是陶瓷发光釉的发光机理。此类低温陶瓷发光釉可广泛应用在日用瓷、工艺瓷的釉上彩部分，不仅不影响白天的视觉效果，而且多种多样的发光颜色更赋予了普通陶瓷制品在夜间发光的效果。大连路明发光科技股份有限公司在这方面已投入生产，它们生产的唐三彩瓷版画，在继承了唐三彩原来色彩丰富多样、流光溢彩、大方美观的基础上，又赋予其夜间发光的性能。

3.2中温陶瓷发光釉料

1996年以后，随着新型稀土离子激活的碱土铝酸盐蓄光型发光材料的发明和性能的提高，出现了将这种新型的发光材料用于陶瓷行业的趋势。近年来，关于这方面的研究也越来越多，从而使得发光釉料的制备工艺也越来越成熟，烧成温度也提高到1000℃以上。新型稀土离子激活的硅酸盐蓄光型发光材料的发明，使发光陶瓷的性能进一步提高。

张玉军等【17】采用铝酸基超长余辉发光粉作为发光材料，系统研究了适于发光的陶瓷釉料，成功地制备了中温发光陶瓷釉制品，并讨论了釉组成和烧成条件对釉料发光效果的影响。研究发现，发光陶瓷釉料的发光来自铕激活的铝酸锶发光晶体，烧成过程中发光材料的晶体结构并没有被破坏；发光釉的起始亮度相对于发光材料本身有所降低，这是由于在烧成过程中，部分颗粒较细的发光晶体熔入到釉熔体中所致；釉中含量的增加会降低发光釉的起始亮度，相反，SO和B2O3含量的增加却能相对提高发光釉的起始亮度。该方法制得的陶瓷发光釉烧成温度可达1800℃，且发光起始亮度高，余辉时间长，并无放射性毒害。

此类发光陶瓷釉的使用方法有很多种，可以喷淋，可以丝网印刷，还可以手绘；既可做底釉，又可与堆釉颗粒做三度烧产品。目前，它主要应用于建筑陶瓷上，例如可以制成室内使用的夜间指示、防火、安全标志陶瓷产品。该类产品具有阻燃、耐老

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化性好等优点；此外还可制成三度烧的腰线砖，用以装点居室、美化家庭.3.3高温陶瓷发光釉料

目前大部分发光陶瓷的最高烧成温度都低于1100℃，根本不能满足地砖和卫生洁具以及日用瓷的生产要求。所以目前关于高温陶瓷发光釉料还比较少，但已有少数高温陶瓷发光釉料的制备。

关于发光釉料的高温发光问题，主要用以下2种方法解决：(1)在发光粉的表面包覆一层对发光粉的余辉起始亮度影响不大的物质，以提高它的耐温性；(2)用配合料和釉料一起烧成，在烧成过程中生成发光晶体，从而使釉料整体呈现发光的性能。

关于发光粉表面改性的研究于十年前就已经出现。马林等【18】为了解决荧光粉在节能荧光灯使用过程中的光衰问题，综合运用浸渍、吸附、反应等复合方法对荧光粉进行处理，获得了表面具有纳米氧化铝

膜层的荧光粉，从而减少了短波紫外辐射的轰击、汞的吸附沉积等破坏因素的影响，取得了较好的效果。

溶胶凝胶法制备发光粉是一种比较新型的制备方法，很多人在做这方面的研究。袁曦明等【19】用柠檬酸合成前驱体柠檬酸盐，运用溶胶-凝胶法制备出了黄绿色长余辉发光材料【20】，并确定最佳烧成温度在1200-1250℃之间。张世英等

蓝色荧光粉，与传统的高温固也是采用溶胶-凝胶法制备了纳米晶相反应制备方法相比，克服了原料混合不均匀和烧结温度高的缺陷。

万红峰在其硕士学位论文【21】中利用溶胶-凝胶法制备出辉发光材料，进而利用该发光材料为原料，成功制备出光陶瓷釉。制备的1150℃二次烧结后的845mcd/m2，发光性能的降低可能是因为高温下逐渐被氧化成长余中高温发

发光体耐高温性能良好，XRD分析结果表明经粉体晶形没有发生变化，发光亮度值降为

发光材料中

在的缘故。长余辉发光材料发光性能出色，余辉时间达12小时以上，同时发光性能受粉体粒度影响较大，粉体粒度为80目时初始亮度值为3826mcd/m2，200目时降低为2065mcd/m2。

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4.发光釉料现代工业化现状

【22】

目前工业生产的陶瓷发光釉大多是中低温的陶瓷发光釉，发光材料多是 ZnS 和铝酸盐类，使用要求苛刻。有关这两类的陶瓷发光釉制备工艺报道过于简略，总的来说，由于发光材料的类型、颗粒细度、基础釉成分、烧成温度和保温时间等的不同，产品的质量差异很大。就烧成温度而言，同一温度下快烧、慢烧、保温时间直接影响产品的发光性能，以及釉面质量等。考虑到发光釉的长余辉性能，必须保证有足够的发光材料颗粒存在于釉层中，那么就需要在保证釉面质量的情况下采用快速升温、短时间保温和快速冷却的烧成工艺。另外，发光材料与基础釉的成分对发光性能影响很大，要保证基础釉对发光材料熔解作用小，不存在猝灭离子，而且两者相容性一定要好。在国家节能减排、低碳经济的方针指导下，建筑陶瓷生产开始向低温快速烧成方向发展，烧成制度也有利于陶瓷发光釉的烧成，因此，陶瓷发光釉大规模的应用于建筑陶瓷业更为可行。

5.前景与展望

发光陶瓷市场运用广阔;在色彩和图案上进行充分开发，将具有更强的装饰效果，可人量运用在夜场，如夜总会、酒店、酒吧、KTV、楼梯、消防通道等，成为夜场必选之砖，发光材料无毒无害无辐射节能环保。因其发光波长的原理，具有很好的抑制细菌再生长之功效，比现在市面上一此大厂推出纳米抗污技术更具优越性，更能满足人们的绿色健康环保的要求【23】。

而到目前为止陶瓷发光釉的研究还有很大的局限性，从理论上来说，发光材料的能量传递机理、长余辉机理还存在很大的争议，而且发光材料与基础釉的相互作用 有待进一步的深入研究。从应用上来说，对应用于建筑陶瓷工业化生产的陶瓷发光釉开发不足，最可行的稀土激活硅酸盐类陶瓷发光釉色调单

一、初始发光亮度不高、余辉时间不够长，还需要加强研究，尤其是硅酸盐类陶瓷发光釉的产业应用报道较少。今后的研究可以从以下四个方面进行 :（1）从长余辉发光材料的制备入手，研究低成本的硅酸盐类陶瓷发光釉，开发颜色更加丰富，使用性能、发光性能更好的陶瓷发光釉。

（2）从制备方法入手，寻求专门应用于陶瓷发光釉的长余辉发光材料制品的研究，在此基础上，改善制釉工艺和施釉技术，使其适应陶瓷生产的工艺要求。

发光陶瓷釉料的应用现状和展望

（3）从提高初始亮度、延长余辉时间、增加余辉多色性以及增加耐候性方面进行开发探索，这是衡量陶瓷发光有可实用化的重要依据。

（4）从扩大应用领域入手，利用陶瓷发光釉开发各种陶瓷类新产品，如公路指引标志，拓展其应用范围。

参考文献

发光陶瓷釉料的应用现状和展望 篇2

在中国几千年灿烂的艺术文化中, 陶瓷艺术一直占据着比较重要的地位[1]。而对于陶瓷艺术而言, 其中的釉料又是极其关键的一个部分。通常来讲, 所谓的陶瓷釉料是一种覆盖在陶瓷坯体表面的均一玻璃质薄层。对于陶瓷制品来说, 陶瓷釉料可以改善使用性能、起到装饰作用等[2,3]。在陶瓷釉料的分类中, 能发光的陶瓷釉又被叫做夜光釉, 它的特点主要是在光源撤去后仍能持续发光 (一段时间) [4]。到目前为止[5,6,7,8], 陶瓷发光釉有许多的不足, 如发光强度低、釉料物理化学性质不稳定、余辉时间短等。甚至在发光釉中有时为了发光性质的提高会加入放射性元素, 这样会对环境造成污染并且对人体有危害。与此形成鲜明对比的是, 出于对大型建筑的紧急照明、逃生指示系统高等原因, 现在许多科研工作者对于发光材料的制备和机理研究投入了极大的兴趣。本文就发光釉这一块的研究现状和发展趋势进行综述分析, 以期对这类材料的研究、开发和应用起到抛砖引玉的作用。什么是发光物质?物质中的稀土或过渡金属离子吸收辐射能量 (通常经过弛豫过程) , 发出比吸收能量低的辐射, 这个发光过程的载体物质就可以称为发光物质[9]。按照吸收不同的辐射激发源, 激发方式可以分类为化学发光材料、光致发光材料、电致发光材料等。在本文中所涉及的主要是光致发光的陶瓷发光釉的讨论, 它的发光主要是由于釉中发光离子 (粒子) 以分散的悬浮形式分布在釉层中并且吸收光致辐射, 之后产生 (长) 余辉发光[10]。

1 材料的发光机理

在研究材料发光的历史上, Zn S∶Cu的发光性能研究是最早的 (1866年) 关于长余辉发光材料的研究工作[11]。之后在1946年, 日光照射后发射辐射在400~520 nm的有色光在Sr Al2O4∶Eu系统中也被HC Froelich研究团队发现[12], 并且这一研究带动了这一类氧化物长余辉发光陶瓷的研究。 (长) 余辉的定义为:材料在激发停止后继续发光, 持续的时间成为余辉时间。通常, 余辉时间若是小于1μs的称超短余辉, 1~10μs间的称短余辉, 10μs~1 ms间的称为中短余辉, 1~100 ms间的称为中余辉, 而100 ms~1 s间的称为长余辉, 大于1 s的称为超长余辉[9]。根据发光机理的不同, (长) 余辉材料又可以分为蓄能型和自发型两种。自发型的 (长) 余辉材料又叫永久发光材料, 它的机理是通过自身携带的放射性同位素在蜕变过程中发射的粒子来进行激发发射粒子 (离子) 。蓄能型的 (长) 余辉材料的机理是在外部光源的照射下吸收辐射能量, 在移除光源后仍能持续一段 (长) 时间的发光材料[9,14]。本文中多是以蓄能型 (长) 余辉材料加以讨论, 因为前一种极易对环境和人体造成伤害。蓄能型 (长) 余辉材料多是通过添加稀土离子或是 (和) 过渡金属离子来吸收和发射辐射。针对添加的不同离子类型许多学者提出了不同的模型来解释发光过程和原理, 其中有电子-空穴模型、位坐标模型、空穴转移模型和复合发光模型等[13]。目前为止, 不同的模型都只能部分的解释 (长) 余辉的发光机理, 且很多模型都还是在理想的假设层面上。

下图1给出了经典的离子能级陷阱模型的示意图, 可以用来解释 (长) 余辉发光材料的发光机理[9], 从这个示意图中可以很好的解释 (长) 余辉的发光机理。当激活剂 (稀土或过渡金属离子) 掺杂到主晶格基质后会在靠近导带 (CB) 的下部位置形成一系列的杂质能级 (图1中的横线, 禁带中) , 这些能级起到陷阱作用并束缚在导带中运动的电子。只有在外力 (比如辐射等) 的作用下才会被重新释放。具体过程如下, 激活剂吸收辐射能从基态跃迁到激发态后 (过程1) 立即 (经过弛豫过程) 直接返回基态能级的过程会产生荧光发射 (过程2, 非余辉现象) 。当然, 伴随着过程2会发生过程3, 也就是光致激发还会促使一些电子跃迁到CB上并被束缚在陷阱中 (过程5) 。当被束缚的电子获得足够的能量 (E) 从陷阱能级中释放出来 (过程4) , 这时会有两种可能:1) 这些释放的电子从新被陷阱束缚;2) 通过CB跃迁到发光离子的激活态 (过程6) 。 (长) 余辉发光的现象就是由于发生了过程6, 之后逃逸电子与发光中心离子再复合而发生辐射的过程[9,14]。在这里, 余辉时间的长短与被陷阱俘获的电子的数量N以及这些电子获得的能量E有关, N越多, 余辉时间越长。E在一定范围内越多, 余辉时间越长, 但当达到可以使陷阱中电子全部释放的值时, 就不会有助于余辉时间的延长。在理论上, 余辉时间!可以用下面公式1给出:

其中S是以被困陷阱内电荷载体的振动频率成比例的前因子。当ET的值为0.2 e V, 0.7 e V和1.5 e V时, τ的值通过计算分别为1 ns, 1 ms和106年[15]。

2 陶瓷发光基础釉的特点和研制原理

和其他系列的 (长) 余辉发光材料一样, 陶瓷发光釉也是有主晶格 (基础釉) 和发光离子 (发光粉) 构成的。和一般的陶瓷熔块釉的制备相比, 发光釉中的基础釉明显不同并带有显著的特点[16]:1) 为使发光粉均匀的分散包裹在基础釉内并且为了预防其与空气接触而氧化, 基础釉的始熔温度不能太高;2) 根据坯釉适应性原理, 为防止釉面开裂, 基础釉的热膨胀系数要低;3) , 基础釉中不能含有会与发光粉 (中的离子或粒子) 发生化学反应和湮灭作用的成份;4) 为防止釉面含碳变黑, 基础釉中最好不要含有机添加剂。而对于发光釉中基础釉的基础原理应从以下几个方面加以考虑:1) 无规则网络学说[17]。通常, 釉中的桥氧数越多, 结构越紧密并且热膨胀系数越小。而桥氧数是由釉中的网络形成离子和网络改变离子的种类和数量决定的。2) 注意B2O3引起的反常现象 (热膨胀系数的变化) 。通常, 若釉中B2O3的含量越高, 这种反常现象越明显。3) 根据相图来研制发光陶瓷基础釉[16]。根据发光釉的组成特点 (基础釉+发光粉, 其中的发光粉又由发光基质和激活剂组成) , 所以发光釉的制备方法无外乎下面几种[18]:1) 共烧成法, 也就是把发光基质、激活剂和基础釉配好混合一起烧成, 在烧成之后自动生成可发光的釉。2) 分步法, 把发光基质和激活剂先制备成长余辉荧光粉再和基础釉一起烧成发光釉。通常, 第一种方法制备过程中对于烧成制备比较严格, 必须同时考虑到发光粉和基础釉的烧成温度和保温时间, 并且发光基质和基础釉容易产生副反应。第二种方法相对来说就可以专门的调节发光粉的性能 (亮度、余辉时间等) 并且一般不会产生发光粉和基础釉之间的副反应。目前为止, 陶瓷发光釉多采用的是第二种方法制备的[3]。

3 陶瓷发光釉在陶瓷工艺中的研究进展

3.1 金属硫化物系列

在无机发光材料系列中, 金属硫族化合物是十分重要的并且应用十分广泛[19]。通常, 这类化合物的通式为MX, M包括Mg、Zn、Cd和Ca等金属离子, X包括O、S、Se和Te等阴离子。在以前的研究中, MX系列长余辉材料一般是通过加入放射性元素来发光的, 但考虑到这种自发光型材料的致命弱点 (放射性和价格昂贵) , 现在已经基本上过渡到MX系列的蓄能型长余辉发光的研究 (通过掺杂激活剂离子如Eu, Dy等以延长余辉时间) 。这类化合物是非常适合作为发光基质的, 当添加过渡金属离子如Ag、Cu、Mn和Pb等可以生产中性能良好的发光粉。在MX系列长余辉材料中, 目前Zn S、Ca S是研究最多的。在Zn S中, 当Zn/S的比例偏离严格的化学计量时 (1∶1) , 晶格中的S缺陷使其自身可以发光 (F色心类型发光) 。当加入激活离子Cu后 (以Cu+形式存在于晶格中) , 其位置有几种可能:1) 处于晶格间隙;2) 与卤素阴离子 (作为助溶剂加入) 共同组成发光中心;3) 处于晶格缺陷附近;4) 处于无序的格位。这几种Cu+格位并不绝对互相排斥, 甚至可能共同存在[9]。这样, 通过加入不同的激活剂离子并且这些离子具有不能的晶格能, 因此, 这类长余辉发光材料得到普遍关注并运用于陶瓷发光釉料。比如在1987年, 王文峰等探讨了发光釉的制备技术并对荧光陶瓷彩釉砖进行了探讨[20]。1990年, Tyuzo Takai等以Zn S∶Cu作为发光粉的陶瓷发光釉被首次制备出来并探讨了发光机理[21]。同时期的九十年代, 我国材料工作者李万军[22]、孙运亮[23]等人也分别从实验中总结了长余辉陶瓷釉的发光机理。最近, 卢显儒等制备了烧成温度在820℃左右以Zn S为发光基质的发光釉, 并且余辉时间可达20~30 min[24]。通常, 使用MX类发光材料的发光陶瓷釉性能稳定, 但是如果受潮或是长时间暴露在强紫外光下发光粉会变质变黑, 这会导致余辉时间缩短、强度下降甚至发生猝灭[3]。此外, MX类发光粉的废弃物处理费用较高并且对周围环境会产生有害的影响, 这从一定程度上限制了这一类发光陶瓷釉的使用[2]。基于以上原因, MX掺杂发光激活剂类发光釉至今还没有得到大规模的开发和使用。

3.2 稀土离子掺杂

常用的蓄光型发光材料发光粉的基质载体一般为薄铝板材 (发光粉可以喷涂在其上形成发光图案) 、油漆、塑料等容易通过温度制度就能定型的材料, 目前这一类的发光材料在安全疏散指示、消防安全等领域应用广泛[25,26]。以油漆、塑料等基质材料相比, 陶瓷制品具有许多很好的优点 (耐高温、强度大、装饰美、寿命长) 。从上世纪九十年代开始的第三次发光材料革命的开始, 标志着以稀土铝酸盐、硅酸盐和铝硅酸盐 (发光基质) 掺杂稀土离子 (激活剂离子) 的蓄能型新一代发光材料的到来。由于这一类的发光基质普遍具有无毒害、无放射性、化学性质稳定并且其余辉时间和强度是以Zn S为代表的传统发光材料的30~50倍[25,26]。因此, 陶瓷发光材料制品可以集陶瓷基材料的优点和蓄光材料的优点于一身, 使得这一领域的产品用途广泛。事实陶瓷类发光材料现阶段是材料研究人员的工作重点, 相应的制品也被人们普遍接受并且使用量每年都在增加。

对于蓄能型的陶瓷发光釉来说, 其共同的特点就是发光强度高、余辉时间较长, 并且其使用灵活, 可以作为底釉使用, 还可以喷淋、丝网印刷、手绘等[3]。目前, 这一类的发光陶瓷制品已经有一些系统的研究并取得了一些很好的成果。张玉军等利用铝酸锶作为基质材料掺杂激活剂Eu离子得到了余辉时间长、强度高的陶瓷发光釉料[27]。张希艳等人利用铝酸盐类陶瓷基体共掺杂激活剂离子Eu2+, Dy3+也得到了性能很好的长余辉陶瓷制品[28]。1975年, 日本也有大学研究了硅酸盐长余辉材料Zn2Si04∶Mn2+, As3+的发光性能, 且余辉时间很长[29]。万红峰等在显著降低烧成温度的前提下研究了Sr2Mg Si2O7∶Eu2+, Dy3+发光粉的发光性能, 并系统的讨论了工艺参数等对釉面质量的影响因素[30]。除了较为成熟的发光基质材料碱铝酸盐外, 肖志国等人系统的开展了硅酸盐体系发光基质的材料研究并得到了比较实用的陶瓷发光釉制品[2]。通常情况下, 硅酸盐比铝酸盐类陶瓷发光釉更具更好的化学稳定性和使用性能, 所以硅酸盐类陶瓷基质是未来陶瓷发光制品的发展研究方向[3]。

4 长余辉发光釉工业化现状

虽然第三次发光材料革命已经开始, 但是目前市场上还没有太多成熟的产品可供选择, 总体来说, 市面上还是以Zn S发光基体为主的传统发光材料占主体。然而, 这一类的发光材料在使用性质上普遍发光强度低、环境适应性差、余辉时间短等缺陷也使其在市场上已经面临淘汰的边缘[31]。现阶段可成熟生产出成品的陶瓷发光材料主要还是以Zn S和铝酸盐类为基质的中低温烧成发光釉, 使用条件也比较苛刻。而且, 由于发光材料的类型不同、生产工业参数差别较大等使得以Zn S和铝酸盐类为基质的陶瓷发光材料产品的品质差异非常大。同时要保证基础釉对发光粉的熔 (融) 解度小并且不能共存有猝灭性的离子, 这就要求基础釉和发光粉的相容性要非常好。相比于上述两类陶瓷发光釉制品并且在国家节能减排的号召下, 我国的建筑卫生陶瓷生产逐步的向低温快速烧成转变, 这样的烧成制度很适合生产硅酸盐类陶瓷发光釉, 所以硅酸盐类陶瓷发光釉具有更大的发展空间[3]。对于发光粉和陶瓷发光基础釉的适应性研究也有一些报道, 大多数集中在铝硅酸盐这一类发光材料的表面处理技术上。虽然表面处理技术比如包膜技术可以提高发光粉的表面性质, 但这一工艺步骤复杂且生产量一般比较小, 各个工艺流程之间的损失也比较大, 这直接会造成生产成本过高、市场销售不好。总而言之, 现在市场上的长余辉发光陶瓷釉的选择性不多, 性质不够好。因此, 为适应现代社会对于陶瓷制品多样化生产需要, 生产出性质好、产量高的蓄能型陶瓷发光釉是很有市场前景的。

5 展望