專利名稱：低壓汞蒸氣放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓汞蒸氣放電燈，它包括一透輻射的玻璃放電容器，此容器以氣密方式封住電空間，容器中裝有汞填料和稀有氣體，而一保護(hù)層包括從鎂、鋁、鈦、鋯和稀土類形成的系列中選出的至少一種元素的至少一種氧化物，此保護(hù)層設(shè)在放電容器面向放電空間的表面處，保護(hù)層基本沒有大于1μm的顆粒。這種燈還包括在放電空間中維持電氣放電的裝置。
保護(hù)層對(duì)于因和汞互相作用而使放電容壁劣化有紓緩的作用，因而對(duì)燈在使用壽命期間保持流明量產(chǎn)生有利的影響。本說明書和權(quán)利要求中所用的術(shù)語“稀土類”應(yīng)理解為包括了元素鈧、釔、鑭和鑭族元素。汞能通過由具有直徑大于1μm顆粒制成的保護(hù)層，因而雖有保護(hù)層，汞還是會(huì)和壁相接觸。
US 4,544,997公開了一種燈，其中的保護(hù)層是薄膜型的，它基本上是由鈧、釔、鑭、釓、鐿和镥形成的組合中的至少一個(gè)元素的氧化物的溶液沖到放電容器的整個(gè)內(nèi)表面上，而在沖洗后將留在內(nèi)表面的薄膜加以干燥燒結(jié)。
在已知的低壓汞蒸氣放電燈中已發(fā)現(xiàn)可供燈工作的汞的量比較快就會(huì)減少、雖然在設(shè)置保護(hù)層的燈中，汞的可用量的減少，此后稱為汞的消耗，比起其他已知的低壓汞燈來是相對(duì)小的，從引用美國(guó)專利得知的燈為實(shí)現(xiàn)燈有足夠長(zhǎng)的壽命，仍然需要比較高的汞的劑量。這在燈的壽命完結(jié)時(shí)由非專業(yè)人士來處理的情況下，對(duì)環(huán)境是不好的。
高汞劑量還會(huì)妨礙在經(jīng)濟(jì)上合理使用摻以196Hg的汞。從US4,379,252得知，其汞填料是摻以這種同位素的燈具有相當(dāng)高的發(fā)光率。然而由于這種同位素相當(dāng)貴，并由于這種量所需的同位素?cái)?shù)量的成本高，這種好處就會(huì)因高劑量的汞而消失。
本發(fā)明的目的是要提供一種在開端段落中提到的燈，這種燈消耗比較小量的汞。
根據(jù)本發(fā)明，供這種目的使用的燈其特征在于，在面向放電空間的放電容器的表面和保護(hù)層之間提供了排斥堿金屬的中間層。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在已知燈的使用壽命期間汞會(huì)損耗掉，對(duì)于僅僅一保護(hù)層來說，特別是堿金屬，例如從玻璃壁產(chǎn)生的鈉和鉀，會(huì)擴(kuò)散通過保護(hù)層，隨后與來自填料的汞形成汞齊。汞因而被束縛住，只能以較少數(shù)量或全部不能供燈工作使用。根據(jù)本發(fā)明的燈中，排斥堿金屬的中間層防止堿金屬到達(dá)保護(hù)層。汞的消耗部分是由于汞也在放電容器壁之外的其他局部地方被束縛引起的。對(duì)于帶有電極的燈所作的濕式化學(xué)分析指出在5000小時(shí)的工作期間約有150μg的汞是消耗在壁以外的局部地方。根據(jù)本發(fā)明的措施對(duì)汞的總消耗在一種這樣的燈中有相對(duì)最大的效果，這種燈的放電容器具有比較大的內(nèi)表面面積。本發(fā)明的措施對(duì)于大負(fù)載的燈，即壁負(fù)載是500W/cm2和更高時(shí)的燈是特別重要的。如果沒有排斥堿金屬的層，堿金屬就會(huì)在溫度的影響下通過保護(hù)層的較強(qiáng)的擴(kuò)散經(jīng)常在這種燈中發(fā)生。
在一種引人注意的實(shí)施例中，排斥堿金屬的中間層是由氧化硅制成的。氧化硅形成一種反抗堿金屬離子的非常良好的阻擋層。該燈的制造比較簡(jiǎn)單。只要用四乙基原硅酸鹽溶液沖洗放電容器的內(nèi)表面就足夠了，之后留在表面上的硅化物就在空氣中水解。緊接之后就可以形成保護(hù)層。熱處理有利于增加層的密度以排斥堿金屬。熱處理可以和保護(hù)層的熱處理合在一起進(jìn)行。如果保護(hù)層也不需要單獨(dú)的熱處理，且如果發(fā)光層是以懸浮態(tài)的發(fā)光材料的形式在燈中形成，則排斥堿金屬層的熱處理就可以和把輔助物例如粘合劑從懸浮液驅(qū)出的熱處理結(jié)合起來。
排斥堿金屬的層也可以這樣取得，即用酸例如檸檬酸來處理放電容器的內(nèi)表面時(shí)取得。這樣做可從放電容器的內(nèi)表面除去鈉、鉀和其他離子，因此所說離子在建立的層中的濃度是在朝著內(nèi)表面的方向上逐漸減少，使得有一主要是氧化硅的層保留在表面附近。在這種情況下增加層的密度的熱處理是有利的。
注意，US 3,544,828公開了一種低壓汞蒸氣放電燈，其中放電容器面向放電空間的表面形成有排斥堿金屬的氧化硅層。這層是這樣獲得的，靠著內(nèi)表面形成了溶解在有機(jī)溶劑，例如丁醇的聚硅氧烷樹脂，例如聚甲基硅氧烷。將該層干燥，從而產(chǎn)生聚合作用，并將該層氧化。雖然排斥堿金屬的層在燈的壽命期間有助于發(fā)光的維持，但汞消耗的減少只是有限的。在這燈中，沒有保護(hù)層，由于汞原子在擴(kuò)散通過排斥堿金屬的層后部分被排斥堿金屬的層束縛住，部分和來自玻璃的堿金屬形成汞齊，因而在燈的工作期間損失了很大量的可用汞。
在本發(fā)明的燈中，保護(hù)層和排斥堿金屬的中間層結(jié)合起來。另一方面，保護(hù)層防止汞到達(dá)排斥堿金屬的層。另一方面，排斥堿金屬的層妨礙堿金屬朝保護(hù)層的擴(kuò)散。排斥堿金屬的層中的汞的吸收和堿金屬汞齊化因而相抵消，使汞的消耗大大減少。重要的是保護(hù)層和排斥堿金屬的中間層應(yīng)按上述次序出現(xiàn)。如果保護(hù)層是在放電容器的表面和排斥堿金屬的層之間，則在保護(hù)層的排斥堿金屬層之間就不會(huì)有協(xié)作作用。
排斥堿金屬的中間層和保護(hù)層可從例如溶解在有機(jī)溶劑的金屬有機(jī)化合物形成。另外，保護(hù)層和/或排斥堿金屬的層可以從金屬化合物的水溶液或懸浮液獲得。
根據(jù)本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的引人注意的實(shí)施例，其特征在于，排斥堿金屬的中間層的涂層重量在5μg/cm2之間。另一方面，不管實(shí)踐中發(fā)生的局部厚度變化如何，要保護(hù)中間層有足夠的厚度。另一方面，中間層不要那樣厚，因需要有特殊的措施以防止在中間層形成期間引起的破裂。在該燈的引人注意的實(shí)施例中，保護(hù)層的涂層重量也以同樣理由而在10μg/cm2和250μg/cm2之間。
在本發(fā)明的燈的一種引人注意的實(shí)施例中，保護(hù)層包括從鈧、釔、鑭、釓、鐿和镥形成的組合中選出的至少一個(gè)元素的至少一種氧化物。這些金屬的氧化物能很好地透過UV(紫外)輻射。因而非常適用于沒有發(fā)光層的燈，例如消毒用的燈和帶有UV發(fā)射層的燈，例如太陽床燈。
對(duì)于一般照明用的燈來說，放電空間中所產(chǎn)生的輻射由發(fā)光層轉(zhuǎn)化為可見輻射，此時(shí)采用特殊的實(shí)施例也是有利的，其中的保護(hù)層包括氧化鈦和/或氧化鋯。在這些燈中使用這些金屬的氧化物的好處是它們可以比較強(qiáng)烈地吸收波長(zhǎng)在350nm以下的輻射。這種做法，阻礙了不是由發(fā)光層轉(zhuǎn)化來的UV輻射可能到達(dá)壁，UV輻射會(huì)有害地影響玻璃的透射率。
在以下的實(shí)施中得到了非常有利的結(jié)果，其中的保護(hù)是由平均直徑為10和100nm之間的顆粒組成，而保護(hù)層具有至少25μg/cm2的涂層重量。顆?？梢詰腋∫盒问皆谂懦鈮A金屬的層上形式。由于顆粒的尺寸比較小，又不經(jīng)熱處理，故對(duì)排斥堿金屬的層有良好的粘著力。
在本實(shí)施例的有效修改中，保護(hù)層由氧化鋁顆粒制成，雖然這種保護(hù)層起始的汞消耗量是比較高的，但和使用氧化釔層比較起來，在長(zhǎng)期例如500小時(shí)的工作后，汞的消耗量比較低甚至是很低的。
值得注意的是，本發(fā)明的措施之所以重要，在于不論是在放電空間安置一對(duì)電極，還是采用另一措施，例如封閉在放電容器的凹槽中，放電都得以維持。
參考附圖以更詳盡地說明本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈的實(shí)施例。其中燈以縱截面圖示出。
附圖中所示的低壓汞蒸氣放電燈包括一透光的石灰玻璃放電容器10，它封閉著一放電空間，其中有500μg汞填料12和稀有氣體。放電容器10長(zhǎng)120cm，內(nèi)徑為2.5cm。從鎂、鋁、鈦、鋯和稀土類形成的系列中選出的至少一個(gè)元素的至少一種氧化物的保護(hù)層14位于面對(duì)放電空間11的放電容器的表面上。這種情況中的保護(hù)層14是以薄膜型形成的，它基本上是涂有20μg/cm2重量的氧化釔密封層。由于該層是薄膜類的層，它基本上沒有大于1μm的顆粒。燈還具有裝置20，這里是以電極21a和21b的形式彼此對(duì)立安置在放電空間11中，用以在放電空間11中維持放電。在面向放電空間11的放電容器10的表面13和薄膜型保護(hù)層14之間有排斥堿金屬的層15。排斥堿金屬的中間層15是由具有8μg/cm2涂層重量的氧化硅層形成的。在發(fā)綠光的由鋱激活的鋁酸鈰鎂(CAT)、發(fā)藍(lán)光的由兩價(jià)銪激發(fā)的鋁酸鋇鎂(BAM)和發(fā)紅光由三價(jià)銪激活的氧化釔(YOX)組成的本實(shí)施例中，在保護(hù)層14上設(shè)置了具有2mg/cm2涂層重量的發(fā)光層16。在本發(fā)明燈的另一種施例中，沒有發(fā)光層。這種實(shí)施例的燈適用于例如消毒用的UV輻射器。
制造了參考


的本發(fā)明實(shí)例(AB)的五種燈和不按本發(fā)明(BB)的五種燈，后者的放電容器具有唯獨(dú)的涂層重量為40μg/cm2的保護(hù)層。這些燈每一種都含有500μg汞。五種燈(BA)的制造都是將保護(hù)層設(shè)置在放電容器的內(nèi)表面和排斥堿金屬的層之間。這些燈(BA)的排斥堿金屬的層和保護(hù)層分別具有8和12μg/cm2的涂層重量。這些燈摻以1000μg的汞。
在燈AB和BA中是這樣獲得排斥堿金屬的層的，即用四乙基原硅酸鹽溶和鹽酸的乙醇溶液沖洗面向放電空間的放電容器的表面，然后使放電容器干燥。燈AB、BB和BA中的保護(hù)層是這樣形成的，即以釔乙酰丙酮混以醋酸丁酯和丁醇沖洗放電容器的內(nèi)表面。另一種做法是可用水溶液獲得保護(hù)層。將保護(hù)層干燥隨后燒結(jié)之。最后步驟是，發(fā)光層以常用方法以光材料的懸浮液制得，之后將發(fā)光層干燥并加熱處理以驅(qū)出在發(fā)光層中出現(xiàn)的輔助物質(zhì)，例如粘合劑。
燈AB、BB和BA都經(jīng)受過壽命測(cè)試。在壽命測(cè)試期間，燈和電感鎮(zhèn)流器串聯(lián)在50Hz頻率下工作。工作100，500和1000小時(shí)后測(cè)試中斷以測(cè)量燈的汞消耗。測(cè)量時(shí)，燈在交變的直流電壓下工作。表1給出測(cè)試結(jié)果。所用的測(cè)試方法根據(jù)的現(xiàn)象是，在直流工作時(shí)燈中的游離汞移向負(fù)電極。汞的位移可在正電極的附近端以燈所輻射光強(qiáng)減少的形式看出來。在測(cè)試期間實(shí)施測(cè)試方法中，DC(直流)電壓的極性毗鄰正極端部的發(fā)光強(qiáng)度下降到額定值的60％時(shí)反轉(zhuǎn)過來。由這時(shí)刻到毗鄰相對(duì)端部發(fā)光強(qiáng)度下降到額定值的60％的時(shí)刻之間的時(shí)間是游離汞仍可資利用的量的量度，也即是汞消耗量的量度。這種測(cè)量方法是通過用濕式化學(xué)分析所得的結(jié)果檢查出來的。<
與保護(hù)層比較起來，排斥堿金屬的中間層雖然比較薄，但從測(cè)量發(fā)現(xiàn)，如果燈(AB)的保護(hù)層與排斥堿金屬的中間層結(jié)合且中間層安置在面向放電空間的表面和保護(hù)層之間，就比只有保護(hù)層的燈(BB)有較低的汞消耗。相反，在排斥堿金屬的層是在保護(hù)層上的燈(BA)中，產(chǎn)生非常高的汞消耗，實(shí)際上，在100和500小時(shí)的工作時(shí)期燈中所有的汞都已經(jīng)消耗完。
為了作進(jìn)一步的壽命試驗(yàn)，制造了按本發(fā)明的相似的燈(I)，這時(shí)在排斥堿金屬的中間層上氧化鋯保護(hù)層具有22μg/cm2的涂層重量，且中間層由帶有涂層重量為15μg/cm2的氧化硅制成，發(fā)光層的涂層重量為3μg/cm2。作為比較，制得的燈(II)只具有涂層重量為22μg/cm2的氧化鋯保護(hù)層。在這種情況中，氧化鋯層都是以氧銑基硝酸鹽為基礎(chǔ)的水溶液的形式制成的。放電空間供以1mg汞填料和稀有氣體。燈的汞消耗量是在100和500小時(shí)工作后測(cè)量的。表2給出了結(jié)果。表中也給出了100至500小時(shí)工作期間的消耗。
雖然類型I和II的燈在短期(100小時(shí))中具有大約相等的汞消耗，但在長(zhǎng)期(500小時(shí))中，本發(fā)明(I)的燈的汞消耗要小得多。本發(fā)明在100至500小時(shí)中的汞消耗大約降低了一半。
根據(jù)本發(fā)明為進(jìn)一步做壽命試驗(yàn)而制得的相似燈(I)，現(xiàn)具有氧化鋁的保護(hù)層及排斥堿金屬用的氧化硅中間層。排斥堿金屬的中間層是通過以4.1體積％的四乙基原硅酸鹽和3體積％1N鹽酸在乙醇中的溶液沖洗面向放電空間的表面，之后將留在表面上的硅酸鹽在空氣中水解而制得的。然后將氧化鋁層制成Alon-C顆粒的懸浮液。懸浮液是通過將50g Degussa的Alon-C和6ml醋酸作為穩(wěn)定劑在500mg水中經(jīng)24小時(shí)輥臺(tái)上一有冰石球的容器中的均化而制得的。此后將另外80ml水和16ml流動(dòng)助劑Antarox加到懸浮液中。氧化鋁懸浮液留在氧化硅層上的顆粒在沖洗后加以干燥。這之后發(fā)光層就以通常的方法以發(fā)光材料的懸浮液形式制得。然后將燈熱處理，將出現(xiàn)在氧化鋁發(fā)光層中的輔助物質(zhì)驅(qū)出。保護(hù)層和中間層各有60μg/cm2和15μg/cm2的涂層重量。發(fā)光層具有3μg/cm2的涂層重量。作為比較制得了不按本發(fā)明的燈(II)，它的氧化鋁保護(hù)層2帶60μg/cm2的涂層重量。在所有情況下?lián)搅?00μg汞。汞的消耗量示于表3。從本壽命測(cè)試，也顯然看出本發(fā)明的燈較只具保護(hù)層的燈有相對(duì)低的汞消耗量。
權(quán)利要求
1.一種低壓汞蒸氣放電燈包括透輻射的玻璃放電容器(10)，此玻璃放電容器以氣密方式封閉放電空間(11)并供有汞填料(12)和稀有氣體，一保護(hù)層(14)包括從鎂、鋁、鈦、鋯和稀土類形成的系列中選出至少一種元素和至少一種氧化物。此保護(hù)層設(shè)在面向放電空間(11)的放電空器(10)的表面處，該保護(hù)層(14)基本上沒有大于1μm的顆粒，該燈還包括在放電空間(11)的維持放電的裝置(20；21a、21b)，其特征在于，在面向放電空間(11)的表面(13)和保護(hù)層(14)之間有排斥堿金屬的中間層(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，排斥堿金屬的中間層(15)是由氧化硅制成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，排斥堿金屬的中間層(15)具有介于5μg/cm2和250μg/cm2之間的涂層重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，保護(hù)層(14)具有介于10μg/cm2和250μg/cm2之間的涂層重量。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求1至4的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，保護(hù)層(14)包括從鈧、釔、鑭、釓、鐿和镥形成的組合中選出的至少一種元素的至少一種氧化物。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求1至4的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，保護(hù)層包括氧化鈦或氧化鋯。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求1至4的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，保護(hù)層由具有平均直徑在范圍10和100nm之間的顆粒組成，且保護(hù)層具有至少為25μg/cm2的涂層重量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，保護(hù)層由氧化鋁制成。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求1至4的低壓汞蒸氣放電燈，其特征在于，燈還另提供以一發(fā)光層。
全文摘要
本發(fā)明的低壓汞蒸氣放電燈包括一透輻射的玻璃放電容器(10)，它以氣密方式封閉著放電空間(11)，并有汞填料(12)和稀有氣體。該燈在放電空間有維持放電的裝置(20，21a、21b)，排斥堿金屬由例如氧化硅制成的中間層位于面向放電空間的放電容器表面(13)，中間層(15)支承保護(hù)層(14)，保護(hù)層包括從鎂、鋁、鈦、鋯和稀土類形成的系列中選出至一種元素的至少一種氧化物，且基本上沒有大于1μm的顆粒。本發(fā)明的燈具有較低的汞消耗量。
文檔編號(hào)H01J61/72GK1136857SQ95191022
公開日1996年11月27日 申請(qǐng)日期1995年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月25日
發(fā)明者C·J·蘆澤克蘭斯, H·C·G·韋爾哈 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司