專利名稱：低壓汞蒸汽放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配置有放電容器的低壓汞蒸汽放電燈，所說的放電容器有傳輸放電容器中產(chǎn)生的輻射的管形部分并有第一和第二端部，該放電容器形成一放電空間，放電空間中心密封方式填充有汞和惰性氣體等填充物，而每個端部支承一裝在放電空間內(nèi)的電極，供電導(dǎo)線從電極引出，通過端部到放電容器外部，放電容器的管形部分在相對放電空間的表面上設(shè)置金屬氧化物層。
美國專利4,544,997公開了一種這樣的燈。此已知燈的放電容器的管形部分有由鈧、釔、鑭、釓、鐿和镥等元素構(gòu)成的組中的至少一種元素的至少一種氧化物層。由于與汞的相互作用此金屬氧化物層減少了對放電容器管形部分的壁的腐蝕，因而對維持燈的輻射輸出有良好的作用。通過用金屬有機化合物溶液沖洗放電容器的與放電空間相對的表面并將在與放電空間相對的表面上保留的膜烘焙并燒結(jié)來獲得金屬氧化物層。
此金屬氧化物層要達到燈的汞消耗量即在燈工作期間附著于燈元件并已不適合燈工作的汞量，與沒有金屬氧化物層的燈中的汞消耗量相比是較低的。盡管如此，對于該公知的燈來說，為了得到足夠長的壽命，較高的汞劑量仍是必須的。這在燈壽命結(jié)束由外行來處理時對環(huán)境是有害的。此外，高的汞劑量在經(jīng)濟上阻礙了在汞中添加196Hg(196汞)的實際應(yīng)用。由US4,379,252可知，汞填料中加進這種同位素的燈有較高的效能。然而這種同位素是相當(dāng)昂貴的，所以在高的汞劑量情況下，由于這種劑量所需的同位素量的成本太高，也就失去了這種優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是提供在開關(guān)的章節(jié)的描述中提供一種耗汞較小的燈。
按照本發(fā)明，達到此目的燈的特征在于第一和第二端部在與放電空間相對的每個表面上都設(shè)置金屬氧化物層。
與放電空間相對的端部的所有表面區(qū)域比管形部分的表面區(qū)域少。然而，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，盡管如此，在已知燈中加到端部的汞量與加到管形部分的汞量相同。此外，意外地發(fā)現(xiàn)，在端部金屬氧化物的存在不僅大大減少了汞對端部的粘附，而且也顯著地降低了加到管形部分的汞量。假定當(dāng)端部上不存在金屬氧化物層時，非本發(fā)明的燈的端部釋出諸如CO2和H2O等雜質(zhì)。在工作期間端部承受較高的溫度，就會促進所說的雜質(zhì)的解吸附。所說的雜質(zhì)能通過放電空間遷移到其它燈元件上并與填料中的汞起反應(yīng)，因此這種汞消耗在燈的工作中。假定在端部的金屬氧化物層減少了雜質(zhì)的解吸附。
在這些部分沉浸在金屬氧化物粒子的懸浮液的情況下，金屬氧化物層可以制備在端部上，隨后烘干并燒結(jié)在其上所保留的敷層，即加熱，以從該層中排出諸如粘結(jié)劑等輔助材料。因此，例如由于端部沉浸在金屬有機化合物的溶液中，能提供這樣的層，而且隨后干燥和加熱該層。
本發(fā)明燈的優(yōu)選實施例的特征在于與放電空間相對的端部表面上的金屬氧化物層包括氧化鋁和/或氧化釔。已發(fā)現(xiàn)氧化鋁和/或氧化釔層可更多地降低汞損耗。
本發(fā)明燈的有吸引力的實施例的特征在于，與放電空間相對的管形部分的表面上的金屬氧化物層包括由鎂、鋁、鈦、鋯和稀土金屬等構(gòu)成的系列中的至少一種元素的至少一種氧化物層。在本說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“稀土金屬”可理解為鈧、鐿、鑭和鑭系元素。這樣的層是非常非常不活潑的，因而從長遠(yuǎn)觀點看，填料中的汞與金屬氧化物層之間的反應(yīng)而造成的汞消耗是很小的。
按照本發(fā)明的燈的實施例得到良好的結(jié)果，其特征在于管形部分的金屬氧化物層包括氧化鋁和/或氧化釔。例如以氧化鋁/氧化釔粒子的懸浮液的形式，通過噴霧懸浮液或者在放電容器的內(nèi)表面上流過這種懸浮液，可提供這樣一種層。
一有利的實施例的特征在于在與放電空間相對的表面和金屬氧化物層(下文稱為保護層)之間，放電容器的管形部分還裝有作為抗堿金屬層的其它金屬氧化物層。抗堿金屬層妨礙堿金屬離子，例如鈉和鉀離子從放電容器壁到放電空間的遷移。從而減少了由于與堿金屬形成汞齊而產(chǎn)生的汞損耗。
按照本發(fā)明的燈的優(yōu)選實施例的特征在于其它的金屬氧化物層包括氧化硅。氧化硅對堿金屬離子形成非常好的阻擋層。很容易提供這樣一種層。只要用水解四乙基原硅碳酸酯溶液沖洗與放電空間相對的放電容器的表面就可以了。在干燥如此設(shè)置在該表面上的氧化硅層之后，可直接設(shè)置金屬氧化物層。熱處理對于增加層的密度是有利的。此熱處理，例如與保護層的熱處理一致。如果無須對保護層單獨熱處理，就能使該熱處理與在發(fā)光層以懸浮的形式設(shè)置在燈上的情況下從發(fā)光材料的懸浮液中驅(qū)除諸如粘結(jié)劑等輔助材料所進行的熱處理一致。
放電容器支承一發(fā)光層，它由發(fā)藍(lán)光的用二價銪激活的鋇-鎂鋁酸鹽(BAM)、發(fā)綠光的用鋱作為激活劑的鈰-釓-鋱五硼酸鹽(CBT)、和發(fā)紅光的用三價銪激活的氧化釓(YOX)構(gòu)成。這種燈的實例適用于照明目的。在本發(fā)明的燈的另一實施例中不存在發(fā)光層。燈的這種實施例適合用作例如以殺菌為目的的UV輻射器。
將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的燈的這些和其它方面。


圖1示出本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈實施例的縱剖示圖。
圖2示出圖1中II的細(xì)節(jié)。
圖1示出配備有玻璃放電容器10的低壓汞蒸汽放電燈，所說的玻璃放電容器10有用以傳輸在放電容器10中所產(chǎn)生的輻射的管形部分11和第一與第二端部12a、12b。管形部分11長為120cm內(nèi)徑為2.5cm。放電容器10圍有一放電空間13，其中以氣密方式充有1mg汞和惰性氣體(這里是氬)等填充物。每個端部12a、12b都支承一裝在放電空間13中的電極20b(在第一端部12a的電極未繪出)。供電導(dǎo)線30a、30a′、30b、30b′從電極20b經(jīng)過端部12a、12b延伸到放電容器10的外部。供電導(dǎo)線30a、30a′、30b、30b′連接到固定在燈帽32a、32b上的接觸銷31a、31a′、31b、31b′。環(huán)繞每個電極20b設(shè)置電極環(huán)21a(第二端部12b上的電極環(huán)未繪出)。用以盛汞的玻璃瓶22固定在電極環(huán)21a上。在玻璃瓶22上方繃緊的金屬絲23用高頻電磁場感應(yīng)加熱，從而使瓶22被切開，所配備的汞從瓶22中釋出，進入放電空間13。
放電容器10的管形部分11在其與放電空間相對的表面14上配置有金屬氧化物層15(見圖2)。
第一和第二端部12a、12b在其與放電空間相對的表面14a、14b上也配備有金屬氧化物層15a、15b。
與放電空間相對的端部12a、12b的表面14a、14b上的金屬氧化物層15a、15b在這種情況下包括氧化釔。通過將端部12a、12b浸入乙酸釔溶液中制備涂層重量為15～30μg/cm2的氧化釔層15a、15b，隨后燒干并燒結(jié)保留在端部12a、12b上的涂層。在所示的實施例中，氧化釔層15a、15b延伸到距與管形部分11接合處2～3mm。這就促進了端部12a、12b與管形部分11的熔合。
與放電空間相對的管形部分11的表面14上的金屬氧化物層15包括由鎂、鋁、鈦、鋯和稀土元素構(gòu)成的系列中的至少一種元素的氧化物。在這種情況下金屬氧化物層15是涂層重量為30μg/cm2的氧化釔層。
放電容器10的管形部分11在其與放電空間相對的表面14與氧化釔層15之間還支承著用作抗堿金屬層的其它金屬氧化物層16。在所示的實施例中，此其它的氧化物層16由涂層重量為12μg/cm2的氧化硅構(gòu)成。氧化釔層15支承由發(fā)光材料BAM、CBT和YOX構(gòu)成的，涂層重量為1.8mg/cm2的發(fā)光層17。
為進行比較，制作了非本發(fā)明的燈，這種燈除了在端部無金屬氧化物層外，其它所有方面都與本發(fā)明的燈一致。
將這些燈進行5000小時的壽命試驗。在壽命試驗之后用濕化學(xué)分析法確定結(jié)合到端部(A)和管形部分(B)的汞量。結(jié)果(以μg計)示于表1，(I)為本發(fā)明(II)為非本發(fā)明。
在端部(A)結(jié)合的汞量，本發(fā)明的量顯著減小，而在管形部分(B)結(jié)合的汞量也明顯減少。
為了進一步試驗，制造兩組10只本發(fā)明的燈如一組10非本發(fā)明的燈。放電容器的管形部分在所有情況下都配置有發(fā)光層，而氧化鋁層位于與放電空間相對的管形部分表面和發(fā)光層之間。由氧化鋁粒子(這里是由Degussa Alon-C型構(gòu)成)的懸浮液獲得氧化鋁層。此外每組10個燈中的5個在與放電空間相對的管形部分表面和氧化鋁層之間設(shè)置由氧化硅構(gòu)成的抗堿金屬層。通過用水解四乙基原硅酸鹽溶液沖洗與放電空間相對的放電容器的表面未制備氧化硅層。氧化硅層和氧化鋁層的涂層重量分別為12和55μg/cm2。發(fā)光層的涂層重量是1.8mg/cm2。本發(fā)明第一組燈的端部配置有涂層重量約30μg/cm2的氧化釔層。在本發(fā)明第二組燈中，其端部配置有涂層重量約250μg/cm2的氧化鋁層，而非本發(fā)明的一組燈其端部沒有金屬氧化物層。
燈中填充有0.4mg的汞和氬填充物。在工作1000小時后測量已結(jié)合的汞的總量。所用的測量方法是以自由汞移動到直流工作的燈的負(fù)極這種現(xiàn)象為基礎(chǔ)。在正極端附近以燈所輻射的光強降低的方式可看出汞的位移。在試驗期間所用的測量方法的實施例中，在正極端部附近的光強下降到額定值的60％的瞬間，直流電壓的極性轉(zhuǎn)換。此瞬間與相對端附近的光強下降到額定值的60％的瞬間之間的時間長度是仍然存在的自由汞的一個量度從而也是汞損耗的量度。用由濕化學(xué)分析法得到的結(jié)果校驗此測量方法。
工作達1000小時期間的汞損耗(以μg計)示于表II中。此表括弧內(nèi)的數(shù)字也指示從1小時到1000小時期間汞的損耗。
由測量值可見本發(fā)明的汞損耗顯著減少。第一小時工作期間的汞損耗(80～110μg)實際上與管形部分的涂層和在端部是否存在涂層無關(guān)。在工作第一小時之后的期間，本發(fā)明的汞損耗相當(dāng)明顯地減少，此減少量在26％～42％的范圍內(nèi)，26％是在燈的端部上使用氧化釔層作為金屬氧化物層時的減少量，所說的燈在管形部分上具有與抗堿金屬層結(jié)合的由氧化釔構(gòu)成的金屬氧化物層，所說的抗堿金屬層由氧化硅構(gòu)成，42％是在燈的端部上使用氧化鋁層時的減少量，所說的燈在管形部分上除具有發(fā)光層之外，還有氧化鋁層。已發(fā)現(xiàn)在放電容器的管形部分配置由氧化硅層支承的氧化鋁層同時端部涂復(fù)氧化鋁的燈，其汞損耗最低。
權(quán)利要求
1.一種配備有放電容器(10)的低壓汞蒸汽放電燈，所說的放電容器(10)有用以傳輸在放電容器(10)中所產(chǎn)生的輻射的管形部分(11)和第一與第二端部(12a，12b)，其放電容器(10)組成一放電空間(13)，放電容器(13)中以氣密方式充有汞和惰性氣體填充物，而每個端部(12a，12b)都支承一裝在放電空間(13)中的電極(20b)，供電導(dǎo)線(30a、30a′、30b、30b′)從電極(20b)通過端部(12a，12b)引出到放電容器(10)的外部，放電容器(10)的管形部分(11)在其與放電空間相對的表面(14)上配備有金屬氧化物層(15)，所說的放電燈的特征在于第一和第二端部(12a，12b)在其與放電空間相對的表面(14a，14b)上也設(shè)置有金屬氧化物層(15a，15b)。
2.按照權(quán)利要求1所說的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于與放電空間相對的端部(12a，12b)的表面(14a，14b)上的金屬氧化物層(15a，15b)包括氧化鋁和/或氧化釔。
3.按照權(quán)利要求1或2所說的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于管形部分(11)的與放電空間相對的表面(14)上的金屬氧化物層(15)包括由鎂、鋁、鈦、鋯和稀土元素構(gòu)成的系列中的至少一種元素的至少一種氧化物。
4.按照權(quán)利要求3所說的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于所說的金屬氧化物層(15)包括氧化鋁和/氧化釔。
5.按照權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求所說的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于在與放電空間相對的表面(14)與金屬氧化物層(15)之間，放電容器(10)的管形部分(11)還載有另一種用作抗堿金屬層的金屬氧化物層(16)。
6.按照權(quán)利要求5所說的低壓汞蒸汽放電燈，其特征在于所說的另一種金屬氧化物層(16)包括氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明的低壓汞蒸汽放電燈設(shè)置有帶管形部分(11)的放電容器(10)和第一與第二端部(12a，12b)。放電容器(10)組成放電空間(13)，其內(nèi)以密封形式充有汞和惰性氣化填充物。每個端部(12a，12b)都支承一配置在放電空間(13)內(nèi)的電極(20b)。供電導(dǎo)線(30a，30a′，30b，30b′)從電極(20b)通過端部(12a，12b)延伸到放電容器(10)的外部。放電容器(10)的管形部分(11)的與放電空間相對的表面(14)上設(shè)置有金屬氧化物層(15)。第一和第二端部(12a，12b)的與放電空間相對的表面上也設(shè)置有金屬氧化物層(15a，15b)。本發(fā)明的燈有較低的汞損耗。
文檔編號H01J61/24GK1134200SQ95190803
公開日1996年10月23日 申請日期1995年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月25日
發(fā)明者H·C·G·維爾哈爾, H·J·塔倫范德姆辛, C·J·洛澤克蘭斯, W·M·P·范肯門阿德 申請人:菲利浦電子有限公司