專利名稱：用于熒光燈的汞的定量給料方法
用于熒光燈的汞的定量給料方法
背景技術：
概括地講，本發(fā)明涉及一種低壓汞蒸氣放電燈，且更具體來講，本發(fā)明涉及一種包括汞定量給料裝置和方法的熱陰極熒光燈。熒光燈的大量應用已在市場中得到廣泛認可，且已有各種可用的形狀和形式。例如，正如本領域普通技術人員所熟知，燈可為直線型、曲線型、U-彎曲型或緊湊型。典型地，熒光燈包括帶有為放電管內(nèi)部提供放電的裝置(例如電極)的透光玻璃放電管。通常施用在放電管內(nèi)壁表面的突光物質層包含燈發(fā)出的光的光源。填充氣和萊被密封在放電管內(nèi)，且汞以本領域普通技術人員所熟知的方式用于激發(fā)熒光物質的電子導致燈光的產(chǎn)生。一種已知的用于放電管的汞定量給料方案包括通過具有窄直徑的排氣管直接向燈的放電管中加入液體汞。不利的是，此種方法需要向燈中定量給料過量的汞，因為汞液滴可能遺留在生產(chǎn)設備和排氣管中。 用于給放電燈定量給料的其它方案包括使用可防止生產(chǎn)過程期間損失的填充有液體汞的“膠囊”。不利的是，在燈內(nèi)部使“膠囊”破裂從而使汞可用的技術較為困難，且需要在生產(chǎn)過程中增加機器，從而帶來更多的成本考慮。還有其它方案包括在熒光燈中使用金屬汞合金。然而，汞合金定量給料需要專門的定量給料設備以及將汞合金置于燈內(nèi)部的裝置。另一種方案包括在金屬支座上使用固體汞化合物。不利的是，這種方法需要額外生產(chǎn)零件，從而提高燈的成本。此外，汞是危險材料，因此各種政府規(guī)章控制使用汞的行為，所述汞包括例如熒光燈的商品中所包含的汞。使用過的或失效的包含汞的燈會被丟棄。因此，限制加入最終被丟棄物品中的汞的量是有益的。因此，存在對具有改進的汞定量給料裝置和方法的改進的低壓汞蒸氣放電燈的需求。發(fā)明簡沭
在一個方面，本發(fā)明涉及一種包括具有形成放電腔的內(nèi)壁的放電管的熒光燈。一個或多個盤繞電極布置在放電腔內(nèi)。至少一個所述盤繞電極具有布置在其上的含汞組合物。在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于熒光燈的在盤繞電極上將汞定量給料的方法，所述方法包括提供具有一個或多個布置于其中的盤繞電極的放電管和布置在至少一個盤繞電極上的含汞組合物。本發(fā)明的主要好處是能夠生產(chǎn)具有低汞含量的熒光燈。本發(fā)明的另一個好處是不需專門的附加燈零件。本發(fā)明還有另一個好處為最小地改變(如果有的話)燈的生產(chǎn)過程。本發(fā)明的另一個好處是可降低燈的成本，原因是消除了汞分配器。在閱讀和理解優(yōu)選實施方案的以下具體描述后，其它的進一步的優(yōu)點對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。附圖
簡沭
圖I是傳統(tǒng)熒光燈的橫截面圖；圖2-4是根據(jù)一個示例性實施方案的盤繞電極的示意性透視圖，所述盤繞電極包括含汞組合物；以及
圖5是對于根據(jù)一個示例性實施方案的復合混合物Ba2CaWO4 + HgWO4涂布的電極，其流明輸出相對于溫度的圖。優(yōu)選實施方案的詳細描述
本創(chuàng)造性的用于熒光燈的汞定量加料裝置和方法在很低的水平下提供更精確的汞定量加料，同時不使用額外專門的燈零件，不必(如果有的話)改變生產(chǎn)過程，且不經(jīng)受可能在較高處理溫度下發(fā)生的含汞組合物的分解。這在本文公開的創(chuàng)造性系統(tǒng)中通過在包括在燈中的電極組件的表面上且優(yōu)選在盤繞電極上布置含汞組合物與電子發(fā)射組合物的某些組合(in some combination with)實現(xiàn)。所述電子發(fā)射混合物施用于電極，且通常為鋇、鍶和鈣碳酸鹽的混合物。碳酸鹽電子發(fā)射組合物需要加熱至約1200°C的分解步驟，以在布置含汞組合物到盤繞電極上之前形成所需的活性氧化物。采用電阻加熱完成分解，電阻加 熱為電流通過電極的通路(passage)。在碳酸鹽電子發(fā)射組合物分解期間形成二氧化碳。所述二氧化碳通過經(jīng)排氣管將燈持續(xù)排氣而從燈內(nèi)部去除。通過選擇對于空氣穩(wěn)定的電子發(fā)射組合物，可消除分解步驟。圖I示出了熒光燈100。燈100包括密封放電管或透光罩102，優(yōu)選由可透過可見范圍輻射且也可透射紅外范圍輻射的材料構成。適合構成罩102的材料包括透明材料如鈉鈣碳酸鹽玻璃，以及其它玻璃質材料，盡管透明材料如陶瓷材料也是可考慮的。該燈具有放電腔106。如圖I所示，放電管102為具有基本上平直的末端或端部(end section) 108、110的單管。在放電管通路的末端108、110，為該管提供了電極112、114及連接至電極的引入線116、118。電極112、114具有盤繞形狀。然而，如現(xiàn)有技術中已知，其它構造可能證明是適合的。放電管的引入線連接至鎮(zhèn)流器單元(未示出)，用于控制放電管中的電流。已知的熒光燈構造，例如平直型、U型、螺旋型以及包括在需要時連接以允許連續(xù)弧形通路的多個管的構造等，適合于本申請中公開的創(chuàng)造性的汞定量給料方法的應用。為提供可見光，放電管的內(nèi)表面覆蓋有突光性突光物質層120。該突光物質層120處于密封的放電體積內(nèi)。這樣的熒光物質層120的組成本身是已知的。該熒光物質層120將短波(主要是UVC輻射)轉化為可見光譜內(nèi)的較長波輻射。熒光物質層120在放電管被密封前施用于該放電管的內(nèi)表面。放電填充氣包含于放電腔106內(nèi)。該填充氣典型地包括例如氬氣的惰性氣體或氬氣和其它惰性氣體如氙氣、氪氣或氖氣的混合物，且是造成電弧電壓的原因，也就是說，該填充氣的參數(shù)決定電子的平均自由程。因為惰性氣體對燈100的汞蒸氣壓力僅有間接的、較小的影響，所以該氣體填充不是本發(fā)明的關鍵特征。熒光燈的工作，例如在本發(fā)明中，需要汞的存在，汞可在燈的生產(chǎn)過程中布置在放電腔106的內(nèi)部。正如本領域技術人員所能理解的，汞原子被放電過程中的電子激發(fā)后會發(fā)射紫外光子，紫外光子繼而激發(fā)熒光物質層120，導致光的產(chǎn)生，產(chǎn)生的光透過放電腔106。引入熒光燈的放電腔106的汞的量是許多變量的函數(shù)，所述變量包括燈的尺寸和其他考慮因素。使用的汞的量應在熒光燈基本上整個壽命中足以在燈內(nèi)提供飽和汞蒸氣壓。本領域技術人員知道要使熒光燈工作最少須使用多少汞。本創(chuàng)造性的系統(tǒng)涉及減少汞的分配量至低于目前市售燈的水平?；谠撓敕?，本創(chuàng)造性的系統(tǒng)以沉積涂層的形式提供了更精確的汞量，無論是直接涂布于電極表面上、還是涂布在電極表面上的發(fā)射組合物上方、或是作為復合混合物的一部分直接涂布在電極表面。因為所需量因燈的設計(尺寸、功率、熒光物質)而異，本領域技術人員能夠計算出支持燈的壽命所需的量且限制汞的定量給料至此量，而不必包括額外的汞以補償工藝偏差。用電子發(fā)射組合物(“發(fā)射混合物”(“emission mix”))涂布熒光燈中的電極是眾所周知的。需要放電管電極上的發(fā)射混合物在使用的管工作電壓下確保電子通過熱離子發(fā)射進入氣體。在一個示例性實施方案中，所述電子發(fā)射組合物為對于空氣穩(wěn)定的組合物，該組合物選自 Ba2CaWO6' Ba4T2O9^ Ba5Ta4O15^ BaY2O4^ BaCe02、BaxSr1^Y2O4> Ba2Ti04、BaZrO3>BaxSivJiC^、BaxSivxZrO3,其中x=0至I,鋇、銀、I丐、其氧化物、及其與一種或多種選自鉭、鈦、鋯系列的金屬和/或與若干稀土元素如鈧、釔和鑭中的一種或多種的混合物。所述電子發(fā)射組合物可通過“活化”電極所需的其熱處理溫度(T6)表征。在一個示例性實施方案中，所述電子發(fā)射組合物的熱處理溫度(Te)小于約900°C。 所述含汞組合物可通過分解溫度(Tm)表征。組合物的分解溫度為該物質分解為更小的物質或其組成原子的溫度。因此，所述含汞組合物應為在通常大于約500°C的生產(chǎn)過程溫度下穩(wěn)定的汞化合物，以避免因分解而造成汞的損失的風險。所述含汞組合物選自HgTO4 (鎢酸汞(ID)^HgMoO4 (鑰酸汞(ID)^HgSb2O4 (亞銻酸汞(II))>HgZr04 (鋯酸汞(ID)^HgTiO3 (鈦酸汞(ID)^HgSiO3 (硅酸汞(ID)^Hg2P2O7 (焦磷酸汞(ID)^HgAl2O4(鋁酸汞(ID)^Hg2Nb2O7 (鈮酸汞(ID)^Hg2Ta2O7 (鉈酸汞(II))、和鈦、鋯、銅、鋁、鈀、鑭、鋪、鐠、釹、衫、銪、禮、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿、镥、鈧、鉿、其萊合金、和其組合。前述化合物和萊合金可能需要還原性材料例如鋁、硅和鋯的存在。在一個示例性實施方案中，所述含汞組合物的分解溫度(Tm)通常大于約500°C。在一個示例性實施方案中，電極活化溫度Te低于含汞組合物的分解溫度Tm，其中Te〈Tm。圖2-4示出了盤繞電極200的示意性透視圖。在該示例性實施方案中，提供了布置在盤繞電極112上的含汞組合物，該盤繞電極出于示出含汞組合物涂層的目的表示為平直型。盤繞電極112可由導電材料如鎢形成。盡管如此，可以理解在不偏離本發(fā)明的范圍和目的前提下可使用其它適合的導電材料。在圖2中，含汞組合物260布置在電子發(fā)射組合物262上，電子發(fā)射組合物262直接布置在盤繞電極212上。在圖3中，含汞組合物260直接鄰近電子發(fā)射組合物262安置而不是在后者上方，從而汞層直接布置于盤繞電極212的表面上。在圖4中，復合組合物布置在盤繞電極上。盤繞電極涂有通過混合電子發(fā)射組合物和含汞組合物形成的組合物，從而只需要一個電極涂布步驟。在一個實施方案中，所述含汞組合物為HgWO4且所述電子發(fā)射組合物為Ba2CaW06。在另一個實施方案中，所述含汞組合物為HgWO4(鎢酸汞(II))、HgZr04 (鋯酸汞(II))或HgTi03(鈦酸汞(II))中的至少一種，且所述電子發(fā)射組合物為鋇、鍶、鈣、其氧化物、和其混合物、Ba2CaffO6或鋇、鍶、鈣、其鋯酸鹽、和其混合物中的至少一種?？稍O定布置于電極上的含汞組合物和電子發(fā)射組合物的各種組合以定量給料或提供蒸氣態(tài)游離汞。所述含汞組合物設定為定量給料一定量的汞，例如，從O. Img至約5. Omg,也就是(i. e.)從O. 2至約3. Omg。在一個實施方案中，所述含萊組合物設定為定量加料大于約O. 3mg的汞。在另一個實施方案中，所述含汞組合物設定為定量加料小于約
I.Omg的萊。以下實施例說明使用改進的汞定量加料方法形成熒光燈，而無意限制本發(fā)明的范圍。
實施例材料
購自Sigma-Aldrich 公司的氯化萊(II)、鶴酸鈉、(鋇、銀和I丐的碳酸鹽)、氧化錯(ZrO2)、鋇鈣鎢氧化物(Ba2CaWO6)、乙酸丁酯、無水乙醇。所有材料為試 劑級且使用時未經(jīng)進
一步純化。汞鎢氧化物(HgTOJ的制備
萊鶴氧化物使用根據(jù)Run-Ping Jia等發(fā)表在《納米粒子研究雜志》(Journal ofNanoparticle Research) 2008年第10卷第215-219頁的《使用水熱法結合超聲技術的 HgWO4 納米棒的制備和光學性質》(Preparation and Optical Properties of HgffO4Nanorods by Hydrothermal Method Coupled with Ultrasonic Technique)制備。在玻璃安瓿瓶中混合鎢酸鈉(Na2WO4) ) O. 025摩爾(7. 35克)和氯化汞(II)粉末。加入25毫升蒸餾水以溶解混合物并密封安瓿瓶。該混合物經(jīng)1800C下加熱兩小時處理從而得到紅褐色沉淀。然后將反應混合物在室溫下過濾并用蒸餾水洗滌三次，然后用無水乙醇洗滌。雖然在以下實施例中使用上述方法，但其它產(chǎn)生汞化合物的方法也可使用。制備經(jīng)汞定量加料的盤繞電極(圖2-4)
實施例I
雖然在以下實施例中使用與圖2 —致的盤繞電極200，應理解的是，該盤繞構造與汞和/或發(fā)射涂層的布置或功能沒有關鍵性聯(lián)系。圖2用于表示布置在電子發(fā)射組合物層上方的含汞組合物。在這個實施例中，碳酸鹽電子發(fā)射組合物為原始制備的。該盤繞電極涂有鋇、鍶或鈣的碳酸鹽化合物與至多約5%的氧化鋯(ZrO2)添加劑以形成碳酸鹽電子發(fā)射組合物層。將電子發(fā)射材料的組分懸浮于乙酸丁酯中。將少量硝化纖維(通常為電子發(fā)射材料的I m/m%)也加入懸浮液以確保電子發(fā)射材料恰當?shù)卣掣接诰€圈上。將該涂好的盤繞電極加熱至約1200°C以將碳酸鹽組合物分解為其活性氧化物狀態(tài)和二氧化碳。該分解在無水且無二氧化碳的環(huán)境中進行。在冷卻至500°C以下后，該涂好的盤繞電極隨后被涂布以含汞組合物，例如汞鎢氧化物(HgWO4),以在電極上形成附加層。本文公開的或相關技術領域中已知的任何適合的含汞組合物可采用實施例1-4中類似的方式施用。涂好的電極密封入放電腔中。在密封過程中保持涂好電極的溫度低于500°C。電流經(jīng)過涂好的電極以加熱至約300°C但不高于500°C以去除連接料和雜質，如二氧化碳、氮氣等。通過排氣管向燈的放電腔填充惰性氣體并將燈封閉(封端)，這點是本領域眾所周知的。對涂好的盤繞電極施用電阻加熱以加熱該電極至高于定量給料汞化合物的分解溫度，從而在放電腔中釋放游離汞。在另一個實施方案中，盤繞電極可被涂布以對于空氣穩(wěn)定的電子發(fā)射組合物，以消除加熱至約1200°C的碳酸鹽分解步驟。實施例2
雖然在以下實施例中使用與圖3 —致的盤繞電極200，應理解的是，該盤繞構造與汞和/或發(fā)射涂層的布置或功能沒有關鍵性聯(lián)系。在圖3中，含汞組合物涂層鄰近電子發(fā)射組合物涂層布置且直接在電極線圈上。在這個實施例中，盤繞電極涂有實施例I中描述的碳酸鹽電子發(fā)射組合物。涂好的盤繞電極加熱至約1200°C以使混合物分解為其活性氧化物狀態(tài)與二氧化碳，如實施例I所述。該涂好的盤繞電極然后被直接涂布以含汞組合物，例如汞鎢氧化物(HgWO4),鄰近碳酸鹽發(fā)射組合物布置。該涂好的電極密封入放電腔。在密封過程中保持涂好電極的溫度低于500°C。電流經(jīng)過涂好的電極以加熱至約300°C但不高于500°C以去除雜質，如二氧化碳、氮氣等。通過排氣管向燈的放電腔填充惰性氣體并將燈封閉(封端)，這點是本領域眾所周知的。對涂好的盤繞電極施用電阻加熱以加熱該電極至高于定量給料汞化合物的分解溫度，從而在放電腔中釋放游離汞。在另一個實施方案中，盤繞電極可被涂布以對于空氣穩(wěn)定的電子發(fā)射組合物，以消除加熱至約1200°C的碳酸鹽分解步驟。實施例3
雖然在以下實施例中使用與圖4 一致的盤繞電極200，應理解的是，該盤繞構造與汞和/或發(fā)射涂層的布置或功能沒有關鍵性聯(lián)系。在圖4中，盤繞電極被涂布以通過混合對于空氣穩(wěn)定的電子發(fā)射組合物和含汞組合物形成的組合物，從而只需要沉積一個汞定量給料層。汞鎢氧化物和鋇鈣鎢氧化物(一種對于空氣穩(wěn)定的電子發(fā)射組合物)二者的細粉以分別為14:86的質量比混合。將所得的混合物懸浮于乙酸丁酯中。然后用所形成的組合物涂布盤繞電極。涂好的電極密封入放電腔中。在密封過程中保持涂好電極的溫度低于500°C。電流經(jīng)過涂好的電極以加熱至約300°C但不高于500°C以去除雜質，如二氧化碳、氮氣等。通過排氣管向燈的放電腔填充惰性氣體并將燈封閉(封端)，這點是本領域眾所周知的。對涂好的盤繞電極施用電阻加熱以加熱該電極至高于定量給料汞化合物的分解溫度，從而在放電腔中釋放游離汞。分近
圖5是對于根據(jù)實施例3給出的方法涂布在電極上的復合混合物Ba2CaWO4 + HgffO4的流明輸出相對于溫度的圖。該圖示出了燈的游離汞含量可由光輸出與溫度相關性的拐點(break-point)算出，即在此點所有游離汞都已處于蒸氣形式。在配備了如上述實施例3中所述的電極涂布結構的通用電氣F32 T8 4’燈的情況下，在約80°C下放電管內(nèi)形成約Img汞蒸氣。該HgWO4定量給料燈的流明輸出相對于溫度的曲線表明，在放電過程期間或燈工作期間接近全部量的定量給料的汞(也就是說Img)是可利用的。如前文所述，燈內(nèi)必須維持持續(xù)的約Img汞蒸氣。參考曲線(虛線)取自包含接近O. 15mg汞的液體定量給料燈。在室溫至55°C范圍觀察，實施例3中形成的HgWO4定量給料燈的流明輸出-溫度關系非常類似于該液體汞定量給料燈。本發(fā)明已參照優(yōu)選實施方案進行描述。顯然，在閱讀和理解前文的詳細描述之后，其他人會想到對其的改進和改變。本發(fā)明意欲解釋為包括所有這些改進和改變。
權利要求
1.一種熒光燈，所述熒光燈包括 具有形成放電腔的內(nèi)壁的放電管；和 一個或多個布置在放電腔內(nèi)的盤繞電極，其中至少一個盤繞電極具有布置于其上的含汞組合物。
2.權利要求I的燈，其中所述盤繞電極進一步具有布置在其上的電子發(fā)射組合物。
3.權利要求2的燈，其中所述含汞組合物布置在所述電子發(fā)射組合物上方。
4.權利要求2的燈，其中所述含汞組合物具有分解溫度(Tm)且所述電子發(fā)射組合物具有熱處理溫度(Te)。
5.權利要求4的燈，其中Te〈Tm。
6.權利要求4的燈，其中Tm大于約500°C且Te小于約900°C。
7.權利要求I的燈，其中所述含汞組合物選自HgW04(鎢酸汞(II))、HgMoO4(鑰酸汞(II))、HgSb2O4 (亞銻酸汞(II))、HgZrO4 (鋯酸汞(II) )、HgTiO3 (鈦酸汞(II) )、HgSiO3 (硅酸汞(II))、Hg2P2O7(焦磷酸汞(II))、HgAl2O4(鋁酸汞(II))、Hg2Nb2O7(鈮酸汞(II))、Hg2Ta207(鉈酸萊(II))、和鈦、錯、銅、招、鈕、鑭、鋪、鐠、釹、衫、銪、禮、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿、镥、鈧、鉿、其汞合金和其組合。
8.權利要求I的燈，其中所述含汞組合物包含HgWO4。
9.權利要求2的燈，其中所述電子發(fā)射組合物為選自Ba2CaW06、Ba4T2O9,Ba5Ta4O15,BaY2O4、BaCeO2、BaxSr^xY2O4、Ba2TiO4、BaZr03、BaxSr^xTiO2、BaxSivxZrO3,其中 x=0 至 I,和鋇、鍶或鈣的碳酸鹽組合物的對于空氣穩(wěn)定的組合物。
10.權利要求2的燈，其中所述含汞組合物鄰近所述電子發(fā)射組合物布置。
11.權利要求2的燈，其中所述含汞組合物布置在盤繞電極的第一表面上且所述電子發(fā)射組合物布置在盤繞電極的第二表面上。
12.權利要求2的燈，其中所述含汞組合物為包含所述電子發(fā)射組合物的復合材料，且布置在盤繞電極的表面上。
13.權利要求12的燈，其中所述含汞組合物包含HgWO4(鎢酸汞(II) )、HgZr04(鋯酸汞(II))或HgTiO3(鈦酸汞(II))中的至少一種，且所述電子發(fā)射組合物包含鋇、鍶、鈣、其氧化物、和其混合物、Ba2CaffO6和鋇、鍶、鈣、其鋯酸鹽、和其混合物中的至少一種。
14.權利要求I的燈，其中所述含汞組合物設定為汞的定量給料量約O.3mg至約I.Omg0
15.—種用于突光燈的在盤繞電極上將萊定量給料的方法,所述方法包括 提供具有一個或多個布置于其中的盤繞電極的放電管；及 在至少一個盤繞電極上布置含汞組合物。
16.權利要求15的方法，所述方法進一步包括在盤繞電極上布置電子發(fā)射組合物。
17.權利要求16的方法，其中所述含汞組合物布置在所述電子發(fā)射組合物上方。
18.權利要求16的方法，其中所述含汞組合物鄰近所述電子發(fā)射組合物直接布置在盤繞電極上。
19.權利要求16的方法，其中復合組合物布置在盤繞電極上，所述復合組合物至少包含所述含汞組合物和所述電子發(fā)射組合物。
20.權利要求19的方法，其中所述復合材料包含HgWO4且所述電子發(fā)射組合物包含Ba2CaWO60
21.一種熒光燈，所述熒光燈包括 具有形成放電腔的內(nèi)壁的放電管；和 布置于放電管內(nèi)的一個或多個盤繞電極，至少一個盤繞電極至少具有具有分解溫度(Tm)的含汞組合物和布置于其上的具有熱處理溫度(Te)的電子發(fā)射組合物，且其中Te〈Tm。
22.權利要求21的燈，其中Tm大于約500°C且Te小于約900°C。
23.權利要求21的燈，其中所述含汞組合物包含HgWO4且所述電子發(fā)射組合物包含Ba2CaWO60
24.權利要求21的燈,其中萊的定量給料量介于約O.03mg至約lmg。
全文摘要
一種熒光燈，包括具有形成放電腔的內(nèi)壁的放電管。一個或多個盤繞電極(200)布置在放電管內(nèi)。含汞組合物(260)布置在至少一個盤繞電極上。
文檔編號H01J61/72GK102859640SQ201180021347
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者Z.索莫吉瓦里, L.巴拉什 申請人:通用電氣公司