含有改進的起始汞合金的燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含改進的起始汞合金的放電燈，并且涉及在放電燈啟動期間增加汞蒸氣壓力的方法。
【專利說明】含有改進的起始汞合金的燈
[0001]本發(fā)明涉及含有改進的起始汞合金以便在啟動期間增加汞壓力的燈，并且在其第二個方面中涉及依靠改進的起始萊合金(amalgam)在啟動期間增加燈中的萊蒸氣壓力的方法。
[0002]本發(fā)明有利地用于所謂的低壓汞燈，即在其中在運行期間汞的壓力遠低于I巴的燈。特別地，已知在許多這些燈中，例如在大多數(shù)線型和緊湊型熒光燈中，為了獲得最好的性能，優(yōu)選在燈運行期間汞的壓力處在0.5和1.5Pa之間。
[0003]該領域的一個主要問題是正確投放(dose)汞量以及控制在燈的運行期間建立的汞壓力。在實際過低的壓力值下，不可能實現(xiàn)來自激發(fā)的汞原子的輻射發(fā)射的有效機制，因為這些為小數(shù)目，然而氣相中過大的汞濃度導致受激原子通過諸如發(fā)射輻射的自動吸收和非輻射能量傳遞的機制彼此相互作用，從而導致燈的光通量減少。
[0004]通過可以在燈內(nèi)部或外部的主源(有時也被稱為主要源)將汞添加至燈。在燈內(nèi)初始投放汞的方式不是本發(fā)明的目標并且在本領域中通常以不同方式實施汞投放。例如，以液滴形式、以來自燈外部的源的蒸氣形式投放汞，或者通過在低溫下插入釋放汞的汞合金來投放汞。將汞引入一些類型燈的特別有利的另一方案利用燈自身的部件之一(例如電極罩)以承載適合在高溫下釋放汞的合金。
[0005]較精致的燈可以具有附加元件，例如控制汞合金和起始汞合金，因為隨時間控制汞的壓力至恰當值以便優(yōu)化燈的光通量和光視效率是非常重要的。本領域中所用的一種權宜之計是使用控制汞合金或工作汞合金(后一術語應參照燈來理解，其中通過投放汞合金或其它合適的“主要”源來進行汞的初始引入)。與使用控制汞合金相關的優(yōu)點和改善在本領域中是眾所周知的并且記載于例如專利US4157485中并且本 申請人:的國際專利申請?zhí)朩02011/092349中描述了近期的進一步發(fā)展，其涉及使用具有鉍和銦作為主要成分的汞合金并且其最佳操作溫度處在60和95°C之間。
[0006]起始汞合金，在本領域中也被稱為術語輔助汞合金(在本發(fā)明的上下文中，這兩個術語意圖是等同的)，其目的與控制汞合金相當不同并且它們在燈啟動期間應當容許少量汞的快速釋放以便確保足量的汞盡可能快地存在于氣相中以便顯著減少啟動時間(即，實現(xiàn)充分接近在燈運行期間所實現(xiàn)的最大輸出的光輸出所必需的時間)。因此起始汞合金的目的是在燈關閉之后捕獲Hg原子并且然后在開啟之后立刻將它們快速釋放。起始汞合金的捕獲性能也是重要的，實際上沒有它們的話，汞將傾向于積聚到燈的最冷的部分/部件(典型為玻璃壁)上，并且因此僅在相應的延遲之后以足夠的水平產(chǎn)生其以氣態(tài)形式的釋放:通常需要幾分鐘來達到足夠高的Hg壓力水平以獲得燈標準輸出的80%的光輸出。起始汞合金可以與控制汞合金一起使用或者作為獨立的方案，始終考慮到在兩種情形中通過主源(其在某些情況下也能擔當控制元件，即主源是控制汞合金)來產(chǎn)生汞的初始投放。
[0007]對于控制汞合金和起始汞合金的不同功能要求意味著用作控制汞合金的元素通常不適合用作起始汞合金。
[0008]與溫度相關的方面是特別關鍵的，實際上將起始汞合金放置在接近于燈的最熱部分(即在每次燈開啟時受熱的燈電極)以確?？焖俚墓尫艔亩诜浅６痰臅r間內(nèi)在氣相中達到最佳的Hg濃度，但同時應使汞合金保持在一定溫度使得其不會熔化和從載體上移去，即使在長久使用之后或者在幾個循環(huán)之后。關于熔化的限制可以是對于汞合金，但是更加嚴格地是對于所謂的母合金(在本領域中所述母合金是指源自汞合金并且除去汞部分的組合物)，因此是在已經(jīng)釋放汞之后(在加熱階段期間)或在與汞合金化之前(在冷卻期間)對于汞合金自身。關于母合金熔點的嚴格條件是由于如下事實:對于合適的起始汞合金，在汞合金熔點條件之前使汞釋放，所以與承受高溫的能力相關的要求轉移到母合金。
[0009]特別地，好的起始汞合金，但特別是其母合金，應當能夠經(jīng)受相對高的溫度，即至少200°C，而沒有材料移位或者形狀改變，并且關于該約束條件在上文提到的國際專利申請TO2011/092349中所示的方案(涉及關于改良的控制汞合金)明顯不滿足這樣的需求，因為在超過100°C的溫度下可能已經(jīng)存在關于將母合金保持在其載體上的問題。美國專利US7, 408, 295中描述了能夠承受更高溫度(在100_170°C范圍內(nèi))的銦基汞合金。
[0010]此外，起始汞合金(或更準確地是其母合金)的另外期望性質是要在加熱和真空下在機械穩(wěn)定性方面維持更嚴格的需求，因為燈生產(chǎn)工藝意味著非常高的溫度。特別地，燈陰極轉化過程預想使用合適的發(fā)射糊料以及在真空泵吸下通過加熱至1200°C持續(xù)約I分鐘的其隨后轉化，并且因此起始汞合金的最好母合金(其位于電極的鄰近)應當能夠承受真空泵吸條件下在約500-60(TC下持續(xù)約一分鐘的加熱。
[0011]美國專利US4，636，686是提到使用緊鄰電極的螺旋燈絲的由銦制成的輔助/起始
萊合金的最早文獻之一。
[0012]美國專利申請2002/180，340顯示了意圖在放電燈中在運行期間引入(主源)和控制(控制汞合金)汞水平的B1-1n-Ag的三元汞合金。
[0013]美國專利6，734，616中描述了含有不同類型汞合金的燈，其使用B1-Pb汞合金，優(yōu)選添加金。將那些合金用作控制汞合金。也提到了這些燈也能受益于附加的輔助汞合金的使用，在更快的起動時間方面。
[0014]歐洲專利號EP756756中描述了通過輔助汞合金束縛并釋放的汞量的問題，公開了使用Sn-Pb、Pb-S1-Sn和B1-1n作為合適的輔助汞合金。
[0015]美國專利7，053，554描述了用作輔助汞合金的合適金屬，其中一些能夠承受高達200°C的溫度，而美國專利申請2009/322，223中描述了能夠在250°C和400°C之間運行的結構，其設想以汞合金化金屬和非汞合金化涂層作為啟動元素。所述的優(yōu)選顯示方案設想使用具有低熔點的銦作為汞合金化金屬。類似地，美國專利US5，686，788公開了用以在燈的最熱部分保持輔助汞合金的方案，例如使用銦獲得的輔助汞合金。
[0016]本發(fā)明的目的是提供一種具有改進的起始汞合金的燈，所述起始汞合金能夠承受高溫、能夠確保更快的啟動并且還適合于使用而無需特定形狀或限定裝置的支持器(holder)，并且在其第一個方面由包含如下的燈構成:第一陰極、第二陰極、用于所述第一陰極和第二陰極的載體、以及處在所述燈的高溫部分中的至少一個起始汞合金，其中所述起始汞合金包含母合金和相對于起始汞合金總重量為0.1重量％至10重量％的量的汞，其特征在于所述母合金包含:
[0017]-在由Ag、Cu、Au、N1、Ti構成的組A中選擇的一種或多種元素；和
[0018]-在由B1、Sn、Ga、Zn構成的組B中選擇的一種或多種元素，
[0019]其中:[0020].A是所述母合金的至少50重量％ ；
[0021].B是所述母合金的至少15重量％ ;并且
[0022].A+B是所述母合金的至少95重量％。
[0023]在優(yōu)選的方案中，A+B是所述母合金的至少99重量％。
[0024]起始汞合金中的汞量優(yōu)選在0.8重量％和8重量％之間。
[0025]包含根據(jù)本發(fā)明的改進的起始汞合金的燈的另一優(yōu)點是它們與導致其在泵吸下加熱的燈陰極轉化過程相容。
[0026]將在如下附圖的幫助下進一步說明本發(fā)明，其中:
[0027].圖1示出了特別適合于承載根據(jù)本發(fā)明的起始汞合金的具有孔的金屬結構的簡要圖示，
[0028].圖2示出了其中安裝了根據(jù)本發(fā)明的具有孔的金屬結構的燈的細節(jié)。
[0029]在附圖中，特別是指圖2，各元件的大小和尺寸比例并不準確，但已經(jīng)過更改以便提高附圖的易理解性。
[0030]在本說明書中和權利要求書中，燈的高溫部分是指這樣的燈部分，例如陰極附近的部分，其中在燈開啟后達到的更高溫度是至少200°C并且優(yōu)選地至少250°C。要強調(diào)的是典型地在燈啟動后幾秒達到這樣的溫度條件(通常在觸發(fā)后10秒內(nèi))。正如所述，優(yōu)選地將起始汞合金放置在所述更高的到達溫度是至少250°C的區(qū)域中；這樣的條件相對于200°C是優(yōu)選的，因為其確保更快的汞釋放并且因此更有效率的啟動過程。
[0031]在優(yōu)選的汞合金中，以上給出的可能組合中存在其母合金是基于Ag - B1、Cu - Bi和Ag-Cu-Bi的組合的汞合金。這些合金是優(yōu)選的，因為它們具有特別好的能力以束縛相當大量的汞并且在高于200°C的溫度下它們能確保最快速的來自形成的起始汞合金的汞釋放。
[0032]用于將其上形成起始汞合金的母合金(傳統(tǒng)上將其簡稱為起始汞合金)插入燈中的優(yōu)選方式是通過具有孔的金屬結構，優(yōu)選地具有表面面積不大于0.16mm2的孔。術語具有孔的金屬結構還意圖指其最常見并且在功能上等效的變體，即諸如金屬網(wǎng)、金屬網(wǎng)柵和打孔的金屬帶材。具有孔的金屬結構的厚度優(yōu)選在0.1和0.5_之間，并且關于其制造材料，優(yōu)選使用鎳或鍍鎳的鐵。
[0033]在更加優(yōu)選的實施方案中，將輔助汞合金設置在金屬結構上的可用表面面積的至少50%上。在一些情形中優(yōu)選使一部分沒有起始汞合金/母合金的沉積物使得其存在不妨礙金屬結構在燈內(nèi)的固定操作。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的改進的起始汞合金的載體的這種優(yōu)選方案示于圖1中。T形網(wǎng)10包含充當柄的較薄部分11以及具有較大表面積的部分12，該部分12被劃分成兩個部分，即:根據(jù)本發(fā)明的改進的起始汞合金沉積在其上的部分13以及其上沒有沉積汞合金的部分14。圖1的目的是顯示用以將將起始汞合金插入根據(jù)本發(fā)明的燈中的載體的可能構造，但是其它實施方案是可能的并且完全等效。例如，在另一實施方案中帶孔載體的幾何形狀可以是不同的，在該情形中最令人感興趣的替代形狀有I形和L形，并且所述網(wǎng)可以具有不必是圓形的孔，而是可以具有完全等效的其它幾何形狀，例如菱形、矩形或六邊形。
[0035]此外，將起始汞合金插入燈內(nèi)的其它合適方法是例如通過汞合金沉積在其上的金屬小板或小片(切割至希望的尺寸和形狀有利地安裝在燈內(nèi))，或者在另一種特別有利的方案中將起始汞合金本身成形為帶材、標記或線材的形式并且在該情形中“汞合金標記或線材”最有利地被固定到兩個電極載體上。標記和帶材意圖是具有大致矩形外觀的元件，在帶材的情形中，該矩形的最大尺寸和最低尺寸之間的比例大于2，而在標記的情形中，這樣的比例在I (正方形形狀)和2之間。
[0036]與所用載體的類型或者輔助汞合金是無支持的事實(原樣使用)無關，其初始形式是母合金，由于其與主源相互作用的結果而僅在安裝于燈內(nèi)之后形成汞合金。
[0037]圖2中顯示了根據(jù)本發(fā)明的燈局部的實施方案的示意圖。燈20包含玻璃柄21，在其上放置了支持陰極的兩根線22、22’，和典型地覆蓋有涂層(未示出)的鎢絲23，所述涂層由基于氧化物的發(fā)射材料制成。當兩個部件22、22’用于支持鎢絲并且向鎢絲提供電流以便使其發(fā)射電子時，第三金屬部件24也從所述柄延伸。該部件在本領域中通常被稱作“第三電極”并且僅具有支持其它部件的目的，在圖2中所例示情形中，有孔的金屬結構25承載所述起始汞合金。
[0038]可以接近于第一陰極和第二陰極之一安置所述起始汞合金，但出于與更均勻的建立汞壓力有關的理由，提供兩個起始汞合金(優(yōu)選地在組成、大小、位置方面彼此相同)，一個緊鄰所述第一陰極定位并且另一個緊鄰所述第二陰極定位。
[0039]可以在燈內(nèi)使用起始汞合金并且將其置于合適的位置，例如靠近陰極(例如在引線上)也以由母合金粉末和適當粘合劑的混合物構成的糊料的形式。粘合劑可以是有機粘合劑例如典型用于燈中的基于硝化纖維素的粘合劑，或者無機粘合劑如鋁基粘合劑或鋁-硅酸鹽粘合劑。
[0040]粉末可具有在0.5 μ m和300 μ m之間的平均粒度(granulometry)(在非球形粉末的情形中，粒度意圖指最大的橫向尺寸)，但粉末的最大容許粒度不超過500 μ m。
[0041]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及一種在根據(jù)本發(fā)明的放電燈的啟動期間增加其中的汞壓力的方法，其中所述起始汞合金溫度在觸發(fā)后10秒內(nèi)達到至少200°C。
[0042]優(yōu)選地，所述起始汞合金在燈觸發(fā)后10秒內(nèi)達到至少250°C。
[0043]在不同的優(yōu)選方式中，將起始汞合金插入燈中靠近陰極，其為具有粉末形式的母合金的糊料的形式，其中使合金分散在合適的粘合劑中。粉末可以具有在0.5 μ m和300 μ m之間的平均粒度(在非球形粉末的情形中，粒度意圖指最大的橫向尺寸)，但粉末的最大允許粒度不超過500 μ m。
[0044]將通過以下實施例進一步說明本發(fā)明。
[0045]實施例1
[0046]將不同的母合金沉積在有孔的金屬網(wǎng)上；通過如下方式制備每種母合金的樣品:在具有網(wǎng)格的5mm2網(wǎng)狀標記上壓制約5mg的量，其中每個網(wǎng)格開孔中的內(nèi)切圓直徑是
0.28mm ;然后將這樣的樣品在約1*10_3毫巴的真空中于500°C加熱2分鐘。
[0047]表I示出了根據(jù)本發(fā)明制備的四種樣品S1-S4的母合金組成，和三種比較樣品C0-C2的母合金組成，以及在真空下于500°C加熱2分鐘之后載體的目視檢查結果。正如所述，該處理對應于在陰極轉化處理期間作用到母合金上的最嚴格的條件，由于合金和燈絲之間的近距離，這是由需要將起始汞合金放置在燈的最熱部分所決定的。
[0048]表1:樣品組成
[0049]
【權利要求】
1.燈，其包含第一陰極、第二陰極、用于所述第一陰極和第二陰極的載體、以及處在所述燈的高溫部分中的至少一個起始萊合金，其中所述起始萊合金包含母合金和相對于起始汞合金總重量為0.1重量％至10重量％的量的汞，其特征在于所述母合金包含: -在由Ag、Cu、Au、N1、Ti構成的組A中選擇的一種或多種元素；和 -在由B1、Sn、Ga、Zn構成的組B中選擇的一種或多種元素， 其中: ?A是所述母合金的至少50重量％ ； ?B是所述母合金的至少15重量％ ;并且 ?A+B是所述母合金的至少95重量％。
2.根據(jù)權利要求1的燈，其中A+B是所述母合金的至少99%。
3.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述起始汞合金包含從0.8重量％至8重量％的汞。
4.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述高溫部分預期在燈開啟之后達到等于或高于250°C的溫度。
5.根據(jù)權利要求 1的燈，其中所述母合金選自于由Ag- B1、Cu - Bi和Ag-Cu-Bi合金構成的組中。
6.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述起始汞合金是粉末在粘合劑中的分散體形式。
7.根據(jù)權利要求6的燈，其中所述粉末具有在0.5 μ m和300 μ m之間的平均尺寸和等于或小于500 μ m的最大尺寸。
8.根據(jù)權利要求1的燈，其特征在于其包含兩個起始汞合金，其中一個被鄰近于所述第一陰極放置并且另一個被鄰近于所述第二陰極放置。
9.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述起始汞合金被沉積到具有孔的金屬結構上，所述孔具有不大于0.16mm2的面積。
10.根據(jù)權利要求9的燈，其中起始汞合金沉積在所述金屬結構的至少50%上。
11.根據(jù)權利要求9的燈，其中所述金屬結構是T形的或L形的或I形的。
12.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述起始汞合金沉積在金屬片材上。
13.根據(jù)權利要求1的燈，其中所述起始汞合金是一個或兩個標記、帶材或線材的形式。
14.根據(jù)權利要求13的燈，其中所述一個或兩個標記、帶材或線材各自被放置在所述陰極附近并且固定至所述陰極載體。
15.在根據(jù)前述權利要求之一的放電燈的啟動期間增加汞壓力的方法，其中所述起始汞合金溫度在觸發(fā)后10秒內(nèi)達到至少200°C。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述起始汞合金溫度在觸發(fā)后10秒內(nèi)達到至少250。。。
【文檔編號】H01J61/20GK103988280SQ201280056900
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權日:2011年11月21日
【發(fā)明者】A·科達, A·克拉扎, A·加里托格諾塔 申請人:工程吸氣公司