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Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe mit einem
Leuchtschirm
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre mit einem Leuchtschirm, der einen rotleuchtenden Stoff enthält, dessen Emission bei Erregung durch Ultraviolettstrahlung nahezu völlig über 600 mu liegt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Leuchtstoff mit dieser roten Emission und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stoffes.
In der brit. Patentschrift Nr. 701, 033 ist eine Strahlenquelle der obenerwähnten Art beschrieben, in der die Strahlung des rotleuchtenden Stoffes zur Ergänzung der in der Strahlung einer solchen Entladungsröhre zu schwachen roten Emission dient. Dieser Stoff ist eine mit vierwertigemMangan aktivierte, durch Erhitzung erzielte Verbindung von Magnesiumoxyd, Magnesiumfluorid und Germaniumdioxyd, in der pro Molekül Germaniumdioxyd die Summe der Menge an Magnesiumoxyd und Magnesiumfluorid in Molekülen zwischen 2 und 4, 6 liegt.
Nach den Anweisungen der brit. Patentschrift wurden viele Hunderte Strahlenquellen hergestellt, welche sich in der Praxis besonders gut bewährt haben. Ein grosser Nachteil der verwendeten rotleuchtenden Stoffe ist aber der hohe Preis des Germaniums. Denn Germanium ist ein seltenes Element und seine Herstellung aus den Mineralien ist schwer, insbesondere mit dem zur Herstellung von Leuchtstoffen erforderlichen Reinheitsgrad.
Man hat nach Stoffen mit gleich guten Leuchteigenschaften zur Verwendung in Strahlenquellen der obenerwähnten Art gesucht, die nahezu ausschliesslich in grossen Mengen vorkommende Elemente ent- haLen und aus denen die erforderlichen Verbindungen billig hergestellt werden können. Es wurde festgestellt, dass es wenige Leuchtstoffe gibt, die im gewünschten Bereich so intensiv aufleuchten und dabei die gleiche geringe Temperaturabhängigkeit der Emission wie die erwähnten Germanate aufweisen ; denn letztere behalten sogar bei Temperaturen von 2500C eine Emission, deren Quantenleistung nicht niedriger als ungefähr 80% der Leistung bei Zimmertemperatur ist. Dies ist von grosser Wichtigkeit, da die Leuchtstoffe vorzugsweise in kurzem Abstand von den Entladungsröhren, die eine hohe Temperatur haben, angebracht werden.
Aus den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, hat sich ergeben, dass ein Teil des Germaniumdioxyds durch die Kombination von Siliciumdioxyd mit einem oder beiden Oxyden von Titan und Zinn ersetzt werden kann ; dabei werden die guten Eigenschaften des nicht ersetzten Germanats völlig beibehalten und in gewissen Fällen noch zusätzliche Vorteile erzielt.
Eine Strahlenquelle nach der Erfindung besteht also aus einer Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre und einem Leuchtschirm, der einen rotleuchtenden Stoff enthält, dessen Emission bei Erregung durch die Ultraviolettstrahlung nahezu völlig über 600 mu liegt, und sie weist das Kennzeichen auf,
EMI1.1
EMI1.2
<tb>
<tb> a <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> a <SEP> + <SEP> b <SEP> = <SEP> 4 <SEP>
<tb> c+p+q+r <SEP> = <SEP> 1 <SEP>
<tb> p <SEP> + <SEP> q <SEP> + <SEP> r <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP>
<tb>
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EMI2.1
<tb>
<tb> p <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> und <SEP> 0,
<SEP> 36 <SEP>
<tb> q <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> r <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> - <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> und <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP>
<tb> q <SEP> + <SEP> r <SEP>
<tb> z <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0,005 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 020.
<tb>
Wie sich aus der Formel und den angegebenen Bedingungen ergibt, weicht ein Stoff nach der Erfindung nur darin von den oben beschriebenen bekannten Stoffen ab, dass ein Teil des Germaniumdioxyds durch Siliciumdioxyd in Kombination mit einem oder beiden Oxyden von Zinn und Titan ersetzt ist.
Da die Verbindungen von Silicium, Titan und Zinn wesentlich billiger sind als Verbindungen von Germanium, ist es vorteilhaft, einen möglichst grossen Teil des Germaniumdioxyds durch die drei erwähnten Oxyde zu ersetzen. Es ergibt sich aber, dass diesem Ersatz eine Grenze gesetzt ist, da die Lichtausbeute bei einem zu hohen Prozentsatz an Siliciumdioxyd, Titandioxyd und Zinndioxyd zu stark abfällt. Ein geringer Abfall der Lichtausbeute ist wegen der grossen Kostenersparnis zulässig. Da bei bestimmten Ersatzprozentsätzen aber sogar eine höhere Lichtausbeute erreicht wird, wie nachstehend noch an Hand einiger Tabellen näher erläutert wird, werden vorzugsweise diese Prozentsätze gewählt.
Es wurde festgestellt, dass ein Ersatz eines so grossen Teiles des Germaniumdioxyds, dass eine angemessene Ersparnis erzielt wird, durch nur eines der Oxyde von Silicium, Titan oder Zinn oder durch Zinndioxyd und Titandioxyd immer zu einer wesentlich geringeren Lichtausbeute führt. In einem Stoff zur Verwendung in einer Strahlenquelle nach der Erfindung ist daher immer Siliciumdioxyd und wenigstens eines der beiden andern Oxyde vorhanden.
Die Herstellung der rotleuchtenden Stoffe der obenstehenden Formel ist nahezu gleich der Herstellung der bekannten Germanate. Es folgen hier drei Ausführungsbeispiele.
Beispiel l : Man bereitet ein Gemisch von
EMI2.2
<tb>
<tb> 124 <SEP> gMgO
<tb> 56 <SEP> g <SEP> MgF2
<tb> 84 <SEP> gGeO
<tb> 6,0 <SEP> g <SEP> SiO
<tb> 8, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> TIO
<tb> 0, <SEP> 7 <SEP> g <SEP> MnO.
<tb>
EMI2.3
peratur von 11000 C erhitzt. Das erzielte Erzeugnis wird darauf gemahlen und gesiebt und ist dann zum Auftragen auf den Leuchtschirm der Strahlenquelle nach der Erfindung geeignet. Dieser Leuchtschirm kann sich z. B. auf einem Reflektor oder auf der Innenwand eines die Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre umgebenden Kolbens befinden.
EMI2.4
EMI2.5
<tb>
<tb> 140 <SEP> g <SEP> MgO.
<tb>
31 <SEP> g <SEP> ; <SEP> ; <SEP>
<tb> 74 <SEP> g <SEP> GeO
<tb> 12,0 <SEP> g <SEP> SiO2
<tb> 15, <SEP> 1 <SEP> g <SEP> SnO2 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 9 <SEP> g <SEP> MnOz. <SEP>
<tb>
Dieses Gemisch wird acht Stunden lang bei einer Temperatur von 1000-C in Luft erhitzt. Das erzielte Reaktionsprodukt wird gemahlen und gesiebt. und ist dann verwendungsbereit.
Beispiel 3 : Man bereitet ein Gemisch von
EMI2.6
<tb>
<tb> 140 <SEP> g <SEP> MgO
<tb> 31 <SEP> g <SEP> MgFz <SEP>
<tb> 84 <SEP> g <SEP> GeO
<tb> 8, <SEP> 4 <SEP> g <SEP> SiO,
<tb> 2, <SEP> 4 <SEP> g <SEP> TiOz
<tb> 4, <SEP> 5 <SEP> g <SEP> SnO
<tb> 1, <SEP> 3 <SEP> g <SEP> MnO.
<tb>
EMI2.7
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In der nachfolgenden Tabelle ist die Lichtausbeute bei Erregung mit einer Strahlung von 253, 7 Mss einer grossen Zahl von Verbindungen mit der Formel 3,5MgO. 0,5 MgF2. 1(GeO2+SiO2+TiO2).0.01 MnO2 im Vergleich zu einem nicht ersetzten Germanat, dessen Lichtausbeute gleich 100 gesetzt ist, ver- zeichnet. GeOz In dieser Tabelle ist in der ersten waagrechten Reihe das Verhältnis # und in der letzten senkrechten Spalte das Verhältnis von 5i02 : Tri02 verzeichnet.
EMI3.1
<tb>
<tb>
GeO2 <SEP> 0,8 <SEP> 0,7 <SEP> 0,6 <SEP> SiO2
<tb> SiO2+TiO2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,4 <SEP> TiO2
<tb> 97 <SEP> 89 <SEP> 83 <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 7 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 97 <SEP> 90 <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 6 <SEP>
<tb> 98 <SEP> 99 <SEP> 95 <SEP> 5:5
<tb> 101 <SEP> 98 <SEP> 95 <SEP> 6 <SEP> : <SEP> 4 <SEP>
<tb> 101 <SEP> 98 <SEP> 93 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 3 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 94 <SEP> 89 <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 2 <SEP>
<tb> 96 <SEP> 89 <SEP> 80 <SEP> 9:1
<tb>
In nachfolgender Tabelle ist auf gleiche Weise wie in der ersten Tabelle die Lichtausbeute angegeben, aber statt Titandioxyd wurde jetzt Zinndioxyd verwendet.
EMI3.2
<tb>
<tb>
Ge02 <SEP> 0,8 <SEP> 0,7 <SEP> 0,6 <SEP> Si02
<tb> Si02 <SEP> + <SEP> SnO2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> Sn02 <SEP>
<tb> 93 <SEP> 90 <SEP> 85 <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 7 <SEP>
<tb> 95 <SEP> 89 <SEP> 89 <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 6 <SEP>
<tb> 96 <SEP> 93 <SEP> 89 <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 5 <SEP>
<tb> 98 <SEP> 95 <SEP> 83 <SEP> 6 <SEP> : <SEP> 4 <SEP>
<tb> 98 <SEP> 94 <SEP> 77 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 3 <SEP>
<tb> 94 <SEP> 92 <SEP> 75 <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 2 <SEP>
<tb> 93 <SEP> 84 <SEP> 75 <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 1 <SEP>
<tb>
EMI3.3
sowohl Titandioxyd als auch Zinndioxyd vorhanden sind, wurden Verbindungen mit 0,8 Mol GeO und 0, 14 Mol Si02 und einer konstanten Summe, nämlich 0, 06 Mol von Ti02 und Sn02 hergestellt.
In nachfolgender Tabelle sind die Lichtausbeuten dieser Stoffe mit der Lichtausbeute eines Stoffes mit ausschliesslich 1 Mol GeO, welche gleich 100 gesetzt ist, verglichen.
EMI3.4
<tb>
<tb>
Lichtausbeute
<tb> 3, <SEP> 5 <SEP> MgO: <SEP> 0,5MgF2: <SEP> 0,01 <SEP> MnO2; <SEP> 0,8 <SEP> GeO2; <SEP> 0,14SiO2; <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> Ti02 <SEP> i <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> Sn02 <SEP> 106
<tb> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 0,03 <SEP> TiO2; <SEP> 0,03 <SEP> SnO2 <SEP> 104
<tb> 0,02 <SEP> TiO2; <SEP> 0,04 <SEP> SnO2 <SEP> 99
<tb>
Wie sich aus den vorhergehenden Tabellen ergibt, wird nicht immer dieselbe Lichtausbeute erzielt, sondern es gibt einen Bereich, in dem die Lichtausbeute am grössten ist.
Der rotleuchtende Stoff wird
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daher vorzugsweise derart gewählt, dass in der angegebenen Formel
EMI4.1
<tb>
<tb> a <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> a+b=4
<tb> c+p+q+r <SEP> =l <SEP>
<tb> p <SEP> + <SEP> q <SEP> + <SEP> r <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP>
<tb> p <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP>
<tb> q <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0,28
<tb> r <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0,28
<tb> P <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0,4 <SEP> und <SEP> 2,5
<tb> q <SEP> + <SEP> r
<tb> z <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0,
<SEP> 005 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 020.
<tb>
Um einen Eindruck von der Kostenersparnis zu geben, die durch Anwendung der Erfindung erzielt werden kann, möge folgendes dienen. Für jede aus einer Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre üblicher Abmessung bestehende und von einem Kolben etwa sphärischer Gestalt mit einem Radius von 5 cm umgebene Strahlenquelle ist 2 g Germanat notwendig. In diesem Germanat ist 0,8 g Germaniumdioxyd vorhanden, wenn nicht von der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Wenn von 1 Mol Germaniumdioxyd 0,2 Mol durch ein Gemisch von Siliciumdioxyd und Titandioxyd in einem Verhältnis 1 : 1 ersetzt wird, so erniedrigt sich der Preis der Bedeckung eines Kolbens um etwa 80/0. Für 1000 Kolben ergibt dies bei den heutigen Preisen von Germaniumdioxyd eine Ersparnis von etwa hFl. 50, --.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strahlenquelle, die aus einer Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhre und einem Leuchtschirm besteht, der einen rotleuchtenden Stoff enthält, dessen Emission bei Erregung durch Ultraviolettstrahlung nahezu völlig über 600 mp liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der rotleuchtende Stoff eine molekulare Zusammensetzung hat, die folgender Formel entspricht : a.
MgO. b.MgF2. c.GeO2. p.SiO2. q.TiO2.
EMI4.2
<tb>
<tb> r. <SEP> SnO <SEP> . <SEP> z. <SEP> MnO <SEP> ; <SEP> wobei
<tb> a <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 3,0 <SEP> und <SEP> 3,9
<tb> a <SEP> + <SEP> b <SEP> = <SEP> 4 <SEP>
<tb> c+p+q+r <SEP> =l <SEP>
<tb> p <SEP> + <SEP> q <SEP> + <SEP> r <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP>
<tb> p <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> q <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> r.
<SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb> - <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> und <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP>
<tb> q+r
<tb> z <SEP> einen <SEP> Wert <SEP> hat <SEP> zwischen <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> und <SEP> 0, <SEP> 020.
<tb>