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Strahlenquelle mit einer Leuchtschicht
Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlenquelle, die aus einer Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Leuchtschicht besteht. Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen zur Verwendung in einer derartigen Leuchtschicht geeigneten Leuchtstoff und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stoff es.
Für stark verschiedene Anwendungen haben Strahlenquellen der vorstehend. beschriebenen Art Ver- wendung gefunden, bei denen die Ultraviolettstrahlung der Quecksilberdampfentladung von der Leuchtschicht in Strahlung grösserer Wellenlängen umgewandelt wird. Je nach dem beabsichtigten Zweck wählt man den Leuchtstoff oder das Stoffgemisch in der Leuchtschicht derart, dass sie ausgesandte Strahlung in einem bestimmten Teil des Spektrums die gewünschte Stärke hat.
Bei der Verwendung von Strahlenquellen der vorstehend erwähnten Art zur Bestrahlung lebender Organismen, z. B. Pflanzen, und lichtempfindlicher Substanzen, wie sie z. B. bei Lichtdruckverfahren Verwendung finden, sind Leuchtstoffe erwünscht, die ein Emissionsspektrum mit steilen Spitzen aufweisen.
In beiden Fällen werden nämlich Farbstoffe angestrahlt, die Absorptionskurven mit verhältnismässig steilen Spitzen haben, so dass es erwünscht ist, dass ein grosser Teil der Emission der Strahlenquelle innerhalb desjenigen Teiles des Spektrums ausgesandt wird, der innerhalb dieser Absorptionskurven liegt. Dadurch wird selbstverständlich erstens die Strahlung der Strahlenquelle bestens ausgenutzt und überdies vermieden, dass Nebenwirkungen auftreten können. Es handelt sich nämlich, insbesondere bei lebenden Organismen, häufig um mehrere strahlungsempfindliche Stoffe mit Absorptionskurven, die sehr dicht beieinander liegende steile Spitzen aufweisen. Soll nur einer dieser strahlungsempfindlichen Stoffe beeinflusst werden, so ist es somit erwunscht, dass die Strahlung der Strahlungsquelle möglichst wenig von den andern Stoffen absorbiert wird.
Dieses Ziel ist mit einer Strahlenquelle mit einer scharfen Emissionsspitze bei den gewünschten Wellenlängen erreichbar. Die Erfindung bezieht sich auf Strahlenquellen dieser Art.
Eine Strahlenquelle gemäss der Erfindung besteht aus einer Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Leuchtschicht und ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Schicht einen mit einwertigem Kupfer und gegebenenfalls mit zweiwertigem Mangan aktivierten Leuchtstoff enthält, der sich durch die Formel :
EMI1.1
mindestens eines der Alkalimetalle Lithium, Natrium und Kalium darstellen, welcher Stoff ferner die folgenden Bedingungen
EMI1.2
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EMI2.1
2. 50merlus
Die durch die vorstehende Formel dargestellten Stoffe sind im wesentlichen Orthophosphate von Erdalkalimetallen und Alkalimetallen. Dies ergibt sich unter anderem auch aus Röntgenbeugungsaufnah- men.
Wie aus den Bedingungen hervorgeht, kann sowohl das Mangan als auch das Aluminium fehlen.
Die Phosphate gemäss der Erfindung werden im wesentlichen durch Ultraviolettstrahlung mit einer
EMI2.2
bindung mit einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe Verwendung finden. Weil jedoch eine
Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe auch eine ausreichend intensive Strahlung bei 253,7 mli aus- sendet, ist die Kombination mit einer solchen Entladungslampe auch sehr nützlich.
Der Aktivator ist einwertiges Kupfer, das manchmal mit zweiwertigem Mangan kombiniert ist. Ist lediglich Kupfer als Aktivator vorhanden, so liegt die Spitze der Emissionskurven zwischen 350 und 520 mij ; ist auch Mangan als Aktivator vorhanden, so ergibt sich eine zweite Emissionsspitze bei einer grösse- ren Wellenlänge zwischen 600 und 700 mu.
Die Phosphate, die ausser den Erdalkali- und Alkalimetallen auch Aluminium enthalten, haben im allgemeinen eine höhere Lichtausbeute als die Phosphate ohne Aluminium. Die Stelle des Höchstwertes der Emission ändert sich durch die Verwendung von Aluminium nahezu nicht. Vermutlich beruht die hö- here Lichtausbeute infolge der Verwendung von Aluminium auf dem besseren Einbau des Kupfers in das
Kristallgitter der leuchtenden Phosphate.
Das durch die Bedingung a bestimmte Verhältnis wird vorzugsweise zwischen 2, 95 und 3, 05, das durch die Bedingung b bestimmte Verhältnis zwischen 1, 60 und 2, 30 und das durch die Bedingung c be- stimmte Verhältnis zwischen 0,01 und 0,03 gewählt. Wenn auch Mangan vorhanden ist, wird das durch die Bedingung d bestimmte Verhältnis vorzugsweise zwischen 0,05 und 0, 10 gewählt. Wenn auch Alu- minium vorhanden ist, wird das durch die Bedingung e bestimmte Verhältnis vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,05 gewählt. Bei diesen bevorzugten Verhältnissen wird nämlich die höchste Lichtausbeute erhalten.
Weil das Kupfer in einwertiger Form und das Mangan in zweiwertiger Form vorhanden sein muss, ist es notwendig, dass die Phosphate in einer nicht-oxydierenden, vorzugsweise in einer schwach reduzierenden Atmosphäre hergestellt werden. Es hat sich jedoch als möglich erwiesen, ein Gemisch aus Verbindun - gen, aus denen sich durch Erhitzung die aufleuchtenden Phosphate ergeben, zunächst in einer oxydierenden Atmosphäre zu erhitzen und das Produkt dieser Erhitzung nachher in einer reduzierenden Atmosphäre zu brennen, wobei. die erwünschte Wertigkeit des Kupfers und gegebenenfalls des Mangans erhalten wird.
Zur Erfindung gehört somit ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus Verbindungen eines oder mehrerer der Elemente aus der Gruppe A zusammen mit Verbindungen eines oder mehrerer der Elemente aus der Gruppe B und einer Verbindung von Kupfer und gegebenenfalls Verbindungen von Aluminium und Mangan, aus denen sich durch Erhitzung die aktivierten Leuchtstoffe ergeben, 1 - 2 Stunden lang in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 8500C und 12500C erhitzt wird.
Gleichfalls gehört zur Erfindung ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus Verbindungen eines oder mehrerer der Elemente aus der Gruppe A zusammen mit Verbindungen eines oder mehrerer der Elemente aus der Gruppe B und einer Verbindung von Kupfer, und gegebenenfalls Verbindungen von Aluminium und Mangan, aus denen sich durch Erhitzung die aktivierten Leuchtstoffe ergeben, 1 - 2 Stunden lang in einer oxydierenden Atmosphäre, z. B. Luft, bei einer Temperatur zwischen 8500C und 12500C erhitzt wird, wonach das Erhitzungsprodukt 1-2 Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 6000C und 12500C erhitzt wird.
Dieses letztere Verfahren liefert häufig bessere Ergebnisse, weil sich das Kristallgitter leichter in einer oxydierenden Atmosphäre bildet. Bei der zweiten Erhitzung braucht das Kupfer nur aus der zweiwertigen in die einwertige Form umgewandelt zu werden. Dies kann bei niedrigerer Temperatur erfolgen, wodurch weniger Sinterung auftritt.
Die reduzierende Atmosphäre kann z. B. aus einem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bestehen.
Unter den Verbindungen, die durch die vorstehende Formel dargestellt werden, nimmt das Orthophosphat von Strontium und Lithium, das nur mit Kupfer aktiviert ist, eine besondere Stelle ein. Dieses
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Phosphat sendet nämlich bei Erregung mit Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 mu eine Strahlung mit einer steilen Emissionsspitze bei 415 mu aus. Weil die für Lichtdruckverfahren am meisten verwendeten Stoffe einen Höchstwert der Empfindlichkeit zwischen 400 und 450 mil haben, eignet sich dieser Leuchtstoff in Verbindung mit Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen ausgezeichnet für Lichtdruckzwecke.
Durch Einbau von Aluminium in diesen Leuchtstoff wird die Lichtausbeute stark gesteigert.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele der Herstellung von Stoffen mit verschiedenen Zusammensetzungen näher erläutert. Bei jedem der Beispiele wird auf eine Emissionskurve in der graphischen Darstellung der Zeichnung verwiesen, die bei Anregung mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 m aufgenommen ist. In dieser graphischen Darstellung ist auf der Abszisse die Wellenlänge in Millimikron und auf der Ordinate die Lichtausbeute in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Der Höchstwert der Emission ist jeweils auf den Wert 100 gebracht. Die absoluten Lichtausbeuten der Stoffe sind verhältnismässig stark von den Bedingungen bei der Herstellung abhängig. Die Stoffe sind nämlich sehr empfindlich gegen kleine Änderungen in diesen Bedingungen, z.
B. in der Reaktivität der gemischten Ausgangsstoffe, der Korngrösse, dem Standort im Ofen usw. Wenn jedoch die vorstehend beschriebenen Verfahren befolgt werden, ergibt sich ein Reaktionsprodukt, das zum grössten Teil aus einem Stoff besteht, der der erwähnten Formel und den gestellten Bedingungen entspricht und die erwünschte Kristallstruktur hat.
Beispiel1 :
EMI3.1
<tb>
<tb> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus:
<tb> 50, <SEP> 30 <SEP> g <SEP> StHPO
<tb> 11, <SEP> 09 <SEP> g <SEP> Li <SEP> CO <SEP>
<tb> 0, <SEP> 53 <SEP> g <SEP> CuS0. <SEP> 5aq <SEP>
<tb> 2, <SEP> 08g <SEP> (NH <SEP> HPO
<tb>
wird 1 Stunde in einem Ofen bei einer Temperatur von 11000C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt, worauf es verwendungsfähigist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 1 bezeichnet.
Der Stoff mit dieser Emission genügt den Bedingungen :
EMI3.2
<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP>
<tb> b. <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 84
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 0075 <SEP>
<tb> d <SEP> = <SEP> 0
<tb> e <SEP> = <SEP> 0. <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
EMI3.3
<tb>
<tb> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> : <SEP>
<tb> 35, <SEP> 50 <SEP> g <SEP> SrHPO <SEP>
<tb> 7, <SEP> 09 <SEP> g <SEP> Li2Co3
<tb> 0,37 <SEP> g <SEP> CuSO. <SEP> 5aq <SEP>
<tb> 0, <SEP> OSgAl
<tb> 0, <SEP> 46g <SEP> (NH <SEP> HPO
<tb>
wird 1 Stunde in einem Ofen bei einer Temperatur von 11000C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls
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gesiebt, worauf es verwendungsfähig ist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 2 bezeichnet.
Der Stoff mit dieser Emission genügt den Bedingungen :
EMI4.1
<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 90 <SEP>
<tb> b <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 00 <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 0075 <SEP>
<tb> d=0
<tb> e <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 0075. <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
EMI4.2
<tb>
<tb> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> : <SEP>
<tb> 46, <SEP> 90 <SEP> g <SEP> SrHPO4
<tb> 11, <SEP> 62 <SEP> g <SEP> Li2COs <SEP>
<tb> 0,36 <SEP> g <SEP> CuSO, <SEP> 5aq <SEP>
<tb> 0,55 <SEP> g <SEP> MnNH4PO4
<tb> 0, <SEP> 58gAl
<tb> 4, <SEP> 14 <SEP> g <SEP> (NH4) <SEP> 2HP04 <SEP>
<tb>
wird 1 Stunde in einem Ofen bei einer Temperatur von 1000 C in Luft erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird nach Abkühlung zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt. Dann wird das Produkt erneut in einem Ofen 1, 5 Stunden auf eine Temperatur von 7500C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt, worauf es verwendungsfähig ist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 3 bezeichnet.
Der Stoff mit dieser Emission genügt den Bedingungen:
EMI4.3
<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 05
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 64 <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> d <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> e <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 04. <SEP>
<tb>
Beispiel 4 :
EMI4.4
<tb>
<tb> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> : <SEP>
<tb> 54, <SEP> 60 <SEP> g <SEP> BaCO@
<tb> 37, <SEP> 68 <SEP> g <SEP> (NH4)2HPO4
<tb> 11, <SEP> 09 <SEP> g <SEP> LizCOs <SEP>
<tb> 0,53 <SEP> g <SEP> CuSO. <SEP> 5aq <SEP>
<tb>
wird 1 Stunde lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 10000C in Luft erhitzt. Das erhaltene Reaktionsprodukt wird nach Abkühlung zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt. Dann wird das Produkt erneut in einem Ofen 1, 5 Stunden lang auf eine Temperatur von 7500C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt, worauf es verwendungsfähig ist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 4 bezeichnet.
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EMI5.1
EMI5.2
EMI5.3
EMI5.4
EMI5.5
EMI5.6
<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP>
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 84
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 0075 <SEP>
<tb>
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EMI6.1
EMI6.2
EMI6.3
EMI6.4
EMI6.5
<tb>
<tb> = <SEP> 0.a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP>
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> "66 <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb>
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d =0 e = 0, 04.
Beispiel 9 :
EMI7.1
EMI7.2
:tionsprodukt wird nach Abkühlung zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt. Dann wird das Produkt erneut in einem Ofen l, 5 Stunden lang auf eine Temperatur von 7500C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt, worauf es verwendungsfähig ist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 9 bezeichnet.
EMI7.3
EMI7.4
EMI7.5
tionsprodukt wird nach Abkühlung zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt. Dann wird das Produkt erneut in einem Ofen 1, 5 Stunden lang auf eine Temperatur von 750 C in einem Strom von Stickstoff und Wasserstoff erhitzt. Nach Abkühlung im Ofen wird das Reaktionsprodukt zerkleinert und erforderlichenfalls gesiebt, worauf es verwendungsfähig ist.
Die Emissionskurve ist in der Zeichnung mit 10 bezeichnet.
Der Stoff mit dieser Emission genügt den Bedingungen :
EMI7.6
<tb>
<tb> a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP>
<tb> b <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> c <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> d <SEP> = <SEP> 0
<tb> e=0, <SEP> 04. <SEP>
<tb>