<Desc/Clms Page number 1>
Matière phosphorescente et procédé pour sa fabrication.
L'invention concerne les matières phosphorescentes et leurs procédés de fabrication et, en particulier, la fabrica- tion d'une matière phosphorescente ayant une réponse de grande intensité dans la région érythématique du spectre.
Elle a pour objet principal un procédé de fabrication d'une matière phosphorescente, particulièrement destinée aux lampes fluorescentes et ayant un rendement élevé dans la région érythématique et seulement un très faible débit de radiations visibles, suivant lequel on ajoute aux ingrédients de la matière phosphorescente un faible pourcentage d'une impureté prise dans le groupe comprenant du phosphate de zinc tertiaire, du phos- phate de magnésium tertiaire, du sulfate de zinc et du sulfate de magnésium.
<Desc/Clms Page number 2>
Une matière phosphorescente préférée conforme à l'in- vention comprend une solution solide de phosphates de zinc, de calcium et de thallium, son émission de pointe étant localisée aux environs de 3.110 A.U (unités angstroms).
Différentes formes d'exécution choisies de l'inven- tion seront décrites ci-après, à titre d'exemple, avec référen- ce au dessin annexé.
La figure 1 est une vue en élévation d'une lampe fluo- rescente conforme à l'invention, avec une partie représentée en coupe longitudinale.
La figure 2 est un diagramme donnant la relation entre la réponse fluorescente d'une matière phosphorescente conforme à l'invention, celle de la matière phosphorescente utilisée anté- rieurement, et le spectre érythématique, la longueur d'onde étant portée en abscisse en unités angstrom et l'intensité relative étant portée en ordonnées.
La figure 3 est un diagramme d'opérations représentant une forme d'exécution du procédé de fabrication de la nouvelle matière phosphorescente.
La figure 4 est un diagramme d'opérations représentant une autre forme d'exécution d'un tel procédé.
La matière phosphorescente généralement utilisée anté- rieurement pour la production de radiations érythématiques est le phosphate de calcium activé au thallium. Le spectre d'émission de cette matière a une pointe aux environs de 3.280 A.U. (unités angströms), la courbe correspondante étant désignée par le chiffre de référence 11 à la figure 2. Le rendement de cette matière phosphorescente est faible, parce que seule une petite quantité de la fluorescence émise tombe dans la région érythéma- tique intéressante. Conformément à l'invention une nouvelle ma- tière phosphorescente est fabriquée dont la pointe d'émission est à3.110 A.U., sa courbe d'émission étant désignée par le nombre
<Desc/Clms Page number 3>
de référence 12 à la figure 2.
De cette manière on obtient avec la nouvelle matière phosphorescente une réponse environ double de celle du phosphate de calcium activé au thallium, dans la région érythématique.
La préparation de la nouvelle matière phosphorescente produit une solution solide de phosphates de zinc et de calcium activés au thallium. Le zinc peut être sous forme d'oxyde, de carbonate ou de phosphate de zinc. Le calcium réagit le mieux quand il se trouve sous forme d'oxyde ou de carbonate, mais on peut employer aussi d'autres sels purs de calcium. Le radical phosphate est délivré le mieux par le composé phosphate acide de di-ammonium, mais d'autres sels tels que le phosphate acide de calcium conviennent aussi. Deux procédés d'utilisation d'une formu- le donnée ci-dessous, produisant une bonne matière phosphorescente, seront décrits maintenant.
FORMULE 1
Constituants moles
Zn3 (P04)2 0,337
Ca Co3 14,150 (NH4)2 HPO4 9,670
T13 PO4 0,166
Pour fabriquer la matière phosphorescente avec la for- mule ci-dessus, on commence par moudre finement les trois pre- miers ingrédients et les mélanger pendant deux heures, de préfé- rence au moyen d'un broyeur à boulets, et on les chauffe ensuite à 300 C. Il est bon de remoudre la masse chauffée et on la passe ensuite par un tamis de 100 mailles (1550 ouvertures par cm2) avant de la reporter une seconde fois à 300 C. On ajoutera de préférence l'orthophosphate de thallium au phosphate double de zinc et de calcium ainsi préparé et mélangé à fond, dans un mor- tier d'agate. La température de chauffe est ensuite relevée à 950 C et on chauffe l'échantillon pendant une demi-heure.
On rebroie, tamise et réchauffe alors la matière phosphorescente pen- il-\
<Desc/Clms Page number 4>
dant environ 20 minutes. On répète au moins deux fois l'opéra- tion de réchauffage et de tamisage, après cela, ou jusqu'au mo- ment où l'on atteint le meilleur rendement.
Au lieu d'employer ce procédé représenté par le diagram- me d'opérations de la figure 3, on peut mélanger tous les ingré- dients, les moudre finement et les remélanger, au moyen d'un broyeur à boulets par exemple, avec un excès de 0,95 mole de phosphate d'ammonium. On chauffe avantageusement les ingrédients à 950 C pendant une demi-heure, et on rebroie et tamise ensuite le mélange. Le chauffage et le broyage sont poursuivis pendant des périodes de quinze minutes jusqu'à obtenir le rendement op- timum ou le plus élevé. Ce deuxième procédé est représenté par le diagramme d'opérations de la figure 4. La figure 1 représente une lampe fluorescente utilisant une matière phosphorescente con- forme à l'invention.
Au lieu de donner les proportions des ingrédients en moles, la matière phosphorescente à 8% de phosphate double de calcium et de zinc tertiaire, décrit ci-dessus, peut former un produit pesant approximativement un demi kilogramme après chauffe, les ingrédients ayant été mélangés dans les proportions suivantes :
FORMULE II
EMI4.1
<tb> Constituants <SEP> grammes
<tb>
<tb> Zn3 <SEP> (PO4)2 <SEP> (10% <SEP> H2O) <SEP> 58
<tb>
<tb> Ca <SEP> Co3 <SEP> 580
<tb>
<tb> (NE,)2 <SEP> HPO4 <SEP> 510,9
<tb>
Les ingrédients ci-dessus seront broyés finalement dans un broyeur à boulets ou d'une autre manière et serontintimement mélangés, pendant environ deux heures, puis portés à 300 C dans un récipient peu profond en silice d'environ 5 pouces sur 14 pouces sur 1¸ pouce (12,5 x 35 x 3,8 cm).
On repassera ensuite la matière dans le broyeur à boulets pour une demi-heure en y ajou- tant 50,18 grammes de sulfate de thallium TlSO4 ou la proportion correspondante en moles d'or thophosphate de thallium. On portera ensuite le mélange à 950 C pendant environ trois quarts d'heure, @
<Desc/Clms Page number 5>
et on réchauffera plusieurs fois pendant des périodes de quinze minutes, en faisant rebroyer, de préférence, entre les périodes de chauffe.
Quoique l'on spécifie de préférence une proportion de 8% de phosphate de zinc tertiaire ou d'orthophosphate, l'inven- tion n'est pas limitée à cette valeur, parce qu'il y a moyen de glisser la courbe de rendement vers la région des ondes plus cour- tes en ajoutant des proportions diverses de tels phosphates aux autres ingrédients. Ces proportions peuvent varier, par exemple, entre 4% et 12% correspondant à. un glissement de longueur d'onde d'une pointe à 3155 A.U. avec une ajoute de 4% de phosphate de zinc tertiaire, jusqu'à une pointe de 3.040 A.U. pour une ajou- te de 12% de phosphate de zinc tertiaire.
Quoique cette donnée seule montre qu'il serait intéressant d'ajouter plus de 8% de phosphate de zinc tertiaire, puisque la longueur d'onde glisse d'autant plus vers les courtes longueurs d'onde quand on ajoute au moins 12%, il a pourtant été constaté que l'intensité des radiations émises par la matière phosphorescente diminue, lors- que la proportion de phosphate de zinc tertiaire dépasse 8%.
Quoique le phosphate de zinc tertiaire convient très bien pour obtenir un glissement vers les longueurs d'onde plus courtes, ce qui augmente le rendement en radiations érythématiques, l'in- vention n'est pas limitée à cette matière, mais on peut obtenir un glissement équivalent vers les courtes longueurs d'onde par l'addition d'une ou de plusieurs autres impuretés. On a constaté que comme variantes du phosphate de zinc tertiaire, faisant glis- ser le spectre d'émission vers les longueurs d'onde courtes, on peut utiliser une des matières suivantes : phosphate de magnésium tertiaire, sulfates de zinc ou de magnésium. En utilisant le phosphate de magnésium, on a constaté que la quantité optimum se situait vers les 8% avec une pointe d'émission à 3.190 A.U.
Si le sulfate de zinc et le sulfate de magnésium font glisser la longueur d'onde vers les valeurs courtes, ils ne conviennent @
<Desc/Clms Page number 6>
cependant pas parce qu'ils diminuent le rendement.
La description précédente montre que l'invention produit une,matière phosphorescente perfectionnée qui a un spectre d'émis- sion décalé vers les courtes longueurs d'onde de telle manière qu'il augmente le rendement dans la région érythématique. La pointe de l'émission est voisine de celle du spectre érythémqtique, soit environ 3.110 A.U., et le rendement en radiations érythématiques vaut plus de deux fois le rendement érythématique de la matière phosphorescente au phosphate de calcium activé au thallium. De plus la nouvelle matière phosphorescente consiste en une so- lution solide de phosphates de zinc et de calcium activés au thallium particulièrement efficace en radiations érythématiques.
En ajoutant au phosphate de calcium activé au thallium, un ingré- dient, on fera glisser l'émission d'environ 200 A.U. vers les courtes longueurs d'onde, ce qui augmente son rendement en ra- diations érythématiques.
Les lampes fabriquées au moyen de la nouvelle matière phosphorescente ont une plus longue vie et ne produisent qu'une très petite partie de radiations visibles tout en donnant 2¸ fois plus de débit dans la région étythématique, que des lampes cons- truites au moyen de la matière phosphorescente ordinaire au phosphate de calcium au thallium. Cela signifie qu'une lampe de 40 Watts fabriquée avec la nouvelle matière phosphorescente, l'enveloppe de la lampe étant en verre calcique, tel que le Corning Code n 9821, par exemple, qui transmet les radiations érythématiques, produit à peu près 40 fois l'effet érythématique par Watt de la lampe soleil RS à filament construite par la Westinghouse Electric Corporation.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Phosphorescent material and process for its manufacture.
The invention relates to phosphorescent materials and their methods of manufacture and, in particular, to the manufacture of a phosphorescent material having a high intensity response in the erythematic region of the spectrum.
Its main object is a process for the manufacture of a phosphorescent material, particularly intended for fluorescent lamps and having a high efficiency in the erythematic region and only a very low flow rate of visible radiation, according to which is added to the ingredients of the phosphorescent material a a small percentage of an impurity taken from the group consisting of tertiary zinc phosphate, tertiary magnesium phosphate, zinc sulfate and magnesium sulfate.
<Desc / Clms Page number 2>
A preferred phosphorescent material according to the invention comprises a solid solution of zinc, calcium and thallium phosphates, its peak emission being localized to around 3,110 A.U (angstrom units).
Various selected embodiments of the invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawing.
Figure 1 is an elevational view of a fluorescent lamp according to the invention, with a part shown in longitudinal section.
FIG. 2 is a diagram giving the relationship between the fluorescent response of a phosphorescent material in accordance with the invention, that of the phosphorescent material used previously, and the erythematic spectrum, the wavelength being plotted on the abscissa in units. angstrom and the relative intensity being plotted on the ordinate.
Fig. 3 is a flowchart showing one embodiment of the process for manufacturing the novel phosphor material.
Fig. 4 is an operation diagram showing another embodiment of such a method.
The phosphorescent material previously generally used for the production of erythematic radiation is thallium activated calcium phosphate. The emission spectrum of this material peaks at around 3,280 A.U. (angstrom units), the corresponding curve being designated by the reference numeral 11 in Fig. 2. The yield of this phosphorescent material is low, because only a small amount of the emitted fluorescence falls into the erythema region of interest. In accordance with the invention a new phosphorescent material is fabricated, the emission peak of which is 3.110 A.U., its emission curve being denoted by the number
<Desc / Clms Page number 3>
reference 12 in Figure 2.
In this way, a response of approximately double that of activated calcium phosphate to thallium in the erythematic region is obtained with the new phosphorescent material.
The preparation of the new phosphorescent material produces a solid solution of thallium activated zinc and calcium phosphates. Zinc can be in the form of zinc oxide, carbonate or phosphate. Calcium reacts best when it is in the oxide or carbonate form, but other pure calcium salts can also be used. The phosphate radical is best delivered by the di-ammonium acid phosphate compound, but other salts such as calcium acid phosphate are also suitable. Two methods of using a formula given below to produce good phosphorescent material will now be described.
FORMULA 1
Constituents moles
Zn3 (P04) 2 0.337
Ca Co3 14.150 (NH4) 2 HPO4 9.670
T13 PO4 0.166
To make the phosphorescent material with the above formula, the first three ingredients are first finely ground and mixed for two hours, preferably by means of a ball mill, and then heated. at 300 C. It is good to re-stir the heated mass and then pass it through a 100 mesh sieve (1550 openings per cm2) before returning it a second time to 300 C. The thallium orthophosphate will preferably be added to the Double phosphate of zinc and calcium thus prepared and thoroughly mixed in an agate mortar. The heating temperature is then raised to 950 ° C. and the sample is heated for half an hour.
The phosphorescent material is rebreathed, sieved and then reheated.
<Desc / Clms Page number 4>
for about 20 minutes. The reheating and sieving process is repeated at least twice, after that, or until the best yield is achieved.
Instead of employing this process represented by the flowchart of Figure 3, all the ingredients can be mixed, finely ground and re-mixed, using a ball mill for example, with a excess of 0.95 moles of ammonium phosphate. The ingredients are advantageously heated to 950 ° C. for half an hour, and the mixture is then re-coated and sieved. Heating and grinding are continued for periods of fifteen minutes until optimum or highest yield is obtained. This second method is represented by the flow diagram of Figure 4. Figure 1 shows a fluorescent lamp using a phosphorescent material according to the invention.
Instead of giving the ingredient proportions in moles, the phosphorescent material of 8% double calcium phosphate and tertiary zinc, described above, can form a product weighing approximately half a kilogram after heating, the ingredients having been mixed in. the following proportions:
FORM II
EMI4.1
<tb> Constituents <SEP> grams
<tb>
<tb> Zn3 <SEP> (PO4) 2 <SEP> (10% <SEP> H2O) <SEP> 58
<tb>
<tb> Ca <SEP> Co3 <SEP> 580
<tb>
<tb> (NE,) 2 <SEP> HPO4 <SEP> 510.9
<tb>
The above ingredients will finally be ground in a ball mill or some other way and will be thoroughly mixed, for about two hours, then heated to 300 C in a shallow silica container about 5 inches by 14 inches by 1. ¸ inch (12.5 x 35 x 3.8 cm).
The material will then be passed through the ball mill for half an hour, adding 50.18 grams of thallium sulfate TlSO4 or the corresponding proportion in moles of thallium thophosphate gold. The mixture will then be brought to 950 ° C. for about three quarters of an hour, @
<Desc / Clms Page number 5>
and reheat several times during periods of fifteen minutes, regrinding, preferably, between the heating periods.
Although a proportion of 8% tertiary zinc phosphate or orthophosphate is preferably specified, the invention is not limited to this value, because there is a way of sliding the yield curve towards the shorter wave region by adding varying proportions of such phosphates to the other ingredients. These proportions can vary, for example, between 4% and 12% corresponding to. a wavelength shift of a peak at 3155 A.U. with an addition of 4% tertiary zinc phosphate, up to a peak of 3.040 A.U. for an addition of 12% tertiary zinc phosphate.
Although this data alone shows that it would be interesting to add more than 8% of tertiary zinc phosphate, since the wavelength slips all the more towards the short wavelengths when we add at least 12%, it It has however been observed that the intensity of the radiations emitted by the phosphorescent material decreases when the proportion of tertiary zinc phosphate exceeds 8%.
Although tertiary zinc phosphate is very suitable for obtaining a shift towards shorter wavelengths, which increases the yield of erythematic radiation, the invention is not limited to this material, but a equivalent shift towards short wavelengths by the addition of one or more other impurities. It has been found that as variants of tertiary zinc phosphate, shifting the emission spectrum towards short wavelengths, one of the following materials can be used: tertiary magnesium phosphate, zinc or magnesium sulphates. Using magnesium phosphate, it was found that the optimum amount was around 8% with an emission peak at 3,190 A.U.
If zinc sulfate and magnesium sulfate drag the wavelength to short values, they are not suitable @
<Desc / Clms Page number 6>
however not because they decrease the yield.
The foregoing description shows that the invention produces an improved phosphorescent material which has an emission spectrum shifted to short wavelengths such that it increases the efficiency in the erythematic region. The peak of the emission is close to that of the erythematic spectrum, or about 3,110 A.U., and the erythematic radiation yield is more than twice the erythematic yield of the phosphorescent material with calcium phosphate activated with thallium. In addition, the new phosphorescent material consists of a solid solution of thallium-activated zinc and calcium phosphates which is particularly effective in erythematic radiation.
Adding an ingredient to thallium activated calcium phosphate will cause the emission to slip by about 200 A.U. towards short wavelengths, which increases its efficiency in erythematic radiation.
Lamps made with the new phosphorescent material have a longer life and produce only a very small portion of visible radiation while giving 2¸ times more output in the etythematic region than lamps made with the ordinary phosphorescent material with calcium thallium phosphate. This means that a 40 Watt lamp made with the new phosphorescent material, the lamp shell being of calcium glass, such as Corning Code No. 9821, for example, which transmits erythematic radiation, produces about 40 times the erythematic effect by Watt of the RS filament sun lamp built by the Westinghouse Electric Corporation.
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.